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1 引 言 世界已經(jīng)進入了Internet時代，嵌入式系統(tǒng)接入Internet已成為網(wǎng)絡(luò)接入重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施。嵌入式的網(wǎng)絡(luò)接人設(shè)備系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)的控制系統(tǒng)中、交通監(jiān)控系統(tǒng)、銀行證券操作與安全監(jiān)控、智能儀器、安防系統(tǒng)、智能家電和信息家電等領(lǐng)域，我們將嵌入式設(shè)備與視頻的結(jié)合稱為嵌入式的視頻接入設(shè)備。本文介紹了視頻網(wǎng)絡(luò)接入終端的開發(fā)方法。 視頻網(wǎng)絡(luò)接人終端可將經(jīng)H．261或MPEGl編碼器壓縮后的視頻信號直接以多播的方式送上局域網(wǎng)(10M／100M以太網(wǎng))。每臺視頻網(wǎng)絡(luò)接人設(shè)備都具有獨立的IP地址，可單獨作為視頻服務(wù)器向局域網(wǎng)上多播視頻數(shù)據(jù)，客戶端可通過加入不同的多播組接收來自不同的視頻網(wǎng)絡(luò)接人設(shè)備的視頻數(shù)據(jù)。特權(quán)用戶可通過網(wǎng)絡(luò)控制各視頻網(wǎng)絡(luò)接人設(shè)備以及其下掛的視頻切換箱、云臺控制器并最終控制云臺的動作。 2 嵌入式視頻網(wǎng)絡(luò)接入終端的系統(tǒng)硬件部分 2．1 嵌入式視頻網(wǎng)絡(luò)接入終端硬件基本要求 為完成該設(shè)計目標，該硬件平臺應(yīng)具有以下功能特點： (1)處理器處理能力較強、接口豐富。由于TCP／IP的協(xié)議將占用大量的系統(tǒng)資源，各種通信協(xié)議對計算機的存儲器、運算器的速度要求比較高。 (2)處理器結(jié)構(gòu)應(yīng)當支持虛擬存儲器，以便于移植操作系統(tǒng)。 (3)必須提供以太網(wǎng)接口，視頻信號輸入接口(該部分可參考現(xiàn)有的圖像卡)以及控制接口。為實現(xiàn)多播，必須有網(wǎng)絡(luò)功能強大的操作系統(tǒng)。 (4)必須提供控制接口，可對云臺控制器等設(shè)備進行控制。 根據(jù)以上要求，處理器選用Motorola的PowerPC823。他內(nèi)部集成了微處理器和常用外圍組件，提供了更高的性價比。 2．2 MPC823的功能詳述 MPC823微處理器是一個MPC821內(nèi)核多用途的通用芯片，他內(nèi)部集成了微處理器和常用外圍組件，可用于各種控制領(lǐng)域。MPC823集成了嵌入式PowerPC核和一個為通信使用的專門的RISC的通信處理器模塊(CPM)，由于CPM分擔了嵌入式PowerPC核的外圍工作任務(wù)，這種雙處理器體系結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的處理器具有更高的效率，硬件原理如圖1所示。 圖1中，視頻接口(Video Interface)完成輸入的E1或422視頻數(shù)據(jù)流的解幀、串并轉(zhuǎn)換、緩沖然后送到系統(tǒng)總線上供MPC823讀取。MPC823內(nèi)集成了符合IEEE802．3標準的通信控制器，外接以太網(wǎng)收發(fā)器(Ethernet Transceiver)即可完成以太網(wǎng)全部通信子網(wǎng)層功能。網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層功能由Linux操作系統(tǒng)來完成。操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序都存儲在FLASH中，并在DRAM中運行。串口(RS232Control Interface)完成同其他設(shè)備通信、控制功能。電源(Power Supply)為整個設(shè)備供電。經(jīng)過我們實踐證明，此方案的性能價格比較高，外圍電路簡捷，符合發(fā)展潮流SOC(System On Chip)。 3 視頻網(wǎng)絡(luò)接入終端軟件部分 3．1 嵌入式視頻網(wǎng)絡(luò)接入終端軟件平臺 接人設(shè)備軟件包括應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件，由于CPU的功能強大，系統(tǒng)資源的極其豐富，十分需要一個功能強大的操作系統(tǒng)來管理系統(tǒng)資源；操作的可靠性提高。 嵌入式Linux由于代碼開放性以及強大的網(wǎng)絡(luò)功能，在中低端的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中應(yīng)用起來。在移植的Linux源代碼，根據(jù)目標進行半剪裁定制，以適合目標系統(tǒng)，盡量少占用內(nèi)存。操作系統(tǒng)定制后，將其連接到目標的應(yīng)用程序上，成為應(yīng)用程序的一部分。并對低級系統(tǒng)的初始化文件進行修改，使之符合目標版的需要。 由于視頻網(wǎng)絡(luò)接人終端需要采用組播方式傳數(shù)據(jù)上網(wǎng)，需要一個網(wǎng)絡(luò)功能比較強大和完善的操作系統(tǒng)。