基于千兆網(wǎng)接口攝像機設計

1引言

隨著監(jiān)控系統(tǒng)在商用民用的日漸普及，監(jiān)控攝像機被廣泛應用在各個領(lǐng)域，為社會治安保駕護航。視頻監(jiān)控攝像機廣泛應用于居民住宅、樓盤別墅、商場店鋪、財務室。每個不同的應用領(lǐng)域，需要有不同類型的監(jiān)控攝像機。傳統(tǒng)的監(jiān)控攝像機圖像分辨率低，難以滿足一些有特殊要求的應用場合。利用網(wǎng)絡來實現(xiàn)對高分辨率高幀率視頻圖像傳輸是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一種重要思想。但百兆網(wǎng)傳輸帶寬不足、數(shù)據(jù)傳輸速度太慢嚴重制約了其在監(jiān)控領(lǐng)域的應用。針對這一問題，本文提出了基于千兆以太網(wǎng)傳輸視頻圖像并充分利用了FPGA并行處理和SDRAM高速緩存的優(yōu)勢，提高了視頻圖像的傳輸速度。

2硬件總體設計

硬件總體框架如上圖，主控制器FPGA選用altera公司高性價比芯片EP2C20F256C6N。系統(tǒng)工作頻率為100M。圖像傳感器的數(shù)據(jù)首先在FIFO里緩沖后暫存于SDRAM，在網(wǎng)絡空閑時將暫存的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)FIFO2緩沖后送MAC芯片，再發(fā)送到網(wǎng)絡上。

CMOS芯片選用MicronTechnology的MT9P031，在500萬像素的滿分辨率下最高可輸出14幀的圖像數(shù)據(jù)。SDRAM選用W982516BH-75，容量為32Mbytes,g與FPGA內(nèi)部FIFO結(jié)合可設計為32Mbytes的大容量循環(huán)緩存，在圖像分辨率為300萬像素時可緩存10幀以上圖像數(shù)據(jù)。千兆網(wǎng)接口MAC芯片選用AX88180，物理層芯片選用88E1111，再通過網(wǎng)絡變壓器及RJ45用六類網(wǎng)線與計算機千兆網(wǎng)卡相連。

3千兆網(wǎng)接口設計

AX88180是亞信公司推出的一款高性能低成本的Non-PCI千兆以太網(wǎng)控制器,適用于多種需要高速接入網(wǎng)絡的嵌入式系統(tǒng),如消費電子和家庭網(wǎng)絡等。AX88180內(nèi)置10/100/1000Mb/s以太網(wǎng)媒體存取控制器（MAC）,符合IEEE802.3/IEEE802.3u/IEEE802.3ab協(xié)議,可與一般16/32位微控制器連接,其操作與SRAM相同。AX88180內(nèi)置10/100/1000Mb/s以太網(wǎng)媒體存取控制器（MAC）,與PHY之間采用RGMII接口;內(nèi)置主機接口控制器,可以與16/32位主機方便連接尋址方式與SRAM相同;內(nèi)置40KBSRAM網(wǎng)絡封包緩存器,其中32KB用于從PHY接收數(shù)據(jù)包,KB用于主機發(fā)送數(shù)據(jù)包到PHY,可以用高效方式進行封包的存儲、檢索與修改;內(nèi)置256字節(jié)的配置寄存器,用于主機控制和參數(shù)設置;內(nèi)置EEP-ROM接口;內(nèi)置IP/TCP/UDP校驗和大大減小微控制器的運算負載,改善傳輸反應時間。圖2為AX88180及PHY芯片88E1111的連接圖。

3.1千兆網(wǎng)接口初始化

對千兆網(wǎng)接口的初始非常重要，如果初始化不正確，系統(tǒng)將無法正常工作。對接口的初始化主要包括對AX88180和88E1111的初始化。

代碼用verilog語言完成。具體代碼可參考亞信公司的驅(qū)動程序代碼，應注意初始化時需要加入一些固定的延時以確定芯片正常工作。