【正文】 ARM7系列、 ARM9系列。但 ARM9代表了 ARM公司主流的處理器，得到了更多的應用。 ARM9相對于 ARM7來說有了更多的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在如下： ARM9主頻更高 ARM9采用 5級流水線而 ARM7為 3級流水線。每一級流水都對應 CPU的一個時鐘周 期，如果一級流水中的邏輯過于復雜，使得執(zhí)行時間居高不下，必然導致所需的時鐘周期變 長，造成 CPU的主頻不能提升。所以流水線的拉長，有利于 CPU主頻的提高。在常用的芯 片生產(chǎn)工藝下， ARM7 — 般運行在 l00MHz左右，而 ARM9則至少在 200MHz以上。 ARM9帶有 MMU、 CACHE 等 MMU則是用來支持存儲器管理的硬件單元，滿足現(xiàn)代平臺操作系統(tǒng)內(nèi)存理的需要，它 主要包括兩個功能 :一是支持虛擬 /物理地址映射，二是提供不同存儲器地址空間的保護機制 。 高速緩存的引入是基于如下事實，即處理器速度遠遠高于存儲器訪問速度 。如果存儲器訪問 成為系統(tǒng)性能的瓶頸，則處理器再快也是浪費，因為處理器需要耗費大量的時間在等待存儲 器上面。高速緩存正是用來解決這個問題，它可以存儲最近常用的代碼和數(shù)據(jù)，以 最快的速 度提供給 CPU處理 (CPU訪問 Cache不需要等待 )。 Cache以及 MMU等硬件單元的引入，給系統(tǒng)程序員的編程模型帶來了許多全新的變化。 例如，系統(tǒng)實時性和系統(tǒng)軟件優(yōu)化上的考慮。 性能和效率的提升由于 ARM9內(nèi)核采用的是哈佛架構(gòu)，擁有獨立的擁有獨立的指令和 數(shù)據(jù)總線，而 ARM7為傳統(tǒng)的馮諾依曼結(jié)構(gòu) 。ARM9的 5級流水線設(shè)計把存儲器訪問和寄存 器寫回放在不同的流水上面。運行同一段程序， ARM9的處理器可以比 ARM7節(jié)省大約 30% 左右的時鐘周期。 通過上面比較，結(jié)合項目需要，為了實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)功能，需要在嵌入式平臺實現(xiàn)視頻采 集、編碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?，因此在監(jiān)控系統(tǒng)中采用 ARM9作為微處理器，而三星的 ARM產(chǎn)品 價格便宜，性能穩(wěn)定，開發(fā)資料豐富等優(yōu)勢，因此選用的是三星的 ARM9 S3C2410X作為 微處理器。 S3C2410是三星公司針對工業(yè)級和民用級等多種應用場合設(shè)計的一款性價比比較高的 32位 RIS 序號 特點 1 體積小，低功耗，低成本、高性能 2 支持 Thumb/ARM雙指令集，能很好的兼容 8/16位操作 3 大量使用寄存器，大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成，指令執(zhí)行速 度更快 4 尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高 5 指令長度更長 17 C嵌入式微處理器，它是 16/32位 RISC嵌入式微處理器，它采用了 ARM920T核、 5級流水線，內(nèi)部帶有全性能的 MMU(能支持 WinCE、 嵌入式 Linux等多種嵌入式 0S)， 運 行速度高達 Zo3MHz， 支持 usB接口，而且擁有豐富的其他接口以備方便擴展功 能。 Flash 的選擇 目前市場上的 Flash有兩種 ： NOR Flash和 NAND Flash， 這兩種 Flash各有特點，從以 下幾方面進行比較： 性能比較 Flash閃存是非易失存儲器，可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何 Flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進行，所以大多數(shù)情況下，在進行寫入操 作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的，而 NOR則要求在進行擦 除前先要將目標塊內(nèi)所有的位都寫為 0。他們之間的性能比較如下： (1) NOR的讀速度比 NAND稍快一些； (2) NAND的寫入速度比 NOR快很多； (3) NAND的 4ms擦除速度遠比 NOR的 5s快； (4) NAND的擦除單元更小，相應的擦除電路更少。 容量和成本 NAND Flash的單元尺寸幾乎是 NOR器件的一半，由于生產(chǎn)過程更為簡單， NAND結(jié) 構(gòu)可以在給定的模具尺寸內(nèi)提供更高的容量，也就相應地降低了價格。因此，以備 NOR Flash 的容量較小 ， NAND Flash的容量較大，適合于數(shù)據(jù)存儲。