基于Hi3516A的高清视频处理系统的硬件设计

孙刚 刘守山 樊丽

摘 要：提出了基于Hi3516A的高清视频处理系统的硬件设计方案。利用IMX185图像传感器采集图像，经过系统的编解码，然后通过HDMI接口传输到显示器上。主要介绍了电源管理模块的设计、存储器模块的设计、JTAG接口的设计、HDMI接口的设计等。

关键词：Hi3516A；高清视频；视频处理系统

视频处理系统在近年来一直受到人们广泛关注，然而低分辨率的图像已经满足不了人们对图像视觉的要求。本视频系统采用Hi3516A芯片作为核心，可以实现1080p的高清视频采集和传输。本文主要介绍了一套高清视频的采集与传输系统的硬件设计，可以应用到医疗，交通和监控等众多领域。

1 系统总体设计

系统采用的Hi3516A是基于Cortex-A7内核，主频最高可以达到600Mhz，还具有32KB的指令缓存和数据缓存和128KB的二级缓存，其内部集成了H.264/H.265/MJPEG/JPEG的多协议编解码器，既支持1080p@30fps，而且支持SM@30fps等的多码流实时独立编码；视频输入接口支持BT.601，BT.656，BT.1120；支持HDMI接口的高清视频传输。本系统采用CMOS传感器获得图像数据，通过Hi3516A芯片实现对视频的实时采集与传输。最终在PC端等地实现高清播放。系统的设计总框图如图1所示。

2 硬件的各模块设计

2.1 图像传感器模块

本系统采用的是索尼200万像素的IMX185的CMOS传感器，具有高灵敏度和多功能输出接口（低压LVDS并行，串行和CSI-2系列）的特点，支持光学尺寸1/2型全高清，具有高达120帧/秒的10位A / D转换模式，以及高达60帧/ s的12位A / D转换模式。完全可以满足对1080p的高清图像的要求。

2.2 电源管理模块设计

电源模块稳定地提供系统所需的电压和功率是系统运行的关键，本系统的电源模块需提供3.3V，1.8V，1.35V；1.2V和1.1V幾种电源。通过12V供电，其中，MP1470从12V转5V，为USB模块供电；MP1471从12V转3.3V，提供整板电源；2块MP2122从3.3V转1.1V，提供4路CORE电源；2块TPS79301分别从3.3V转1.8V和1.2V，提供IMX185sensor模块和HDMI模块所需电源；MP2162从3.3V转1. 5V/1.35V，提供DDR3控制模块所需的1.5V/1.35V（本系统DDR3L颗粒需要1.35V供电）。

2.3 存储模块电路

2.3.1 DDR3内存模块

Hi3516A的DDRC支持32bit DDR3和16bit DDR3。本系统采用32bit模式，以达到系统最佳性能，具体选用海力士公司的DDR3L颗粒H5TQ8G63AMR实现，它具有8GB存储空间和16bit数据总线。电路原理如图3-5所示，2片内存芯片共用地址总线和控制总线，独立使用各自数据总线。内存模块提供了程序运行空间，所有程序代码在其中运行。

2.3.2 FLASH模块

Hi3516A支持SPI FLASH和NAND FLASH，本系统选择在这两种接口下共同实现。电路原理如图所示，SPI FLASH模块采用旺宏电子公司32MB的MX25L25635芯片实现，该芯片的SPI总线与Hi3516A的SPI FLASH接口对接。需要注意，在SPI FLASH启动模式下，主芯片释放复位信号后，默认从SFC_CS1N引脚控制的FLASH中读取boot，所以，将该FLASH的CS管脚连接至SFC_CS1N引脚上。NAND FLASH模块采用镁光公司容量为64G的MT29F64G08CFABAWP_B芯片实现，其控制接口直接与CPU相连。

2.4 JTAG接口设计

JTAG是一种主要用于芯片内部测试的国际标准测试协议。其基本原理是在器件内部先定义一个TAP，然后通过专用的JATG测试工具测试器件内部的节点。JTAG的标准接口有：模块选择引脚TMS、时钟输入引脚TCK、数据输入引脚TDI、数据输出引脚TDO。Hi3516A除了具有标准的引脚之外，还增加了可选引脚TRST。本模块采用的是8针插座的JTAG接口。具体原理图如下所示：

2.5 USB模块电路的设计

USB是可实现主机和外设之间的高速数据传输的通信串行总线。Hi3516A内部集成USB接口控制器，该控制器支持符合USB2.0标准的高速（480Mbps），全速（12Mbps）和低速（1.5Mbps）数据传输，并支持USB2.0高速设备、主机和OTG模式。因目前USB设备的普遍性，扩展USB接口后系统可以方便挂载各种USB设备，如USB接口移动存储设备等，还可以为后续实现基于USB接口的无线网络传输提供可能。本模块的设计采用TI公司的TPS2553DRVR，其支持的输入电压为5V。具体USB接口电路原理图如图所示。

2.6 HDMI接口设计

HDMI（数字高清多媒体接口）可以同时传送最高质量的音频和影音信号。HDMI的协议由Sony和Silicon Image等几个公司合作开发完成，无需进行A/D或者D/A转换就可传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号。它采用了由Silicon Image公司发明的最小化传输差分信号传输技术（TMDS）。本模块采用的是SiI9022a芯片，它是一款超低耗的HDMI发送器，与其它芯片相比具有更高的集成度，电源管理特性也更强。同时采用了CM2020芯片对其进行接地保护。

2.7 Sensor接口电路

IMX185 Sensor模块采用的LVDS接口由数据信号组和控制信号组组成，控制信号组为SPI通信总线。在接口电路中，把数据信号组和控制信号组分别接入Hi3516A的MIPI0和SPI0即可。为了保证在Sensor转接头处也能对差分信号包地，每对差分信号间都加入地线，将信号线包围，如图11所示。

3 结语

系统研究并实现了一个通用的基于Hi3516A的高清视频图像采集与传输系统。可以完成视频的输入与输出，可以通过HDMI接口连接到PC端，实现1080p的高清视频的传输。通过增加USB模块，使系统的应用范围得到扩展。我们可以在此传输系统上增加视频压缩算法或图像处理的算法等，应用到医疗，交通和监控等众多领域。

参考文献：

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