基于Blackfin的智能IP Camera系統(tǒng)設計

　　下表(表1)列出了系統(tǒng)中各模塊的來源：

　　表1 IP Camera系統(tǒng)模塊來源

　　3.系統(tǒng)優(yōu)化

　　在DSP系統(tǒng)中，一旦算法確定下來，實現(xiàn)過程中的優(yōu)化思路一般也是固定的，首先利用編譯器的一些優(yōu)化開關和手段，其次對算法做分析，找出關鍵代碼和數(shù)據(jù)，對關鍵部分做一些手工的調(diào)整，如改寫成匯編等。但在實現(xiàn)一個包括多路輸入輸出，多種算法并行的完整的系統(tǒng)時，如何達到整體運行的最優(yōu)化，除了傳統(tǒng)的算法優(yōu)化外，還需要從系統(tǒng)的角度考慮一些因素：

　　1.系統(tǒng)帶寬的最大化和最優(yōu)化

　　在這樣的一個復雜系統(tǒng)中，視頻和音頻數(shù)據(jù)的多路輸入輸出帶來了沖突和延遲，對片外內(nèi)存的使用效率有很大影響。Blackfin的SDRAM控制器支持多Bank的數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸，因此我們要盡量把不同通道的IO數(shù)據(jù)放在內(nèi)存的不同Bank上。因此在音視頻和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)結構的設計上，不光要保證高效的同步，還要利用Blackfin開發(fā)工具提供的特性把數(shù)據(jù)分散在不同的Bank上。

　　2.片內(nèi)L1內(nèi)存的高效分配

　　傳統(tǒng)上，DSP處理器內(nèi)部的L1高速內(nèi)存可以直接訪問，存放關鍵代碼和數(shù)據(jù)，提高算法運行效率。而MCU的L1一般全部用來做Cache，軟件不能直接控制。在Blackfin等高性能處理器上，L1可以靈活地配置成Cache或者直接訪問。在一個完整的系統(tǒng)中，我們要兼顧到各個模塊和操作系統(tǒng)本身，L1內(nèi)存一部分用作Cache，以保證整體cache命中率;另一部分作為SRAM用于算法的關鍵模塊。這里需要做一些反復的調(diào)整和測試，來找出一個最優(yōu)化的L1配置方案，最終目的是達到L1 內(nèi)存使用效率(命中率)最大。

　　3.最大效率地使用DMA通道

　　越來越多的處理器為IO接口提供專用的DMA通道，以減輕處理器做數(shù)據(jù)輸入輸出的負擔。Blackfin上除了音視頻接口的DMA外，還有專用的內(nèi)存DMA通道。但是要最優(yōu)化地使用DMA，最重要的是使用乒乓緩沖，使處理器和DMA通道流水化工作。在數(shù)據(jù)輸入，算法內(nèi)部的內(nèi)存DMA，數(shù)據(jù)輸出等每個環(huán)節(jié)上都要使用DMA和乒乓緩沖，才能保證系統(tǒng)效率最高。這需要每個驅(qū)動和軟件模塊都支持這樣的數(shù)據(jù)結構和運行模型。

　　綜合起來，新型處理器上往往集成了多種提高性能的機制，軟件系統(tǒng)優(yōu)化的思路，就是保證系統(tǒng)總帶寬(如多總線，多DMA通道)和總運算單元(如多核，多乘法器)的并行化、流水化，這需要開發(fā)人員從系統(tǒng)和應用不同的層面來保證。

　　4.性能分析

　　系統(tǒng)使用的RTOS帶來的額外開銷主要就是定時為10ms的Timer Tick，可以忽略不計。而由于BF537高超的網(wǎng)絡性能，網(wǎng)絡傳輸所占用的處理器時間也非常小。主要的處理器時間消耗在音視頻的智能分析和編碼上。

　　本項目可以運行在單核或雙核Blackfin平臺上，接收端用開源項目Video Lan Client(VLC)來接收并播放。對于單周期指令集的600MHz Blackfin內(nèi)核，我們一般用600 MIPS來表示單核的總處理器能力，下表列出的部分系統(tǒng)模塊消耗處理器能力也用MIPS來表示，如下表 (表2)所示。

　　表2 IP Camera 的性能測試 (單位：MIPS)

　　從上面的性能列表可以看出，對于系統(tǒng)中可以使用的每一個模塊，我們都可以有一個不同參數(shù)下的性能分析，在此基礎上，使用不同性能的處理器，不同的模塊，不同的編碼格式，甚至不同的幀率，我們可以針對各種應用組合出不同的系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品的差異化。比如我們可以完全運行智能處理算法，只在必要的時候啟動編碼模塊發(fā)送關鍵部分的媒體流;也可以平時以低碼率、低幀率運行編碼模塊，由智能模塊動態(tài)控制提高關鍵幀的碼率和幀率。這樣的智能監(jiān)控系統(tǒng)，會更加實用化，最大程度地減輕人工負擔。

　　圖2 基于Blackfin的智能監(jiān)控IP Camera

　　5.小結

　　未來嵌入式處理器的發(fā)展，以高計算性能、硬件IP協(xié)處理、多核、面向應用等特點，軟件平臺和軟件開發(fā)人員需要適應這樣的變化和特點。正向著智能化方向快速發(fā)展的監(jiān)控領域，正需要這樣的軟硬件平臺提供支持。Blackfin處理器家族作為新一代處理能力和控制能力融合處理器的代表，需要設計更新更完善的軟件平臺與其相配合，才能充分發(fā)揮其性能和靈活性，既能最快滿足市場的需要，又能保證各廠商之間的區(qū)別和創(chuàng)新。同時ADI公司及其合作伙伴提供多樣化的工具和支持，來保證客戶能夠快速、低成本地開發(fā)出市場需要的各種嵌入式產(chǎn)品。