一款基于ARM11和DSP的3G視頻安全帽設(shè)計(jì)

1.引言

為提高在高危工作場(chǎng)所現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的可控性，本文采用仿生學(xué)原理和高集成度設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了與人眼同視角的3G視頻安全帽。本設(shè)計(jì)由視頻安全帽和腰跨式數(shù)據(jù)處理終端兩部分組成，采用高可靠性航空插頭連接。其中圖像處理采用三星公司的S3C6410ARM11處理器和TMS320DM642 DSP處理器組成。本設(shè)計(jì)結(jié)合DSP處理器在視頻壓縮方面的優(yōu)勢(shì)和運(yùn)行于ARM之上的Linux操作系統(tǒng)在數(shù)據(jù)管理與任務(wù)調(diào)度機(jī)制方面的出色表現(xiàn)，由DSP完成圖像處理功能，并通過(guò)高速接口把視頻數(shù)據(jù)傳輸給嵌入式微處理系統(tǒng)，完成視頻數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)功能。

2.系統(tǒng)構(gòu)成

本設(shè)計(jì)由視頻安全帽和腰跨式視頻終端兩部分組成。視頻安全帽中包含1路視頻輸入、1路音頻輸入和1路音頻輸出，并配備輔助燈光。腰跨式視頻終端主要由ARM11和DSP雙核系統(tǒng)、3G無(wú)線模塊和電源管理模塊組成，主要完成數(shù)據(jù)處理、傳輸、存儲(chǔ)和系統(tǒng)控制功能。

2.1 ARM處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

ARM處理系統(tǒng)，主要由主控模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、模擬數(shù)字信號(hào)的采集模塊等部分。

CPU采用三星公司S3C6410A處理器，最高工作頻率可達(dá)667MHz.

2.2 DSP視頻處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DSP圖像處理系統(tǒng)由三部分組成，視頻解碼、圖像處理。其中視頻解碼采用TVP5150超低功耗解碼器，圖像處理采用TMS320DM642(簡(jiǎn)稱DM642)DSP處理器，它可在600MHz時(shí)鐘頻率下工作，指令周期為1.67ns，每個(gè)指令周期可并行8條32位指令，處理能力可達(dá)到4800MIPS的峰值計(jì)算速度。

攝像頭模擬信號(hào)通過(guò)TVP5150解碼后，送到DM642芯片進(jìn)行H.264視頻壓縮，壓縮后的信號(hào)傳送到ARM嵌入式系統(tǒng)通過(guò)3G模塊將數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)端服務(wù)器或進(jìn)行本地存儲(chǔ)。

2.3 ARM系統(tǒng)與DSP系統(tǒng)間的協(xié)作實(shí)現(xiàn)

如圖1所示，視頻信號(hào)經(jīng)DSP壓縮編碼后通過(guò)主機(jī)接口(HPI)將數(shù)據(jù)傳送至S3C6410A中進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)傳輸或存儲(chǔ)，其電路圖如圖2所示。

本文選用HPI16模式，主要接口信號(hào)線如下：

(1)16位數(shù)據(jù)線HD[15:0]，這些數(shù)據(jù)線在沒有用到HPI讀寫功能時(shí)處于高阻態(tài)。

(2)2條訪問(wèn)控制選擇信號(hào)線HCNTL[1:0]。

它的狀態(tài)用來(lái)控制當(dāng)前訪問(wèn)的是三個(gè)HPI寄存器中的哪一個(gè)，HCNTL[1:0]=00時(shí)，主機(jī)對(duì)HPIC寄存器進(jìn)行讀寫操作：HCNTL[1:0]=01時(shí)，主機(jī)對(duì)H P L A寄存器進(jìn)行獨(dú)顯操作;HCNTL[1:0]=10時(shí)，主機(jī)以抵制自動(dòng)增加的方式對(duì)HPID寄存器進(jìn)行讀寫操作，每讀取一次HPID，HPIA自動(dòng)增加一個(gè)字抵制(4個(gè)字節(jié));HCNTL[1:0]=11時(shí)，主機(jī)以固定地址模式對(duì)HPID寄存器進(jìn)行讀寫操作，HPIA寄存器地址不變。

(3)半字識(shí)別選擇信號(hào)線HHWIL.由于DM642最小存儲(chǔ)單位是字(32bit)，當(dāng)HPI配置為HPI16時(shí)，需要連續(xù)傳輸兩個(gè)半字組成一個(gè)字傳給主機(jī)，HHWIL信號(hào)線用于區(qū)分先傳高位半字還是低位半字。

(4)地址選通輸入信號(hào)線HAS.此信號(hào)用于主機(jī)的數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用情況。不用時(shí)此信號(hào)應(yīng)該接高。

(5)主機(jī)讀寫選擇信號(hào)線HR/W.主機(jī)必須將HR/W設(shè)置為高以進(jìn)行讀操作，設(shè)置為低以進(jìn)行寫HPI操作。

(6)3條選通信號(hào)線HCS，HDS1和HDS2.這三個(gè)信號(hào)線在片內(nèi)組合為一個(gè)低電平有效的選通信號(hào)HSTROBE.

(7)準(zhǔn)備好信號(hào)線HRDY.當(dāng)該信號(hào)線為低時(shí)，表明HPI己準(zhǔn)備好傳送數(shù)據(jù)。

(8)向主機(jī)發(fā)送中斷信號(hào)線HINT.

如圖2所示，將S3C6410的Bankl片選信號(hào)nCS7與nHCS連接，使HPI接口作為外部物理地址映射到S3C6410相應(yīng)內(nèi)核空間，Bankl地址空間從0×08000000到0x0fffffff而將讀寫信號(hào)nOE和nWE分別接到nHDSl和nHDS2.本系統(tǒng)采用的是HPll6模式，將32位數(shù)據(jù)分低16位和高16位分別存儲(chǔ)，這里采用ADDR5控制半字節(jié)標(biāo)識(shí)選擇。將S3C6410的AB2、AB3連接到HCNTL0、HCNTLl，能夠方便的對(duì)HPI的三個(gè)寄存器HPIC、HPIA、HPID進(jìn)行尋址。ADDR6連接到DM642的HR/W，通過(guò)控制此地址線來(lái)實(shí)現(xiàn)HPI讀寫的選通，HRDY反相后與WAIT信號(hào)線相連，DM642的HINT直接連接到S3C6410的外部中斷IRQ5引腳上，以實(shí)現(xiàn)DSP對(duì)主機(jī)中斷信號(hào)的傳輸。

經(jīng)測(cè)試，基于HPI16數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，DM642與S3C6410間的通信速率可以達(dá)到50Mbps，帶寬足夠用來(lái)傳輸MPEG等壓縮的視頻數(shù)據(jù)。

3.總結(jié)

基于本文設(shè)計(jì)的ARM11和DSP協(xié)作視頻流處理技術(shù)的3G視頻安全帽以在石油、電力等行業(yè)野外作業(yè)中得到應(yīng)用。文章采用HPll6的傳輸模式，其傳輸速度能夠較好地滿足實(shí)際需求，后續(xù)將嘗試采用HPl32模式，傳輸速度還會(huì)得到進(jìn)一步提高。在ARM與DSP之間的通信中，通過(guò)視頻數(shù)據(jù)通信協(xié)議的引入，與傳統(tǒng)的通過(guò)read/write buffer實(shí)現(xiàn)通信相比，視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘玫搅溯^好的保證。