新型网络数字摄像系统的设计

由于S3C4510B芯片面向网络应用，因此在芯片内部集成了一个以太网控制器。该控制器工作于ＭＡＣ层，完全兼容ＩＥＥＥ８０２．３协议标准。它能运行于１０Ｍｂｐｓ／１００Ｍｂｐｓ模式。该控制器包括一个接收／发送单元、一个流控制器、一个用于存放网络地址的内容可寻址存储单元和一系列命令／状态寄存器。

２．２ 功能介绍

S3C4510B芯片作为系统的主控制芯片，负责控制嵌入式网络数字摄像系统的正常工作，包括将压缩后的图像数据按照TCPIP协议发送到互联网中的计算机上并接收计算机的命令修改系统工作参数等。

系统加电后，S3C4510B芯片自动从地址0x00处运行系统程序。系统程序首先初始化异常向量表，之后初始化1K×32bits的系统堆栈区，用于存放出现异常情况(中断)时的寄存器值。然后，系统程序设置系统正常工作时的各个存储区起始地址及存储区容量，将地址０ｘ00000～0ｘ7FFFF共512K×32bits范围作为程序存储区(ROM)，用于存放系统程序和用户程序；将地址0x1000000~0x10FFFFF共1M×32bits作为程序／数据存储区(RAM)，又将该段存储区分为用户程序段、用户堆栈段和用户数据段；将片内存储区地址映射到０ｘ3FE0000~0x3FEFFFF；将特殊寄存器区地址映射到０ｘ３FF0000～０ｘ３FFFFFF。最后系统程序设置片内寄存器的值，初始化Ｓ３Ｃ４５１０ＢS3C4510B芯片的各个外部接口，包括异步串行通信接口(UART)、计时器、可编程I/O口、以太网控制器等。在系统初始化结束后，自动进入用户模式，执行用户程序。

在用户模式下，摄像系统作为网络视频服务器。根据用户程序设置的MAC地址和IP地址，接收来自互联网中计算机发出的请求信号。当系统收到请求信号后，用户程序立即在本地与计算机建立TCP连接。将待传输的一帧压缩图像数据首先按TCP协议封装成TCP数据报，然后交付给IP层子程序封装成IP数据报，最后由S3C4510B芯片内的MAC控制器将其拆分封装成帧并发送到目的计算机上。当有多个计算机用户发出请求信号时，用户程序会在数据存储区中设置一个用户列表，自动根据各个计算机的ＩＰ地址和建立连接时的端口号分别发送图像数据。图４显示了用户程序与一台计算机发送和接收TCP／IP数据报的流程图。目的计算机将接收到的TCP／IP数据报解封，恢复成JPEG压缩图像帧，再解压缩，完成视频图像流的接收和播放。

用户程序在发送数据帧的同时，会根据图像数据发送的速度及网络的拥塞情况，自动通过异步串行通信接口(ＵＡＲＴ０)向ＶＣ５４１６VC5416芯片发送控制信号，及时改变图像采集和压缩的速率。本系统在发送视频数据的同时，还能够接收来自计算机的控制命令。根据不同的控制命令，系统也可以完成对图像分辨率、图像帧速率等指标的调节。

本文介绍的网络数字摄像系统目前运行于评估板平台上，下一步将继续进行系统的集成和优化并最终实现产品化。由于该设计方案采用高性能的３２位微控制器和多个通用可编程器件(ＦＰＧＡ和ＤＳＰ)，因此该系统能够支持ＶｘＷｏｒｋｓ嵌入式实时操作系统和更为复杂的应用程序。而且软件和硬件设计只需稍加改进就能实现无线联网，使得数字摄像系统能在移动中传输实时图像。该网络数字摄像系统具有硬件集成度高、图像传输实时性好、操作简单、维护方便等优点。可以用于电视会议、电讯基站、智能楼宇、银行的保安监控以及交通违章和流量管理等。