数字视频压缩的大容量记录系统设计

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2.2 LPC2214微处理器电路设计

　　LPC2214是一款基于32位ARM7TDMI-S，支持实时仿真和跟踪的CPU；带有16 KB片内SRAM、256 KB嵌入的高速Flash存储器、128位宽度的存储器接口和独特的加速结构，使32位代码能够在最大时钟速率60 MHz下运行。芯片内部集成了多种串行接口。LPC2214与SZ1510的接口和控制关系如图2所示。在设计中，需要注意的是保持SZ1510读写时序与内部时钟的同步。通过CS3选通SZ1510实现控制字和数据的交换。

图2 LPC2214与SZ1510的接口关系

　　2.3 IDE接口设计

　　由于LPC2214芯片不具备IDE接口，因此在本系统中使用通用I/O 口，模拟产生ATA 设备的读写时序，实现对IDE硬盘的可靠读写操作。图3为LPC2214与IDE硬盘连接图。其中，P2.16～P2.31作为数据线，P1.16～P1.20作为地址和选通信号，P0.17和P0.20为设备的复位和状态请求信号，用P0.21和P0.19实现读写控制。

图3 LPC2214与IDE硬盘连接图

　　3 系统软件设计

　　系统软件由主程序和若干个子程序组成，工作流程如图4所示。主要的子模块有：SZ1510 的设置与控制、IDE接口驱动和文件系统的管理。

图4 系统工作流程

　　3.1 SZ1510的设置与控制

　　SZ1510共有128个寄存器，每个寄存器都有一个索引号。当SZ1510工作在非复用总线模式下时，外界对寄存器的访问都是通过IOAR和IODR来完成的。访问时首先将这个寄存器的索引号写入IOAR，然后将要写的数据写入IODR。

　　SZ1510设置与控制过程如下：
　　① 向中断使能寄存器写入0x40，以使能Ready中断；
　　② 等待SZ1510的Ready中断；
　　③ 等到Ready中断后，向SZ1510的0x1E寄存器写入0x0A，设置它内部的DSP时钟为94.5 MHz；
　　④ 向0x013寄存器写入0x55，对SZ1510进行软复位；
　　⑤ 向中断使能寄存器0x0C写入0x40，以使能Ready中断；
　　⑥ 等候RDY中断；
　　⑦ 待Ready中断后对SAA7113进行初始化；
　　⑧ 对SZ1510进行软复位，即向0x0B寄存器写入0x55，同时向0x0C寄存器写入0x40；
　　⑨ 等待Ready中断，等到后向SZ1510的内部DSP装载二进制代码；
　　⑩ 进行SZ1510内部视频压缩核的二进制代码装载，具体装载步骤如下：

　　◆ 向0x08寄存器写0x04，发送开始命令；
　　◆ 等待Ready中断，清除Ready中断；
　　◆ 向Data in寄存器0x01写256个字节；
　　◆ 等待End of Data中断，然后清除中断；
　　◆ 查程序空间的代码是否装载完毕，如没有，则继续装载。

　　3.2 IDE接口驱动

　　本系统采用LPC2214的通用可编程I/O口模拟ATA设备的读写时序，实现对硬盘的读写。这里给出模拟写ATA 设备寄存器的步骤（读ATA设备寄存器的步骤类似）：

　　① 关系统中断，预防在写寄存器操作中产生中断；
　　② 设置GPIO 模拟ATA 接口数据的引脚为输出状态，准备输出数据到设备数据线；
　　③ 设置ATA 设备寄存器的相应地址；
　　④ 设置GPIO 模拟ATA 接口数据的引脚电平为要写到设备的值；
　　⑤ 使写ATA 设备寄存器信号为低电平；
　　⑥ 使写ATA 设备寄存器信号为高电平；
　　⑦ 取消ATA 设备寄存器地址的选择；
　　⑧ 设置GPIO 模拟ATA 接口的数据总线引脚为输入状态，释放总线；
　　⑨ 开系统中断。

　　3.3 文件系统管理

　　本设计中采用的是面向嵌入式系统的小型文件系统ZLG/FS [1]，主要用于将数据存储为标准的文件格式和对整个文件系统的管理。同时，为了便于音视频的检索和查询，以及防止非法断电造成大量未保存数据的丢失，在系统中设置了每间隔一定的时间（30 min）将压缩数据存储在以系统时间命名的新文件里。

　　4 结论

　　经测试，系统可实时长时间记录外部的音视频信号，记录的压缩数据流符合MPEG-1图像压缩国际标准。在设计中，采用的压缩视频流速率为1.5 Mbps，1小时的视频数据量为(1.5 Mbps/8)×3 600=675 MB，对于一个40 GB的硬盘，系统连续记录时间接近60小时。系统体积小、功耗低，便于移动环境下对音视频数据的实时长时间压缩记录。