毕业设计（论文）-基于国产化处理器平台的嵌入式无线视频传输系统的设计.doc

编号： 毕业设计说明书题 目： 基于国产化处理器平台的 嵌入式无线视频传输系统的设计 学 院： 信息与通信学院 专 业： 通信工程（卓越） 学生姓名： 学 号： 校外指导教师： 校外指导教师职称： 高级硬件工程师 校内指导教师： 校内指导教师职称： 副教授 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2016 年 6 月 10 日第 I 页 共 IV 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 摘 要近几年来，无线视频通信技术和数字视频编解码技术得到了快速的发展，无线局域网、公共商场无线视频安全监控网、智能家庭安防监控网等无线多媒体通信成为无线视频通信业务的新需求，嵌入式无线视频传输技术在安防、交通、互联网等行业得到了广泛的应用，无线视频传输技术正在慢慢的改变人们的生活。本文根据实际实习工作内容，设计并实现了基于国产化处理器平台的嵌入式无线视频传输系统。该系统能够支持对视频信号及语音信号的实时采集并播放，视频信号经处理器编码处理后，通过WIFI实现无线传输功能。同时，系统还能对图像采集区域内进行录像，并能保存在本地的存储中，用户可对本地所录的视频进行回放。本文主要做了以下几个方面的工作：（1）分析和比较了目前主流的嵌入式无线视频传输系统设计方案，提出了基于国产化处理器平台的无线视频传输系统硬件设计方案。（2）分析系统各个模块的硬件原理图构造，对系统的电源模块电路、视频采集模块电路、系统核心处理模块电路、视频传输模块电路、音频模块电路和显示触控模块电路进行了详细的原理分析、说明和设计。（3）完成系统各个模块电路的调试，介绍了系统文件的下载，同时搭建整个硬件系统，对整个系统进行功能测试，验证是否达到设计的要求。（4）对本文完成的工作进行总结，探讨系统还可以完善和改进的地方。关键词：无线视频传输；国产化处理器；电源管理 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 II 页 共 IV 页 AbstractIn recent years, wireless video communications technologies and digital video codec technology has been rapid development of wireless LANs, wireless video arcade public network security monitoring, intelligent home security monitoring network, and other wireless multimedia communications for wireless video communication services demand new embedded wireless video transmission technology in security, transportation, Internet and other industries has been widely used, wireless video transmission technology is slowly changing peoples lives. Based on the actual internship content, design and implementation of embedded wireless video transmission system based on localization processor platform. The system can support voice and video signals in real-time signal acquisition and real-time playback, the video signal by the processor after the coding process, through WIFI wireless video transmission function. Meanwhile, the system also within the video image acquisition area, and can be stored in the local memory, the user can locally recorded video playback.In this paper, the work done in the following aspects:（1）analyzes and compares the current mainstream embedded system design for wireless video transmission, wireless video transmission system is proposed hardware design based localization processor platform.