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畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-基于arm的圖像采集無線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(修改稿-文庫吧資料

2024-11-18 10:06本頁面
  

【正文】 RT 可以工作在更高的速率。 圖 37 S3C2440 與 USB 設(shè)備的鏈接框圖武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) ( 論文 )說明書 18 UART 接口電路設(shè)計(jì) S3C2440 中集成了 3 個(gè)相互獨(dú)立的 DART (,64 字節(jié) Tx FIFO 和 64字節(jié) Rx FIFO ),每個(gè) DART 都可以單獨(dú)地在中斷或是 DMA 模式下操作,也就是說 DART 可以生產(chǎn)一個(gè)中斷或 DMA 請求用于 CPU 和 DART 之間的數(shù)據(jù)傳輸。由于本課題中只有 USB 接口攝像頭需要 USB 接口,所以1個(gè) USB 主機(jī)接口就可以了,另外,為了便于系統(tǒng)調(diào)試,再增加 1個(gè) USB設(shè)備接口,用來下載嵌入式 Linux 鏡像使用。 USB 主機(jī)接口遵從 OHCI 標(biāo)準(zhǔn),兼容 USB 標(biāo)準(zhǔn)。 S3C2440 的存儲控制器中 BANK6為擴(kuò)展 SDRAM所用,因?yàn)?BANK6的起始地址為 0x30000000, 所以系統(tǒng)中 SDRAM 的起始地址也為 Ox30000000。 選 用 的 是 兩 片 三 星 公 司 生 產(chǎn) 的K4S561632A(4M16bit4Banks)。在外接 SDRAM 時(shí),支持自刷新和省 電模式。每個(gè) BANK 的地址空間為128MB,總共 1 GB(BBANKs); 可編程控制的總線位寬 (8/16/32bit),不過 BANKO只能選擇兩種位寬 (8/16bit); 共計(jì) 8 個(gè) BANK } BANKO~ BANKS 可以支持外接ROM, SRAM等, BANK6~ BANK7除可以支持 ROM, SRAM外,還支持 SDRAM等 ; BANKO~BANK6 共 7個(gè) BANK 的起始地址是固定的 ; BANK7 的起始地址可編程選擇 。地址、數(shù)據(jù)和命令都是在這些使能信號的配合下,通過8個(gè) I/O 引腳傳輸。 NAND FLASH 接口電路 S3C2440 與 K9F1208UOM 的接口電路如圖 34所示。 (4)讀 /寫數(shù)據(jù) :寄存器寫入地址。 (2)向 NFCMD 寄存器寫入命令。I,和其他與 ECC 有關(guān)的寄存器。需要使用各個(gè)使能信號來分辨是命令、地 址還是數(shù)據(jù) [23]。命令鎖存信號 CLE、地址鎖存信號ALE 用來分辨、鎖存命令或地址。寫入命令、地址或數(shù)據(jù)時(shí),都需要將 WE, CE信號同時(shí)拉低。每一頁大小為 512 字節(jié),外加 16 字節(jié)的額外空間。 (10)Output Driver 。Latches 。武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) ( 論文 )說明書 14 (7)Y Gating 。 ( 6 ) Page Register amp。 High Voltage Generator:控制邏輯及產(chǎn) 生 Flash 所需高壓。 ( 3) Command Register:用于命令字。Decoders:用于行地址 ( 2) Y Buffers Latcheamp。K9F1208UOM 的封裝及外部引腳如圖 32所示。 NAND FLASH 接口電路設(shè)計(jì) NAND FLASH 和 S3C2440 NAND FLASH 控制器分析 NAND FLASH 在嵌入式系統(tǒng)中的地位與 PC 上的硬盤類似,用來保存系統(tǒng)運(yùn)行所必須的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、用戶數(shù)據(jù)、運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù),并且在系統(tǒng)電源關(guān)閉后 NAND FLASH 中的數(shù)據(jù)可以在掉電狀態(tài)下永久保存。 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) ( 論文 )說明書 12 第 3 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)以嵌入式微處理器 S3C2440 為系統(tǒng)控制中心,當(dāng) USB 接口攝像頭獲取圖像數(shù)據(jù)后,經(jīng)過 S3C2440 的壓縮處理后,利用串口將圖像數(shù)據(jù)送至 GPRS 模塊 Q2406B 發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。 (6)Linux在臺式機(jī)上的成功,使大家看到了 linux在嵌入式系統(tǒng)中的輝煌前景。 (4) Linux 它本身內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)支持。這是最吸引人的。 (2)Linux 可以隨意地配置,不需要任何的許可證或商家的合作關(guān)系。 Linux 已經(jīng)被移植到多種硬件平臺,這對受開銷、時(shí)間限制的研究與開發(fā)項(xiàng)目很有吸引力。由于 GPRS 模塊 Q2406 內(nèi)嵌了協(xié)議棧,所以進(jìn)行軟件編寫時(shí)就可以省去協(xié)議棧的編寫或移植,這樣就節(jié)省了大量的軟件開發(fā)時(shí)間 [21]。本課題選用 Wave 公司的 GPRS 模塊 Q2406B,如圖 22 所示。這些無線模塊廣泛應(yīng)用于無線數(shù)據(jù)傳輸,電力 GPRS ( CDMA)通信系統(tǒng)、鐵武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) ( 論文 )說明書 10 路 GPRS ( CDMA)通信系統(tǒng),無線監(jiān)控, GPRS 智能交通系統(tǒng)等無線遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域等行業(yè)。中星微 301 系列 USB 接口攝像頭可以在 320240 和640480 及 800600 的 分辨率下輕松的達(dá)到 30fps/s 的速度, 30 萬硬件像素,百萬以上插值像素,完全可以實(shí)現(xiàn)視頻畫面或圖像的清晰、流暢。 CMOS 的另一個(gè)優(yōu)勢是與周邊電路的整合性高,可將 ADC 與信號處理器整合在一起,使體積大幅縮小。與 CCD 相比較, CMOS 的優(yōu)勢之一在于電源消耗量比 CCD 低, CCD 為了提供高質(zhì)量的影像品質(zhì),付出代價(jià)即較高的電源消耗量,為使電荷傳輸順暢,噪音降低,需由高壓差改善傳輸效果。目前市場上絕大多數(shù)高端數(shù)碼相機(jī)都使用 CCD作為感應(yīng)器 。 CMOS 的制造技術(shù)相比較與 CCD 來講簡單的多,與一般計(jì)算機(jī)芯片沒有多大差別,主要是利用硅和鍺這兩種元素做成 ,使其在 CMOS 上共存著帶 N(帶負(fù)電 )和 P(帶正電 )級的半導(dǎo)體,這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。 CCD 主要由一個(gè)類似馬賽克的網(wǎng) 格、聚光鏡片,以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。 CCD 使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成,能把光線轉(zhuǎn)變成電荷,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 S3C2440 采用了 ARM920T 的內(nèi)核, 的 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲器單元,芯片內(nèi)部集成了 16KB 的指令 Cache 和 16KB 的數(shù)據(jù) Cache,外部存儲控制器, LCD 控制器, 4通道 DMA 并有外部請求引腳, 3 通道 DART, 2通道 SPI, 1 通道 IICBUS 接口, AC97 解碼器接口, 2 端口 USB 主機(jī) //1 端口USB 設(shè)備, 4通道 P WM 定時(shí)器和 1通道內(nèi)部定時(shí)器,看門狗定時(shí)器, 8通道 10位 ADC 和觸摸屏接口等 [19]。 (7)供貨穩(wěn)定性 供貨是否穩(wěn)定也是選取處理器時(shí)應(yīng)考慮的一個(gè)重要因素,應(yīng)盡量選取大廠家、通用性較好的芯片。在自己熟悉的處理器都無法滿足的情況下,則應(yīng)盡量選擇開發(fā)資源較豐富的處理器。但在選取時(shí)需要考慮處理器的價(jià)格以及由處理器而衍生出的開發(fā)價(jià)格,如開發(fā)工具、外圍芯片等。 (3)性能 主要是從處理器的功耗、運(yùn)算速度、穩(wěn)定可靠性等方面考慮。目前只有 uCLinux等少數(shù)幾種 Linux 不需要 MMU 的支持。另外 ARM 芯片還獲得了許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) (Real Time Operating System)供應(yīng)商的支持,比較著名的有 Windows CE, Linux, pSOS、 VxWorks, Nucleus, EPOC, uC/OS、 Beos 等 [18]。