嵌入式網(wǎng)絡服務器的設計

嵌入式網(wǎng)絡視頻服務器是一種提供網(wǎng)絡視頻傳輸和共享的嵌入式設備，是為構建高可靠性的多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)而設計開發(fā)的，廣泛應用于分布式的安全監(jiān)控、交通監(jiān)控和工業(yè)監(jiān)控以及家庭監(jiān)控、視頻會議、可視電話等眾多領域。每個網(wǎng)絡視頻服務器都有自己的IP地址和網(wǎng)絡接口，可隨時隨地直接接入網(wǎng)絡，獨立工作，無需專用軟件、專人管理，必將成為未來數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

　　1系統(tǒng)組成與工作原理

　網(wǎng)絡傳輸模塊以MPC860T嵌入式處理器為核心處理器，完成網(wǎng)絡傳輸和視頻信號的實時控制功能，并采用嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks作為系統(tǒng)的軟件平臺。視頻編碼模塊主要由視頻采集芯片和視頻壓縮芯片構成，完成信號的采集、A/D變換及壓縮。CODEC選用韓國Pentamicro公司的專用音視頻壓縮芯片AT2042。TI公司的視頻解碼器TVP5150為視頻采集芯片。系統(tǒng)初始化之后，PAL格式的模擬視頻信號由TVP5150轉換為ITU-R656標準的數(shù)字視頻信號，再通過數(shù)據(jù)總線進入AT2042。AT2042對數(shù)字圖像信號以MPEG-4標準進行壓縮編碼，最后MPC860T將壓縮編碼后的數(shù)據(jù)流封裝成IP包，通過10/100Mbps以太網(wǎng)接口送入Internet。

　　2視頻編碼模塊

　　視頻編碼模塊的核心是Pentamicro公司生產(chǎn)的AT2042，它是一個內置微控制器ARM946E的雙通道音視頻編解碼芯片，可支持MPEG-4/2/1和JPEG標準的視頻壓縮編碼，具有畫面縮放、顏色數(shù)據(jù)格式變換、噪聲抑制濾波等功能。AT2042能直接與IBM、Motorola、ARM、Xscale和Axis等多種CPU接口，無需其它附加電路。MPC860T對AT2042的控制和訪問可通過AT2042的狀態(tài)寄存器和命令寄存器以及四個輸入輸出隊列：發(fā)送/接收隊列,復用/解復用隊列。

　　AT2042與CPU的通信實現(xiàn)情況如下：CPU通過命令寄存器來控制內置微控制器ARM946E的操作狀態(tài)；通過狀態(tài)寄存器來檢查AT2042內部各個FIFO的操作狀態(tài)；通過接收隊列給AT2042發(fā)送各種配置參數(shù)，以及所有內置微控制器ARM946E所需要的相關參數(shù)；通過復用隊列將壓縮編碼后的比特流讀出；通過解復用隊列將需解碼的比特流寫入AT2042；AT2042通過發(fā)送隊列向CPU發(fā)送自己的各種內部狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)[1]。

　　3網(wǎng)絡傳輸模塊

　　3.1MPC860T最小系統(tǒng)設計

　　MPC860T是Motorola公司的高性能的32位PowerPC嵌入式處理器,有三個主要的功能模塊：嵌入式的PowerPC內核、RISC通信處理模塊(CPM)和系統(tǒng)接口單元(SIU)。MPC860有兩個CPU：PowerPC和32位RISC。PowerPC執(zhí)行高層代碼，RISC處理實際通信的低層功能，2個處理機互相配合工作。這種雙處理器構架，分擔了主CPU的工作量，提高了處理效率，同時降低了芯片功耗，特別適合于各種通信及控制領域的嵌入式應用。MPC860T最小系統(tǒng)包括MPC860T、時鐘電路、復位電路、SDRAM、FLASH、RS232口和BDM口等部分。[!--empirenews.page--]

　　3.1.1電源

　　電源作為一個系統(tǒng)的能量提供者，在整個系統(tǒng)設計中成為必不可少且至關重要的一個環(huán)節(jié)。MPC860T的工作電壓為3.3V，需提供一個3.3V/1A的直流穩(wěn)壓電源給CPU及外圍電路。采用外接電源適配器完成AC220V到DC5V的轉換，DC5V到DC3.3V的轉換由高度集成的TI電源模塊TPS75233來完成。

　　3.1.2時鐘電路

　　MPC860時鐘系統(tǒng)為所有片上或片外設備提供不同的時鐘。MPC86OT一共有兩個參考時鐘源，一個是其工作頻率的晶振，連接EXTCLK腳，一個是32KHz的晶體，連接EXTAL和XTAL腳。設計中，兩個外部時鐘源都用到了。EXTCLK外接一個5MHz的晶體振蕩器作為SPLL的參考時鐘源，在EXTAL和XTAL之間接一個32.768KHz的晶體作為實時時鐘的參考時鐘源。系統(tǒng)啟動初始化完成進入穩(wěn)定的工作狀態(tài)時，通過配置PLPRCR使得倍頻因子MF＝10，即MPC860T的正常工作頻率是50MHz。

　　3.1.3復位模塊

　　MPC860T包括上電復位、外部硬復位、內部硬復位、JTAG復位、外部軟復位和內部軟復位。復位電路采用MAX811T來實現(xiàn)。上電和人工按鍵均可產(chǎn)生復位信號，其中/RESET端口接MPC860T的/PORESET，由/RESET產(chǎn)生復位信號復位處理器。由SN74LVTH125芯片組成的電路提供/HRESET和/SRESET復位功能。手動按下按鍵連接芯片/OE控制三態(tài)門的輸出使能時，低電平輸出到/HRESET或/SRESET，MPC860T響應復位動作。正常狀態(tài)下，輸出呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。硬件復位字電路使用一片SN74LVC16244A來實現(xiàn)。

　　3.1.4存儲系統(tǒng)設計

　　MPC860T的存儲控制器最多可以控制8個存儲體或外圍設備，支持GPCM(generalpurposechipselectmachine)和UPM(Userprogrammablemachines)兩種方式，可提供與SRAM，EPROM，F(xiàn)LASH，DRAM，SDRAM等設備的無縫連接。GPCM提供與EPROM，SRAM，F(xiàn)LASH以及其他的外設的無縫連接，UPM則常常用于SDRAM以及猝發(fā)式SRAM的控制與連接。Flash存儲器是一種電可擦除、可重寫的存儲設備。BootromFlash采用512Kbyte的SST39VF040。Bootrom主要作用是引導及初始化CPU，以及引導單板程序。BSP（BoardSupportPackage）就是燒寫在Bootrom里的。MPC860T復位之后自動使/CS0有效，故Bootrom的片選信號為/CS0。程序Flash主要是存放網(wǎng)絡協(xié)議、應用程序、配置監(jiān)控程序。采用4Mbyte的程序Flash，片選信號為/CS1。

　　考慮存儲容量、功耗等因素，數(shù)據(jù)存儲器多選高速動態(tài)隨機存儲器SDRAM。Micron公司生產(chǎn)的MT48LC4M16A2作為SDRAM芯片，組織形式為1MX4bankX16位，總容量為64Mbit，采用3.3V供電，支持的最高頻率為133MHz。由于其數(shù)據(jù)總線為16位，因此系統(tǒng)選用兩片并聯(lián)構成32位。