基于DM642的嵌入式網(wǎng)絡視頻服務器的設計

引言

目前的安防監(jiān)控領域的主流產(chǎn)品是DVR(數(shù)字硬盤錄像機)，它的主要特點是適合監(jiān)控點集中的局域監(jiān)控應用。但是，隨著對于遠程分布式監(jiān)控需求的增長，嵌入式網(wǎng)絡視頻服務器以其可靠性高，組網(wǎng)方便等優(yōu)點越來越受到安防領域廠商和客戶的重視。視頻服務器的解決方案有多種選擇，但是市場產(chǎn)品的主流一般選擇兩種方案：(1)CPU+ASIC。該方案選擇以ARM為核的CPU和專用媒體處理芯片搭建。優(yōu)點是開發(fā)時間相對較短，但由于采用ASIC，靈活性較差，產(chǎn)品一旦定型，很難更改。(2)采用面向媒體處理的專用DSP。其開發(fā)時間不長，優(yōu)點是由于算法是軟件代碼，所以可以不斷對產(chǎn)品性能進行升級，重復開發(fā)成本較低。基于以上幾點，本系統(tǒng)采用第二種方案設計。

一.系統(tǒng)的硬件設計。

視頻服務器最主要的功能是完成圖像和聲音的采集、壓縮及傳輸?shù)墓δ?。視頻服務器用到的核心技術一般包括視頻壓縮算法，音頻壓縮算法，網(wǎng)絡傳輸協(xié)議。目前市場上的主流技術主要是MPEG4或H26x視頻壓縮算法、AAC音頻壓縮算法、G.72x語音壓縮算法(或AAC音頻壓縮算法)，TCP/IP協(xié)議等。DM642是TI公司推出的一款針對多媒體處理領域應用的DSP，它是在C64x的基礎上，增加了很多外圍設備和接口。該DSP為548腳BGA封裝，高度集成化。主要外圍設備包括：三個可配置的視頻接口，可以和視頻輸入，輸出或傳輸流輸入無縫連接。VCXO內插控制端口(VIC)10/100Mbps以太網(wǎng)口(EMAC)。數(shù)據(jù)管理輸入輸出模塊(MDI0)。多通道音頻串行端口(McASP)。I2C總線模塊。兩個多通道有緩存的串口(McBSPs)。三個32-bit通用定時器。用戶可配置的16-bit或32-bit的主端口接口(HPI16/HPI32)。 6Mhz32-bit的PCI接口。通用I/0端口((GPIO)。64-bit的外部存儲單元接口，支持和同步或異步存儲單元的連接。

系統(tǒng)硬件框圖如下：

本系統(tǒng)設計3路視頻端口，2路板上解碼器和1路板上編碼器，32Mbytes同步DRAM 通過FPGA的OSD 4Mbytes Flash memory　，10/100以太網(wǎng)端口通過FPGA內寄存器執(zhí)行的板卡軟件配置導入加載選項配置。DSP芯片通過64bit的EMIF接口或8 /16bit的3路視頻接口連接板上外圍設備。SDRAM、Flash、FPGA和UART每一個設備占用其中的一個接口。EMIF接口也連接擴展背板接口，擴展背板接口用來連接背板。 板上的視頻解碼器和編碼器連接到視頻端口和擴展連接器上。母板上的2個編碼器和1個解碼器都符合標準規(guī)范。McASP可以通過軟件重新設定成為一個擴展接口?？删幊踢壿嬮T陣列又被稱為FPGA，用來執(zhí)行板上組合在一起的邏輯程序。FPGA有基于軟件用戶端口的寄存器，用戶可以通過讀寫這個寄存器來配置板卡。

系統(tǒng)的硬件設計主要有以下幾個部分。

(1)存儲器映射。C64xx系列DSP有大量的字節(jié)可設定的地址空間。程序代碼和數(shù)據(jù)可被存儲在統(tǒng)一標準的32bit地址空間的任何位置。 默認狀態(tài)下，內部的寄存器從0x00000000地址空間開始存儲。一小部分存儲器可由軟件重新映射為L2高速緩存，而不是固定的RAM。 EMIF(外部寄存器端口)有4個獨立的可設定地址的區(qū)域，稱為芯片使能空間(CE0-CE3)。當Flash、UART和FPGA映射到CE1 時，SDRAM占據(jù)CE0。背板使用CE2和CE3。CE3的一部分被配置給OSD功能的同步操作和擴展的FPGA中的其他同步寄存器操作。