（2）the hardware configuration of each module diagram analysis system, the system power supply circuit module, video capture module circuits, systems and core processing module circuit, circuit video transmission module, an audio module circuit and display touch module circuit in detail Principle Analysis , description and design.（3）the completion of each module circuit debugging system, introduced the system files to download, and set up entire hardware system, the whole system functional testing to verify that meet the design requirements.（4）sum up the works done by this paper, and propose suggestions how to refine and improve the system.Keywords: wireless video transmission; localization processor; power management第 页 共 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 目 录引言11 嵌入式无线视频传输系统方案的设计31.1 嵌入式系统的介绍31.2 主流嵌入式视频传输系统方案比较41.3 系统方案选择41.4 国产化处理器介绍51.5 PMU芯片介绍81.6 嵌入式无线视频传输系统硬件方案的设计91.7 本章小结122 无线视频传输系统硬件设计122.1 系统核心模块电路设计122.1.1国产化处理器电路设计122.1.2PMU电路设计132.1.3EMMC电路设计132.1.4DDR电路设计142.1.5UART电路设计152.1.6系统下载电路设计162.2 电源模块电路设计172.2.1PMU供电电路设计192.2.2液晶屏供电电路设计202.3 显示触控模块电路设计222.3.1液晶屏电路设计222.3.2触摸屏电路设计232.4 音频模块电路设计242.4.1音频输入电路设计242.4.2音频输出电路设计252.5 视频采集模块电路设计262.6 视频传输模块电路设计272.7 本章小结283 无线视频传输系统的硬件调试和功能测试283.1 系统的硬件调试283.1.1最小系统调试283.1.2液晶屏供电电压调试28第 页 共 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 3.1.3显示触控模块调试293.1.4音频模块调试293.1.5视频采集模块调试293.1.6视频传输模块调试293.2 系统的功能测试293.2.1系统的软件下载293.2.2系统的硬件连接313.2.3系统视频录制功能测试313.2.4系统无线视频传输功能测试323.3 本章小结334 总结及展望344.1 本文工作总结344.2 需要进一步完善的工作34谢 辞36参考文献37第 40 页共 37 页 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 引言 随着4G通信网络的全面覆盖，3G通信网络已经全面退出了人们的视野，无线移动通信技术得到了前所未有的发展，无线网络带宽正在逐渐增大，数据下行的速率越来越快，传播的距离也越来越远。另一方面，基于嵌入式的视频传输系统得到了广泛的应用，以可视电话、远洋会议和视频监控等应用为代表的多媒体技术得到了快速的发展，这些应用的成功都离不开视频传输技术和视频压缩编解码技术的成熟。但是目前大部分嵌入式视频传输系统都是建设在有线网络上，虽然有线网络拥有传输速率高、传输信号稳定、传输时延小等优点，但是有线网络也有着部署起来困难、施工周期较长和工程造价昂贵等缺点，因此想要大力发展无线网络视频传输，在有线网络的基础上来建设无线网络是十分必要的。