基于Intel Xscale和嵌入式Linux的視頻模塊設計
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OV518 最大視頻傳輸速度的設計，使得系統(tǒng)能夠以更加實時的方式獲取大量的視頻信息。片內(nèi)高性能專用壓縮引擎可以達到7:1 的壓縮比，保證了從圖像傳感器到終端平臺的快速圖像傳輸。對于QVGA圖像格式，OV518的壓縮引擎支持高達30 幀/秒的傳輸速度，減少了低帶寬應用中通常會出現(xiàn)的圖像跳動現(xiàn)象。OV518還具有優(yōu)秀的靜態(tài)圖像捕捉功能，使用起來和數(shù)碼相機一樣方便。其內(nèi)部結(jié)構如圖 1 中USB 連接橋部分所示。由于PXA255 的USB 接口只有從控制器，只能作為一個從設備使用，我們采用Philips公司的ISP1160為PXA255擴展了兩個USB主接口。ISP1160是專門用以在嵌入式系統(tǒng)或便攜式設備中實現(xiàn)USB 協(xié)議的芯片，支持所有的傳輸類型：控制、中斷、批量及同步。該芯片還提供了節(jié)能工作模式以減少功耗，每個下行端口都有獨立的過流檢測輸入引腳和電源供電開關控制輸出引腳，使系統(tǒng)電源的管理更加靈活。ISP1160與CPU的接口，是專為RISC 的CPU設計的，極大的簡化了設計工作，可以不加修改的移植到別的嵌入式系統(tǒng)應用中。總之，整個視頻模塊硬件設計體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)設計對體積，速度和功耗的要求，既保持了很高的處理速度和很小的集成空間，又降低了系統(tǒng)的功耗。
3 軟件設計
3.1 軟件平臺
微處理器PXA255 功能強大，系統(tǒng)資源十分豐富，十分需要一個功能強大的操作系統(tǒng)來管理這些資源，經(jīng)過對各種嵌入式操作系統(tǒng)的比較，嵌入式Linux的諸多優(yōu)點非常適合于作為該終端的操作系統(tǒng)：開放的源碼，可移植性強，強大的網(wǎng)絡功能和對USB 總線及Video設備的良好支持。終端平臺采用圖形用戶界面，出于嵌入式系統(tǒng)對實時性和對GUI 的占用資源少、高性能、高可靠性及可配置的考慮，我們選擇了MiniGUI圖形用戶界面支持系統(tǒng)。
3.2 視頻模塊軟件的基本結(jié)構
視頻模塊軟件的設計采取了模塊化的設計方法，根據(jù)視頻模塊設計的特點和多媒體終端視頻功能的需求，整個視頻模塊軟件有4 個功能模塊組成：USB 模塊、攝像頭驅(qū)動模塊、解碼模塊、視頻應用模塊，完成了采集、解碼、本地顯示、本地用戶控制和網(wǎng)絡傳輸?shù)裙δ埽浠窘Y(jié)構如圖2 所示。為了提高圖像采集的實時性和系統(tǒng)性能，在各個模塊的設計過程中，根據(jù)Linux 操作系統(tǒng)的特點和采用的解壓縮算法的特征，我們對程序和算法進行了優(yōu)化、簡化，以加快計算速度，提高效率。以下將對各個模塊的功能和實現(xiàn)進行介紹。
3.2.1 USB 模塊
該模塊包括USB 總線驅(qū)動程序（USBD）和主控制器驅(qū)動（HCD）。USBD 主要處理USB 協(xié)議中與硬件無關的部分，對協(xié)議規(guī)定的USB 總線以及USB 設備共有的操作和性質(zhì)提供支持。HCD 負責對ISP1160 進行抽象和對USB 的低級支持，ISP1160 的寄存器編程來驅(qū)動ISP1160，為上層的USB 總線驅(qū)動提供軟件接口來控制ISP1160。圖3 給出了USB 模塊的軟件功能結(jié)構圖。Linux 操作系統(tǒng)提供有穩(wěn)定的USB 總線驅(qū)動程序，我們只需要編寫HCD 程序。在HCD 的設計中，我們結(jié)合ISP1160 專為嵌入式設備設計的特性對實時傳輸和非實時傳輸進行不同的調(diào)度，增強了對USB 總線實時傳輸?shù)闹С郑唤Y(jié)合Linux對軟中斷的良好支持，采用底半部機制（bottom half）提高中斷處理的實時性。通過這兩項措施有效的提高了視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和速度，降低了對系統(tǒng)資源的消耗。
3.2.2 攝像頭驅(qū)動模塊
該模塊為攝像頭的USB類型驅(qū)動（ClassDriver）,其主要功能是對視頻應用模塊提供符合Linux 的視頻捕獲標準V4L2（Video for Linux Two）的接口，通過USB ?？旖邮請D像數(shù)據(jù)。V4L2 是Linux 平臺上處理和訪問視頻設備的最新的標準應用程序接口，通過該接口，模塊對視頻應用模塊提供QVGA(320*240)和VGA(640*480)兩種采集模式的切換，視頻圖像參數(shù)的調(diào)整，彩色和黑白視頻流和靜止圖像的采集功能。該驅(qū)動采用多個幀緩沖存儲空間,并使這些幀存輪流處于接收數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)狀態(tài)，當收到圖像幀事件發(fā)生時，將會觸發(fā)相應的機制，實現(xiàn)了圖像幀的異步接收，異步接收機制提高了程序的運行效率。除了實現(xiàn)V4L2 標準常規(guī)的read 接口外，還重點實現(xiàn)了mmap（Map device memory into application address space）接口，通過該接口，可以把內(nèi)核空間的設備內(nèi)存地址空間映射到用戶空間的地址空間，減少了圖像數(shù)據(jù)拷貝的次數(shù)，提高了圖像采集的實時性。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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