基于DSP/ARM的网络硬盘录像机的设计方案

随着人们生活水平的提高和对工作、生活环境中安全防卫需求的增长，视频监控系统近年来得到了迅速的发展。传统的基于PC 机的视频监控系统多存在着诸如安装携带不便、不能在恶劣环境下使用等一些缺点，这就亟待一种全新的视频监控系统的出现。随着近年来超大规模集成电路和 嵌入式软硬件技术的迅猛发展，特别是DSP、PowerPC 等嵌入式芯片的出现，将嵌入式处理器应用到视频监控系统中不仅克服了上述基于PC 机系统的一些缺点，而且其强大的功能加上丰富的外设接口和高度的可编程性使得视频监控的硬件和软件都更容易实现。正是由于越来越高的性价比加上体积小、成 本低等独特优势，使得嵌入式芯片在视频监控领域也渐渐拥有了一席之地。

1 系统概述

本方案采用DSP+ARM 的双核结构，采用H.264标准作为视频压缩标准，采用开放性的uclinux 操作系统。其中DSP 芯片采用TI 公司的DM642,主要用来进行图像处理，ARM 芯片采用S3C2510 进行操作控制。本方案中服务器不仅要采集、处理视频，还要进行控制，如通过云台的控制对监控图像的视场、方位进行改换等。虽然DM642 具有较高的性能和丰富的接口，但要让DSP 完成上述全部功能，就显得力不从心了，系统的实时性和图像质量将难免受到损伤。

引入ARM 主机则可从根本上解决这些问题。ARM 是32 位CPU,功能强大，可以构建适于网络传输的操作系统。

2 系统设计

2.1 总体设计

网络硬盘录像机的硬件体系包含以下几个处理单元：视音频采样、视音频压缩处理模块、视音频预览模 块、视音频回放模块、记录模块、网络模块、报警输入输出模块、人机界面模块等，以下是网络硬盘录像机的结构示意图，其中包含了压缩模块、预览模块、硬盘控 制器及主控模块，各模块之间的数据通过PCI内部总线进行传输。

图1 系统结构示意图

采样的视音频数据由压缩模块进行处理，处理后的视音频数据供预览、录像或通过网络传输，视音频处理的核心部件为数字信号处理器（DSP）。系统资源的管理与调度由主控模块完成，其核心部件为ARM 芯片。

2.2 视频和音频采集和处理模块

本系统采用模拟摄像头进行视频数据采集，然后将采集到的模拟数据通过TI 公司的TVP5154 芯片进行数字化，TVP5154 视频编码器支持PAL/NTSC、CVBS 或Y/C 模拟视频输入，8-bit BT.656 数字视频数据流输出，其输出的数字视频流可以与DM642 实现无缝连接。在本地预览和本地回放模块，采用SAA7105 视频解码器进行解码，SAA7105 型视频解码器支持8-bit BT.656 数字视频数据流输入，PAL/NTSC、CVBS 或Y/C 模拟视频输出。通过DM642 的I2C 总线对视频编/解码器的内部寄存器进行编程，实现不同的输入输出，视频编解码器的参数通过I2C 总线配置。作为视频输入口时，视频数据的行/场同步又包含BT.656 数字视频数据流中的EAV和SAV 时基信号控制，视频口只需视频采样时钟和采样使能信号（控制采样起始），TVP5154 用系统时钟SCLK 提供采样时钟，用可编程引脚GPCL 提供采样使能。作为视频输出口时，视频口要为SAA7105 提供时钟和行/场同步信号。DM642 有3 个视频口，每个都可以配置为上下两个通道，但VP0、VP1 的两个通道必须同时为视频输入口或输出口。结合实际应用，在本系统中VP0 和VP1 的 A 通道配置为8-bitBT.656 视频输入口，VP2 A 和B 通道配置为2 个8-bit BT.656 视频输入口，VP0 和VP1 的B 通道配置为MCASP,接四个音频Codec.

音频部分采用TLV320AIC23B 型音频编/解码器，它支持麦克风/立体声模拟输入/输出和数字音频数据流输出/输入。PLL1708型可编程视频/音频同步数字锁相环给McASP 和TLV320AIC23B 提供时钟信号，SCK02 端口接McASP 的AHCLKX,SCK03 端口接TLV320AIC23B 的主时钟MCLK.PLL1708 的时钟输入为27MHz DM642 与TLV320AIC23B 的对应引脚功能见表1.

表1 DM642 与TLV320AIC23B 的对应引脚。

2.3 存储模块

DM642 的EMIF 在内存中的地址映射分为4 个可独立寻址的空间CE[3:0],自地址0x80000000 起各占256MB.根据设计中所选用芯片的数据宽度等特点，可以对这4 个寻址空间进行配置。其中，CE0 空间配置成64 位宽度，只用于SDRAM 内存的映射；CE1 空间配置成8 位宽度，用于Flash、UART 的映射；CE2 空间配置成16 位宽度，用于ATA 寄存器的映射；CE3 本设计中未使用，可以作为将来扩展子卡用。

在本设计中，硬盘控制器芯片使用Silicon Image公司的SiI3512双口SATA 控制器来实现SATA 功能。

SiI3512 直接挂载在S3C2510 的PCI 总线上为系统提供SATA 接口。连接方式如图2 所示：

图2 Si