刘璨需求分析及概要设计

需求分析及概要设计课程名称：嵌入式系统设计课程教师：李志华学院（部）：计算机与信息学院专业班级：模式识别与智能系统14级学生学号：141307030002学生姓名：刘璨2015年6月23日嵌入式系统设计1需求分析及概要设计1引言因为我研究生阶段的方向是计算机视觉，视频跟踪和处理，因此，我结合嵌入式课堂上所学的内容，总结了视频图像采集与显示系统的研究现状和发展趋势，结合嵌入式技术所具有的成本低、功耗低、稳定性高等优点，设计了基于嵌入式Linux操作系统和ARM微处理器的视频图像采集与显示系统,采用ARM微处理器S3C2440等作为硬件平台。嵌入式计算机系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，其软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格约束的一种专用计算机系统。通过本课程的学习，首先使学生全面了解嵌入式系统的概念、组成及特点，硬件平台构建，嵌入式操作系统、网络技术的相关知识；掌握嵌入式计算机系统的设计原则及设计步骤；深入了解嵌入式系统各个组成部分具体的设计方法，包括：嵌入式处理器的选择原则，总线设计，内存储器的设计，各种常用外设接口的设计，系统的可靠性设计，系统的调试等。学生在完成本课程的学习后，能独立设计嵌入式计算机系统。人们对信息需求日益增加,网络技术的进步和物联网技术的兴起，网络视频图像采集与显示技术变得愈发重要。然而现有的基于PC(个人计算机，PersonalComputer的缩写)的网络视频图像采集与显示系统存在成本高、体积大、资源得不到充分利用的缺点。而嵌入式系统所具有的功耗低、体积小、成本低等优点恰好可以弥补上述的不足，随着嵌入式技术的发展，该系统与嵌入式技术的结合成为其未来发展的趋势之一，具有广阔的应用前景和实用价值。1.1编写目的需要说明的是，此说明书适合初学嵌入式系统的人群阅读，特别是对S3C2440芯片了解还不是很深的人，方便读者了解S3C2440的基本功能，另外设计的该嵌入式系统实现了视频图像采集与显示，同样合适从事该方面的硬件工作者以及软件工作者。1.2背景视频采集（VideoCapture）把模拟视频转换成数字视频，并按数字视频文件的格式保存下来。所谓视频采集就是将模拟摄像机、录像机、LD视盘机、电视机输出的视频信号，通过专用的模拟、数字转换设备，转换为二进制数字信息的过程。在视频采集工作中，视频采集卡是主要设备，它分为专业和家用两个级别。专业级视频采集卡不仅可以嵌入式系统设计2进行视频采集，并且还可以实现硬件级的视频压缩和视频编辑。家用级的视频采集卡只能做到视频采集和初步的硬件级压缩，而更为“低端”的电视卡，虽可进行视频的采集，但它通常都省却了硬件级的视频压缩功能。显示系统，即提供视觉信息的电子系统。显示系统按照不同的应用，采用一种或多种、一台或多台显示设备、提供单人或成组人所需的视觉信息，接收来自不同电子设备或系统的信号，一般需要配备适当的输入装置以便实现人－机联系和必要的记录设备供以后查用。在此背景下，通过之前在课堂上的学习，结合自己的研究方向，设计以下内容：a.题目：基于S3C2440芯片的视频采集与显示系统的设计与实现b.提出者：刘璨；开发者：刘璨；主要用户：视频监控业主1.3定义及芯片介绍ARM：ARM（AdvancedRISCMachines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。本文是后者。TCP：TCP（TransmissionControlProtocol传输控制协议）是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于IP的传输层协议，由IETF的RFC793说明。S3C2440被设计为手持设备和为一般应用提供低功耗，高性能的微控制器解决方案的小尺寸芯片。为了降低系统总成本，S3C2440包括以下组件。