【正文】 在本終端的設(shè)計中采用傳統(tǒng)的交叉編譯調(diào)試的方式進行，即“宿主機＋目標機（評估板）”的形式。 SL3512 內(nèi)部集成了 PCI（ MINIPCI） amp。 為了滿足數(shù)字視頻監(jiān)控的智能化需求， FH8735 提供了靈活的視頻編碼選項和專門的數(shù)字視頻處理功能。攝像頭主要負責(zé)采集模擬數(shù)據(jù)的采集，云臺接收中央處理器模塊發(fā)出的云臺控制指令，并由云臺解碼器依據(jù) 接收的云臺控制指令實現(xiàn)鏡頭的上下、左右、自動等機械運動。 MPEG1 視頻部分是其編碼標準的核心，在理論上非常的成熟， 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實現(xiàn) 22 但是在實際應(yīng)用過程中會出現(xiàn)諸如噪聲等難以 客服的問題，很難應(yīng)用在本為所涉及的網(wǎng)絡(luò)視頻的運用上，因此在本文設(shè)計中最先淘汰的是這個標準。 目前主流的 3G 國際標準主有四個， 它們分別是 WCDMA， CDMA20xx，TDSCDMA 和 WIMAX。它專為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實現(xiàn) 18 (5) LynxOS Lynx Realtime Systems 的 LynxOS 是一個分布式、嵌入式、可規(guī)模擴展的實時操作系統(tǒng) ,它遵循 ， 和 標準。所有其他操作系統(tǒng)服務(wù)都實現(xiàn)為協(xié)作的用戶進程，因此 QNX 內(nèi)核非常小巧 (QNX4． x 大約為 12KB)，而且運行速度極快。同時由于本系統(tǒng)是專門針對視頻監(jiān)控而設(shè)計，視頻圖像處理需要很大的計算量，因此對處理器的計算性能提出了更高的要求，用單純的 ARM 處理器進行視頻數(shù)據(jù)的處理顯然不能滿足本方案的設(shè)計要求。 （ 3） Power PC 處理器 由 IBM、 Apple 和 Motorola 公司開發(fā)的 Power Pc 處理器也是位處理器領(lǐng)域極具代表性的芯片之一，并且其架構(gòu)具有可伸縮性好，方便靈活的優(yōu)勢，在許多對性能要求很高的場合發(fā)揮了其獨特的優(yōu)勢。 提供友好的多媒體人機界面 嵌入式設(shè)備能與用戶親密接觸，最重要的因素就是它能提供非常友好的用戶界面。 其系統(tǒng)特點： 1）堆疊式的結(jié)構(gòu)，高度的靈活性、可擴性，支持任意網(wǎng)絡(luò)拓補結(jié)構(gòu)； 2）更加經(jīng)濟高效的基礎(chǔ)架構(gòu)，簡化了管理層次，節(jié)省了大量線材； 3）安裝維護便捷、解決方案多樣； 4）視頻的無損交換、復(fù)制與存儲，無距離限制，網(wǎng)達即達； 5）充分利用已有成熟 TCP／ IP 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，接入方式多樣； 6）便于和現(xiàn)有應(yīng)用和新建應(yīng)用的有效集成； 實現(xiàn)多網(wǎng)合一。 FH8735軟件工具開發(fā)包 SDK實時視頻點播和動態(tài)監(jiān)測等定制化模塊的開發(fā)，在一定程度上彌補了國內(nèi)視頻監(jiān)控終端對動態(tài)監(jiān)測和遮擋報警等重要功能的空白，基本滿足了當代社會對嵌入式系統(tǒng)智能化的要求。 畢業(yè)論文（設(shè)計） 題目 ： 基 于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實 現(xiàn) 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實現(xiàn) 3 20xx 年 5 月 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實現(xiàn) 摘要 在微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的巨大推動和整個社會信息化程度提升的特殊背景下，視頻監(jiān)控獲得了極大地關(guān)注和迅猛的發(fā)展。