經(jīng)過以上比較 ， NAND Flash在 性能和成本上相對于更適合作為本系統(tǒng)中的存取器，因此我們選用 K29F2808作為系統(tǒng)種的 Flash存儲器，它是一款 64MB的 NAND型 Flash， 系統(tǒng)啟動代碼、內(nèi)核及根文件系統(tǒng)放于 此。 另外，為了更流暢運行 Linux系統(tǒng)及應用程序，使用 2片 32MB的 HY57V561620的 SDARM。 網(wǎng)卡的選擇主要考慮它的傳輸速率和芯片的通用性，因此系統(tǒng)中的網(wǎng)卡芯片采用了 DM9000以太網(wǎng)控制器，該網(wǎng)卡是 10/10oMbPs自適應通信速率的，經(jīng)過前面的計算能夠滿 足我們的需求，而且該網(wǎng)卡芯片驅(qū)動在 ，只需要稍作修改就可 以正常運行起來。 當前攝像頭主要可以分為兩大類： CCD類和 CMOS類，兩種傳感器都可以將光轉(zhuǎn)化為 電荷，進而處理成電信號。但兩種傳感器各有特點。 CCD(Charge Coupled Device)， 艮即 “電荷親合器件 ”， CMOS(Complementary Metal Oxide Semicondutor)即 “互補金屬氧化物半導體 ” 。 CCD電荷耦合器制作技術(shù)起步早，技術(shù)成熟，成像質(zhì)量相對 CMOS光電傳感器有一定 優(yōu)勢。由18 于 CMOS光電傳感器集成度高，各光電傳感元件，電路之間距離很近，相互之間 的光、磁干擾較嚴重，噪聲對圖像影響很大，使 CMOS光電傳感器很長時間無法進入實用。 近年，隨著 CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度優(yōu)質(zhì)的 CMOS圖像傳感器提供 了良好的條件，產(chǎn)品質(zhì)量有了很大的提高，能夠滿足絕大部分場合的用途，在傳真機、掃描 儀、數(shù)字攝像機、安全偵測系統(tǒng)等方面得到廣泛應用。 本著夠用、成本預算以及在集成方面的考慮， USB接口的 CMOS攝像頭有良好的性能、 低廉的價格、靈活方便易于集成到嵌入式系統(tǒng)的特性，系統(tǒng)中使用了中星微 301PL芯片的 攝像頭，這款芯的特點使內(nèi)含數(shù)字攝像 IC接口， DRAM接口、實時圖像壓縮引擎、 USB接 口、 FIFO等功能，這款芯片的壓縮比大于 5:1，經(jīng)過 DSP處理后出來的使 JPEG格式的圖像； 這款攝像頭采用的是新一代的 CMOS感光芯片，并采用影像光源自動增益補強技術(shù)，自動 亮度、白平衡控制技術(shù)，對比度、邊緣增強以及伽馬矯正等先進的影像控制的開發(fā)技術(shù)，色 彩表現(xiàn)力極佳，分辨率高達 130萬像素，動態(tài)視頻分辨率最高 為 640*480像素，輸出幀速 度最高為 30幀 /s， 輸出的圖像為數(shù)字格式不用轉(zhuǎn)換了，完全可以滿足后面系統(tǒng)圖像識別報 警處理以及實時監(jiān)控的需要，而且采用該芯片的攝像頭在國內(nèi)市場占有比率超過 70%，方 便購買和以后維護使用。 硬盤接口使硬盤與主機系統(tǒng)間的連接部件，作用是在硬盤緩存和主機內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)。 不同的硬盤接口決定著硬盤與計算機之間的連接速度，再整個系統(tǒng)中，硬盤接口的優(yōu)劣直接 影響著程序運行快慢和系統(tǒng)性能的好壞。從整體的角度上，硬盤接口分為 SCSI、 USB、 IDE、 SATA和光纖通道五種。 USB接口價格低廉，連接簡單快捷，兼容性強，具有很好的擴展性， 多用于家用產(chǎn)品中； IDE接口硬盤也多用于家庭產(chǎn)品中，價格低廉、兼容性非常好，但是 IDE 接口只能內(nèi)置使用，在嵌入式集成不太方便； SCSI接口的硬盤則主要應用與服務(wù)器市場， 價格昂貴 。光纖通道只在高端服務(wù)器上，價格昂貴 。SATA是種新生的硬盤接口類型，而且不 是很普及，在其他系統(tǒng)中不容易集成。 本系統(tǒng)需要用硬盤來存儲經(jīng)過 MJPEG編碼的視頻信號，于是制定其存儲方案的首要問 題是要選擇一種能夠達到本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度要求、性能價格比較好的硬盤接口。根據(jù)上面 硬盤接口分析比較可知 USB接口具有靈活性強、支持熱插拔等許多優(yōu)點，而且傳輸速度也 能滿足要求，而其他的接口硬盤要么不夠方要么不容易集成或者價格太貴等原因沒有在考慮 之列，所以在綜合考慮了成本和性能的基礎(chǔ)上，決定采用現(xiàn)在性能較好的、價格便宜的 USB 19 硬盤作為外存儲器。 五、硬件平臺設(shè)計 圖 51系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 如圖 51所示為智能家居系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。