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2023年12月17日发(作者：抖音视频模板网站)
２０１１年１２月 十堰职业技术学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｉｙａｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｓｔｉｔ ｕｔｅ Ｄｅｃ．，２Ｏｌ１ 第２４卷第６期 Ｖｏｌ＿２４ＮＯ．６ 基于ＡＲＭ嵌入式视频采集处理系统设计 刘竹林 （十堰职业技术学院电子工程系，湖北十堰４４２０００） ［摘 要］ 本文以３２位ＡＲＭ微处理器为核心，以 Ｃ／Ｏ Ⅱ为嵌入式实时操作系统构建了一个基于 ＡＲＭ嵌入式的移动视频采集处理系统，主要包括系统控制、视频采集、ＭＰＥＧ－４压缩和无线传输等四 个部分。本系统设计方便，灵活性强，可在视频监控、视频处理等众多领域得到广泛应用。 ［关键词］嵌入式技术；视频采集；ＭＰＥＧ一４；ＧＯ７００７ＳＢ；ｕｃ／ｏｓ－ｌＩ ［中图分类号］ＴＮ４７；ＴＰ３９［文献标识码］Ａ［文章编号］１００８—４７３８（２０１１）０６—０１０６—０３ 随着嵌入式技术的迅猛发展和视频图像处理技术 工作。配置如图２所示。 的广泛应用，各种嵌入式芯片如ＤＳＰ、ＡＲＭ、ＳＯＣ等被 广泛应用于数码、安防、交通信号采集等领域。此外， 射频技术日益成熟，采用射频技术进行无线通信设计 为短距离无线数据传输提供了较好的解决办法，是开 图２ ＩＩＣ总线配置 发低成本、低功耗的无线通信应用系统的较好选择。 ＨＰＩ（Ｈｏｓｔ—Ｐｏｓｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）接口是主机与视频 本文通过对系统的深入的分析和理解，将嵌入式技术、 压缩模块相连接的一个并行通信口，是构建主从式 视频采集处理技术和射频技术相结合，设计了一种基 系统，实现主机与从机通信的重要接口。 于ＡＲＭ７芯片的嵌入式的移动视频采集处理系统。 由于视频压缩后的数据量仍然很大，而且需要 １系统总体结构 更快捷的方式进行数据交换，为了解决速度这个瓶 本系统以ＬＰＣ２２１０为控制核心，通过ＣＭＯＳ 颈问题，本系统利用ＬＰＣ２２１０配置打印机并口与外 摄像头采集的模拟视频信号首先通过ＳＡＡ７１１３Ｈ 设进行通信。主机通过ＨＰＩ可以访问视频压缩芯 转换成标准的ＹＵＶ４：２：２格式数字信号；然后由 片内全部的存储空间及地址空间映射的外设，进而 ＧＯ７００７ＳＢ进行ＭＰＥＧ～４压缩，压缩后的数据被 控制压缩芯片，实现数据交换。通过配置ＬＰＣ２２１０ ＧＯＴ００７ＳＢ的ＨＰＩ控制器送往ＨＰＩ接口的数据缓 ／Ｏ口形成ＨＰＩ通信接口，工作方式为ＨＰＩ１６， 冲器中；最后ＬＰＣ２２１０从ＨＰＩ接口读取数据，并通 的Ｉ即复用的数据和地址总线为１６位。ＬＰＣ２２１０配置 过ＮｅｗＭｓｇ￣ＲＦ１１００模块进行传输。嵌入式的视 ＨＰｌ接口方式如图３所示。ｗＲ、ＲＤ和ＡＬＥ分别 频采集处理系统的总体结构如图１所示。 为总线方式的写、读和锁存位，ＩＮＴ为外部中断位， 压缩模块压缩完一帧图像后，通过ＩＮＴ引脚产生中 断，通知ＬＰＣ２２１０读取数据，ＬＰＣ２１０通过ＨＰＩ接 口可访问ＧＯ７Ｏ０７ＳＢ的内部ＲＡＭ。 图１视频采集处理系统硬件结构 １．１总线接口电路 ＩＩＣ总线上挂接的器件是视频转换芯片一 １ 皂 璺 目 箱 高 籍 冠 足 足 ２ 足 足 足 足 ２ ２ ￡ 宝 足 ￡ 足 足 足 一 主蓦茎星 ＳＡＡ７ｌｌ３Ｈ，ＬＰＣ２２１０的Ｐ０．２和Ｐ０．３引脚分别连 接ＳＡＡ７１ｌ３Ｈ的ＳＣＬ和ＳＤＡ引脚。ＬＰＣ２２１Ｏ作 为主机，ＳＡＡ７１１３Ｈ作为从机，由ＬＰＣ２２１０产生起 始和停止信号，向ＳＡＡ７１１３Ｈ发送命令，控制芯片 图３ ＨＰＩ总线配置方式 ［收稿日期］２０１１－１０—２５ ［基金项目］ 十堰职业技术学院科研项目（项目编号；２０１１ＫＡ０３）。 ［作者简介］刘竹林（１９８０一），男，十堰职业技术学院电子工程系讲师，研究方向；嵌入式技术及应用。 一１Ｏ６～