武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) ( 論文 )說明書 7 關(guān)鍵器件的選型 嵌入式微處理器 ARM 的選型 ARM 公 司 自 從 1990 年 在 英 國 劍 橋 成 立 以 來 , 在 32 位RISC(ReducedInstruction Set Computer)CPU 開發(fā)領(lǐng)域中不斷取得突破,其結(jié)構(gòu)已經(jīng)從 V3 發(fā)展到 V6。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是如何保證內(nèi)存中圖像數(shù)據(jù)的讀取與圖像傳感器獲取圖像數(shù)據(jù)的同步以及圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理。可以將系統(tǒng)劃分為五個(gè)主要部分 :控制模塊、圖像采集模塊、GPRS 模塊、顯示模塊、電源及存儲模塊。整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可以分為三層 :硬件層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用層。 系統(tǒng)組成 一個(gè)完整圖像采集系統(tǒng)應(yīng)該包括圖像 數(shù)據(jù)采集,對圖像數(shù)據(jù)的處理,圖像數(shù)據(jù)的存儲以及整個(gè)系統(tǒng)的控制等模塊。系統(tǒng)采用嵌入式處理器 ARM 作為控制器,圖像數(shù)據(jù)由圖像傳感器采集后,由嵌入式處理器對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行 JPEG 編碼壓縮處理后,利用 GPRS 模塊發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器中,在服務(wù)器端可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)接收或單幅接收的控制。 本課題提出的基于 ARM 及嵌入式 linux 環(huán)境下的圖像采集與傳輸系統(tǒng)具有低成本、低功耗、易布設(shè)、系統(tǒng)易擴(kuò)展等特點(diǎn)。 (7)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)無線傳輸程序的編寫。 (5)進(jìn)行嵌入式 Linux 的移植,主要工作有系統(tǒng)引導(dǎo)程序的移植、 Linux 內(nèi)核的移植和文件系統(tǒng)的移植。 (3)進(jìn)行硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作,主要有 NAND FLASH 接口電路、 SDRAM 接口電路、USB 接口電路、 DART 接口電路、 LCD 接口電路的設(shè)計(jì)。本課題的主要研究內(nèi)容有 : (1)搜集相關(guān)資料,分析目前國內(nèi)外現(xiàn)有的圖像采集系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。 綜合以上幾種無線傳輸技術(shù)的比較, 并根據(jù)本系統(tǒng)對成本和傳輸距離的要求,另外由于國內(nèi) GPRS 的網(wǎng)絡(luò)用戶遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于 CDMA,且 GPRS 的信號強(qiáng)度要好于CDMA,本系統(tǒng)選擇 GPRS 作為圖像數(shù)據(jù)的無線傳輸方式。采用編碼方式為 CS4 時(shí),且無線環(huán)境良好,信道充足的情況下,可以實(shí)現(xiàn) GPRS 網(wǎng)絡(luò)支持的理論最高速率 ,這種速率完全可以支持一些多媒體圖像傳輸業(yè)務(wù)等對帶寬要求較高的應(yīng)用業(yè)務(wù)。 GPRS 是 GSM向 3G 系統(tǒng)演進(jìn)的重要一環(huán),它既考慮了向第三代系統(tǒng)的過渡,同時(shí)又兼顧了現(xiàn)有的第二代系統(tǒng),是第二代 GSM 系統(tǒng)過渡到第三代 WCDMA 系統(tǒng)的必經(jīng)之路,所以 GPRS 又稱為 。它是一種基于 GSM 的面向用戶提供移動(dòng)分組的 IP或者 連接的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)。在接收端,以本地產(chǎn)生的、與發(fā)送端相同的地址碼與接收到的信號相乘,經(jīng)過相關(guān)檢測,就能將擴(kuò)頻信號解擴(kuò),將原始用戶信息數(shù)據(jù)給恢復(fù)出來。 CDMA 是一種以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的調(diào)制和多址連接技術(shù)。 