基于ARM内核远程视频监测系统的设计.doc

基于ARM内核远程视频监测系统的设计 摘要：在这项研究中,我们分析了基于arm核远程视频监控系统的设计。远程视频监控系统的一个重要方面是，存储在监控系统的图像信息怎样通过GSM/ GPRS网络传输到远程PC。ARM核心单元的应用是整个远程视频监控系统设计的一个部分。基于ARM架构和ARM芯片的ARM核心单元被设计出来。它包括硬件和软件设计。实践表明这项设计具有高可靠性和高稳定性。关键词：ARM，嵌入式系统，JTAG，远程视频监测系统简介 远程监控系统是计算机技术，计算机硬件和软件系统相结合的产物，可以实现远程监控ID的系统称为远程监控系统。实现远程视频监控的一个重要方面就是ARM核心单元的设计。此设计是基于ARM架构和ARM芯片。它符合下列规范：l 系统工作电压5V，工作电流小于200mAl 有通用串行接口，接口的数量大于3个l 有RJ45网络接口l 有一个SD卡接口l 有USB接口终端l 能够运行UC / OS-II操作系统ARM微处理器的选择 微处理器是实现监控终端功能的核心部分。它负责控制和协调每个模块。因此,微处理器的选择是至关重要的。在这个设计中，监控点的传输系统是分散的，并且工作环境恶劣，所以它有严格的要求，并且要限制设备尺寸和功耗。它甚至可能没有可靠的电力。它需要使用太阳能。因此，我们选择一个功能强劲，体积小、低功耗、高可靠性的嵌入式微处理器。ARM7TDMI是低成本产品的最佳选择。它是一个32位，RISC指令的嵌入式处理器，目前被广泛使用。考虑到系统的性能，功耗、成本、发展困难、技术支持以及其他因素，ARM7TDMI适用于我们的研究项目。本设计是开发一套基于嵌入式网络通信技术的远程视频监控系统。在嵌入式处理器的选择过程需要考虑下列因素：运行速度、强大的接口、低功耗、调试方便。根据实际开发平台的需要，选择NXP公司的产品，LPC2378芯片。系统的硬件设计 系统的硬件设计部分是基于LPC2378。它包括电源电路设计、时钟电路设计，选择复位电路，串行接口的扩展，通过JTAG电路设计。 整体系统设计：系统的总体设计框图如图1所示。系统的CPU选用NXP公司的LPC2378芯片。这是一个基于ARM7TDMI-S CPU的微处理器，具有144个封装引脚。通过片上的PLL可以实现CPU最大工作频率60 mhz，而且功耗极低。GPIO可以使用76 - 112号引脚。它提供了多个串行接口，还有两个SPI接口。LPC2378是系统的核心控制器。 电源电路的设计：根据LPC2378供应特点的需要，在电源电路中添加了LM1117 - 3.3。LM1117是一系列的线性稳压器LDO芯片。它可以限制电流输出为800 mA。其次它有一个能量平衡能带。它可以确保输出电压误差在1%以内。 LM1117提供5V电源。调整过的3.3 v电源直接驱动开发板的数电模块。发光二极管灯工作，这表明连接到电路的3.3 v电源有效。所有有效的设备在供电引脚和地线之间都连接着0.1uF解耦电容。数字电源和模拟电压部分还设置滤波电容器用来吸收数字电源高频信号所带来的干扰。电源电路如图2所示。l 时钟电路：LPC2378芯片的集成振荡器和外部晶体的工作频率范围是1到30 MHz。运行时外部振荡器的工作频率最高可达50 MHz。因此采用了12 MHz晶体管。它可以为系统提供几十MHz CPU工作频率。PLL设置的时间是100微秒。实时时钟使用一个标准的32.768 kHz时钟晶体。时钟电路如图3所示。l 复位电路设计：复位信号用于启动或重新启动微处理器/单片机，命令它进入或返回一个可预测的循环程序并按顺序执行。一旦微处理器/单片机处于未知状态，例如，程序“耗尽”或进入一个无限循环，系统需要重置。系统复位电路如图4所示。接通+3.3v电源通过R200给电容C215充电，使电容器RST信号暂时处于低位。C215不断被充电，RST信号一定时间升高。因此,形成了一个负脉冲,使CPU复位。l 通信串行接口电路：LPC 2378有两个异步串行控制器即UART 1。时钟信号可以由内部时钟信号或外部时钟信号生成器产生。由于LPC 2378是一个3.3v，因此与RS - 232标准定义的水平信号完全不同。因此，两者之间的通信必须经过信号电平的转换。系统信号转换使用SP 3223E / 3243E。它是一个3V工作电压 RS - 232转换器芯片。此外，ARM7微处理器的LPC 23 xx系列的的UART1有完整的调制解调器接口。因此，我们采用8路RS-232转换器芯片SP3223E / 3243E。 此外,通过结合复位电路和ISP功能，电路接口设计了自动程序下载功能。自动程序下载的过程如下。CPU复位由串行端口的DTR信号控制。在CPU复位期间，P2.10的级别由串行端口的RST信号控制，以控制CPU是否进入ISP的状态。DTR信号和RST信号控制复位信号，通过晶体打开P2.10。200JP使程序下载能够自动控制。如果不需要自动下载功能，我们可以取消跳转，以防止外界干扰CPU正常工作。 设计扩展了四个串行电路。串口0用于ISP自动下载和VT 100终端调试。串口1有一个完整的交互握手，可以用于通信调制解调器和扩展系统的远程通信能力。串口2使用一个简单的3线方式，与SP 3223芯片共用一个接口，可用于与摄像模块通信。串口3可以用于与GPRS模块通信。四个串行接口电路如图5到图7所示。l JTAG电路设计：通过JTAG(联合测试行动小组)是一个国际标准测试协议。它主要用于芯片内部测试、系统仿真和调试。JTAG技术是嵌入式调试技术。芯片内封装一个特殊的测试电路TAP(测试访问端口)。它使用了专用的JTAG测试工具测试内部节点。目前，最复杂的设备支持JTAG协议，如ARM、DSP、FPGA设备等等。标准通的JTAG接口是四线：TMS,TCK,TDI,TDO。用来测试模式选择、测试时钟,测试数据输入和测试数据输出。通过JTAG接口，所有芯片内部部件可以被访问，所以这是开发和调试嵌入式系统的一个简单有效的途径。