由圖可見其主要分為以下幾 個主要部分 : ?核心處理器： MCU時鐘頻率需要高于 40〇 MHz， 它作為系統(tǒng)的中央處理器完成主 要的邏輯運算，并提供了基本的外圍接口電路和外圍設(shè)備控制器。 ?存儲設(shè)備：存儲設(shè)備主要包括了 SDRAM、 NANDFLASH和 NORFLASH。 SDRAM相 當于 PC機的內(nèi)存，操作系統(tǒng)需要加載到 SDRAM后才能正常運行， FLASH相當于 ROM， 用來存貯 Bootioader和操作系統(tǒng)。 ?網(wǎng)卡接口：采用 DM9000網(wǎng)絡(luò)控制芯片，為遠程網(wǎng)絡(luò)控制提供支持。 ? USB Host接口：用于和 USB接口的攝像頭實現(xiàn)連接。 ?調(diào)試模塊： JTAG用來下載 Bootfoader和在線調(diào)試程序， RS232接口用來輸出打印 信息。 20 S3C2410處理器的存儲控制器可以為片外存儲器訪問提供必要的控制信號，它主要包 括以下特點： ? 支持大、小端模式 （ 通過軟件選擇 ）； ? 地址空間：包含 8個地址空間，每個地址空間的大小為 128M字節(jié)，總共有 1G 字節(jié)的地址空間； ? 除 BANK0以外的所有地址空間都可以通過編程設(shè)置為 8位、 16位或 32位對準 訪問。 BANK0可以設(shè)置為 16位、 32位訪問； ? 8個地址空間中， 6個地址空間可以用于 ROM、 SRAM等存儲器， 2個用于 ROM、 SRAM、SDRAM等存儲器 。 ? 7個地址空間的起始地址是固定的； ? 1個地址空間的起始地址和空間大小是可變的； ? 所有存儲器空間的訪問周期都可以通過編程配置； ? 提供外部擴展總線的等待周期； ? SDRAM支持自動刷新和掉電模式。21 圖 521為 S3C2410復位后的存儲器地址分配圖。從圖中可以看出，特殊功能寄存器 位于 0X48000000到 0X60000000的空間內(nèi)。 Bank0Bank5的起始地址和空間大小都是固定 的，Bank6的起始地址是固定的，但是空間大小和 Bank7 — 樣是可變的，可以配置為 2/4/8/16/32M/64M/128M。 Bank6和 Bank7的詳細的地址和空間大小的關(guān)系可以參考表 521。 表 521 Bank6/Bank7 地址 (映射地址為 0X00000000)所在的空間，所以必須在第一次訪問 ROM前設(shè)置 BANK0數(shù)據(jù) 寬度，該數(shù)據(jù)寬度是由復位后 OM[1:0]的邏輯電平?jīng)Q定的，圖 523所示。 表 522數(shù)據(jù)寬度選擇 圖 521 S3C2410復位后的存儲器地址分配 注： BANK6/BANK7的空間大小必須相同。 Address 2MB 4MB 8MB 16MB 32MB Bank 6 Siart address 0btc00_0000 0btc00_0000 Qxc00_0000 Qxc00_0000 0xc00_0000 End address OxclLffff 0xc3Lffff 0xc7Lffff QxcfLHFf QxdfLHFf Bank 7 S1ert address QKC20_0000 163。3tsd00_0000 Qse00_0000 End address OxcSLffff 0xc7Lffff QscfLffff QsdfLffff OsffLffff 1) BANK0總線寬度 表 524 SDRAM空間地址配置 22 2) SDRAM空間地址引腳連接 Ol^ (Operating Mode 1) OMO (Operating Mode 0) Booting ROM Data width 0 0 Nand Flash Mode 0 1 16bit 1 0 32bit 1 1 Test Mode 表 523存儲器 （ SROM/SDRAM)地址引腳連接 MEMORY ADDR. PIN S3C2410X ADDR. @ 5bit DATA BUS S3C2410X ADDR. @ 16bit DATA BUS S3C2410X ADDR. @ 32bit DATA BUS AO A0 A1 A2 A1 A1 A2 A3 … 表 524 SDRAM空間地址配置 23 從 tacc— 1核對 nWAIT， 在采樣 nWAIT為高電 nWE信號和 nOE信號相同。 過外部 nWAIT引腳來延長 nOE持續(xù)時間。 平的后一個時鐘周期使 nOE變?yōu)楦唠娖剑? 3) nWAIT引腳功能 如果和每個地址空間相關(guān)聯(lián)的 WAIT被允許，某個地址空間處于激活狀態(tài)的時候應該通Bank Size Bus Width Base Component Memory Configuration Bank Addramp。ss 2MB 16Mb (1M x 3 x 2banks) x 1 ea A20 x10 (512Kx 16 x 2banks) x 1 ea 4MB xS 16Mb (2M x 4 x