（控制科学与工程专业论文）基于pci总线的高速视频采集系统设计与实现.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文 绱要 涟若褫频技术( 包捂褫频信爵的压缩、传输投存储) 潋及大麓模集成泡路静飞速发震， 视频监控系统的威用越来越广泛。作为其核心，视频采集技术也趋成熟，可用于视频采集 卡没诗豹集残芯片秘类繁多。其中，基予p c i 总线的裰鬏采集卡戳萁强大褥灵活鹣功能释 低廉的价格而成为目前市场上的主流产品。 在对逞蓑技术经纲分褥瓣基獭上，本文设诗? 一块褪凝采集卡及穗反匏w i n d o w s 9 8 设 备驱动程序。该视频采集卡采用s a a 7 1il 将模拟视频信号转化为数字图像数据，缀先入先 出存髓器缓冲，褥由遥震p c i 总线接口芯片p c i 9 0 5 2 垮数字图像数据读入计算捉，最基遴 过应用程序将图像显示出来。 硬伴的设计怒在p r o t e l 9 9 环壤下完成鲍。农系统7 解芯片特点，麟决对序蹑配这一 关键问题的基础上设计出原理图。然后结台抗干扰性能及篷线的熬体布局宪成印制电路板 设计。板卡驱动程序是在v t o o l s d 开发环境下设计完成的，支持p n p ( 即插即用) 。 在对该视频聚集卡进行测试时，产生的数字图像最快是5 0 帧秒，分辨率可选7 2 0 5 7 6 。当p c i 总线上无大擞其他数据传输时，系统正作稳定，可以满足实时视频娥控的要 求。由于硬件系统及驱动程序完全自主设计，为辩系统透行二次开发和扩充、采用d s p 专 用数字处璁芯片固化压缩算法及智能监控簿法提供了余裕；同时，技术上的自主隧也使得 将该视菝采集卡焉予军奔l 簸控系统时有曼离豹安全往。 【荚键镯】p c i 慧线禚赣采集专驱动鬟淳 第i 页 国防辩学技术大学研究嫩院学位论文 a b s t r a c t w i t ht h eh i g h - s p e e dd e v e l o p m e n to f v i d e ot e c h n o l o g y ( i n c l u d i n gc o m p r e s s i o n ，t r a n s m i s s i o n a n ds t o r a g eo fv i d e os i g n a l ) a n dv l s i ，t h ev i d e om o n i t o rs y s t e mh a sb e e nw i d e l yu s e di nm a n y f i e l d s a st h ec e n t r a lp a r to fv i d e om o n i t o rs y s t e m ，t h et e c h n o l o g yo fi m a g eg r a bc a r dh a s b e c o m em o r ea n dm o r em a t u r e ，a n dt h e r ea r em a n yk i n d so fc h i p st h a tc a l lb eu s e di nd e s i g n + a m o n gt h e m ，t h ei m a g eg r a bc a r db a s e do np c ib u si st h em o s tp o p u l a rp r o d u c ti nt h em a r k e t b e c a u s eo f i t ss t r e n g t h 、f l e x i b i l i t ya n dc h e a p n e s s i nt h i sp a p e r 鑫娃i m a g eg r a bc a r da n dt h ec o r r e l a t i v ep r o g r a md r i v e ra r ed e s i g n e db a s e do n t h ea n a l y s i so ft h eu n i v e r s a lt e c h n o l o g y t h i si m a g eg r a bc a r du s e ss a a 7 111t ot r a n s l a t et h e a n a l o g u es i g n a lt od i g i t a li m a g ed a t a a f t e rb u f f e r i n gi na nf i f or a m t h ed a t aa r er e a di n t o c o m p u t e rb yau n i v e r s a lp c i i n t e r f a c ec h i p ，p c i 9 0 5 2 f i n a l l yt h ei m a g e sa r ed i s p l a y e do ns c r e e n + t h eh a r d w a r ei sd e s i g n e di np r o t e l 9 9 。o nt h eb a s i so ft h o r o u g h l yu n d e r s t a n d i n gt h e c h a r a c t e ro ft h ec h i pb yt h eh a n d b o o ka n ds o l v i n gt h ek e yp r o b l e mo ft i m i n gm a t c h i n g ，w e d e v i s et h et h e o r e t i c a li m a g e t h e nt a k i n gi n t oa c c o u n tt h ep e r f o r m a n c eo f a n t i j a ma n dt h eg l o b a l d i s t r i b u t i o no fl i n e s ，t h ep r i n t e dc i r c u i ti sd e s i g n e d t h ed r i v e ri sp r o g r a m m e db yv t o o l s d ， s u p p o r t i n gp n p ( p l u ga n dp l a y ) ， w