刘竹林：基于ＡＲＭ嵌入式视频采集处理系统设计 １．２存储器电路 图如图６所示。 为了本系统的正常运行，在设计中配置了一块 煳 ⅥＤｄａａ Ｊ －＿＿＿＿＿＿一 ｌ６位、２ＭＢｙｔｅ的Ｎｏｒ Ｆｌａｓｈ芯片ＳＳＴ３９ＶＦ１６０作 点时钟 为系统启动ＲＯＭ存储器。存储器连接使用了１６ ＩＩＣ 线 ，、＾７ｌ¨ｌ ｌ（；ｏ＇／ＩＸｌ７ 场 ｐ参考 位总线方式，根据ＬＰＣ２２１Ｏ芯片的说明，对于１６位 仕ｆｉ￣ｔ， ¨㈨ 磬鼍ｆ ‘ 数据总线其地址线从Ａ１开始。因此，本文中 ， ＦＬＡＳＨ的地址总线［Ａ１９～ＡＯ］与ＬＰＣ２２１０的地 图６视频采集压缩模块电路示意图 址总线［Ａ２０～Ａ１］相连。１６位数据总线［ＤＱ１５～ １．４视频传输模块电路 ＤＱ０－］与ＬＰＣ２２１０低ｌ６位数据总线［ＤＯ～Ｄ１５］相 连。而将Ｂａｎｋｌ的选通信号ＣＳ１接至ＦＬＡＳＨ的／ ＣＥ端。／ＯＥ端接至ＬＰＣ２２１０的ｎＯＥ端；／ｗＥ端 接至ＬＰＣ２２１０的ｎＷＥ端。连线如图４所示。 图４ ＳＳＴ３９ＶＦ１６０存储系统电路图 系统主存使用一种高速ＣＭＯＳ动态随机存取 存储器ＭＴ４５ｗ４Ｍ１６，该芯片是一个４Ｍｅｇｘｌ６位 的６４ＭＢ器件，含有低功耗ＳＲＡＭ或伪ＳＲＡＭ的 工业标准异步接口。ＭＴ４５Ｗ４Ｍｌ６与ＬＰＣ２２ｉ０的 Ｂａｎｋ０连接，ＳＤＲＡＭ由片选信号ＣＳ０选通，其ＬＢ 和ＵＢ分别与ＬＰＣ２２１０的ＢＬＳ０和ＢＬＳ１相连。 ＭＴ４５Ｗ４Ｍ１６被放置在空间Ｂａｎｋ０（０ｘ８０００００００一 Ｏｘ８０７ＦＦＦＦＦ）。如图５所示。 图５ ＭＴ４５Ｗ４Ｍ１６存储系统电路图 １．３视频采集处理电路 视频采集模块由ＣＭＯＳ感光元件、视频Ａ／Ｄ 转换芯片等部分组成。为了简化设计和降低成本， 系统选用了ＣＭＯＳ模拟摄像头和视频转换芯片 ＳＡＡ７１１３Ｈ来搭建出视频采集系统的硬件电路。 视频采集处理电路能将模拟视频信号转换成标准的 ＹＵＶ４：２：２格式数字视频信号，通过ＶＰＯ接口传 送到ＧＯ７００７ＳＢ［１＿并进行ＭＰＥＧ一４压缩，极大的 方便图像的传输利用。视频采集处理模块电路示意 视频传输电路是本系统的主要部分之一，该模 块把压缩后的视频数据以无线的形式传输给终端， 是视频处理系统必不可少的环节。无线传输部分主 要由ＬＰＣ２２ｌＯ和ＮｅｗＭｓｇ－－ＲＦ１１００模块构成。其 中ＮｅｗＭｓｇ—ＲＦ１１００是基 于ＣＣＩ１００芯片的射频 传输模块，通过对其寄存器的配置，能够满足不同的 数据传输要求，可以很方便地进行数据传输。模块 电路示意图如图７所示。 图７无线传输模块电路示意图 ２软件系统的结构设计 软件系统设计主要包括嵌入式实时操作系统 ｃ／ＯＳ一Ⅱ在ＡＲＭ上的移植和在此操作系统下的 编程。深入研究￣，ｃ／ｏｓ—ＩＩ的任务调度机制以及 认真规划采集处理系统的工作流程后根据视频采集 处理系统的特点，本系统设计了两个主要任务，分别 是“启动任务”和“数据发送任务”。视频采集处理系 统通过肛ｃ／ｏｓ—ＩＩ操作系统对这些任务的调度来 实现乜３。软件总体结构如图８所示。 ￣Ｃ／０６－Ⅱ 操作 系统 图８软件系统总体结构图 系统启动后，操作系统将调用启动任务，进行 ＩＩＣ、ＳＰＩ、定时器和相关中断的初始化，发送命令到 视频采集模块和视频压缩模块，使其开始工作，同时 创建邮箱，创建数据发送任务。启动任务的优先级 级别比数据发送任务低。启动任务运行后，操作系 统将调用数据发送任务。视频数据的采集由行同 步、场同步和点时钟控制，采集的数据在时钟控制下 自动送往视频压缩模块。压缩的图像数据被送往数 据缓冲器中，当缓冲器满时，ＨＰＩ产生缓冲器满中 断通知ＡＲＭ读取此数据，中断服务子程序读取数 据，然后将数据发送给邮箱，使数据发送任务就绪， 读取邮箱数据后进行数据发送。 ２．１软件系统的整体工作流程 ＡＲＭ上电复位后，首先执行的ＦＬＡＳＨ中的启动 代码部分，对其内部寄存器和外围设备等进行初始。 在初始化完成后，程序将进入ｍａｉｎ（）函数，初始化相关 硬件，比如时钟、ＩＩＣ总线、ＳＰＩ总线等。然后，初始化
