新型網絡數字攝像系統的設計

由于S3C4510B芯片面向網絡應用，因此在芯片內部集成了一個以太網控制器。該控制器工作于ＭＡＣ層，完全兼容ＩＥＥＥ８０２．３協議標準。它能運行于１０Ｍｂｐｓ／１００Ｍｂｐｓ模式。該控制器包括一個接收／發送單元、一個流控制器、一個用于存放網絡地址的內容可尋址存儲單元和一系列命令／狀態寄存器。

２．２ 功能介紹

S3C4510B芯片作為系統的主控制芯片，負責控制嵌入式網絡數字攝像系統的正常工作，包括將壓縮后的圖像數據按照TCPIP協議發送到互聯網中的計算機上并接收計算機的命令修改系統工作參數等。

系統加電后，S3C4510B芯片自動從地址0x00處運行系統程序。系統程序首先初始化異常向量表，之后初始化1K×32bits的系統堆棧區，用于存放出現異常情況(中斷)時的寄存器值。然后，系統程序設置系統正常工作時的各個存儲區起始地址及存儲區容量，將地址０ｘ00000～0ｘ7FFFF共512K×32bits范圍作為程序存儲區(ROM)，用于存放系統程序和用戶程序；將地址0x1000000~0x10FFFFF共1M×32bits作為程序／數據存儲區(RAM)，又將該段存儲區分為用戶程序段、用戶堆棧段和用戶數據段；將片內存儲區地址映射到０ｘ3FE0000~0x3FEFFFF；將特殊寄存器區地址映射到０ｘ３FF0000～０ｘ３FFFFFF。最后系統程序設置片內寄存器的值，初始化Ｓ３Ｃ４５１０ＢS3C4510B芯片的各個外部接口，包括異步串行通信接口(UART)、計時器、可編程I/O口、以太網控制器等。在系統初始化結束后，自動進入用戶模式，執行用戶程序。

在用戶模式下，攝像系統作為網絡視頻服務器。根據用戶程序設置的MAC地址和IP地址，接收來自互聯網中計算機發出的請求信號。當系統收到請求信號后，用戶程序立即在本地與計算機建立TCP連接。將待傳輸的一幀壓縮圖像數據首先按TCP協議封裝成TCP數據報，然后交付給IP層子程序封裝成IP數據報，最后由S3C4510B芯片內的MAC控制器將其拆分封裝成幀并發送到目的計算機上。當有多個計算機用戶發出請求信號時，用戶程序會在數據存儲區中設置一個用戶列表，自動根據各個計算機的ＩＰ地址和建立連接時的端口號分別發送圖像數據。圖４顯示了用戶程序與一臺計算機發送和接收TCP／IP數據報的流程圖。目的計算機將接收到的TCP／IP數據報解封，恢復成JPEG壓縮圖像幀，再解壓縮，完成視頻圖像流的接收和播放。

用戶程序在發送數據幀的同時，會根據圖像數據發送的速度及網絡的擁塞情況，自動通過異步串行通信接口(ＵＡＲＴ０)向ＶＣ５４１６VC5416芯片發送控制信號，及時改變圖像采集和壓縮的速率。本系統在發送視頻數據的同時，還能夠接收來自計算機的控制命令。根據不同的控制命令，系統也可以完成對圖像分辨率、圖像幀速率等指標的調節。

本文介紹的網絡數字攝像系統目前運行于評估板平臺上，下一步將繼續進行系統的集成和優化并最終實現產品化。由于該設計方案采用高性能的３２位微控制器和多個通用可編程器件(ＦＰＧＡ和ＤＳＰ)，因此該系統能夠支持ＶｘＷｏｒｋｓ嵌入式實時操作系統和更為復雜的應用程序。而且軟件和硬件設計只需稍加改進就能實現無線聯網，使得數字攝像系統能在移動中傳輸實時圖像。該網絡數字攝像系統具有硬件集成度高、圖像傳輸實時性好、操作簡單、維護方便等優點?？梢杂糜陔娨晻h、電訊基站、智能樓宇、銀行的保安監控以及交通違章和流量管理等。