對無線傳輸模塊的數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層所需要的協(xié)議和基本原理進行了深入的研究，并且給出了具體的實現(xiàn)方案，對于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實現(xiàn) 10 正是由于網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品的諸多優(yōu)勢所在，近幾年網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品得到了廣大用戶和工程商的信賴，駛?cè)肓藨?yīng)用的快車道，在各領(lǐng)域得到了大范圍的推廣應(yīng)用，并在慢慢替代傳統(tǒng)視頻產(chǎn)品，成為市場的主流。圖像界面，靈活的控制方式，這要求使得嵌入式軟件設(shè)計者要在圖形界面，多媒體技術(shù)上花費更多的精力。但是這款處理器功耗比較大，一般不適合于對低功耗要求的比較 高的移動設(shè)備的應(yīng)用上，因此本設(shè)計暫時不考慮這款處理器。 本終端中央架構(gòu) 為了節(jié)約開發(fā)時間和最大可能的保障系統(tǒng)對于速度和穩(wěn)定性的要求，本文采用專用的視頻處理芯片來完成視頻數(shù)據(jù)的壓縮和原始數(shù)據(jù)的行為分析。這個靈活的結(jié)構(gòu)可以使用戶根據(jù)實際的需求，將系統(tǒng)配置成微小的嵌入式操作系統(tǒng)或包括幾百個處理器的超級虛擬機操作系統(tǒng)。 LynxOS 支持線程概念，提供 256 個全局用戶線程優(yōu)先級；提供一些傳統(tǒng)的、非實時系統(tǒng)的服務(wù)特征，包括基于調(diào)用需求的虛擬內(nèi)存， 一個基于 Motif的用戶圖形界面，與工業(yè)標準兼容的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及應(yīng)用開發(fā)工具。 由于嵌入式系統(tǒng)越來越追求數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，因此原來在某些設(shè)備或領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的 軟件系統(tǒng)越來越難以為繼，因為要達到上述要求，整個系統(tǒng)必須是開放的、提供標準的 API，并且能夠方便地與眾多第三方的軟硬件溝通。中國國內(nèi)支持國際電信聯(lián)盟確定的三個無線接口標準，分別是中國電信的 CDMA20OO ，中國聯(lián)通的 WCDMA 和中國移動的TDSCDMA。 MPEG2 標準是被歐洲的 DVB、日本的 ISDB、美國的 ASTC 等有線電視領(lǐng)域廣泛采納的壓縮編碼標準，編碼傳輸速率為 3100Mbps 可變。 視頻采集模塊中的核心芯片芯片采用 TW2865 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片， 128 腳， LQFP封裝。主 要體現(xiàn)在可以在編碼的同時修改分辨率、碼流、幀結(jié)構(gòu)等編碼參數(shù)；在壓縮過程中可強制關(guān)鍵幀輸出、改變幀率、量化系數(shù)、分辨率、碼流、幀結(jié)構(gòu)而無須停止、啟動壓縮編碼；另外， FH8735 支持對輸入視 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實現(xiàn) 28 頻進行去隔行、去噪聲、多個文本和圖形 OSD 疊加、圖像畫面縮小、移動偵測等多種圖像處理功能，還支持抓取無損的原始視頻信號，供 CPU 進行一些智能化分析和處理如車牌識別，人臉識別等。 PC Card 控制器，在本設(shè)計中將 3512的 PCI 和 PC Card 控制器設(shè)置為 PCI Host 工作模式，通過設(shè)定 PCI_PCCDM 和PCI_HOSTM 兩個配置引腳的電平的參數(shù)值可以實現(xiàn)這種模式。目標機和宿主機一般采用串口連接，亦可同時通過網(wǎng)口或者 JTAG 連接，如圖 41 所示。 圖 312 電源轉(zhuǎn)換電路 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實現(xiàn) 33 第四章 終端軟件平臺的構(gòu)建 Linux 嵌入式開發(fā)簡介 由于嵌入式單板的資源有限，不可能在單板上運行開發(fā)、調(diào)試工具。