新型網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于S3C4510B芯片面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，因此在芯片內(nèi)部集成了一個(gè)以太網(wǎng)控制器。該控制器工作于ＭＡＣ層，完全兼容ＩＥＥＥ８０２．３協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。它能運(yùn)行于１０Ｍｂｐｓ／１００Ｍｂｐｓ模式。該控制器包括一個(gè)接收／發(fā)送單元、一個(gè)流控制器、一個(gè)用于存放網(wǎng)絡(luò)地址的內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)單元和一系列命令／狀態(tài)寄存器。

２．２ 功能介紹

S3C4510B芯片作為系統(tǒng)的主控制芯片，負(fù)責(zé)控制嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)的正常工作，包括將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)按照TCPIP協(xié)議發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)中的計(jì)算機(jī)上并接收計(jì)算機(jī)的命令修改系統(tǒng)工作參數(shù)等。

系統(tǒng)加電后，S3C4510B芯片自動(dòng)從地址0x00處運(yùn)行系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序首先初始化異常向量表，之后初始化1K×32bits的系統(tǒng)堆棧區(qū)，用于存放出現(xiàn)異常情況(中斷)時(shí)的寄存器值。然后，系統(tǒng)程序設(shè)置系統(tǒng)正常工作時(shí)的各個(gè)存儲(chǔ)區(qū)起始地址及存儲(chǔ)區(qū)容量，將地址０ｘ00000～0ｘ7FFFF共512K×32bits范圍作為程序存儲(chǔ)區(qū)(ROM)，用于存放系統(tǒng)程序和用戶程序；將地址0x1000000~0x10FFFFF共1M×32bits作為程序／數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)(RAM)，又將該段存儲(chǔ)區(qū)分為用戶程序段、用戶堆棧段和用戶數(shù)據(jù)段；將片內(nèi)存儲(chǔ)區(qū)地址映射到０ｘ3FE0000~0x3FEFFFF；將特殊寄存器區(qū)地址映射到０ｘ３FF0000～０ｘ３FFFFFF。最后系統(tǒng)程序設(shè)置片內(nèi)寄存器的值，初始化Ｓ３Ｃ４５１０ＢS3C4510B芯片的各個(gè)外部接口，包括異步串行通信接口(UART)、計(jì)時(shí)器、可編程I/O口、以太網(wǎng)控制器等。在系統(tǒng)初始化結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)入用戶模式，執(zhí)行用戶程序。

在用戶模式下，攝像系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器。根據(jù)用戶程序設(shè)置的MAC地址和IP地址，接收來自互聯(lián)網(wǎng)中計(jì)算機(jī)發(fā)出的請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)收到請(qǐng)求信號(hào)后，用戶程序立即在本地與計(jì)算機(jī)建立TCP連接。將待傳輸?shù)囊粠瑝嚎s圖像數(shù)據(jù)首先按TCP協(xié)議封裝成TCP數(shù)據(jù)報(bào)，然后交付給IP層子程序封裝成IP數(shù)據(jù)報(bào)，最后由S3C4510B芯片內(nèi)的MAC控制器將其拆分封裝成幀并發(fā)送到目的計(jì)算機(jī)上。當(dāng)有多個(gè)計(jì)算機(jī)用戶發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，用戶程序會(huì)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中設(shè)置一個(gè)用戶列表，自動(dòng)根據(jù)各個(gè)計(jì)算機(jī)的ＩＰ地址和建立連接時(shí)的端口號(hào)分別發(fā)送圖像數(shù)據(jù)。圖４顯示了用戶程序與一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送和接收TCP／IP數(shù)據(jù)報(bào)的流程圖。目的計(jì)算機(jī)將接收到的TCP／IP數(shù)據(jù)報(bào)解封，恢復(fù)成JPEG壓縮圖像幀，再解壓縮，完成視頻圖像流的接收和播放。

用戶程序在發(fā)送數(shù)據(jù)幀的同時(shí)，會(huì)根據(jù)圖像數(shù)據(jù)發(fā)送的速度及網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況，自動(dòng)通過異步串行通信接口(ＵＡＲＴ０)向ＶＣ５４１６VC5416芯片發(fā)送控制信號(hào)，及時(shí)改變圖像采集和壓縮的速率。本系統(tǒng)在發(fā)送視頻數(shù)據(jù)的同時(shí)，還能夠接收來自計(jì)算機(jī)的控制命令。根據(jù)不同的控制命令，系統(tǒng)也可以完成對(duì)圖像分辨率、圖像幀速率等指標(biāo)的調(diào)節(jié)。

本文介紹的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)目前運(yùn)行于評(píng)估板平臺(tái)上，下一步將繼續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)的集成和優(yōu)化并最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。由于該設(shè)計(jì)方案采用高性能的３２位微控制器和多個(gè)通用可編程器件(ＦＰＧＡ和ＤＳＰ)，因此該系統(tǒng)能夠支持ＶｘＷｏｒｋｓ嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和更為復(fù)雜的應(yīng)用程序。而且軟件和硬件設(shè)計(jì)只需稍加改進(jìn)就能實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)，使得數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)能在移動(dòng)中傳輸實(shí)時(shí)圖像。該網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)具有硬件集成度高、圖像傳輸實(shí)時(shí)性好、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)?？梢杂糜陔娨晻?huì)議、電訊基站、智能樓宇、銀行的保安監(jiān)控以及交通違章和流量管理等。