基于arm的视频图像采集系统.doc

基于arm的视频图像采集系统 摘要：本系统采用了Samsung公司生产的S3C2440芯片作为嵌入式处理器，再结合系统所需的外围硬件构成基本硬件电路。主要包括二大部分：处理器和存储器部分；电源时钟复位电路部分；外围接口电路部分。在对各部分硬件进行详细设计后，接下来详细介绍了嵌入式软件平台的构建，包括如何移植Linux操作系统：基于嵌入式Linux下USB接口摄像头视频设备采集；移植H.264视频压缩库和视频传输程序的编写。 1 抓拍系统开发环境的构建 本文所设计的采集系统按功能可划分为嵌入式主控模块、视频采集模块、网络传输模块、等三大部分。图1-1为本系统的系统框架图: 1. USB数字摄像头采集图像数据: 2.采集传输应用程序通过摄像头驱动从摄像头获取到采集的图像数据: 3.采集传输应用程序调用H.264编码库对图像数据进行压缩: 4.采集传输应用程序将压缩后的图像数据通过网络传输给windows PC上 的显示程序: 5. Windows上的显示程序对图像数据进行解码并显示: 图1-1软件架构图 本系统的嵌入式主控模块是基于Samsung公司生产的S3C2440这款处理器，主要作用是实现对各模块数据的响应、处理以及控制。在硬件上，主控模块包括电源、时钟、复位电路、存储模块、以太网接口电路等。在软件上，主控模块上运行Linux操作系统，管理各应用程序模块进程并调度各进程。 1.1采集系统的硬件平台设计 本系统的核心处理器为二星公司的S3C2440，外扩64M的SDRAM存储器以及64M的FLASH存储器，外围接口电路模块:包括USB接口电路，以太网网卡DM9000接口电路以及网眼3000的数字摄像头等。本系统的硬件结构如图1-2所示。 图1-2系统硬件架构图 1.1.1电源、时钟模块设计 系统各部分硬件要求提供1.8V和3V的电压。其中S3C2440处理器内核需要提供1.8V电源，NandFlash, SDRAM及DM9000等芯片需要提供3V电源，所以本系统采用了LM1117-3.3和LM1117-1.8电压转换芯片设计稳压电源，得到1.8V和3.3V的所需电压。USB控制器需要提供5V的电源。本文采用了5V直流电压供电。LM1117是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为1.2V 。LM1117有5个固定电压输出(1.8V, 2.5V, 2.85V, 3.3V和5V)的型号。根据本系统的需要，这里选用了电压输出为1.8V和3.3V两型号。 时钟电路为CPU和其它外围电路提供精准的工作时钟，按照电路中设计使用的器件特性分为有源和无源晶振，在本系统的设计电路中采用的是无源晶振。ARM芯片均提供时钟发生电路，结合一定的辅助电路的配合就可以得到所需要的时钟信号。基十ARMS的这款S3C2440芯片的时钟控制逻辑可以产生为CPU核供给时钟信号的FCLK、为AHB总线供给时钟信号的HCLK、为APB总线供给时钟信号的PCLK。 1.1.2外部存储器的扩展 S3C2440微处理器存储空间仅有32M，应用于本系统，需要外扩存储器。本设计采用两片二星公司的HY57V来扩展64M的SDRAM。它们均4M* 16bit*4bank的SDRAM芯片，这样，两片SDRAM实现了位扩展，数据总线达到了32bit，构成64M寻址空间。图1-3为S3C2440与NandFlash的接口图。 图1-3 S3C2440的存储器扩展框图 1.1.3外围接口电路设计 S3C2440内部集成了2个USB host和一个USB device接口。USB的分时处理机制实现了外设的即插即用。在USB接口电路中的D+, D-均为数据输入端。USB接口中其它两根线接电源和地，设计电路中用到的电感、电阻、电容主要起滤波作用。其中还用到了起限流作用的电阻，主要是在短路时防止烧毁供电电路。 抓拍系统将抓拍到的图像数据通过以太网传输到PC机客户端。由于微处理器S3C2440内部没有集成网络控制器，应本系统网络的需求，这里使用DM9000网卡芯片进行扩展。DM9000快速以太网控制处理器是DAVICOM公司推出的，合成了NINIU, MAC和PHY。图1-4为DM9000与S3C2440的连接示意图。 图1-4以太网接口电路 本设计采用了16位的连接模式。因为DM9000没有专用的地址线，是通过地址线与数据线复用来实现。其中的CMD是命令类型控制信号，如果CMD为高，传送的为数据:如果CMD为低，传送就是地址。其中AEN是地址使能信号线，即DM9000的片选信号线，通过把LnGCS4设置为低电平控制选通DM9000。中断信号线INT占用S3C2440的7号中断，使得S3C2440可以响应DM900