S3C2440以ARM920T为核心，采用0.13umCMOS标准单元和存储器编译器开发。它的低功耗，简单，优雅和全静态设计特别适合于成本和功耗敏感的应用。它采用了被称为高级微控制器总线架构（AMBA）的新的总线架构。S3C2440提供了出色的功能，其CPU内核，一个32位ARM920TRISC处理器设计的高级RISC机，ARM920T实现了MMU，AMBA总线，和哈佛缓存架构与独立的16KB指令和16KB数据高速缓存，每一个字线的长度为8。S3C2440减少了系统整体成本，无需配置额外的组件通过提供一套完整的通用系统外设。手持设备和通用嵌入式应用的集成系统，16/32-位RISC架构和以ARM920TCPU为核心的强大的指令集，增强ARM架构的MMU支持WinCE，EPOC32和Linux指令缓存，数据缓存，写缓冲和物理地址TAGRAM性能，以减少主内存带宽和延迟的效果。1.4参考资料[1]张大波.嵌入式系统原理，设计与应用.北京：机械工业出版社，2005.[2]俞建新.嵌入式系统基础教程.北京：机械工业出版社[M],2008.[3]周立功.嵌入式系统基础教程.北京：航空航天大学出版社，2005年1月.[4]ARM嵌入式系统实验教程（一）出版社:北京航天航空大学出版社；嵌入式系统设计32任务概述2.1目标伴随网络技术的发展与普及，基于个人计算机的将采集到的视频图像通过网络传输的技术已经出现，并且已经在视频通话领域得到一定程度的应用，由此一种专门的基于网络的视频图像采集与显示系统应运而生，与传统的图像采集与显示不同，网络图像采集与显示系统基于现有的互联网技术及其资源同时与嵌入式技术相结合，利用了现有的网络资源和成本更低、可靠性更高的嵌入式设备，具有更广阔的应用领域和发展前景。例如，目前基于个人计算机和USB摄像头的QQ视频通话技术已经非常成熟，证明了网络传输视频图像的可行性。而伴随着社会向信息化的转变以及物联网技术的蓬勃发展，为满足人们对信息的需求，通过网络大规模的传输视频图像数据将成为一种必须的要求。本系统的目的是实现基于嵌入式Linux操作系统和ARM微处理器的视频图像采集与显示系统。2.2用户群特点本系统适用于规模较小的场景，由于投资开销较小，价格便宜，比较适合中小型店铺。3总体设计3.1系统功能设计视频采集（VideoCapture）把模拟视频转换成数字视频，并按数字视频文件的格式保存下来。显示系统，即提供视觉信息的电子系统。本系统主要包括2大功能：视频图像的采集以及其显示。3.2系统运行环境系统的运行环境可以结合具体的软硬件条件，自己来选择。下面，我对自己所采用的环境加以描述。用新一代的Vide04Linux2实现了视频图像的采集，分别采用基于传输控制协议(TCP)的socket编程和实现实时传输协议(RTP)的JRTPLIB库完成了视频数据的传输，而视频图像的显示部分则利用SimpleDirectMediaLayer在Windows环境下开发实现。嵌入式系统设计43.3设备S3C2440芯片以及电池、核心、音频、网络、SD卡、LCD显示，按键和LED等。3.4设计和处理流程3.4.1系统结构系统设计框图如下图3-1所示：图3-13.4.2功能模块分析系统在S3C2440的控制下从USB摄像头采集图像数据，具体步骤如下所示：（1）打开视频设备文件；（2）获取视频设备属性信息；（3）设置图片格式；（4）设置采集方式；（5）采集图像数据；LED显示屏音频S3C2440电源及复位电路USB摄像头FLASH网络接口嵌入式系统设计5（6）关闭设备；采集后的图像经过网络接口实时传输到Flash中，LED显示屏和音频可实现显示功能。并可以加以保存，以满足视频回放的需求。4存储器规划1.此设计过程将会启动bootloader和linux系统两个模块。2.存储器规划：0x00000000--0x00020000为bootloader；0x00020000—0x00060000为bootloader参数；0x00080000—0x00300000为linux内核；0x00800000—0x03b80000为文件系统；