另外，与传统的有线网络视频传输相比，无线网络视频传输有着以下的优点：（1）部署快捷、维护方便。由于无线网络视频传输系统是建设在有线宽带网络上的，因此大大简化了网络布线这一环节，系统只需要安装交换机、无线路由器这些网络设备就能够运行使用。另外，无线网络的铺设不会破坏原有的环境设施，同时维护方便、快捷、简单。（2）使用灵活、移动简单。无线视频传输网络一旦建设完成，在该无线网络信号覆盖区域内的任意终端设备就能实现网络接入，可与其他设备进行无线网络视频的传输。同时终端设备的位置可以在无线信号覆盖区域内任意移动，灵活性非常高。（3）经济节约、性价比高。由于无线网络通信方式为单点对多点，因此一般只需要安装一个或多个无线网络视频传输中心基站设备，就可建立覆盖整个网络区域的无线网络接入系统，相对于有线网络的建设，节约了很多成本。（4）易于扩展、规模自如。当无线网络中的用户过多时，无需进行大面积的网络改造，只要增加无线网络内基站设备即可，另外可通过控制无线网络的覆盖面积来控制网络传输速率。因此无线网络拥有很高的扩展性。想要大力发展无线视频传输技术，必须要解决以下三个主要问题：（1）带宽受限。视频信号相对网络传输中的其它信号，数据量将会呈几何倍数增长，而一般无线信道的有效传输带宽要远低于有线信道，因此选择如何提高无线宽带的宽带利用率将是无线视频传输首要考虑的问题。（2）网络可靠性相对较低。无线信道由于其本身的特性，信号在传输的过程中容易收到大气的 散射、折射和吸收，相比于有线信道稳定的传输环境而言，网络的可靠性较低，误码率也较高，因此差错控制同样是无线视频传输需要考虑的问题。（3）功耗受限。无线视频传输因为要增加传输距离，其中一个办法就是增大发射功率，所以降低功耗是无线视频传输中又一个需要考虑的重要问题。目前无线网络接入的方式主要有：4G的TD-LTE和FDD-LTE；3G 的CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA；以WIFI技术为代表的无线局域网。WIFI全称为Wireless Fidelity，其实就是IEEE802.11b的别称，它是一种短距离的无线传输技术，该技术使用的是2.4GHz附近的频段。其主要特性是：（1）速度快。无线局域网WIFI的下行通道可以提供高达54Mbps的传输速率，虽低于4G通信网络理论上的100Mbps下行速率，但却远远高于3G通信网络理论上的3.6Mbps的下行速率。（2）覆盖面积广。电信运营商大型WIFI传输设备的通信距离可达300米左右，而一般家庭所使用的无线路由器的传输距离也能达到10米到20米。因此目前 WIFI 网络已经在人群密集的地点全面覆盖开来，如火车站、机场候机大厅、酒店、商场和商务写字楼等，它为人群密集区提供了高速便捷的互联网接入点。（3）部署容易、门槛低。厂商只要在有线宽带网络的基础上架设无线路由器，即设置网络热点，就可以覆盖周围用户，同时不同耗费资金来进行网络布线接入，从而大大降低了成本。而普通家庭只需要在有线宽带的基础上安装无线路由器，就能为家里的智能手机、智能家电等提供高速、快捷、方便的无线接入点。我国国产化处理器产业蓬勃发展，工艺水平已经有很大的进步，性能上已经可以满足无线视频传输系统的要求。我国国产的处理器厂商主要有：（1）台湾联发科，公认的国产处理器领军人。是全球IC设计领导的厂商之一，专注于无线通信及数字多媒体等技术领域，目前许多国产手机使用的处理器都是联发科。（2）展讯，联发科的主要竞争对手。展讯主要业务是无线通信，致力于多媒体终端的核心芯片、专用软件和参考设计平台的开发，为终端制造商及产业链其他环节提供高集成度、高稳定性、功能强大的产品和多样化的产品方案选择。（3）华为海思，中国大陆首个生产出四核智能处理器的厂家，产品覆盖了无线网络、有线网络、数字媒体等领域。目前华为旗舰手机所采用的处理器都是自家研发的海思处理器。（4）联芯，大唐电信科技产业集团的核心企业之一，专注于TD-SCDMA终端核心技术的开发。目前生产的处理器使用最成功的终端设备是红米手机系列。（5）台湾威盛，是台湾地区的积体电路设计公司，主要生产主机板的晶体组、处理器、以及记忆体。它是世界上最大的独立主机板晶体组设计公司。目前我国芯片产业对外以来比较严重，其中处理器这些高端的芯片几乎要全部进口，因此使用国产化处理器芯片来解决无线视频传输系统的设计，不但拥有自主开发的产权，而且在信息安全方面提升了一个很高的等级，对于国家的发展将是一个巨大的飞跃。本系统的设计目标为：（1） 音视频采集功能：支持标清视频信号的采集，支持对音频信号的采集。（2） 音频播放功能及视频显示功能：支持音频信号通过扬声器及耳机播放，支持标清及高清视频播放。（3） 音视频录制功能：支持摄像头实时拍摄录像及麦克风实时录音并将录制文件保存在本地。（4） 视频传输功能：支持实时拍摄的视频通过WIFI发送到无线网络中，接入该无线网络的终端可通过应用软件接收并显示实时视频信号。