基于HI3518EV200 的无线视频监控设计

廖 荣，陶表辉

（1.华南理工大学电子与信息学院，广东广州 510640；2.华南理工大学继续教育学院，广东广州 510640）

我国在安防监控等领域国产芯片有了飞跃的发展，国外产的芯片大多为商用级、工业级、车载级等，并且定位高端，一般用作多媒体主机CPU，很少用作监控，主要是成本巨高，性能上不专业，有些功能差异，品牌定位也不同[1]。华为海思做的芯片虽然是商业级但专业，成本够低，性能非常强悍，所以低端市场基本被华为占领。海思在众多国外品牌的芯片围攻中以自己独特的优势杀出一片天地，为今后发展其他领域奠定了基础[2]。随着海思及许多国产芯片的发展，诞生了类似海康威视、大华、雄迈等一大批大型安防行业的厂家，占据了市场巨大的份额。

最初的监控是模拟信号传输，后面又出现了将数字信号以模拟信号的方式传输，类似的有DVI、TVI等，再后来就有了纯数字信号传输，例如网络信号传输。在一些要求较高的领域，图像传输有LVDS、MIPI、FPD_LINK 等专用的数字信号传输来提供高画质。近些年随着不断发展，为了适应市场，开始出现了无线监控，也就是该文主要介绍的芯片方案之一[3]。

与监控摄像配套的主机也有着与之相配套的发展历程，从DVR、NVR 到无线NVR。所以无线视频监控是今后的发展方向，无线视频监控有很多优点，例如安装施工方便、减少布线等，使用方便，可以实时从客户端进行监控，功能丰富多彩[4]。

1 海思HI3518EV200芯片系统介绍

HI3518EV200 支 持8/10/12/14 bit RGB Bayer 输入，时钟最高100 MHz,内嵌512M*16 bit DDR2,支持MIPI/LVDS 接口，HI3518EV200 单板由小系统电路和外设组成[5]，芯片系统框图如图1 所示。

图1 芯片HI3518EV200系统框图

2 系统硬件设计

2.1 HI3518EV200小系统及外设电路设计

这款海思芯片处理器是ARM926@540 MHz，编码格式为H.264，SDK 是基于Linux3.4的开发包开发的，支持MIPI、SPI、LVDS 等视频信号输入，也支持一路BT1120 或两路BT656 视频格式的数据输入，还支持IRIS控制、红外灯Micro SD卡等功能[6]。HI3518EV200的接口功能框图如图2 所示。

图2 HI3518EV200的接口功能框图

电路设计要求：HI3518EV200 芯片电源上电顺序：上电瞬间，高电平始终高于低电平，即3.3 V 先上电，1.5 V/1.8 V 慢于3.3 V 上电，1.2 V 最后上电，但3.3 V和1.2 V 的间隔时间不能长于80%的复位时间。CORE 电源（管脚名DVDD12）：连接数字1.2 V 电源，使用1 A 的电源芯片。为了减少电源噪声，需保证电源电压在芯片电性能参数要求的范围之内（±5%）[7]。

2.2 时钟电路

主芯片时钟要求：需要一个24 MHz 外接时钟，最大偏差30 ppm，还需增加外部RTC 时钟电路，增加可充电电池接到AVDD_BAT 引脚，在有电时，使用电源供电，并对电池充电；没电源供电时，由电池放电，目的是使时钟准确，不会因为没电导致时间重置。Senser 的时钟电路由海思芯片输出提供[8]。时钟电路和外部RTC 电路如图3 所。

图3 时钟电路和外部RTC电路

2.3 SPI FLASH电路设计

SPI FLASH 使用的是16M 内存，用来储存芯片运行的程序。对于不同的应用场景需要选对应速率的型号。HI3518EV200集成了64M的DDR在芯片里面，所以不用再单独外置DDR 芯片。内存地址为0X8000_0000～0X9FFF_FFFF，DDR 属于动态内存，每当有运算或者数据传输的时候就要调用到它，如果数据处理量过多就会导致DDR 运行卡顿。这也是视频传输过程中卡顿和延迟的原因之一。这里主要注意海思芯片的使能端和模式配置[9]。FLASH 电路如图4所示。

图4 SPI FLASH电路

2.4 Sensor传感器电路设计

摄像头的成像CMOS也就是人们所说的Sensor，成像根据不同的需求可以有很多型号挑选，不同品牌的Sensor 对市场的定位不同，像素可以分为100 万、200万、500万等。从成像来看可以分为全彩、夜视、无光等。传输协议也有不同的种类，比如LVDS 或者RGB888。传输协议可以根据客户自行匹配，还有各种不同的封装来满足用户需求。作为图像传感器，对于硬件的设计要求是极高的，稍不注意大部分设计出来的图像就会有干扰条纹，或者噪点大，出现该现象说明电路板设计有问题，以安森美的AR0130举例，实际设计时芯片需要模拟电压2.8 V、数字电压1.8 V、参考电压2.8 V。光是电源就分很多组，而且需要区分数字电源、模拟电源和参考电源[10]。CMOS图像传感器在视频数据采集后，通过并行数字信号输入到海思VI 口，进行H.264图像编码处理，通过I2C进行通信控制Sensor不同的模式，也有通过SPI对MCU进行通信的Sensor。

