基于ARM处理器的数字化远程图像监控系统＊

孙俊琳，程立倩

（烟台职业学院，山东 烟台 264670）

数字化远程图像监控是基于现代通讯科技的一种新应用，它正在越来越多地被广泛应用于交通、能源、公安、电信、军事等部门。与传统的模拟监控系统相比，它的组网成本低、系统体积重量小、运行维护更容易。

本文针对低设备成本、低运行成本和超远距离的图像监控系统应用提出了一种基于嵌入式应用系统的数字化远程图像监控系统方案。该方案使用直接获得的数字化影像信号；图像压缩不使用专用压缩芯片，而是在高速处理器内部由压缩软件实现；最后打包经由公共电话网发送。本方案不仅适合于数字化图像监控系统的实际应用，而且它高度的灵活性与自主性更加适合于教学与科研部门对嵌入式系统、可编程逻辑系统以及语音、图像和视频信号处理的学习与研究。

本文使用ARM处理器与FPGA技术构建了嵌入式远程图像监控系统，并在实际应用中实现了低运行成本的图像远程监控。

1 ARM平台及其系统组成

基于ARM体系结构的嵌入式处理器是目前应用最为广泛的32位处理器，ARM提供了一系列的内核、体系结构、微处理器和系统芯片方案。ARM芯片有多达十几种的芯核结构，本文系统根据建立低成本的图像数据采集、实时压缩与远程传送系统，以及扩展性，选择了Cirrus Logic公司的EP7312。

1.1 EP7312应用

EP7312是基于ARM720T内核的嵌入式微处理器，由ARM720T内核加外围扩展逻辑构成，运行于74MHz时其性能与100MHz的Intel Pentium芯片基本相当，且功耗很低。之所以选用EP7312处理器，主要是看中它的高速ARM720T核心、丰富的外设接口与启动ROM的设置。

要正确应用EP7312处理器必须首先对它的系统寄存器进行正确配置，各寄存器的具体定义可以参考“EP73XX用户手册”，这里就不再赘述。除此以外，还要对EP7312的中断控制器和堆栈设置有深入了解。在系统初始化阶段必须对将要使用到的各种处理模式的堆栈寄存器进行设置，才能保证以后系统程序与用户应用程序的正常运行。

EP7312不但支持JTAG运用于边界扫描测试，而且由于使用了ARM720T核心，可以通过JTAG接口与EmbeddedICE单元连接实现对ARM内核的调试。

EmbeddedICE接口协议转换器是ARM开发中的关键硬件，它在PC机开发环境与ARM目标板之间建立起连接。EmbeddedICE接口协议转换器是非常昂贵的开发设备，但是通过对相关资料的检索，发现可以使用简单的并口调试电缆，按照JTAG协议就可以连接EmbeddedICE，实现ARM硬件调试，但调试速度较慢。本文给出两种应用简单并口调试电缆来进行调试的方法。

（1）使用ALTERA公司ByteBlasterMV电缆

ByteBlasterMV电缆是应用于ALTERA公司可编程逻辑器件下载程序的常用设备，在认真学习了JTAG标准后，参考相关资料对ByteBlasterMV电缆进行改造：并口第12引脚与下载电缆10线出口的第6引脚相连，并在Vcc供电端与下载电缆10线出口的第4引脚之间加上了二极管保护，使目标板电源只可以单向流入下载电缆。

（2）使用Wiggler电缆配合IAR Embedded Workbench集成开发环境可以实现在线调试。

1.2 ARM的系统框图

针对方案的需要和日后扩展的考虑，设计了ARM开发板，见图1。

主处理器：EP7312－CV（Cirrus Logic公司）；SDRAM：HY57V281620HCT－H（Hynix公司）；FLASH：SST39LV040－90－3C－NH（SST公司）；串口驱动：MAX3243ECUI、MAX232CSE（Maxim公司）；IrDA接口：TFDS4500（Vishay Telefunken公司）；触摸屏接口：MXB7846EUE（Maxim公司）电源：LM1085IT－ADJ（National Semiconductor公司）；LCD升压：MAX5026EUT－T（Maxim公司）；LCD显示：MTG－F32240HFWNSEB－01（Microtips Technology公司）；板载接口：JTAG调试接口、GPIO接口、音频接口、触摸LCD模块接口、MODEM接口、系统扩展槽和设备扩展槽，用于为ARM系统添加如以太网接口、海量数据存储接口和PCMCIA等接口或者用于与其他功能开发板DSP、FPGA等连接使用。

