基于Intel Xscale和嵌入式Linux的視頻模塊設(shè)計(jì)
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OV518 最大視頻傳輸速度的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)能夠以更加實(shí)時(shí)的方式獲取大量的視頻信息。片內(nèi)高性能專(zhuān)用壓縮引擎可以達(dá)到7:1 的壓縮比，保證了從圖像傳感器到終端平臺(tái)的快速圖像傳輸。對(duì)于QVGA圖像格式，OV518的壓縮引擎支持高達(dá)30 幀/秒的傳輸速度，減少了低帶寬應(yīng)用中通常會(huì)出現(xiàn)的圖像跳動(dòng)現(xiàn)象。OV518還具有優(yōu)秀的靜態(tài)圖像捕捉功能，使用起來(lái)和數(shù)碼相機(jī)一樣方便。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1 中USB 連接橋部分所示。由于PXA255 的USB 接口只有從控制器，只能作為一個(gè)從設(shè)備使用，我們采用Philips公司的ISP1160為PXA255擴(kuò)展了兩個(gè)USB主接口。ISP1160是專(zhuān)門(mén)用以在嵌入式系統(tǒng)或便攜式設(shè)備中實(shí)現(xiàn)USB 協(xié)議的芯片，支持所有的傳輸類(lèi)型：控制、中斷、批量及同步。該芯片還提供了節(jié)能工作模式以減少功耗，每個(gè)下行端口都有獨(dú)立的過(guò)流檢測(cè)輸入引腳和電源供電開(kāi)關(guān)控制輸出引腳，使系統(tǒng)電源的管理更加靈活。ISP1160與CPU的接口，是專(zhuān)為RISC 的CPU設(shè)計(jì)的，極大的簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工作，可以不加修改的移植到別的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中。總之，整個(gè)視頻模塊硬件設(shè)計(jì)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)體積，速度和功耗的要求，既保持了很高的處理速度和很小的集成空間，又降低了系統(tǒng)的功耗。
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 軟件平臺(tái)
微處理器PXA255 功能強(qiáng)大，系統(tǒng)資源十分豐富，十分需要一個(gè)功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)來(lái)管理這些資源，經(jīng)過(guò)對(duì)各種嵌入式操作系統(tǒng)的比較，嵌入式Linux的諸多優(yōu)點(diǎn)非常適合于作為該終端的操作系統(tǒng)：開(kāi)放的源碼，可移植性強(qiáng)，強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和對(duì)USB 總線及Video設(shè)備的良好支持。終端平臺(tái)采用圖形用戶界面，出于嵌入式系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性和對(duì)GUI 的占用資源少、高性能、高可靠性及可配置的考慮，我們選擇了MiniGUI圖形用戶界面支持系統(tǒng)。
3.2 視頻模塊軟件的基本結(jié)構(gòu)
視頻模塊軟件的設(shè)計(jì)采取了模塊化的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)視頻模塊設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和多媒體終端視頻功能的需求，整個(gè)視頻模塊軟件有4 個(gè)功能模塊組成：USB 模塊、攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊、解碼模塊、視頻應(yīng)用模塊，完成了采集、解碼、本地顯示、本地用戶控制和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?，其基本結(jié)構(gòu)如圖2 所示。為了提高圖像采集的實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)性能，在各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)Linux 操作系統(tǒng)的特點(diǎn)和采用的解壓縮算法的特征，我們對(duì)程序和算法進(jìn)行了優(yōu)化、簡(jiǎn)化，以加快計(jì)算速度，提高效率。以下將對(duì)各個(gè)模塊的功能和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹。
3.2.1 USB 模塊
該模塊包括USB 總線驅(qū)動(dòng)程序（USBD）和主控制器驅(qū)動(dòng)（HCD）。USBD 主要處理USB 協(xié)議中與硬件無(wú)關(guān)的部分，對(duì)協(xié)議規(guī)定的USB 總線以及USB 設(shè)備共有的操作和性質(zhì)提供支持。HCD 負(fù)責(zé)對(duì)ISP1160 進(jìn)行抽象和對(duì)USB 的低級(jí)支持，ISP1160 的寄存器編程來(lái)驅(qū)動(dòng)ISP1160，為上層的USB 總線驅(qū)動(dòng)提供軟件接口來(lái)控制ISP1160。圖3 給出了USB 模塊的軟件功能結(jié)構(gòu)圖。Linux 操作系統(tǒng)提供有穩(wěn)定的USB 總線驅(qū)動(dòng)程序，我們只需要編寫(xiě)HCD 程序。在HCD 的設(shè)計(jì)中，我們結(jié)合ISP1160 專(zhuān)為嵌入式設(shè)備設(shè)計(jì)的特性對(duì)實(shí)時(shí)傳輸和非實(shí)時(shí)傳輸進(jìn)行不同的調(diào)度，增強(qiáng)了對(duì)USB 總線實(shí)時(shí)傳輸?shù)闹С?；結(jié)合Linux對(duì)軟中斷的良好支持，采用底半部機(jī)制（bottom half）提高中斷處理的實(shí)時(shí)性。通過(guò)這兩項(xiàng)措施有效的提高了視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和速度，降低了對(duì)系統(tǒng)資源的消耗。
3.2.2 攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊
該模塊為攝像頭的USB類(lèi)型驅(qū)動(dòng)（ClassDriver）,其主要功能是對(duì)視頻應(yīng)用模塊提供符合Linux 的視頻捕獲標(biāo)準(zhǔn)V4L2（Video for Linux Two）的接口，通過(guò)USB ?？旖邮?qǐng)D像數(shù)據(jù)。V4L2 是Linux 平臺(tái)上處理和訪問(wèn)視頻設(shè)備的最新的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口，通過(guò)該接口，模塊對(duì)視頻應(yīng)用模塊提供QVGA(320*240)和VGA(640*480)兩種采集模式的切換，視頻圖像參數(shù)的調(diào)整，彩色和黑白視頻流和靜止圖像的采集功能。該驅(qū)動(dòng)采用多個(gè)幀緩沖存儲(chǔ)空間,并使這些幀存輪流處于接收數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)狀態(tài)，當(dāng)收到圖像幀事件發(fā)生時(shí)，將會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了圖像幀的異步接收，異步接收機(jī)制提高了程序的運(yùn)行效率。除了實(shí)現(xiàn)V4L2 標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)的read 接口外，還重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了mmap（Map device memory into application address space）接口，通過(guò)該接口，可以把內(nèi)核空間的設(shè)備內(nèi)存地址空間映射到用戶空間的地址空間，減少了圖像數(shù)據(jù)拷貝的次數(shù)，提高了圖像采集的實(shí)時(shí)性。 linux操作系統(tǒng)文章專(zhuān)題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
評(píng)論