目前用于嵌入式設(shè)備的有許多操作系統(tǒng)，如商業(yè)操作系統(tǒng)PSOS，VXWORKS，WINCE等，免費操作系統(tǒng)如Linux，UCOS，ECOS等。商業(yè)操作系統(tǒng)固然功能強大，但是同時價格非常昂貴，而且比較復雜；免費操作系統(tǒng)中，UCOS較為簡單，但是他只有一個核心，如要加上網(wǎng)絡(luò)功能，還需要另外購買協(xié)議棧；ECOS功能比較全，實時性也很好，但是其網(wǎng)絡(luò)部分不夠完善，目前還不支持組播；Linux是一個網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，穩(wěn)定而強大，而且源代碼完全公開。 綜上所述，最終選擇了Linux作為我們的嵌入式操作系統(tǒng)。 3．2 嵌入式的視頻網(wǎng)絡(luò)接入終端軟件的基本結(jié)構(gòu) 視頻網(wǎng)絡(luò)接人終端軟件分為2部分，即應(yīng)用軟件的編制和系統(tǒng)軟件的編制，包括編寫底層的軟件設(shè)備的驅(qū)動程序和Linux網(wǎng)絡(luò)編程和系統(tǒng)的測試程序。與在PC環(huán)境下開發(fā)大體類似，因此初期開發(fā)工作在PC機上進行模擬，硬件平臺成型之后，我們把程序移植到接人設(shè)備上。 4 接入部分的設(shè)計 4．1 MPEGl視頻接入部分 MPEGl編碼板提供的是8b的并行數(shù)據(jù)總線以及寫信號，由于編碼板上接口處理器MCS51和系統(tǒng)的主處理器MPC823都是主動工作方式，不能直接互連，必須經(jīng)過FIFO來協(xié)調(diào)，同時，F(xiàn)IFO在這里也起到緩沖視頻數(shù)據(jù)的作用。采用IDT公司的IDT7204或CYPRESS公司的CY7C433(4k深，9 b并行異步FIFO)。為了隔離視頻、音頻、以及其他外圍電路對總線的影響，還需要用總線緩沖器。考慮到電路的其他部分都用到了TI公司的LX245八位雙向總線收發(fā)器，為了節(jié)省成本、減少芯片采購種類，這里我們也用該芯片來替代。 這部分電路的工作過程是：編碼板將8b并行的壓縮視頻數(shù)據(jù)不斷地寫入FIFO，當FIFO達到半滿，產(chǎn)生中斷，通過系統(tǒng)的中斷信號線IRQl傳給主處理器，再由相應(yīng)的視頻接人驅(qū)動程序去讀取。這部分電路不僅能接人MPEGl視頻數(shù)據(jù)，任何8b寬的數(shù)據(jù)都可以接人。所以在今后開發(fā)其他編碼方式時，只要接口相同，這部分電路和驅(qū)動程序不需要做任何改動，保持了向后的兼容性。結(jié)構(gòu)圖如2所示。 4．2 音頻編解碼部分 音頻編解碼采用Motorola公司的MCl45567芯片，該芯片提供雙向模擬音頻接口，能夠根據(jù)ITU-T的G．71l描述的算法提供標準的A律PCM音頻編解碼，其音頻速率為64kb／s�？紤]到成本和體積，在音頻輸入輸出接口處沒有提供功率放大器。因此，在工程應(yīng)用中必須在音頻播放端加外置功放。 4．3 音頻數(shù)據(jù)控制、處理部分 音頻數(shù)據(jù)控制、處理在CPLD(Altera公司的MAX3064ACTl00-10)中實現(xiàn)，該部分主要有4部分： (1)時鐘部分 將外部輸入的2．048MHz的時鐘信號分出2個64k時隙，其中一個時隙用于音頻輸入，另一個用于音頻輸出。 (2)上行音頻部分 將經(jīng)MCl45567編碼的串行音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8b寬的并行數(shù)據(jù)并寫入音頻上行FIFO。 (3)下行音頻部分 將音頻下行FIFO中的8b寬的并行音頻數(shù)據(jù)讀入，轉(zhuǎn)換成串行信號并在相應(yīng)的時隙內(nèi)寫入MCl45567。 (4)總線控制部分 提供總線控制信號線的邏輯轉(zhuǎn)換。 4．4 音頻總線接口部分 音頻總線接口包括音頻上行FIFO、音頻下行FIFO和總線收發(fā)器3部分。音頻上下行FIFO采用CYPRESS公司的CY7C421(9 b寬，512 b深異步FIFO)�？偩�收發(fā)器采用TI公司的LX245八位雙向總線收發(fā)器。總線接口為中斷觸發(fā)的讀寫工作模式。由系統(tǒng)的片選6(CS6)來選中音頻接口，RD／WR控制數(shù)據(jù)的傳輸方向，OE、WE配合CS6對相應(yīng)的FIFO進行讀寫。整個工作過程是這樣的：當上行FIFO被CPLD寫至半滿時，產(chǎn)生中斷，通過中斷信號線IRQ2傳給系統(tǒng)，通知驅(qū)動程序?qū)?shù)據(jù)讀走；當下行FIFO的數(shù)據(jù)被CPLD讀至半空時，也產(chǎn)生中斷，通過中斷信號線IRQ7傳給系統(tǒng)，通知驅(qū)動程序?qū)⑾乱粔K音頻數(shù)據(jù)寫入下行FIFO。 所有以上這些控制信號線的邏輯組合都是在CPLD的總線控制部分完成的。 5 結(jié) 語 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突飛猛進，32b處理器價格的下降，使用PowerPC823開發(fā)具有獨立IP地址的視頻網(wǎng)絡(luò)接人終端的研制成為可能。目前，視頻網(wǎng)絡(luò)接人終端已在2002年6月應(yīng)用于南陽市道路交通的監(jiān)控，經(jīng)過高溫(60°)、高濕度、雷電的考驗運行穩(wěn)定良好，具有廣泛的推廣價值。 |