加之大多數(shù)數(shù)據(jù)處理模塊、通信處理模塊都具有PCI 接口，這樣的話在以后的設(shè)計中可以減少很多的設(shè)計成本，使編碼板和核心板可以以后分別應(yīng)用到不同的領(lǐng)域中去，此種設(shè)計方法對于一般性的嵌入式產(chǎn)品的設(shè)計具有指導(dǎo)性的意義，在這里我們主要介紹 PCI 接口的硬件電路設(shè)計。 FH8735 通過 I2C接口與 TW2865 芯片完成信息交互。整個終端硬件整體架構(gòu)如圖 31 所示 圖 31 硬件整體架構(gòu)圖 無線傳輸模塊 存儲電路及外圍設(shè)備 中央微處理器 視頻采集模塊 視頻處理模塊 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實現(xiàn) 25 視頻采集模塊 視頻采集模塊主要由視頻采集芯片 TW286云臺、云臺解碼器和攝像頭組成。 MPEG1標準被廣泛運用在 VCD等數(shù)碼產(chǎn)品上 [47]，編碼速率最高為 ,壓縮比為 3050:1。 3G 技術(shù)在接口上采用更先進的空中接口技術(shù)，可以對頻譜實現(xiàn)更高效率的利用；在核心網(wǎng)方面，主要采用 IP 包交換及控制技術(shù)，能極大的增加系統(tǒng)容量、提高端到端通信質(zhì)量，提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，實現(xiàn)實時語音視頻、高速多媒體和移動因特網(wǎng)訪問及相關(guān)業(yè)務(wù)。它不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，它對內(nèi)存的訪問是直接的，所有程序中訪問的地址都是實際的物理地址。操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核至少需要 200KB 的 ROM。 其內(nèi)核僅提供 4 種服務(wù)：進程調(diào)度、進程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理， 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實現(xiàn) 17 其進程在獨立的地址空間中運行。 綜合考慮成本，功耗以及需要的第三方技術(shù)支持等多方面的考慮，中央微處理器采用基于 ARM9 內(nèi)核的芯片。但是在針對手持終端設(shè)備這一塊，它的價位比較高，并且與之相關(guān)的軟件支撐也略顯不足，因此在本設(shè)計中，雖然這個處理器也是很好的選擇，但是考慮到成本和二次開發(fā)的可操作性上，暫時沒有用 MIPS 處理器。 未來的嵌入式產(chǎn)品是軟硬件緊密結(jié)合的設(shè)備，為了減低功耗和成本，需要設(shè)計者盡量精簡系統(tǒng)內(nèi)核，只保留和系統(tǒng)功能緊密相關(guān)的軟硬件，利用最低的資源實現(xiàn)最適當?shù)墓δ埽@就要求設(shè)計者選用最佳的編程模型和不斷改進算法，優(yōu)化編譯器性能。 第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)是指以前端網(wǎng)絡(luò)視頻為代表的全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻從前端圖像采 集、傳輸即為數(shù)字信號，并以網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，實現(xiàn)視頻在網(wǎng)上的傳輸，并通過設(shè)在網(wǎng)上相應(yīng)的功能控制主機來實現(xiàn)對整個監(jiān)控系統(tǒng)的瀏覽、控制與存儲。 和基本原理進行了全面的闡述，在一定程度上彌補了以前嵌入式終端設(shè)計的不足，針對本終端完成了 ARM 處理器與視頻視頻處理模塊通信的 PCI 驅(qū)動程序的開發(fā)和加載。視頻監(jiān)控的應(yīng)用范圍不再局限在一般的公共場所安全防范，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營監(jiān)控、道路交通智能化管理、家庭安全監(jiān)控等新的領(lǐng)域也受到了廣泛的應(yīng)用。 本文監(jiān)控終端所涉及的主要應(yīng)用領(lǐng)域和未來的研究方向進行總結(jié)和展望，對進一步需要補充和完善的地方進行了說明。與此間時，傳統(tǒng)的模擬產(chǎn)品也開始了網(wǎng)絡(luò)化之路。