本文主要分成四个部分概要的介绍了基于国产化处理器平台的嵌入式无线视频传输系统的设计。第一部分首先对嵌入式系统做了简单的介绍，然后列举并分析了目前嵌入式无线视频的传输方案以及它的优缺点。最后给出了基于国产化处理器平台的嵌入式无线视频传输系统的方案设计。第二部分给出了基于国产化处理器平台的嵌入式无线视频传输系统的硬件设计方案，并完成外围芯片选型、硬件电路原理图的设计。具体为系统核心模块处理的设计、电源模块的设计、显示触摸模块电路的设计、音频模块电路的设计、视频采集模块的设计和视频传输模块的设计。第三部分对整个无线视频传输系统的进行调试，包括单板各个模块的硬件调试，系统软件及驱动的烧录，硬件整体测试环境的搭建，以及最终无线视频传输系统的测试。第四部分根据系统测试结果对本论文完成的工作进行总结，并对可以改进的地方进行展望。1 嵌入式无线视频传输系统方案的设计1.1 嵌入式系统的介绍嵌入式系统，是一种目前应用计较广泛的计算机系统，它集成在受控器件的内部，能够实现特定功能或应用。一般的嵌入式系统是以特定应用为中心来进行架构的，它以计算机技术为基础，在此基础上完成软硬件的开发，并且由于系统有很高的集成度，因此它的软硬件是可以裁剪的，并且对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格的要求。嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序四个部分组成。嵌入式系统虽然也是计算机系统，但是与通用计算机系统的还是有本质的区别。嵌入式系统的主要特点是：（1）嵌入式系统是面向特定功能的系统应用。它为了满足特定的功能而创造出来的，它只能应用在一个产品或者一个领域。（2）嵌入式系统涉及计算机技术、电子信息技术和软件技术等，它是一个不断适应需求、推陈出新的计算机系统。（3）嵌入式系统的软硬件都必须具有高度的可定制性，只有这样才能适应特定应用的需要，生产出产品才能具有竞争力。（4）嵌入式系统的生命周期相当长。只要市场对嵌入式系统产品有需求，嵌入式系统就能在不断更新换代的产品中发展下去。（5）嵌入式系统不具有本地系统开发能力，通常需要有一套专门的开发工具和环境。在物联网技术迅猛发展的今天，各种各样的嵌入式系统已经悄悄的来到我们的身边，小到我们日常使用的蓝牙耳机、智能手环等小型产品，大到工业自动化车床、智能家电、车载电子设备等大型产品，都在改变着我们传统的生活方式，未来嵌入式系统将会更为普遍，更能够满足新时代经济发展的需求。1.2 主流嵌入式视频传输系统方案比较对于嵌入式系统而言，嵌入式处理器是系统最核心的部分，它必须具有优秀的应用处理能力和系统管理能力。而视频处理系统一般数据量比较大，运算复杂程度较高，对处理器运算速度要求高，同时嵌入式系统的外设接口也比较多，因此目前主流的嵌入式视频传输系统的设计方案采用的处理器架构都带有视频处理模块和各种外设接口的管理模块。基于此架构的嵌入式视频传输方案主要有：（1）基于通用的 DSP+MCU 控制器的方案这种方案主要由两部分组成：DSP 和 MCU 控制器。DSP是数字信号处理芯片，主要用来做信号处理，例如图像处理，视频采集处理等。DSP相对于单片机来说，它拥有更强大的性能来满足于运算复杂度较高和对运算速度有着苛刻要求的视频处理系统。MCU就是微控制器，控制器主要用来管理嵌入式系统中各个外设接口，并协调它们的正常工作。此方案的主要优点就是有专门的芯片来管理外设接口，因此接口很丰富，能够处理的数据较多，处理的能力优异。但是MCU本身控制性能相对较弱，因此系统可靠性能不高，另外开发者需要编写大量程序来控制两个核心处理芯片的协同工作，导致系统开发难度变大。（2）基于 ARM 处理器+专用视频处理 ASIC 的方案这种方案主要由两部分组成：ARM 处理器和专用的视频处理 ASIC 芯片。ARM 处理器的优点就是高性能、低功耗、低价格，ARM针对嵌入式应用，在满足性能要求的前提下，力求最低的功率消耗，同时有着丰富的选择和第三方支持。在此方案中，ARM 的主要工作就是管理和控制外设接口。而专用的视频处理 ASIC 芯片则是专用的集成电路，用来完成视频信号的编解码处理。此方案的优点是ARM和ASIC芯片都是高度集成的产品，性能已经很成熟，产品开发时间短，性能很可靠。缺点是由于采用的是专用的 ASIC 芯片，相对于可编程的FPGA芯片，其灵活性较差，产品一旦定型，进行二次开发周期较长，同时同样需要面对两个芯片之间协同工作的问题。（3）基于面向多媒体应用处理的专用处理器的方案这种方案采用基于专用视频处理器的单芯片结构。目前主流的有 TI 公司的达芬奇技术系列多媒体处理器TMS32DM6446等。该类型视频处理器采用ARM+硬件视频处理器结构，ARM主要完成外设的控制，硬件视频处理器完成各种视频编解码算法。这种专用的视频处理器性能强劲，一般都可以支持高清视频的实时编解码。