引言

　　近年來高性能、低功耗的ARM處理器成為嵌入式應用的主流；開源的嵌入式Linux操作系統(tǒng)由于系統(tǒng)穩(wěn)定、兼容性和移植性好、網(wǎng)絡功能強等優(yōu)點也成為嵌入式操作系統(tǒng)之一，但目前嵌入式Linux支持的USB攝像頭（如OV511）市場上已淘汰，使用現(xiàn)有USB攝像頭需開發(fā)相關驅(qū)動程序，由于采用中芯微公司的USB攝像頭在市場中的占有率很高，可實現(xiàn)網(wǎng)絡攝像機，所以本文針對這類USB攝像頭設計了基于AT91RM9200的嵌入式網(wǎng)絡攝像機設計， 不僅開發(fā)便捷、成本低廉， 而且實時性好， 適用范圍廣。

　　系統(tǒng)總體設計

　　系統(tǒng)總體設計包括硬件設計和軟件設計兩部分。硬件設計模塊主要包括微控制器模塊、壓縮編碼模塊、網(wǎng)絡接口模塊和相機控制模塊四部分。微控制器模塊主要由主控芯片、DataFlash 和SDRAM（1）組成。其中， 主控芯片是整個控制系統(tǒng)的， 它負責整個系統(tǒng)的調(diào)度工作。DataFlash 里固化了嵌入式Linux 內(nèi)核、及其文件系統(tǒng)、應用軟件和系統(tǒng)配置文件。SDRAM（1）作為內(nèi)存供系統(tǒng)運行使用。壓縮編碼模塊由視頻數(shù)據(jù)采集芯片、MPEG- 4 壓縮編碼芯片、SDRAM（2）組成，負責將視頻流轉(zhuǎn)化為MPEG- 4 碼流。網(wǎng)絡接口模塊主要是配合主控芯片傳送MPEG- 4 碼流。相機的控制模塊主要由串口芯片組成， 其完成轉(zhuǎn)發(fā)控制相機命令的功能。當系統(tǒng)啟動時， 微控制器通SPI（ Serial PeripheralInterface, 串行外設接口） 將Linux 內(nèi)核轉(zhuǎn)入SDRAM（ 1） 中， 系統(tǒng)從SDRAM（ 1） 中啟動。系統(tǒng)啟動后， 微控制器通過HPI（Host Peripherial Interface, 主機接口）控制MPEG- 4 編碼模塊。統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　軟件設計部分主要包括嵌入式Linux 移植、MPEG- 4 壓縮編碼模塊、CGI 控制程序和MPEG- 4 解碼程序四部分。嵌入式Linux 系統(tǒng)存放到由AT91RM9200 控制的DataFlash 里，它負責整個系統(tǒng)軟件的調(diào)度工作。MPEG- 4 壓縮編碼模塊主要負責模擬視頻流的采集， 并將數(shù)字視頻流壓縮為MPEG- 4 數(shù)據(jù)流。CGI 控制程序主要負責對攝像機的控制和對MPEG- 4 視頻流的相關設置。MPEG- 4 解碼程序主要負責對通過網(wǎng)絡得到的MPEG- 4 數(shù)據(jù)流的解碼工作。

　　硬件設計

　　微控制器模塊

　　微控制器是本系統(tǒng)的部件， 選用的是ATMEL公司的AT91RM9200。它是一款基于ARM920T 核的32位微控制器。其主頻為180MHz, 處理速度快， 功能強， 性價比高， 能很好滿足嵌入式Linux 系統(tǒng)的需求。它在系統(tǒng)中的主要作用是在系統(tǒng)上電時配置其他芯片的功能寄存器， 在正常工作狀態(tài)下調(diào)度控制整個系統(tǒng)工作， 通過片內(nèi)以太網(wǎng)控制器控制物理層芯片發(fā)送碼流。

　　AT91RM9200 通過片內(nèi)的SPI 總線和SDRAM控制器實現(xiàn)對外圍DataFlash 和SDRAM的控制， 利用片內(nèi)的USART 實現(xiàn)對串口芯片的控制， 通過片內(nèi)的以太網(wǎng)控制器對片外網(wǎng)絡芯片進行控制。其控制原理圖如圖2 所示。

　　壓縮編碼模塊

　　壓縮編碼模塊包括模擬視頻采集模塊和MPEG- 4壓縮模塊。視頻采集芯片采用TI 公司的TVP5150, 數(shù)據(jù)壓縮芯片采用映佳公司的MPG440。TVP5150 輸入端可是兩種混合視頻信號也可是S- Video 端子的視頻信號， 支持NTSC、PAL、SECAM等3 種制式， 其輸出的數(shù)據(jù)色彩格式可以為8bit 4: 2: 2 數(shù)字信號或者8bit 同步ITU- R BT.656 數(shù)字信號。MPG440 芯片具有符合工業(yè)標準的16b/32b 的雙向主機接口， 分別用來與視頻采集芯片和微控制器芯片通信。同時， 具有移動偵測、防偽水印、動態(tài)調(diào)整IP 畫格比率、動態(tài)調(diào)整圖像質(zhì)量等特性， 支持D1、VGA、CIF、QVGA、QCI 等五種分辨率模式。微控制器通過主機接口實現(xiàn)MPG440 的初始配置， 也由此接收MPEG- 4 碼流。壓縮編碼模塊的硬件設計原理如圖3 所示。