引言

　　隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化越來越多的代替了傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)，數(shù)字化使得遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)不需要專門架設(shè)線路，應(yīng)用現(xiàn)有通訊線路就可以實現(xiàn)低成本的信息傳遞，與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)相比，它的組網(wǎng)成本大大降低、系統(tǒng)體積重量大大減小、運行維護更容易。 所使用的通信線路有很多種，如：以太網(wǎng)、ISDN、xDSL、公共電話網(wǎng)、無線電話網(wǎng)等，根據(jù)線路的帶寬不同，遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像質(zhì)量也有很大不同。

　　本文針對低設(shè)備成本、低運行成本和超遠距離的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用提出了解決方案，使用ARM嵌入式處理器和Linux操作系統(tǒng)構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)，開發(fā)出可實際應(yīng)用的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，適用于低分辨率、低成本、長距離的監(jiān)控應(yīng)用。

它的特點有：

·構(gòu)建了ARM嵌入式處理器開發(fā)平臺，提出了嵌入式系統(tǒng)的低成本開發(fā)流程；
·前端使用便宜的一體化高集成數(shù)字化視頻采集模塊，簡化了系統(tǒng)前端的設(shè)計，大大降低了前端成本；
·編寫簡單的嵌入式操作系統(tǒng)程序，動態(tài)加載應(yīng)用程序，加快其執(zhí)行速度；
·信號處理使用由高速、高性能的ARM處理器構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)，通過軟件來實現(xiàn)圖像壓縮。

　　ARM視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺

　　本課題要求建立低成本的圖像數(shù)據(jù)采集、實時壓縮與遠程傳送系統(tǒng)，而且要求容易進行實驗室環(huán)境下的開發(fā)與調(diào)試；另外考慮到以后的擴展要求，還需要具備內(nèi)存管理單元（MMU）與音頻接口。

　　Cirrus Logic公司的EP7312正適合要求。它是基于ARM720T內(nèi)核的嵌入式微處理器，運行于74MHz時其性能與100MHz的Intel Pentium芯片基本相當(dāng)，且功耗很低，在74MHz工作頻率下，功耗90mW，具有MMU、音頻接口及LCD控制器。

　　圖1是視頻監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺。ARM的系統(tǒng)擴展槽和設(shè)備擴展槽，用于為ARM系統(tǒng)添加如以太網(wǎng)接口、海量數(shù)據(jù)存儲接口和PCMCIA等接口或者用于與其他功能開發(fā)板，為ARM系統(tǒng)擴展了CMOS圖像獲取功能和VGA顯示功能。其中，VGA接口是通過電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)320×240×12bits，即4096色彩色顯示。與SRAM訪問相關(guān)的寄存器有：SRAM控制寄存器、讀地址低16位、讀地址高16位、讀出數(shù)據(jù)寄存器、寫地址低16位、寫地址高16位、寫入數(shù)據(jù)寄存器；與CMOS圖像采集有關(guān)的寄存器有CMOS采集控制寄存器、CMOS采集狀態(tài)寄存器；與VGA顯示有關(guān)的是VGA顯示控制寄存器。


圖1 ARM視頻監(jiān)控開發(fā)平臺

　　ARM控制CMOS圖像采集，然后ARM從圖像緩沖SRAM中讀取圖像數(shù)據(jù)到ARM內(nèi)部的LCD顯示存儲區(qū)，顯示到LCD屏上。這也就打通了整個數(shù)據(jù)前向通道，ARM獲取了圖像后就可以進一步做壓縮處理和傳輸。

　　ARM程序開發(fā)

　　ARM視頻監(jiān)控系統(tǒng)配備512KB的FLASH ROM，用于程序存儲器，所以應(yīng)用程序與原始數(shù)據(jù)的總和必須小于512KB。以下是ARM程序開發(fā)流程：

　　軟件的編寫與調(diào)試

　　針對應(yīng)用編寫所需的各種程序，使用ADS（ARM Developer Suite）建立工程文件，把編寫好的匯編程序*.s文件、C語言程序 *.c文件、*.h文件加入到工程中。然后對編譯參數(shù)進行相應(yīng)設(shè)置，編譯工程文件，編譯通過后生成可執(zhí)行二進制代碼。使用ADW調(diào)試已編譯工程，軟件調(diào)試只能調(diào)試ARM指令，無法仿真外圍設(shè)備；調(diào)試通過后，準(zhǔn)備下載可執(zhí)行二進制代碼，進行硬件測試。

　　程序下載的實現(xiàn)

　　通過bootloader程序來實現(xiàn)對FLASH程序存儲器的編程，bootloader程序是自己編寫的基于內(nèi)啟動方式下的小程序。

（1）首先讓EP7312以內(nèi)啟動方式運行，PC通過串口1（9600bps）接收到"<"標(biāo)志，
（2）然后PC從串口發(fā)送2KB的bootloader程序到EP7312。
（3）這時bootloader程序開始運行，PC通過串口1（115200bps）發(fā)送"0x79"與EP7312再次建立連接，隨后PC發(fā)送"0xFF 0xFA"命令，EP7312返回"Len:"，PC再發(fā)送四字節(jié)的要下載的文件長度數(shù)據(jù)。接著PC繼續(xù)發(fā)送整個要下載的程序，發(fā)送完成后將接收到"Ok!"，然后編程結(jié)束后將接收到"Done!"表明下載編程操作成功完成。
（4）此時重新以外啟動方式啟動EP7312就可以運行剛下載的程序。