系统配置指标：EP7312＠74MHz CPU（ARM720T）；32MB内存；512KB程序存储器；320×240×16级灰度LCD显示；双串口、IrDA、JTAG、音频接口、LCD触摸屏接口、扩展接口。

针对上面ARM板的程序设计，使用的软件开发环境是ARM公司的ARM Software Development Toolkit（简称SDT）。由于开发板只配备512KB的FLASH ROM用于程序存储器，所以应用程序与原始数据的总和必须小于512KB。具体的程序在此不再祥述。

图1 ARM系统框图

图2 FPGA系统框图

2 FPGA平台及其系统组成

可编程逻辑系统设计是当今电子系统设计的重要组成部分，本文选用ALTERA公司的十万门可编程逻辑芯片ACEX1K100来构建FPGA开发平台。

FPGA在本文系统中的作用是：连接CMOS图像采集模块，实现高速数据采集和存储；在以后的进一步开发中还可以把离散余弦变换（DCT）和系数量化等操作放到FPGA中以硬件方式高速实现，从而提高系统整体工作性能。

根据本文系统要求设计FPGA开发板框图见图2。

FPGA芯片：ACEX1K100QC208－3（ALTERA 公司）；高速SRAM：IS61LV25616－10T（ISSI公司）；CMOS图像采集：MB86S02（Fujitsu公司）；DAI音频接口：CS4333－BS（Crystal公司）；音频功放：LM4858MM（National Semiconductor公司）；NAND＿FLASH：K9F5608U0A（Samsung公司）。

开发板具备的扩展接口有：

调试板接口连接专用调试板，6位LED显示加5个按键，进行软硬件调试；PS／2接口，连接PC键盘或鼠标；VGA接口，连接PC显示器，通过电阻网络实现320×240×12Bits，即4096色彩色显示；DAI音频接口连接耳机，进行数字音频播放；系统扩展槽用于系统功能扩展和互联。

3 FPGA与ARM平台的连接

FPGA的硬件可编程性使得FPGA系统的开发具有很强的灵活性，这一点使FPGA系统的硬件设计与基于CPU的系统设计有很多不同，特别体现在FPGA开发板的设计中。同样的扩展端口经过不同的引脚功能划分，可以满足非常多样的扩展要求。

在FPGA开发板上按照ARM开发板的设备扩展槽定义，设计了FPGA的系统扩展槽，用于其与ARM系统的连接。接口的定义见表1。

表1 ARM开发板设备扩展槽定义

设备扩展槽使用IDC40接插件，为ARM处理器提供了256×2个16位总线地址用于功能扩展，同时扩展接口具备设备就绪信号、中断信号和通用I／O信号，可以为ARM系统扩展诸如以太网接口、海量数据存储器等设备。在本文系统应用中，设备扩展接口为ARM系统扩展了基于FPGA的CMOS图像获取功能和VGA显示功能。

4 远程图像监控系统

ARM开发系统与FPGA开发系统相结合，再加上JPEG压缩算法在ARM处理器上的实现，就构成了本文提出的远程图像监控系统雏形。系统框图见图3。

图3 远程图像监控系统框图

系统的应用中使用调制解调器通过公共电话网来建立远程数据连接，在远程图像监控终端处的调制解调器处于待命状态，它被设置为自动应答方式，在3次振铃后自动摘机，经历“数据风暴”以后与主叫方建立连接。监控中心的调制解调器由监控软件控制拨号建立连接或者挂断连接。

5 结束语

本文着重从嵌入式系统硬件平台的建立给出了解决方案，建立了低开发成本与方便易使用的嵌入式系统开发平台，实现了基于ARM处理器的低成本数字化远程图像监控系统。

［1］EP7312数据手册［K］.凌云逻辑，200.

［2］EP73XX用户指导［K］.凌云逻辑，2002.

［3］ARM720T技术参考手册［K］.ARM 公司，2000.

［4］大卫·希尔.ARM构架参考手册［K］.爱迪生韦斯利出版社，2000.

［5］ARM 开发板［K］.ARM 公司，1998.

［6］ByteBlasterMV并行端口下载线［K］.阿尔特拉公司，2001.

［7］ACEX 1K可编程逻辑器件系列［K］.3.1版.阿尔特拉公司，2001.

［8］基于SRAM LUT的器件配置设备［K］.12版.阿尔特拉公司，2001.