一种基于嵌入式TCP/IP技术的网络摄像头设计

李庆，彭墨

（1.武警成都指挥学院，四川 成都 610213；2.四川省交通厅 信息中心，四川 成都 610041)

将TCP/IP网络协议运用于嵌入式监控系统的设计中，可利用IP网络在广域范围内实现对特定目标的监控.笔者介绍一种基于嵌入式TCP/IP技术的网络摄像头设计方案.

1 系统构架

本设计选用C8051F020单片机作为控制核心，系统主要包括视频采集处理电路以及网络通信电路.

2 视频采集处理电路

视频采集处理电路主要由武汉万德数码技术有限公司开发的JPEG300数码相机模块来实现，其外观如图1所示.

图1 JPEG300数码相机模块

JPEG300数码相机模块将镜头取景、图像捕捉、图像压缩、8位数据接口等功能电路集成在一块电路板上，从而简化了系统设计.模块采用30万像素CMOS图像传感器，可输出分辨率为320×240或640×480的JPG图像文件.其文件大小受图像复杂度的影响.JPEG300数据接口为8位并口，具有固定的数据输出速度.

视频采集处理电路如图2所示.JPEG300模块数据输出口D0~D7与单片机P2.0~P2.7口相连，JPEGINT中断信号引脚连接单片机/INT1口，CAPEN图像采集使能引脚接单片机P3.1口.为提高传递帧数，将CAPMODE接高电位，使输出图像分辨率为320×240的图像.

图2 视频采集处理电路

系统上电初始化完成后JPEG300进入空闲状态.在空闲状态下，如果CAPEN=1，则按照CAPMODE引脚所确定的分辨率启动压缩，并在D0~D7引脚上连续输出数据，每输出一个数据，就在JPEGINT引脚上产生一个中断信号，以通知主机读取数据.

JPEG300输出的是一个完整的JPG文件.JPG文件总是以 “0xFF”、 “0xD8” 开始， 并以“0xFF”、 “0xD9” 结束.主机把收到的 “0xFF”、“0xD8”、 中间数据、 以及 “0xFF”、 “0xD9” 按顺序保存下来，就得到了一个JPG文件.主机应对接收的数据进行检查，当收到 “0xFF”、“0xD9”时，表明文件结束.输出完成后，JPEG300将重新回到空闲状态.图3为JPEG300模块工作时序图.

图3 JPEG300工作时序图

3 网络通信电路

网络通信电路采用Silabs公司的CP2200以太网控制器.CP2200内部集成了IEEE 802.3以太网媒体访问控制器 （MAC）和10Base-T物理层（PHY），可为系统提供以太网通信功能.网络通信电路如图4所示.

图4 网络通信电路

设置C8051F020外部存储器接口配置寄存器EMI0CF为0xFB，将单片机外部存储器接口EMIF配置在高端口（P4~P7）.C8051F020的P4.5口连接CP2200进行复位操作，P4.6、P4.7口分别连接CP2200读写控制信号线/RD、/WR，P5.7口（A15）作为CP2200的片选信号.P6口作为地址总线的低8位与CP2200的地址线A[7:0]相连，P7口作为数据总线与CP2200的数据线D[7:0]相连.经交叉开关配置的单片机/INT0并与CP2200芯片的中断信号/INT相连.CP2200的14个中断事件中的任何一个产生中断时,CP2200通过将中断状态寄存器中相应的标志置1，并将/INT引脚驱动到低电平来通知主机.此外，CP2200的两组差分信号RX+/RX－和TX+/TX－需要通过RJ-45插头实现与网络的连接.

网络通信程序如图5所示.

图5 网络通信程序

网络通信程序主要包括模块初始化程序、CP2200驱动程序以及嵌入式TCP/IP协议栈三部分.其中CP2200驱动程序主要完成接收网络数据以及向网络发送数据的工作.由于系统软硬件资源有限并且功能需求较少，因此在构造嵌入式TCP/IP协议栈的时候可以对TCP/IP协议进行裁剪.本系统中设计的嵌入式TCP/IP协议栈只选取了四项协议：ARP、IP、ICMP和TCP.

本研究提出了一种基于嵌入式TCP/IP技术的网络摄像头设计方案.系统采用JPEG300数码相机模块实现视频的采集、处理与输出，并利用嵌入式TCP/IP协议栈实现与远程监控端的网络连接.系统具有结构简单、扩展能力强的特点，对于嵌入式远程监控系统的研制有一定的参考价值.

[1]李云岗.基于CP2201的嵌入式以太网接口的实现及应用[D].北京：北京交通大学，2008.

[2]王晓菊.基于MCU的嵌入式Internet技术研究[D].沈阳：沈阳航空工业学院，2007.