手寫文字輸入、語音撥號上 網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像都會使使用者獲得自由的感受。 基于 ARM 的嵌入式監(jiān)控終端的設(shè)計與實現(xiàn) 14 （ 4） x86 處理器 X86 處理器是基于 CISC(復(fù)雜指令集計算機 )架構(gòu)的處理器，曾經(jīng)在通用電腦的應(yīng)用方面獲得了巨大的成功，至今為止仍然是計算機領(lǐng)域最具優(yōu)勢的處理器。考慮到監(jiān)控終端對于視頻高清和智能化的要求，系統(tǒng)采用富瀚公司推出的專 門針對高清智能監(jiān)控的專用 壓縮芯片 FH8735。 POSIX 表示可移植操作系統(tǒng)接口 (Portable Operating SystemInterface,縮寫 為POSI X 是為了讀音更像 UNIX) 電氣和電子工程師協(xié)會 (IEEE）最初開發(fā) POSIX 標準 ,是為了提高 UNIX 環(huán)境下應(yīng)用程序的可移植性。 Motif 是開放軟件基金（ OSF） 于 1989 年推出的一個圖形用戶界面系統(tǒng)。 （ 7） Android Android 操作系統(tǒng)是由 Google 公司開發(fā)的一款專門針對移動終端而設(shè)計的一款操作系統(tǒng)，它支持眾多的品牌手機，并且能夠很方便的實現(xiàn)互聯(lián)和通用移植，因此在智能機的發(fā)展過程中顯示了其巨大的優(yōu)勢，并且占領(lǐng)了很大一部分市場份額。前兩個標準已經(jīng)非常的成熟，在國外已經(jīng)得到大規(guī)模的應(yīng)用，最后一個標準是中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的，最近幾年剛剛商用，并且體現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢。 MPEG2 相對于MPEG1 在很多技術(shù)上有了突破性的進展，但是由于其壓縮比率和傳輸速率的問題，一般很少用在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控領(lǐng)域，因此在本文的設(shè)計中也沒有用到此標準。該芯片能將 NTSC、 PAL 或 SECAM 制的模擬視頻轉(zhuǎn)換成 8 位 ITUR 格式的數(shù)字視頻信號。每種算法都經(jīng)過精心優(yōu)化，能自適應(yīng)對視頻場景進行預(yù)先檢測和判斷，從而在保證視頻主觀質(zhì)量的同時，又使得編碼器輸出的碼率平滑和穩(wěn)定，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男屎?穩(wěn)定性。 SL3512 所自帶的 PCI 總線控制器符合 PCI 總線規(guī)范 版本，具有 32bit地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用總線，支持非線性傳輸和突發(fā)傳輸，而且?guī)в械刂纷儞Q機制，可以將內(nèi)部的 PCI 總線地址映射到內(nèi)存或者外圍設(shè)備。 圖 41 嵌入式交叉編譯示意圖 SL3512Linux 開發(fā)環(huán)境的搭建 SL3512 Linux 開發(fā)環(huán)境通常包括 Linux 服 務(wù)器、 Windows 工作臺及SL3512 視頻 終端評估板，三者同處于一個網(wǎng)絡(luò)中，如圖 42 所示。下圖給出了本系統(tǒng)所需要的 5V 轉(zhuǎn) 的電路原理圖?；?PCI 總線的廣泛應(yīng)用，且 PCI總線具備 32Bit 數(shù)據(jù)總線，時鐘頻率 可達 66Mhz，最快傳輸速率達到 264MB/s，能夠滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。 本文設(shè)計的嵌入式視頻監(jiān)控終端中 DSP 芯片 FH8735 通過 PCI 總線與中心控制芯片 MiNiSL3512，存儲器電路采用兩組的 DDR SDRAM。視頻采集模塊主要完成模擬數(shù)據(jù)的采集，并且把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，完成 A/D 轉(zhuǎn)換；視頻處理模塊主要完成視頻數(shù)據(jù)的 編碼和 視頻數(shù)據(jù)的預(yù)處理；中心控制模塊對各個模塊進行控制，配置和協(xié)調(diào)，是整