同时它有一个很明显的优点就是开发者不用干涉两个核心之间的通信与协调，因此极大的简化了系统的开发难度。这种方案弥补了前两种方案的不足之处，因此是一种比较理想的方案。1.3 系统方案选择本系统根据项目应用的需求，结合自身实习所在项目的平台，最终采用基于面向多媒体处理的专用视频处理器的方案。本系统采用的核心处理器为我国自主开发的国产化处理器，该处理器采用CORTEX-A7架构，支持对称并行处理，最高主频可达到1.5GHz，采用兼顾性能和功耗的big.LITTLE 模式，big.LITTLE是一种旨在为处理器安排适当工作的技术，它将处理器分成big核心和LITTLE核心，当系统执行打开游戏应用或者浏览大型网页的时候，就可以切换到性能较高的内核上；当系统播放音乐或者打开相机时，就可以切换到性能较低的内核上。因此采用这样高效的结构可以为处理器提供更低的功耗和更快的处理速度。此外big.LITTLE定制软件与平台能够为处理器节省75%的功耗，同时使处理器在线程负载方面提升40%的性能。该国产化处理器会根据任务所需的性能，使用big.LITTLE软件和big.LITTLE MP自动和无缝的将工作负载转至适合的处理器核心进行任务处理，比如处理负荷重时，4个A7内核全部打开，处理负荷较小时，切换到单核A7模式。除此之外，处理器还携带高度优化的图像处理器ISP和高性能图形处理单元GPU，负责图像预处理、图像压缩编码和图像显示。因此这款在性能和功耗方面都很强优秀的处理器能够满足无线视频传输系统的需求。同时该芯片搭载了一颗PMU芯片，该PMU内部集成了音频处理能力，这使得这块国产化处理器能够处理丰富的语音数据。1.4 国产化处理器介绍本系统的国产化处理器封装采用28nm工艺；四核Cortex A7 2GHz；双核MaliT628，1380MPix/s，173MTri/s；支持GSM/TD-SCDMA/TD-LTE，最高下行速率150Mbps；支持OpenGL ES3.0，OpenCL1.1，OpenVG1.1；支持双通道LPDDR3；支持2K LCD Display；2000万像素摄像能力，支持720P高清视频拍摄；1080P高清视频编解码；支持H.265；支持Trustzone和安全OS。国产化处理器芯片整体分为 AP、CP和顶层3个部分，其中AP为应用处理单元，CP为通信处理单元，顶层主要包括DDR子系统、音频处理子系统、COM_APB子系统和DEBUG子系统几部分。其中音频子系统中，采用一个独立的DSP，用于处理话音的运算，同时完成DDR相关控制、导现场等操作。国产化处理器芯片的结构框图1.1如下：图1.1 国产化处理器芯片结构图AP 应用处理单元，主要的CPU为AP_HA7（4核A7）和AP_SA7（单核A7），两者采用一种big.LITTLE的方式工作，GPU为双核MaliT628，这三个模块通过CCI400总线相连，可以保证Cache的一致性。除了MaliT628外，芯片还有一个专门的2DACC，专门用于Alpha Blending、旋转等2D图像的处理，除此之外，AP还包括视频编辑码器、Display System、ISP、DATA_APB、HBLK0、CTL_APB、SEC_APB等模块。 AP 侧的结构框图如图1.2所示：图1.2 国产化处理器AP侧结构图除了AP和CP之外，国产化处理器TOP还包含一个音频子系统，其内部包含了DSP、RAM、DMAG、DMAS、Mailbox、I2S和PCM模块，其结构框图如图1.3所示：图1.3 国产化处理器顶层结构图下面详细介绍国产处理器芯片的性能： （1）采用高性能、低功耗 CMOS 技术： 28 纳米 HPM（High-Performance）工艺制造； 核电压 0.9V；IO接口电压：MEMCTL电压为1.2V；RFIF、HSL/HPI、COM_PCM0/1、COM_I2S、COM_I2C、 SSI1/2、CAMERA、UART0/1/2、SDMMC2、I2C0/1、KBS电压为 1.8V；JTAG0/1、COM_UART电压为3.3V；NANDFLASH、SDMMC0/1、LCDC、PWM、SSI0、SIM0/1电压为1.8/3.3V；DIGRF、 PLL数字电源为0.9V；USB HSIC电源为1.2V；USB OTG数字电源为1.8V；模拟电源方面：USB OTG模拟电源为3.3V；DIGRF、MIPI RX PHY、MIPITX PHY、PLL模拟电源为1.8V。 （2）位于AP的Cortex-A7 MPCore：内含1个AP_SA7和4个AP_HA7处理器以及SCU的Cortex-A7 MPCore；P_SA7典型工作频率624MHz，AP_HA7典型工作频率1.5GHz；2组A7每个核中都包含32KB的指令cache和32KB的数据cache；AP_SA7 L2 cache的大小为128KB，AP_HA7 L2 cache的大小为1024KB；支持所有的ARMv7指令集，支持动态跳转预测及SECURITY扩展；集成了标准的CORESIGHT组件。 （3）位于TOP的TL420内核处理器： 用于音频处理及芯片异常处理；典型工作频率331MHz；128KB的指令RAM，128KB的数据RAM，指令Cache 16KB。 （4）处理器模块：AP Cortex-A7 MPCore；CP Cortex-A7；X1643；XC4210；TL420。 （5）AP侧功能模块：AP共享RAM（AP_SEC_RAM）； 只读存储器（ROM）；AP系统控制器（CTL）；通用直接存储器存取控制器（AP_DMAG）；AP直接存储器存取控制器（AP_DMAC）；精简直接存储器存取控制器（AP_DMAS）；显示子系统（DISPLAY）；图像信号处理器（ISP）；视频编解码单元（VIDEO_ACC）；图形加速单元（GPU）；2D加速器（2DACC）；NANDFLASH控制器（NFC）；异步扩展接口（HPI）；安全控制器（SECURITY）；加解密与数字签名模块（CIPHER）；通用串行总线控制器（USB）；SEC_APB总线从设备：I2C接口控制器2（I2C2）；键盘控制器（KBS）；同步串行接口控制器2（SSI2）；安全属性控制器（BP147）；SDMMC接口控制器（SDMMCx）；存储器安全区域控制器（TPZCTL）；DATA_APB总线从设备：I2S 接口控制器（AP_I2S）；同步串行接口控制器（SSI0、SSI1）；通用异步串行通信控制器（UART0、UART1、UART2）；CTL_APB 总线从设备；AP看门狗（AP_WDTx）；AP定时器（AP_TIMERx）；I2C接口控制器（I2C0、I2C1、I2C3）；脉冲宽度调制模块（PWM）；AP时钟控制器（AP_PWR）。 （6）TOP 功能模块： TOP通用直接存储器访问控制器（TOP_DMAG）；TOP精简直接存储器存取控制器（TOP_DMAS）；CP启动RAM（CP_BOOT_RAM）；共享RAM（TOP_RAM）；COM_APB总线从设备：TOP时钟控制器（DDR_PWR）；通用异步串行通信控制器（COM_UART）；I2C接口控制器（COM_I2C）；I2S接口控制器（COM_I2S）；同步串行接口控制器（COM_PCM）；管脚复用控制器（MUX_PIN）；通用IO控制器（GPIO）；外部存储器控制器（MEMCTL）；调试与测试模块（DEBUG and TEST）。1.5 PMU芯片介绍该国产化处理器配套了一颗集成了电源管理和音频CODEC功能的PMU。其中电源管理部分拥有9路BUCK电压、25路LDO和电源控制端口，BUCK电路可为国产化处理器提供内核工作电压，LDO电路和电源控制端口可为外围电路提供工作电压及电源控制。音频CODEC可以为系统提供音频功能。下面介绍该PMU的性能： （1）一般特性中芯国际1P5M，0.153um，1.8V/3.3V混合信号制造工艺；电池供电电压：3.0-4.35V；充电电压：4.5V-6V，上限电压15V；245pin LFBGA封装。 （2）电源管理单元特性 用于自身RTC和PMU供电的两个LDO：LDO_RTC,LDO_PMU；9个大电流开关电源；支持ARM和GPU供电时的DVFS（动态电压频率调整）控制；1个开关电源用于驱动液晶屏LED背光；1个5V的USB充电泵；11个用于数字模块的LDO；15个用于模拟模块和射频模块的LDO；一个用于充电指示的灌电流输入IO；一个产生175Hz的PWM用于驱动电动马达的灌电流输入IO；一个用于按键背光或者闪光灯的灌电流输入IO；参考电压1.5V；可以主电池充电，备用电池充电；支持主电池UVLO（低电压锁定）；时钟32KHz； 8个ADC用于电压测量。 （3）音频特性2个ADC用于麦克风输入；ADC性能：16bit分辨率、信噪比80dB、谐波含量-60dB；2路用于立体声的DAC和1路用于扬声器、拾音器和听筒的音频输出DAC；立体声DAC性能：24bit分辨率、信噪比95dB、谐波含量-70dB；音频输出DAC性能：24bit分辨率、信噪比80dB、谐波含量-60dB；拾音器驱动性能：信噪比90dB、谐波含量-55dB、阻抗32ohm25mW；听筒驱动性能：信噪比95dB、谐波含量-60dB、阻抗32ohm30mW；D级扬声器驱动性能：信噪比90dB、谐波含量-40dB、阻抗8ohm700mW；PLL具有分数分频，支持采样率：8/11.25/12/16/22.05/24/32/44.1/48/96 kHz；可选择26MHz或者256fs系统时钟输入；支持耳机插入和按键检测；兼容I2S和PCM两种音频接口；支持数字麦克风的PDM接口。 （4）控制/接口特性400KHz的I2C接口，用于微控制器数据交互；26MHz SPI接口用于快速控制；I2S/PCM音频接口和立体声数字麦克风接口。