圖像監(jiān)控以其直觀,、方便,、信息內容豐富而被廣泛應用于許多場合。在電子技術與通訊技術的發(fā)展過程中,，圖像監(jiān)控系統(tǒng)的技術水平直接反映了不同階段電子與通訊的技術狀況,。上世紀90年代末，隨著多媒體技術,、視頻壓縮編碼技術和網(wǎng)絡通訊技術的發(fā)展,，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)迅速崛起,。在數(shù)字圖像監(jiān)控系統(tǒng)中，嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)主要由嵌入式處理器,、以太網(wǎng)接口控制器等相關支撐硬件及嵌入式操作系統(tǒng)組成,。
1 設計方案
采用TI公司的TMS320VC5471為處理器，此芯片是一種雙內核器件,，內部集成了一個帶程序和數(shù)據(jù)存儲器(均為RAM)的TMS320C54x DSP子系統(tǒng)和一個帶仿真工具的ARM7TMRISC微控制器核,。在雙CPU系統(tǒng)中，ARM7TDMI作為主CPU,，負責圖像數(shù)據(jù)的存儲,、圖像數(shù)據(jù)遠程傳輸、存儲容量的擴展等系統(tǒng)的功能,；DSP作為從CPU,，它是圖像采集和數(shù)據(jù)處理的核心，完成圖像采集及處理系統(tǒng)的功能,。ARM子系統(tǒng)與DSP子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸非常頻繁，系統(tǒng)選用共享雙口RAM存儲器方式來實現(xiàn)DSP與ARM7TDMI之間的通信,，圖像監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示,。
2 硬件系統(tǒng)
2.1 主機控制單元
ARM子系統(tǒng)與DSP子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸非常頻繁，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性直接決定系統(tǒng)的性能,。所以,，本系統(tǒng)選用共享雙口RAM存儲器方式來實現(xiàn)DSP與ARM7TDMI之間的通信，如采用IDT司生產的雙口RAMIDT70V24,，其容量為4K×16位,。
在工作時不可避免的要碰到雙核內部的通信問題，本設計采用中斷的通信方式,，任何一方都是先將準備好的數(shù)據(jù)放入API存儲器中,，然后發(fā)出中斷信號，通知對方可以取數(shù),，對方接到中斷之后,，進入中斷服務程序從API存儲器中取走數(shù)據(jù)。
2.2 模擬圖像采集及處理單元
圖像信號通過CCD攝像頭采集并輸出模擬圖像信號,，模擬圖像A／D轉換采用Philips公司的SAA7111A來實現(xiàn),。該芯片可實現(xiàn)多路選通、鎖相與時序,、時鐘產生與測試,、ADC、亮色分離等功能,，其輸出可以具有如下格式：YUV4：1：1(12bit),、YUV 4：2：2(16bit),、YUV4：2：2(CCIR-656)(8bit)等，靈活輸出不同的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)格式,。由于DSP處理芯片和SA7111A的時序不同,，可以通過CPLD進行邏輯控制FIFO來完成數(shù)據(jù)緩存的功能。
2.3 鍵盤控制單元
本系統(tǒng)采用TI公司的TMS320VC5471為處理器,，連接成一個矩陣式鍵盤是非常容易的,，其ARM側提供了鍵盤專用接口KBGPIO。KBGPIO[15：8]在芯片內部已通過上拉電阻接+3.3V高電平,，并且被配置成輸入口,，可用來作為矩陣鍵盤的行輸入，KBGPIO[7：0]被配置為輸入口,，可以用來作為矩陣鍵盤的列輸入,，該鍵盤電路輸入無需再通過上拉電阻接至高電平，只將行和列線引出接到鍵的兩端即可,。鍵盤總共可以有24個實際的硬鍵,，每個按鍵的功能可由用戶隨意定義功能。
2.4 存儲容量擴展單元
系統(tǒng)中有大量的數(shù)據(jù)要記錄下來,，需要大量內存來保存測量的數(shù)據(jù),，在主CPU上連接SRAM、FLASH,、CF卡,。CF卡具有存儲容量大、讀寫速度快,、靈活性強的特點,，是一種理想的存儲載體，本系統(tǒng)選用KINGMAX公司生產的CompactFlash Card,，該卡的存儲容量是1G,，利用芯片ARM核內置集成電路IIC接口，把CompactFlash卡連接到微控制器的IIC接口,。在存儲器映像模式中,，一條8比特數(shù)據(jù)總線控制著CompactFlash卡，軟件能把數(shù)據(jù)直接寫到CompactFlash卡,。CF卡的結構如圖2所示,。
2.5 以太網(wǎng)控制單元
TMS320VC5471的網(wǎng)絡模塊(EIM)可以實現(xiàn)IEEE802.3協(xié)議及全雙工／半雙工模式的10／100Mbit／s的MAC層的功能。本系統(tǒng)的PHY接口采用Realtek公司生產的RTL8201BL芯片構成,，RTL8201BL使用MII接口與TMS320VC5471的MAC控制器直接相連,，RTL8201的發(fā)送輸出引腳TPTX±和接收輸入TPRX±通過網(wǎng)絡隔離變壓器與RJ45雙絞線接口連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通道的安全隔離,。
2.6 實時圖像監(jiān)控單元
將本系統(tǒng)連接到Internet網(wǎng)絡上,，可以通過Internet進行實時圖像監(jiān)控,，不必親臨現(xiàn)場。μC／OS-II是一款實時嵌入式操作系統(tǒng),，該操作系統(tǒng)是一個公開源代碼占先式多任務微內核的RTOS,。本設計選用μC／OS-II，將其移植到TMS320VC5471內嵌的ARM7核上,。網(wǎng)絡通信協(xié)議通過TCP／IP協(xié)議棧選用LwIP協(xié)議棧,，把LwIP協(xié)議棧移入來實現(xiàn)。嵌入式網(wǎng)絡平臺的結構示意圖如圖3所示,。
3 軟件設計
采用ARM匯編語言,，各系統(tǒng)做成子程序功能塊，這樣不但可以使程序緊湊,、便于閱讀,，而且可以增強程序移植性，調試,、更改各功能模塊也更方便,，程序框圖如圖4所示。
本文提出的基于雙CPU實時圖像監(jiān)控的嵌入式系統(tǒng)設計方法,，充分利用了TMS320VC5471的高性能和嵌入式操作系統(tǒng)的實時穩(wěn)定的特點,，采用TCP／IP協(xié)議建立與Internet的連接，實現(xiàn)了實時圖像監(jiān)控的遠程控制,。這種雙CPU處理器與嵌入式操作系統(tǒng)相結合的模式,，可以廣泛應用于工業(yè)控制,、產品制造,、智能交通等的視頻檢測領域， 具有廣泛的應用前景,。