基于ARM7TDMI和TMS320VC5471雙CPU器件實現(xiàn)圖像監(jiān)控系統(tǒng)的設計

圖像監(jiān)控以其直觀、方便、信息內(nèi)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(nèi)核器件，內(nèi)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(chǎn)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(nèi)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(zhuǎn)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(chǎn)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(cè)提供了鍵盤專用接口KBGPIO。KBGPIO［15：8］在芯片內(nèi)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(nèi)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(chǎn)的CompactFlash Card，該卡的存儲容量是1G，利用芯片ARM核內(nèi)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(chǎn)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(nèi)核的RTOS。本設計選用μC／OS-II，將其移植到TMS320VC5471內(nèi)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(diào)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(chǎn)品制造、智能交通等的視頻檢測領域， 具有廣泛的應用前景。

責任編輯：gt