2.5 音频电路设计

音频电路由于系统方案模块多，各部分的功能相互干扰，音频电路是干扰源，也是被干扰源，难处理，喇叭功法电路如图5所示。在设计音频电路时就考虑到很难避免干扰，所以需多方面考虑电路的优化，实际做出来喇叭播放时杂音较大，咪头录音时也可能存在一些问题，所以试用了几种电路后，才确定了用上述电路效果较好，当然PCB板的设计也是相当重要的，需要避免干扰的同时，不能干扰到其他信号，这也是电路设计的难点，数字电路与模拟电路之间的相互干扰很难处理[11]。因此设计包括MIC 的音频信号都以GND 为参考，音频信号的回流路径不能与其他信号公用，信号回流路径远离数字信号和电源。

图5 喇叭功法电路

2.6 WIFI板原理图设计

WIFI 板是取代传统的接线方式，WIFI 板子在系统中的作用如图6。WIFI 芯片是Realtek 瑞昱芯片RTL8811AU，具有2.4G 和5G 的双通道模式。主要特性是支持无线标准IEEE 802.11b/g/n/ac，传输速率可达433.3 Mbps/1T1R。芯片主要通过USB 和MCU通信，通过WIFI 信号和无线NVR 或路由器进行连接。由于芯片内的通信信号有高速信号，最高有5G的超高速信号，所以电路图还需要根据实际应用作相应修改，比如电源滤波电路，射频的高通滤波电路需要增加射频开关、射频双工器等[12]。

图6 WIFI板在系统中的作用

3 系统软件环境搭建及调试

3.1 系统软件环境具体搭建

在电脑上安装虚拟机VMware Workstation，在虚拟机上安装Ubuntu，新建一个虚拟机，安装VMwareTools，目的是便于与主机之间的文件复制操作。把HI3518E_SDK_V1.0.3.0.tgz 拷贝到Ubunt 服务器上tar 解压。执行sdk.cleanup 清除SDK，执行sdk.unpack 解压SDK。

配置编译环境makeARCH=armCROSS_COM PILE=arm-hisivXXX-linux-hi3518ev 200_config，编译U-boot，make ARCH=arm CROSS_COMPILE=armhisivXXX-linux。

3.2 Linux根文件系统

1）Linux 的目录结构最顶层是一个根目录。系统加载Linux 内核之后，就会挂载到根目录上。存在于该设备中的文件系统被称为根文件系统，所有系统配置的挂载点都位于这个根文件系统中。根文件系统通常存放于内存和Flash 中。根文件系统中存放了嵌入式系统要用的所有库以及其他用到的服务。

2）busybox 制作根文件系统。busybox 完整源代码存放在osdrv 目录中；进入busybox 所在目录，执行hisilicon $ cp osdrv/busybox/busybox-1.20.2/busy box_cfg_hi3518ev200_300osdrv/busybox/busybox-1.20.2/.config//指定配置文件。

3）编译和安装。操作hisilicon$ make 和hisilicon$make install 进行编译和安装。

4）制作根文件系统。hisilicon$mkdir rootbox；hisilicon $cd rootbox；hisilicon $cp-R packet/os/busybox-1.20.2/_intsall/*。hisilicon$mkdir etc dev lib tmp var mnt home proc；配置etc、lib、dev 目录的必需文件。

3.3 串口调试软件SecureCRT及易视云客户端介绍

SecureCRT 是一款支持Serial 调试的软件，配置好后连接串口板子可以看到所示打印信息，使用SecureCRT 可以上传和下载各种指令数据，方便仿真调试。

1）板子上电后输入ifconfig eth0 192.168.x.x，根据当前电脑IP 地址对板子IP 地址进行匹配，通过ping 板子IP 地址确定是否接通。

2）打开易视云客户端，添加对应IP 地址的设备，输入密码后就可以看到视频画面了。软件的功能在此不做说明。

4 结束语

通过硬件测试、功能测试、软件调试等表明，该无线视频监控性能可靠。无线监控拥有广泛的市场应用场景：1）家庭方面，可以用作视频实时对话的工具，防火防盗的安全保障，实时查看监控情况；2）工程项目方面，减少布线交换机等材料成本，减少施工成本等；3）汽车应用方面，比如行车记录仪，实时监控报警，汽车全景环视等；目前通过4G 可以在汽车上实施远程监控，一般传统的汽车里面的线路长度可以达到70 m 到150 m 不等[13]，有了无线就可以大量节约线材的使用，目前，已经有四轮独立驱动/转向电动汽车的无线控制系统设计，并且使用新的无线技术使得汽车的控制系统和新媒体功能会有全新的概念[14]，汽车可以增加安全监测系统集中在汽车的中控中；4）军事方面，可以用作战场埋伏、勘探的先锋利器，无人侦查车等，可以实时掌控局势[15]；5）行业中扩展应用方面，车牌识别、人脸识别、实时远程监控等应用[16]。

目前，各方面的技术储备已经可以满足无线视频监控的开发和研究，无论从技术上还是需求上，都有发展无线视频监控研究的必要，但是目前存在的技术问题还有不少，例如图像模糊不够清晰、传输卡顿、视频延迟高、传输不够稳定、功能不够丰富等问题，都需要通过研究开发人员的努力，不断改进和提高。