　　以上是以工程方式來進行ARM應(yīng)用程序開發(fā)的基本流程，在實際使用過程中如果應(yīng)用到新器件還需要一個硬件調(diào)試階段，在硬件調(diào)試通過以后才可以進一步開發(fā)應(yīng)用程序。

　　有關(guān)硬件調(diào)試的軟件方法

　　在沒有硬件開發(fā)工具的情況下，可以通過串口來進行硬件的調(diào)試，EP7312與外圍硬件的連接基本上有三種方式：直接總線連接、與EP7312的片內(nèi)外設(shè)專用引腳連接、連接EP7312的通用I/O引腳。
以總線方式連接的外設(shè)可以通過總線讀寫來訪問；專用外設(shè)可以通過內(nèi)部專門的控制寄存器來訪問；經(jīng)通用I/O擴展的外設(shè)則可以通過對內(nèi)部通用I/O設(shè)置寄存器的控制來訪問。由于內(nèi)部專用寄存器都對應(yīng)固定的總線地址，所以這三種方式都可以通過ARM的總線操作對指定地址的訪問來實現(xiàn)調(diào)試。

　　軟件設(shè)計

　　在ARM處理器硬件復(fù)位以后，需要運行匯編啟動代碼完成系統(tǒng)初始化，主要包括：中斷向量設(shè)置、各種處理器模式下的堆棧設(shè)置、系統(tǒng)寄存器設(shè)置、SDRAM、LCD等外圍部件的設(shè)置。以下是其部分程序代碼：
ldr r1,=DRAMControlvalue ;設(shè)置SDRAM參數(shù)
ldr r12,=rSDCONF ;rSDCONF = 0x8000.2300
str r1,[r12]
ldr r12,=rSYSCON2
str r0,[r12] ;rSYSCON2 = 0x8000.1100
ldr r1,=DRAMConfigvalue ;設(shè)置SDRAM刷新速度
ldr r12,=rSDRFPR
str r1,[r12] ;rSDRFPR = 0x8000.2340
;------------------------------------------------
ldr r1,=0x06 ;設(shè)置系統(tǒng)時鐘為74MHz
ldr r12,=rSYSCON3
str r1,[r12] ;rSYSCON3 = 0x8000.2200
;-----------------------------------------------
MemConfig1value EQU 0x0202023c ;nCS0 = NOR FLASH, 8-bit, 0 wait states
MemConfig2value EQU 0x0000023f ;nCS4 = for FPGA, 16-bit, 0 wait states
ldr r1,=MemConfig1value ;配置存儲器位寬格式與等待狀態(tài)
ldr r12,=rMEMCFG1
str r1,[r12] ;MEMCFG1 = 0x8000.0180
ldr r1,=MemConfig2value
ldr r12,=rMEMCFG2
str r1,[r12] ;MEMCFG2 = 0x8000.01c0
;-----------------------------------------------
ldr sp,=SVCStack ;設(shè)置堆棧

　　圖2是ARM主程序流程圖。ARM處理器從獲取圖像信息，執(zhí)行壓縮程序，壓縮后的文件通過公共電話線路傳遞到監(jiān)控主機端。由于系統(tǒng)采用相同的圖像分辨率和常量表，所以文件頭都相同，為了減少傳輸數(shù)據(jù)量，不傳送文件頭，文件頭在監(jiān)控主機端由軟件自動添加。


圖2 ARM主程序流程圖

　　本系統(tǒng)還使用調(diào)制解調(diào)器通過公共電話網(wǎng)來建立遠程數(shù)據(jù)連接，在遠程圖像監(jiān)控終端處的調(diào)制解調(diào)器處于待命狀態(tài)，它使用"ATS0=3&D0W&W1"命令設(shè)置為自動應(yīng)答方式，在3次振鈴后自動摘機，經(jīng)歷"數(shù)據(jù)風(fēng)暴"以后與主叫方建立連接。監(jiān)控中心的調(diào)制解調(diào)器由監(jiān)控軟件控制撥號建立連接或者掛斷連接。

　　數(shù)據(jù)聯(lián)接建立好ARM會接收到“CONNECT”字符串表明通訊線路連接成功，此時就可以像使用普通串口一樣使用調(diào)制解調(diào)器建立的遠程數(shù)據(jù)連接。ARM接收到從監(jiān)控中心發(fā)來的采集命令后，依次完成圖像采集、壓縮處理，然后通過串口以ASC碼形式直接發(fā)送圖像數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心，完成一次操作后等待下一個采集命令。

　　結(jié)語

　　本文是完全針對低設(shè)備成本、低運行成本和超遠距離的圖像監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用提出的解決方案，前端使用便宜的一體化高集成數(shù)字化視頻采集模塊，簡化了系統(tǒng)前端的設(shè)計，大大降低了前端成本；信號處理使用由高速、高性能的ARM處理器與FPGA芯片構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)，通過軟件來實現(xiàn)圖像壓縮；最后經(jīng)由公共電話網(wǎng)來實現(xiàn)同城范圍內(nèi)的全數(shù)字化遠程圖像監(jiān)控。在降低系統(tǒng)成本的同時，提高了系統(tǒng)的靈活性。


作者：北京郵電大學(xué)電信學(xué)院 廖日坤 紀(jì)越峰 深圳市文錦渡職業(yè)技術(shù)學(xué)校 黃小迅