十堰职业技术学院学报 ２０１１年第６期 第２４卷第６期 Ｃ／（）Ｓ—ＩＩ操作系统，接着创建任务间通信的邮箱、信 ２．３数据发送任务 号量等全局变量和创建任务。 最卮，启动操作系统，进 数据发送任务为调用ＯＳＭｂｏｘＰｅｎｄ（）函数请 入ｕｃ／ｏｓ－ＩＩ多任务调度环境，开始运行优先级最高 求邮箱中的消息，如果邮箱中有消息，则该任务处于 的处理任务。整体流程见图９。 就绪状态，将从邮箱中取出消息，并调用函数发送数 据，发送完毕后该任务挂起。任务流程图如下： 进／￣ｍａｉｎ０晒数 初始化垭什 聃动撵作系统避仃 【Ｅ务鲥 图９软件系统的整体工作流程图 ２．２启动任务设计 本系统设计了两个主要任务，分别是“启动任务 （ＴａｓｋＳｔａｒｔ（））”和“数据发送任务（ＴａｓｋＳｅｎｄ（））”， 数据的读取由中断服务子程序完成。这两个任务中 数据发送任务的优先级高于启动任务。 启动任务主要用来初始化定时器、相关中断和 所用的各总线控制器；初始化ＳＡＡ７１１３Ｈ、 图ｌ１数据发送任务流程图 ＧＯ７００７ＳＢ和ＮｅｗＭｓｇ－－ＲＦ１ｉ００模块；并且创建邮 ３ 结语 箱和数据发送任务。然后等待ＨＰＩ中断。 本文以高性能处理器ＬＰＣ２２１０为核心，构建了 主模式ＩＩＣ的数据发送程序流程图如图１０。 一种集视频采集、压缩和传输为一体的嵌入式应用 系统，可用于中短距离的无线监控、机器人视觉、医 疗内窥镜等多个领域。该系统的软件是基于ｕｃ／ Ｏｓ一Ⅱ的多任务应用，这里只实现了多任务切换， 需在基于ｕｃ／ｏｓ－ＩＩ的网络协议栈、消息队列的使 用和文件系统实现方面作进一步的研究，使通信更 加合理；并且在低功耗实现上需作进一步研究。 ［参考文献］ ［１］范学海。胡 佼，金炜东．基于ＧＯ７００７ＳＢ的嵌入式 ＭＰＥＧ－４远程视频监控系统［Ｊ］．黑龙江科技学院学报， ２００５（２）：１２６－ｉ２８． Ｙ ， ［２］晨风．嵌入式实时多任务软件开发基础［Ｍ］．北京：清 华大学出版社，２００４：９． 图１０ ＩＩＣ主发送模式程序流程图 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ ＡＲＭ－ｂａｓｅｄ ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｖｉｄｅｏ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＬＩＵ Ｚｈｕ－ｌｉｎ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｉｙａｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｉｙａｎ ４４２０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｔｔｅｍｐｔｓ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ａ ３２ｂｉｔ ＡＲＭ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｂａｓｅｄ ａｎｄ ＡＲＭ—ｂａｓｅｄ ｍｏｂｉｌｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｖｉｄｅｏ ａｃｑｕｉ－ ｓｌｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｔａｋｅｓ ｕＣ／ＯＳ ＩＩ ａｓ ｉｔｓ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｖｉｄｅｏ ｃａｐｔｕｒｅ。ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＭＰＥＧ４ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ，ｆｌｅｘｉｂｌｅ，ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｖｉｄｅｏ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ，ｖｉｄｅｏ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｍａｎｙ ｏｔｈｅｒ ｆｉｅｌｄｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｖｉｄｅｏ ｃａｐｔｕｒｅ；ＭＰＥＧ４；ＧＯ７００７ＳＢ；ｕＣ／ＯＳ ＩＩ
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