(2)EMIF端口。本系統(tǒng)設計一個64bit長的外部存儲器端口。將地址空間分割成了四個芯片使能區(qū)，允許對地址空間進行8bit、16bit、 32bit和64bit的同步或不同步的存取。DM642板使用芯片使能區(qū)CE0、CE1和CE3。CE0被發(fā)送給64bit的SDRAM總線。CE1被 8bit的Flash、UART和FPGA功能使用。CE3被設置成同步功能。CE2和CE3都被發(fā)送給背板接口連接器。

(3)SDRAM寄存器端口。本系統(tǒng)設計在CE0空間連接了64bit的SDRAM總線。這32兆的SDRAM空間用來存儲程序、數(shù)據(jù)和視頻信息?？偩€由外部PLL驅動設備控制，運行在133MHz的最佳運行狀態(tài)。SDRAM的刷新由DM642自動控制。 EMIF使用的PLL被稱為ICS512，PLL的輸入時鐘是25MHz。DM642可以配置EMIF時鐘的原始值。ECLKIN針腳一般為默認值，但其也可通過分頻CPU時鐘，來控制EMIF的時鐘頻率。在復位時，通過對ECLKINSEL0和ECLKINSEL1針腳的操作進行設置，其與EA19和 EA20針腳共同分享EMIF的地址空間。

(4) Flash寄存器接口 本系統(tǒng)設計4M的Flash，映射在CE1空間的低位。Flash寄存器主要被用來導入裝載和存儲FPGA的配置信息。DM642評估板的CE1空間被配置成8bit，F(xiàn)lash寄存器也是8bit。由于CE1的可利用地址空間小于Flash的空間，所以利用FPGA來產(chǎn)生3個擴展頁。這些擴展的線形地址通過FPGA的Flash的基礎寄存器進行定義地址，復位后默認是000。

(5)UATR接口。 雙重的UART寄存器被映射在DM642的CE1空間的高位，隨同F(xiàn)PGA異步寄存器一起。每一個UART，A和B產(chǎn)生8位的地址。本系統(tǒng)設計將CE1空間配置成8位存取。

(6)FPGA異步寄存器端口 。FPGA有10個定位在CE1空間高位的異步存儲寄存器。這些寄存器實現(xiàn)的各種功能由于篇幅所限不再詳敘。FPGA同步寄存器端口 FPGA在CE3地址空間開設同步寄存器。這些寄存器主要實現(xiàn)OSD功能和一些評估板連接。

(7)EMIF緩沖器/解碼器控制 。EMIF緩沖器和解碼器的功能通過GAL16LV8D普通邏輯數(shù)組驅動器實現(xiàn)，U15。驅動器可以對Flash進行簡單的解碼處理，UART與緩沖器共同控制CE1、CE2和CE3。

(8) 視頻端口/McASP端口 。本系統(tǒng)設計有3個板上視頻端口，這些端口可以根據(jù)可選擇性功能，進行再分類，例如端口0和端口1的McASP和SPDIF功能。DM642使用所有的三個視頻端口，視頻端口0和視頻端口1被用作輸入端口，視頻端口2用作顯示端口。在標準配置中，視頻端口0和視頻端口1根據(jù)使用在McASP功能下進行再分類，連接到TLV320AIC23立體聲編解碼器或連接到SPDIF輸出接口J9。

(9)視頻解碼器端口 。本系統(tǒng)設計可再分的視頻端口0和視頻端口1被用作捕獲輸入端口，命名為捕獲端口1和捕獲端口2。這些端口連接到SAA7115H解碼器。視頻端口貫穿 CBT開關，所以他們?yōu)榱吮嘲宓氖褂每梢员贿x擇性的禁止。另一半的端口被連接到板上的McASP端口。捕獲端口1通過一個RCA類型的視頻插座J15和一個4針的低噪聲S-Video接口J16，連接到視頻源。輸入的必須是合成的視頻源，例如DVD Player或視頻相機。SAA7115H是可通過DM642的I2C總線進行編程的，并且可以連接所有的主要合成視頻標準，例如NTSC，PAL和 SECAM，這些都可以通過解碼器的內部寄存器進行適當?shù)木幊獭?