安防与监控中的基于双CPU实时图像监控系统的设计
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2020-12-06
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安防与监控中的基于双安防与监控中的基于双CPU实时图像监控系统的设计实时图像监控系统的设计
图像监控以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。在电子技术与通讯技术的发展过程中，图
像监控系统的技术水平直接反映了不同阶段电子与通讯的技术状况。上世纪90年代末，随着多媒体技术、视频
压缩编码技术和网络通讯技术的发展，数字视频监控系统迅速崛起。在数字图像监控系统中，嵌入式监控系统
主要由嵌入式处理器、以太网接口控制器等相关支撑硬件及嵌入式操作系统组成。 1 设计方案 采用TI公司
的TMS320VC5471为处理器，此芯片是一种双内核器件，内部集成了一个带程序和数据存储器(均为RAM)的
TMS320C54x DSP子系统和一个带仿真工具的ARM7TMRISC微控制器核。在双CP
图像监控以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。在电子技术与通讯技术的发展过程中，图像监控系统
的技术水平直接反映了不同阶段电子与通讯的技术状况。上世纪90年代末，随着多媒体技术、视频压缩编码技术和网络通讯
技术的发展，数字视频监控系统迅速崛起。在数字图像监控系统中，嵌入式监控系统主要由嵌入式处理器、以太网接口控制器
等相关支撑硬件及嵌入式操作系统组成。
1 设计方案设计方案
采用TI公司的TMS320VC5471为处理器，此芯片是一种双内核器件，内部集成了一个带程序和数据存储器(均为RAM)的
TMS320C54x DSP子系统和一个带仿真工具的ARM7TMRISC微控制器核。在双CPU系统中，ARM7TDMI作为主CPU，负责
图像数据的存储、图像数据远程传输、存储容量的扩展等系统的功能；DSP作为从CPU，它是图像采集和数据处理的核心，
完成图像采集及处理系统的功能。ARM子系统与DSP子系统数据的传输非常频繁，系统选用共享双口RAM存储器方式来实现
DSP与ARM7TDMI之间的通信。
2 硬件系统硬件系统
2.1 主机控制单元主机控制单元
ARM子系统与DSP子系统数据的传输非常频繁，数据传输的可靠性和实时性直接决定系统的性能。所以，本系统选用共
享双口RAM存储器方式来实现DSP与ARM7TDMI之间的通信，如采用IDT司生产的双口RAMIDT70V24，其容量为4K×16位。
在工作时不可避免的要碰到双核内部的通信问题，本设计采用中断的通信方式，任何一方都是先将准备好的数据放入API
存储器中，然后发出中断信号，通知对方可以取数，对方接到中断之后，进入中断服务程序从API存储器中取走数据。
2.2 模拟图像采集及处理单元模拟图像采集及处理单元
图像信号通过CCD摄像头采集并输出模拟图像信号，模拟图像A／D转换采用Philips公司的SAA7111A来实现。该芯片可
实现多路选通、锁相与时序、时钟产生与测试、ADC、亮色分离等功能，其输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，灵活输出不同的数字图像数据格式。由于DSP处理芯片和SA7111A
的时序不同，可以通过CPLD进行逻辑控制FIFO来完成数据缓存的功能。
2.3 键盘控制单元键盘控制单元
本系统采用TI公司的TMS320VC5471为处理器，连接成一个矩阵式键盘是非常容易的，其ARM侧提供了键盘专用接口
KBGPIO。KBGPIO[15：8]在芯片内部已通过上拉电阻接+3.3V高电平，并且被配置成输入口，可用来作为矩阵键盘的行输
入，KBGPIO[7：0]被配置为输入口，可以用来作为矩阵键盘的列输入，该键盘电路输入无需再通过上拉电阻接至高电平，只
将行和列线引出接到键的两端即可。键盘总共可以有24个实际的硬键，每个按键的功能可由用户随意定义功能。
2.4 存储容量扩展单元存储容量扩展单元
系统中有大量的数据要记录下来，需要大量内存来保存测量的数据，在主CPU上连接SRAM、FLASH、CF卡。CF卡具有
存储容量大、读写速度快、灵活性强的特点，是一种理想的存储载体，本系统选用KINGMAX公司生产的CompactFlash
Card，该卡的存储容量是1G，利用芯片ARM核内置集成电路IIC接口，把CompactFlash卡连接到微控制器的IIC接口。在存储
器映像模式中，一条8比特数据总线控制着CompactFlash卡，软件能把数据直接写到CompactFlash卡。
2.5 以太网控制单元以太网控制单元
TMS320VC5471的网络模块(EIM)可以实现IEEE802.3协议及全双工／半双工模式的10／100Mbit／s的MAC层的功能。本
系统的PHY接口采用Realtek公司生产的RTL8201BL芯片构成，RTL8201BL使用MII接口与TMS320VC5471的MAC控制器直
接相连，RTL8201的发送输出引脚TPTX±和接收输入TPRX±通过网络隔离变压器与RJ45双绞线接口连接，实现数据通道的安
全隔离。
2.6 实时图像监控单元实时图像监控单元
将本系统连接到Internet网络上，可以通过Internet进行实时图像监控，不必亲临现场。μC／OS-II是一款实时嵌入式操作
系统，该操作系统是一个公开源代码占先式多任务微内核的RTOS。本设计选用μC／OS-II，将其移植到TMS320VC5471内嵌
的ARM7核上。网络通信协议通过TCP／IP协议栈选用LwIP协议栈，把LwIP协议栈移入来实现。
3 软件设计软件设计
采用ARM汇编语言，各系统做成子程序功能块，这样不但可以使程序紧凑、便于阅读，而且可以增强程序移植性，调
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