GSM 系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng) ((NSS),基站子系統(tǒng) ((BSS)以及移動(dòng)終端設(shè)備 (MS)三大部分組成 [17]。信息數(shù)字結(jié)構(gòu)為時(shí)分多址幀結(jié)構(gòu)。通信方式為 FDD 頻分全雙工。 GSM 是第二代 ((2G)移動(dòng)通信技術(shù)的代表,它可以使用的頻率為 900MHz, 1800MHz 和 1900MHz,我們國內(nèi)主要采用的是 900MHz 和1800MHz,簡稱 GSM900 和 DCS 1800。其目的是要取代現(xiàn)有的傳統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、打印機(jī)、移動(dòng)電話等設(shè)備之間互聯(lián)的有線電纜,使其形成一個(gè)微型的個(gè)人小型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),從而方便地實(shí)現(xiàn)各個(gè)電子設(shè)備之間的無線通信 [16]。 (2) 藍(lán)牙無線通信技術(shù) 藍(lán)牙是一種技術(shù)的名稱,它來源于公元 10 世紀(jì)丹麥的一位國王 Harold,他的綽號就叫“ Bluetooth[15]。 使用紅外線做信號載波的優(yōu)點(diǎn)很多 :成本低、傳播范圍和方向及距離可以控制、不產(chǎn)生電磁輻射千擾,也不受干擾等等。紅外通信一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線,波長在 ~ 25um 之間 [13]。 圖像數(shù)據(jù)的無線傳輸 目前國內(nèi)外實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)募夹g(shù)主要有 :紅外線無線技術(shù)、藍(lán)牙無線通信技術(shù)、 GSM, CDMA, GPRS 等 [12]。 隨著嵌入式微處理器技術(shù)的發(fā)展,嵌入式微處理器的運(yùn)算速度已經(jīng)大幅提高。 圖像采集技術(shù) 目前國內(nèi)外圖像采集與處理 將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,經(jīng) PCI 或其它總線由上位機(jī)進(jìn)行圖像處理。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 圖像采集與無線傳輸系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分 :采集部分和傳輸部分。與傳統(tǒng)的圖像監(jiān)控系統(tǒng)相比,它應(yīng)具有體積小,安裝方便,現(xiàn)場無需專人值守,成本低,穩(wěn)定性高等特點(diǎn) [7]。針對這種情況,本課題提出一種基于 ARM 的圖像采集與無線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。另外人們生活水平的不斷提高,也使得數(shù)字化家庭開始誕生。 圖像采集作為近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn)受到了越來越多的關(guān)注 [5]。它的主頻可以達(dá)到 400MHz,已經(jīng) 可以滿足對圖像數(shù)據(jù)的編碼壓縮的要求。 ARM 是目前世界領(lǐng)先的 32 位嵌入式 微處理器,占據(jù)了大約 75%的市場份額 [3]。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、使用于應(yīng)用系統(tǒng),對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) [2]。而人類的視覺系統(tǒng)本身也是一個(gè)圖像的采集系統(tǒng),它可以使呈現(xiàn)在人們眼前的景象在人們的大腦中產(chǎn)生一個(gè)具體的圖像 [1]。由此可見,圖像信息的地位是非常重要的。據(jù)統(tǒng)計(jì),在人類接收的信息中,視覺信息占 70%以上。 關(guān)鍵詞: ARM; 圖像采集 ; 嵌入式系統(tǒng) ; Linux; 無線傳輸 ; GPRS 武漢工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) ( 論文 )說明書 II Abstract Image acquisition technology has been a hot research topic at homeand abroad,it has wide range of applications,such as banks,shoppingcenters,quality control,traffic management. Mos
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