基于MPC8250的数字硬盘录像机设计

引 言

短短几年的发展，数字硬盘录像机(DVR)依托其强大的数字化、网络化功能，已逐步取代了传统模拟录像设备的主导地位，成为监控市场的主流。其应用已经从最初的金融领域发展到交通、楼宇、公安、监狱、广场、小区、机房、环境、考场等各种应用场所，只要是想对图像和声音进行监控的场所就会应用到DVR系统。

目前，数字硬盘录像机的产品技术趋势主要有两种：

一种是基于PC机Windows平台的插卡式数字硬盘录像机；

另一种是基于嵌入式系统技术的数字硬盘录像机。嵌入式DVR因其高可靠性、稳定性、防病毒侵扰等诸多特点，越来越受到市场的青睐，是目前发展的主要趋势。

嵌入式DVR产品主要有两种设计方案：一是DSP方案(如Philips音视频处理IC加上Trimedia DSFP)；一种是ASIC方案(如基于Vweb2010 MPEG-IV IC或INTTIME IC等图像处理IC芯片进行开发)。ASIC方案的编码质量和处理性能依赖IC开发商，目前市场上的IC不支持4CIF(704×576)的MPEG4编码。

DSP方案设计的主流市场主要采用Philip s的Trime-dia DSP，但其处理能力比较弱，无法实现MPEG-4的4CIF高清晰编码。本系统采用EQUATOR BSP-15 DSP方案，设计具有高清晰度的高端嵌入式数字硬盘录像机。  

1 系统设计  

数字硬盘录像机的主要任务是：将模拟的音视频信号通过A/D转换成没有被压缩的图像数字信号，再通过DSP或具有图像处理功能的ASIC芯片进行图像数据的压缩编码，将压缩编码的数字图像数据存储在硬盘等大容量存储设备中，或通过网络实时监控远程图像。使用者可简单、便捷地通过网络或遥控器OSD菜单方式，对存储的录像数据进行检索、回放和备份等。  

1.1 硬件总体设计

1.1.1 MPC08250简介  

嵌入式系统选择处理器时主要需要考虑以下几个方面：处理器的性能；处理器所支持的开发工具和所支持的操作系统；过去开发的经验以及处理器的成本；代码兼容性和算法复杂性等。在该系统中，选择了摩托罗拉的MPC8250做为系统的主控处理器。  

MPC8250是Motorla公司在嵌入式MPC860基础之上推出的MPC82XX系列微处理器中的一种。MPC8250基于PowerQUICC结构，主要由PowerPC内核、系统接口单元SIU和通信处理单元CPM构成。它支持60x总线，其数据线为64位，地址线为32位；支持PCI/LOCAL总线，其数据线为32位，地址线为32位。内核工作时钟最高为300 MHz，CPU工作时钟最高为200 MHz。MPC8250内部结构图如图1所示。

1.1.2 BSP-15简介  

Equator Technologies推出的MAP-BSP-15是面向音视频媒体应用的高性能DSP芯片。最新的MAP-BSP-15 400 MHz处理能力可达40GOPS(针对视频编码)。该系列芯片的系统结构特别适用于音视频编解码等应用，同时其丰富的音视频信号接口可方便用户进行系统设计。  

MAP-BSP-15主要包含一个超长指令字处理器内核(The VLIW core)、一个可编程位流协处理器(TheVLx)、视频滤波协处理器、显示刷新控制器和丰富的数字I/O接口等。MAP～CA支持各种用软件实现的视频、图像以及信号的压缩和解压缩，这种软件实现的算法相对硬件实现有很大的优越性，升级非常方便。  

1.1.3 硬件总体设计思想　　

系统需要实现8路的音视频同步录像，BSP-15具有同时处理2路音视频信号的性能，因而需要4片BSP一15做音视频编码，同时，需要1片BSP-15做音视频解码器，BSP一15与MPC8250之间采用PCI通信交换数据。因此，整个系统电路设计非常复杂。根据机箱结构设计要求，既可以满足2U设备的机架式安装，又可以台式安装，因此，将系统分成两层板的两板设计，CPU主控板和编解码板。CPU主控板与编解码板之间采用欧式插座连接器连接。  

CPU主控板主要包括MPC8250及其外围电路，包括SDRAM、BOOT ROM、Flash、网络 处理接口电路和硬盘接口电路等，其基本原理图如图2所示。

  

编解码板主要包括5片BSP一15及其外围电路，如SDRAM、音视频A/D转换电路、D/A 转换电路以及画面分割电路等，其基本原理图如图3所示。

1.2 软件总体设计

DVR的主要功能是实现多路视音频数据的独立压缩编码，将编码的数字图像数据存储在硬盘，存储的图像数据在任何时候可以采用遥控器、面板等命令方式或通过以太网的通信方式，快捷、方便的检索、备份、回放硬盘数据。同时，它还具有动态侦测、定时报警等条件录像功能，并且当硬盘使用完时，具有将最老的数据循环覆盖的功能。

经过系统功能需求和数据流的分析后，将系统分解为系统管理子系统、通信子系统、PCI通信管理子系统、录像数据存储、检索子系统和0SD菜单子系统，每个子系统由一个或多个任务进行管理。

系统管理子系统主要实现系统的录像启动、停止等控制以及调度算法的实现；系统总体资源的分配与调度；与其他子系统之间的控制与数据交换的同步。

通信子系统包括的内容比较多，有基于TCP/IP的以太网通信，基于串口的RS232或：RS485通信。该子系统主要包括以下几个模块：RS232的面板通信模块、RS485 的云镜等控制模块、网络客户端通信模块和UDP组播或单播通信模块。

PCI通信管理子系统主要负责与BSP一15的PCI通信，其内容包括数据的交换和信令的交换与控制。

录像数据的存储、检索子系统是整个系统的数据中枢，在此详细介绍其基本设计思想。该子系统负责将来自 BSP-15编码图像数据按照系统定义的数据存储算法进行存储，并处理远程PC 客户端、本地遥控器或面板操作请求的数据检索、备份、回放命令，将检索到的录像记录文件列表、录像数据文件给其他处理子系统。

主要完成以下功能：

◆图像数据的IDE存储；

◆录像记录文件列表的检索；

◆录像数据文件的IDE检索；

◆IDE硬盘的管理，包括硬盘的切换、硬盘的启动、硬盘读写操作的控制等。

该子系统包括以下几个处理模块：写图像数据处理模块、读图像数据处理模块和数据检索处理模块。