摘要本文介紹了基于MPC5200的嵌入式音視頻采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在硬件方面重點(diǎn)介紹了以MPC5200為主處理器的基本特點(diǎn)和系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),在軟件方面重點(diǎn)介紹了驅(qū)動程序和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。引言視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分。在國內(nèi)外市場上,主要應(yīng)用的是數(shù)字信號控制的模擬和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。前者技術(shù)經(jīng)歷了基于微處理器的視頻切換控制加PC的多媒體管理類型和基于PC實(shí)現(xiàn)對矩陣主機(jī)的切換、控制和對系統(tǒng)的多媒體管理兩個(gè)階段后者技術(shù)經(jīng)歷數(shù)字監(jiān)控錄像系統(tǒng)和嵌入式視頻WEB服務(wù)器方式兩個(gè)階段。目前,視頻監(jiān)控系統(tǒng)正處在數(shù)控模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)混合應(yīng)用,并將逐漸向數(shù)字系統(tǒng)過渡的階段。今后,視頻監(jiān)控發(fā)展的兩個(gè)特點(diǎn)就是數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。MPC5200簡介MPC5200集成了高性能的603EG2_LE核和帶有DMA單元的輸入/輸出子系統(tǒng),因此,MPC5200可以獨(dú)立于603EG2_LE核響應(yīng)外部中斷,并且提供底層外設(shè)管理、協(xié)議處理、外部數(shù)據(jù)移動的功能。MPC5200支持雙外圍總線結(jié)構(gòu),包括SDRAM總線多功能LOCALPLUS總線。嵌入式603EG2_LE核該內(nèi)核是POWERPC超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu),MPC5200有16KB的指令緩存、16KB的數(shù)據(jù)緩存、浮點(diǎn)單元、數(shù)據(jù)緩沖內(nèi)存管理單元、指令緩沖內(nèi)存管理單元、CRITICAL中斷、MMU額外帶有16個(gè)寄存器和1KB的頁面管理。BESTCOMM輸入/輸出子系統(tǒng)包括可編程串行控制器、10/100M以太網(wǎng)控制器、通用串行總線、I2C接口、串行外圍接口、MSCAN接口。系統(tǒng)接口單元SIU集成了最常見的系統(tǒng)接口和信號,即片選信號、中斷控制器、計(jì)數(shù)器、常用輸入/輸出口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘。SDRAM控制器和LOCALPLUS總線MPC5200有一個(gè)高速的SDRAM控制器,該控制器支持單數(shù)據(jù)速率、雙數(shù)據(jù)速率的SDRAM器件,工作頻率最大可到132MHZ,32位數(shù)據(jù)線。LOCALPLUS總線用來連接BOOTROM、SRAM、FLASH、外圍器件、ATA和PCI設(shè)備,有兩種操作模式非復(fù)用數(shù)據(jù)接入模式和復(fù)用數(shù)據(jù)接入模式?？傮w設(shè)計(jì)基于MPC5200的音視頻采集處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了4路音頻和視頻的采集復(fù)合、MPEG4壓縮、硬盤的本地存儲、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?。系統(tǒng)主要包括音視頻采集復(fù)合壓縮、MPC5200的基本系統(tǒng)、硬盤存儲和網(wǎng)絡(luò)接口。系統(tǒng)通過音視頻采集復(fù)合壓縮模塊完成4路音頻和視頻的MPEG4壓縮,壓縮后的MPEG4數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)提供的ATA接口完成本地硬盤存儲,利用系統(tǒng)提供的以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸?；贛PC5200的音視頻采集處理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。除MPC5200外,各模塊設(shè)計(jì)說明如下圖1基于MPC5200的音視頻采集處理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)5V變換邏輯并為USB和以太網(wǎng)分配引腳由于本設(shè)計(jì)中ATA、CAN接口是5V,MPC5200是33V,所以需要在連接的時(shí)候加入5V轉(zhuǎn)換器件74LVXC3245。在USB和以太網(wǎng)的引腳分配上,考慮到系統(tǒng)功能的可擴(kuò)展性,外接SN74CBTLV3384開關(guān)芯片,使這些引腳可以作為普通的輸入/輸出口。音視頻采集復(fù)合壓縮4路SAA7114完成視頻采集,每路視頻為8位數(shù)據(jù),通過2片MC4558和1片IDT821024完成4路音頻采集。4路視頻、4路音頻通過1片型號為XC2S200PQ208的FPGA轉(zhuǎn)化為IME6400所需要的1路16位視頻數(shù)據(jù)、1路音頻數(shù)據(jù)。IME6400是一款支持MPEG4標(biāo)準(zhǔn)的芯片。FPGA和IME6400都需要和32MB的SDRAM（型號為K4S643232C）相接,完成音視頻數(shù)據(jù)的緩沖和保存。IME6400和MPC5200之間的連接采用同步突發(fā)模式一,IME6400作為MPC5200的外部設(shè)備被統(tǒng)一編址。本設(shè)計(jì)將A15連接到IME6400的地址線HA04,用74LVXC3245將A621轉(zhuǎn)化為IME6400的數(shù)據(jù)線HD015。硬盤存儲和網(wǎng)絡(luò)接口MPC5200自身帶有ATA控制器,本設(shè)計(jì)的ATA接口是5V的,LOCALPLUS總線的CS4、CS5分別對應(yīng)ATA的CS0、CS1,采用74LVXC3245把A015轉(zhuǎn)化為ATA的數(shù)據(jù)信號線ATA_5V_DD015,把A1618轉(zhuǎn)化為ATA的地址信號線ATA_5V_DA02。