1.6 嵌入式无线视频传输系统硬件方案的设计根据嵌入式无线视频传输系统的设计目标，结合项目所在的平台构建，最终设计出的基于国产处理器的无线视频传输系统硬件方案。系统的整体结构框图如图1.4所示：图1.4 基于国产化处理器的无线视频传输系统框图其中，系统核心处理模块以国产化处理器为核心、融合了一颗DDR+EMMC的存储芯片和电源管理芯片PMU。用户可通过显示触控模块进入到系统的UI界面打开无线视频传输应用软件，应用软件会将摄像头打开并对前端的场景进行实时拍摄，同时将拍摄到的视频图像信号发送到系统核心处理模块进行数据处理，然后通过支持WIFI的芯片BCM4343发送视频信号到无线局域网WIFI中，连接该WIFI网络的其它终端设备通过应用软件可完成视频信号的接收并液晶屏上显示出来。下面简要介绍图中各个模块的主要功能： （1）系统核心处理模块系统核心模块包括国产化处理器、PMU、DDR和EMMC。PMU为模块内及外围部分芯片提供电压，同时内部集成了音频功能。EMMC为系统提供运行程序的内存及语音视频数据缓冲区域。DDR则为整个系统运行提供存储数据的功能。国产化处理器拥有丰富的接口，各个接口的功能如下：UART：将数据由串行通信与并行通信间作传输转换，搭配MAX3223芯片，方便进行系统软件调试。I2C总线接口：本系统中视频采集模块摄像头、视频传输模块WIFI芯片BCM4343、触摸屏均为I2C从设备，需要挂接在系统的I2C总线上才能使用。RTC：国产化处理器内部集成时间系统，为系统提供工作时间。MMC：用于连接EMMC，其中EMMC用于存放系统运行所必须启动文件，包括Kernel、Uboot、Ramdisk等文件。USB 2.0：国产化处理器内部集成的了USB 2.0接口控制器，可用于系统文件的下载。同时连接电脑还可以读取到系统的存储，方便在电脑上操作录制的视频文件。DDR 控制器：用于连接DRAM，为操作系统运行提供内存空间，同时为系统采集的视频和音频数据提供缓冲区，并且为系统ARM子系统的可执行文件提供运行空间。SDIO 接口：用于WIFI芯片与处理器之间的连接，保存和传输系统压缩编码后的视频码流数据。ISP接口：用于图像处理，主要作用是对视频采集模块采集到的图像信号做后期处理，包括线性纠正、去除噪点、白平衡以及曝光控制等。 （2）电源模块本模块的主要功能是为整个系统的各个模块芯片提供电源管理，确保每个模块工作正常。由于系统采用的外部电源为7.4V-12V电源适配器，因此需要对系统中使用的各个芯片进行电源需求分析，得出电源模块需要提供直流电平值后，由此来设计各电压转换模块。其中包括LDO芯片LT3611由12V降压得到的PMU工作电压3.7V；PMU可为国产化处理器、DDR和EMMC的电压，以及外围芯片提供3.7V以下电压；显示触控模块中的液晶屏所需的5V及背光电压所需的8.7V-10.5V。 （3）显示触控模块该模块采用的是触摸屏+液晶屏的方式，用于系统UI界面的操作。液晶屏采用的是一块8寸像素为1280800的屏幕，可支持1080P高清视频的显示，同时屏幕采用的MIPI接口可增强信号的抗干扰能力。触摸屏采用一块8寸支持多点触控的电容屏，主要用来进行系统应用的操作。 （4）音频模块该模块是系统音频信号的处理模块，它可通过麦克风对语音信号进行采集，通过PMU的CODEC模块输送到处理器的音频子系统中进行处理后，经功放进行放大，通过喇叭播放出来。同时音频也支持耳机的麦克风输入，支持耳机插入检测，当检测到耳机后就会把音频通道由喇叭切换到耳机。 （5）视频采集模块该模块采用了一颗500万像素的摄像头，采用MIPI接口与核心处理模块进行数据连接，用于初始化摄像头。核心处理模块通过I2C读取摄像头的参数，在系统内核运行阶段识别摄像头型号并完成初始化。用户可在系统的UI界面打开照相APP来完成拍照和录像的功能。 （6）视频传输模块该模块可结合应用软件将视频采集模块实时采集到的视频数据通过WIFI网络发射出去，接入该WIFI网络的终端可接收传输过来的视频数据，并通过应用软件在液晶屏显示出来。1.7 本章小结本章首先对嵌入式系统及其特点做了简单的介绍，然后分析了目前主流的嵌入式视频传输系统方案的优缺点，提出了基于国产化处理器的嵌入式无线视频传输系统的硬件方案，并详细介绍了该国产化处理器及PMU芯片的性能，最后提出了系统总体的硬件设计方案，并对系统中各个模块的功能进行了简要的介绍。2 无线视频传输系统硬件设计本章根据图1.4介绍的硬件整体框架图，将整个系统分为六个模块：系统核心处理模块、电源模块、显示触控模块、音频模块、视频采集模块和视频传输模块。下面详细的介绍各个功能模块的设计原理和硬件具体实现方法。2.1 系统核心模块电路设计系统核心部分主要是由国产化处理器、电源管理芯片PMU、DDR和EMMC。其中，国产化处理器是整个系统的核心，起着控制和处理数据的功能；电源管理芯片PMU为整个模块提供电源，其CODEC模块为系统提供音频功能；DDR是系统的内存，是系统启动后程序和数据运行的区域；EMMC是系统的存储，是存储操作系统及各种文件的地方。