目前连接JTAG接口有两种标准：14个引脚连接器和20个引脚连接器。此设计使用一个20个引脚的JTAG接口。本系统的JTAG接口电路如图8所示。l 网络通信电路设计：连接CPU的网络选用STE 100P芯片。这个相当于PHY的功能。之后网络转换器转换了水平，导通网络接口。网络通信电路如图9所示。系统的软件设计 分析过硬件平台和基于ARM7TDMI-S的LPC 2378处理器之后，选用uC / OS-II嵌入式操作系统。它有一个小的内核,容易裁剪，具有良好的可移植性。l uC / OS-II的移植条件和移植的主要工作:l 嵌入式操作系统的移植的目的是使操作系统能够在一个微处理器或微控制器上运行。大部分的uC / OS-II代码是用C语言写的。但它仍然需要使用汇编语言编写一些与处理器相关的代码。这些处理器相关的代码是运行实时多任务操作系统的先决条件，也是嵌入式操作系统移植的一个重要工作。l 在LPC 2378嵌入式开发平台上移植的uC / OS-II只是构建整个系统的一部分，在此平台上，我们继续开发的API接口。最终，它是制备应用软件的准备。整个系统有五个开发层次：底层硬件设计，移植uC / OS-II，配置uC / OS-II，API接口开发和应用程序软件设计。l LPC23xx的启动代码：启动代码是一段这样的代码，在芯片复位之后在进入C语言的主函数mian（）之前执行。主要是为C语言程序提供基本运行的操作环境。它包括异常向量，CPU模式堆栈，IRQ和C语言之间的接口，系统时钟初始化，内存加速度模块初始化和相关中断的禁止等等。l uC/OS-II的移植：移植uC/OS-II包括以下内容：重写操作系统的CPU.H文件，CPU.S文件，CPU.C文件。l uC/OS-II移植测试：测试uC/OS-II系统实时内核并不复杂，就是使实时内核在它们的目标板上运行起来。开始时，一些简单任务和时钟中断任务可以运行。如果调试成功，就可以在上面添加应用程序。一般的嵌入式系统的启动和运行过程如下：n 系统硬件初始化n 操作系统初始化n 创建一个操作系统任务n 操作系统时钟初始化n 启动系统硬件n 启动操作系统多任务进程上述工作完成后，CPU控制加入到操作系统。 我们可以创建三个任务。任务A是使Led0每隔1秒刷新一次，分配的优先级是10。任务B是Uart0每隔2秒输出“Uart 0 OK”，分配的优先级是20。任务C是Uart 1每3秒输出”Uart 1 OK”，分配的优先级是30。程序运行后，输出符合设定的值。以上的程序用来24小时测试操作系统内核稳定性。结果证明了操作系统的稳定性和移植的可靠性。总结 在工程应用中，基于ARM核心单元设计的远程视频监控系统功能强劲。在工程实践的许多方面，它都有非常高的需求，对于其他类型的工程问题是一个很好的参考。这项研究中，设计出了一个基于ARM核心单元的远程视频监控系统。它包括硬件和软件。设计有一定的现实意义。参考文献Ji, W.K. 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ARM Eembedded System Software Development Instance. Beihang University Press, Beijing.members from key minority outreach, promote a comprehensive strictly administering the party into the branches, put it into every party member, give full play to each party organization fight fortress function, each the exemplary vanguard role of party members. Is to promote the inner-party education extend from the concentrated education to regular education, in the regular education efforts, real party ideology in the all party members and the partys construction through system. Is to boost the spirit of all party members, education guide all members of the party in their respective work positions, responsible and dependable officer, make contributions. Therefore, we must from the height of political and global, fully aware of two learning the importance of education, put two education as a major political task and practice well. All members to active participation, really into, in learn, and do, and modified, and promoting upper and lower really Kung Fu, effective put thought and action unified to XI General Secretary of important indicates spirit up, unified to Central and provincial of decision deploymen