MPC5200自身帶有以太網(wǎng)控制器,通過連接LXT971,提供RJ45以太網(wǎng)接口。MPC5200的基本系統(tǒng)是由24位地址/8位數(shù)據(jù)的8MBAM29LV0652DFLASH（利用74LVT04、74LVT32產(chǎn)生的片選和讀寫邏輯可以將FLASH擴(kuò)展成16MB、13位地址/32位數(shù)據(jù)的64MBMT48LC16M16A2、PSC1口通過MAX3233E實(shí)現(xiàn)RS232功能。擴(kuò)展豐富的接口MPC5200帶有PCI控制器,提供33MHZ、32位、33V的PCI連接器,這樣就可以在系統(tǒng)中連接成熟的、基于PCI接口的33V或者33V/5V兼容的視頻采集卡。MPC5200帶有USB控制器,通過外接電源管理芯片MIC2025和USB收發(fā)芯片ISP1107DH擴(kuò)展USB接口,這樣可以方便用戶提取和保存監(jiān)控系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)。MPC5200帶有CAN控制器,通過外接TJA1050T可以提供CAN接口,這樣可以方便地把系統(tǒng)連入基于CAN總線的系統(tǒng)中,MPC5200系統(tǒng)的PSC3可以作為普通的輸入/輸出口,這樣可以方便地接入外部開關(guān)量,本系統(tǒng)包括兩個(gè)開關(guān)輸入量和兩個(gè)開關(guān)輸出量MPC5200通過I2C接口連接256B的E2PROM（PCF8582C）,在E2PROM中保存串口波特率、IP地址、MAC地址等信息。圖2軟件總體框圖本系統(tǒng)中音頻采集時(shí)鐘是2048MHZ、視頻采集時(shí)鐘是24576MHZ、FPGA和IME6400的時(shí)鐘是27MHZ、MPC5200的時(shí)鐘是33MHZ,內(nèi)核頻率264MHZ,RTC的時(shí)鐘是32768KHZ、以太網(wǎng)LXT971的時(shí)鐘是25MHZ?；贛PC5200的音視頻采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的框圖如圖2所示。包括PPCBOOT、內(nèi)核初始化、系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)和捕捉函數(shù)、設(shè)備驅(qū)動和文件系統(tǒng)。驅(qū)動程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)用當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用發(fā)生時(shí),將參數(shù)放在堆棧上,然后調(diào)用一個(gè)陷阱處理程序。操作系統(tǒng)也會從堆棧上取得參數(shù),并調(diào)用陷阱處理程序,然后根據(jù)所帶的參數(shù)完成相關(guān)工作。外圍設(shè)備硬件處理函數(shù)的調(diào)用用于外圍設(shè)備的程序被放在設(shè)備驅(qū)動模塊中。對內(nèi)核而言,對設(shè)備驅(qū)動模塊的調(diào)用只能通過一些接口函數(shù)進(jìn)行。在實(shí)際應(yīng)用中,就是要建立用戶程序和這些程序之間的通信。LINUX操作系統(tǒng)中采用文件系統(tǒng)來完成設(shè)備驅(qū)動模塊和用戶應(yīng)用程序之間的通信。設(shè)備驅(qū)動看起來更象一個(gè)普通的文件,用戶可以對它進(jìn)行打開、關(guān)閉、讀取和寫入操作。操作系統(tǒng)就會分析這類操作的對象,并將它們映射到相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動代碼中。文件的操作SUPER_BLOCKSUPER_OPERATIONS/指針結(jié)構(gòu)/INODE_OPERATIONS/文件節(jié)點(diǎn)操作/FILE_OPERATIONS/文件操作/自己編寫的驅(qū)動程序在VFS中注冊自己的FILE_OPERATIONS結(jié)構(gòu)。硬件驅(qū)動程序分為字符設(shè)備模塊、塊設(shè)備模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊。下面以IME6400為例說明驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)IME6400驅(qū)動程序是被作為字符設(shè)備模塊對待的。使用方法如下INSMODIME6400OFDOPEN“/DEV/IME6400”,O_RDWR/利用IME6400/CLOSEFDRMMODIME6400IME6400的驅(qū)動程序提供下面一些功能IME6400_OPEN、IME6400_READ、IME6400_IOCTL、IME6400_RELEASE、IME6400_INIT、IME6400_EXIT、IME6400_INTERRUPT、IME6400_RESET、IME6400_DOWNLOAD、IME6400_BOOT、QUEUE_INIT、QUEUE_EMPTY、GET_QUEUE_LEN、UPDATE_QUEUE、QUEUE_TO_USER、WRITE32、READ32。每個(gè)功能都有相關(guān)的函數(shù)對應(yīng)解析實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序設(shè)計(jì)首先通過DSERVER進(jìn)程從IME6400中讀取媒體數(shù)據(jù),并在數(shù)據(jù)滿一幀的時(shí)候,把數(shù)據(jù)放在隊(duì)列上,然后執(zhí)行DSEND進(jìn)程,通過CSERVER進(jìn)程接收和處理來自PCVIEWER的請求,確定是否完成硬盤存儲或網(wǎng)絡(luò)傳輸。具體流程參見圖3。圖3應(yīng)用程序執(zhí)行流程系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議進(jìn)行傳輸,這使它特別適合跨網(wǎng)段、有路由器的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控環(huán)境使用。通過客戶端軟件實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控和觀看,并對攝像頭和云臺進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。這也可以通過INTERNETEXPLORER下載專用插件來實(shí)現(xiàn),增強(qiáng)了系統(tǒng)的通用性。系統(tǒng)采用MPEG4編碼極大地