2.1.1国产化处理器电路设计国产化处理器是整个设备的处理核心，采用高性能国产芯片，该芯片主要由AP应用处理器、CP通信处理器、射频接口控制器、LCD控制器及外设控制集合等组成。AP应用处理器主要使用的模块分别为：USB和串口控制单元、视频输入单元、视频输出单元、I2C总线单元和音频子系统。其中USB和串口控制单元主要功能是完成系统文件下载及软件调试；视频输入单元主要功能是接收来自摄像头的信号并送给处理器；视频输出单元主要功能是完成视频编解码的处理后，发送到显示屏显示或是通过无线传输模块进行传输；I2C总线单元主要功能是完成对I2C设备的控制；音频子系统主要功能是接收来自PMU芯片的音频信号并进行处理。国产化处理器的设计框图如图2.1所示：图2.1 国产化处理器电路设计框图2.1.2PMU电路设计PMU是核心模块的供电部分和音频部分。芯片的工作电压是3.7V，拥有9路BUCK电路，可采用近端反馈电路或者远端反馈电路，近端反馈采用PMU内核电压反馈，远端反馈则是由处理器输出内核电压反馈给PMU，两种反馈起到的效果一样，区别是近端反馈对处理器的负担比较小，一旦PMU发生短路，处理器不会受到影响。另外PMU还拥有多路LDO电路，可输送电压至外围模块。PMU电源部分设计框图如图2.2所示：图2.2 PMU电源部分设计框图由于PMU还拥有CODEC功能，芯片上拥有音频接口，因此PMU的音频部分的设计框图如图2.3所示：图2.3 PMU音频部分设计框图2.1.3EMMC电路设计国产化处理器支持两种存储器接口：一种是DDR3存储控制器接口，用于连接同步动态随机访问存储器（SDRAM）；另一种是MMC接口，用于连接NAND Flash存储器。本系统采用的DDR3 SDRAM芯片是Hynix公司生产的H9TQ17ABJTMCUR-KUM。该芯片为221脚FBGA封装，1.2V、1.8V和3.3V供电，集成了EMMC和DDR3。芯片的RAM和ROM存储容量分别为2GB和16GB，内部组织结构为16GB32bit和16GB8bit。EMMC相当于NANDFLASH+主控IC,它在封装中集成了一个控制器，它提供标准接口并管理内存，内部带有MMC（多媒体卡）接口与处理器相连，另外还有快闪存储器设备（NAND FLASH）及主控制器，I/O口电压可以是1.8V或者3.3V。读速率能达到300MB/s，写速率能达到40MB/s。EMMC的设计框图如图2.4所示：图2.4 EMMC电路设计框图2.1.4DDR电路设计SDRAM指同步动态随机存取存储器，是DRAM的一种，SDRAM在功能上与常规的DRAM 类似，区别在于DRAM使用电容存储，只能将数据保持很短的时间，必须隔一段时间刷新一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失；而SDRAM需要不断的刷新来保持数据不丢失。SDRAM具有存储速度快、容量大和成本低的特点，是系统启动之后主要进行存取操作的存储器，常被用来存放可执行代码和变量，因此在嵌入式系统中得到广泛的应用。国产化处理器的DDR3控制器与DDR3的SDRAM的硬件连接示意图如图2.5所示：图2.5 DDR电路设计框图图中SDRAM的CLK和CLK为差分时钟输入管脚，CKE为时钟使能管脚，高电平有效，CS1：0为片选信号输入管脚，高电平有效，CA9:0为10位的地址总线，DQ15:0(16)为 16 位数据总线，DQ31:0(32)为32位数据总线，直接和国产化处理器的DDR3控制器相应功能引脚之间相连即可。DQS1:0_C/DQS1:0_T和DQS3:0_C/DQS3:0_T为数据选通信号,DQS0_C和DQS0_T对应DQ0-DQ7(16),DQS1_C和DQS1_T对应DQ8-DQ15(16),DQS0_C和DQS0_T对应DQ0-DQ7(32)，DQS1_C和DQS1_T对应DQ8-DQ15(32),DQS2_C和DQS2_T对应DQ16-DQ23(32)，DQS3_C和DQS3_T对应DQ24-DQ31(32)。DM1:0(16)和DM3:0(32)为输入数据掩码信号，对16位数据位和32位数据位来说，DM0对应数据位DQ0-7，DM1对应数据位DQ8-15；对32位数据位来说，DM2对应数据位DQ16-23，DM3对应数据位DQ24-31。2.1.5UART电路设计因为系统在早期软件的开发需要进行功能测试，需要连接计算机输出打印信息，因此将串口作为调试的终端。国产化处理器内部有四个UART模块：UART0、UART1、UART2和UART_COM，其中UART0:3支持CTS、RTS等协议控制功能，UART_COM不支持协议控制功能。因此将UART_COM作为系统的打印信息串口,UART2作为WIFI芯片与处理器之间的通信。