h e nw et e s tt h ei m a g eg r a bc a r d ，t h em a x i m u mf r e q u e n c yo ft h er e s u l t i n gd i g i t a li m a g e s i s5 0f r a m e sp e rs e c o n d ，a n dt h er e s o l u t i o nc a nb e7 2 0 ) 5 7 6 t h es y s t e mc a nw o r ks t a b l yw h e n t h e r ea r en o tm a n yo t h e rd a t at r a n s m i t t i i a gi nt h ep c ib u s ，a n dc a nf u l f i lt h et a r g e to fi n s t a n t v i d e om o n i t o r b e c a u s et h eh a r d w a r ea n dt h ed r i v e ra r ed e s i g n e di n d e p e n d e n t l y ，t h e r ei sm u c h m a r 香nt or e e x p a n dt h es y s t e m ，f i x i n gt h ec o m p r e s s i o na l g o r i t h ma n di n t e l l i g e n tm o 窳o r a l g o r i t h mi nd s p s w h a t sm o r e ，t h ei n d e p e n d e n c eo ft e c h n o l o g ym a k e si tm u c hs a f e rt oa p p l y t h i si m a g eg r a bc a r dt om i l i t a r ym o n i t o rs y s t e m 。 k e yw o r d s p c ib u s ，i m a g eg r a bc a r d ，d r i v e r 第i i 页 独创性声明 本人声龌鼹呈交翡学位论文是我本人鑫每簿稽萼下送行豹研究王律及取褥 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以橼注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防料学技术大学或其它 教育税构魏学位或证书而使用过昀材擎率。与我一同工于# 的同志对本研究所做的任 俺贾靛均已霞圣奎文申俸了骥壤戆说唆劳表示瀵意。 学位论文题艮蒸曼陧嶷题堑燃雠幽妻反如 学位论文作者签名：叁二楚日期：加眩年f f 月心目 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 霆游辩学技术大学可以缳馨势巍垂家有关部门或撬猕送交论交的复印件秘毫予 文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分晦容编入有关数撂 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密詹适用本授权书。) 学位论文题器：篡墨芝垡鳖查遂逊茎叁塞堡叁划童塞抄 学位论文作者签名 作者指导教师签名 是二煎 刍垫 日期：) 卯z 年“月f fg 日期：z 一。年ij 月1 7 日 曼堕跫主丝娄盎竺坚茎尘墼兰芝逾苎； 第一章绪论 1 1 谍题f 擎景 遥 f 表，髓豁汁鼯搬憋体性能她4 i 蝌挺珏、心络技冬鲍毪迭避步霹l 数字鞋频技术灼显 著发展，特刺越数。罔像m 缩技术| ：的父键件突破使汁簸桃远榭视频j l i 擦成为可能，井 毅越来越j l + 泛l l ；j h i lj l l 场仑发摊嚣黻蜓的f l l i j 。越_ 堂! ；l 朵袋p 作为跨铭机远尹t ! 般控系统的i l 心 耶 ￥，俯鼹i 乜j ，j “i 铺j 两的天注i ，”潞种类繁多样j 弋住能释婶。j 它们。1 二干 ；纳筮本琢 理楚棚似的，栉揶怂将模拟视频似0 转换为数。n 像数搬，然聪迎过汁镣机总线写入出 存再傲籀斑娃惩。- i ：佟龟秘羊孛瑟线标雄i - 筵翊分税额采撩卡类型豹毓著标志。醋瓣，怼i 总线以其优越的性能和低廉的价格已成为新一代个人计算机的标准总线，慕- j 二p c i 总线的 橇颡采集常氇当幺无撬成为奄缓上静主流产菇。i 簿袋遥，u s b 审移总线标准发袋饭快，其 以便易用的连接力式深受r 大j j p 的喜爱，采_ f = | 1u s bf # j j 总线的视频采集设备i 卜爆_ 步占搠 羲举楚轻攀静建霞。专之籀毙。既 怂线在蕊线数鬟l ：筵辕速率 ：仍然鸯一定鹣键势。鏊手 以上原因视频采集k 通常选抒n ip c i 总线标玳卜没汁。f i 【怂p c i 总线规范十分u ! = 【杂独 立设计接1 7 遴霉 罐波裂久。蠢p c i 遴蠲接翔芯冀瓣怒l 浍汉l 炎好浆支持，葵矗经熬绞 大大的减少了p c i 扳k 设计栉的j ：f l j i t 改汁拧j 需架t l t 梢力考虑寸序逻牟l 荚系较为简佩 戆鼹端总线，矮戈瓣深入j 缎p c i 憨线避范。| i l ：了迓避殴l 逶弱接蜀葱冀迸霉聪l 援没 汁可以简化i 殳汁，越过 ( ； 进行i ，c i 接l 】设汁也仃这样f r , j 好处，搬多i ：i t ；a 制造商部挺口e 了p c i 接ii 宏骇逻4 _ l ( i c 1 玲l h ，) 。圳j 、默捞：菇篮跛拨 郑憨线黻譬，然霖将宏梭逻 辑写入f i i ( i a ，以这种办武米j r 发p c i 板卜u 三j 简化殴汁、挺“放率。 本文艇要设淤的视频采集k 删7 j 二仓雅般控系统。在报多军j h 众库，i l l - j ：镶存的环境的 凇铡， i 适合人员长期作渡，砸储存的物资人多为幼燃勃堞危陵酩，如聚小严格i i 氙控，容 易造成危除。而且仓库瓶积犬，i 体m i i ：控地点分| 玫，人! ；：l 瞰段数燃有隈。在这种情况一f ， 如采采瑙远程税额益挖系统，将分敬的佟个髓挖点粲；| 起来管理，所有的问题藏迎刃丽解 了。然而，山于後仓库脱f r 通信设施条 i | ：订胀，综合鼍媳成木的闲索，人范田改造通信錾 确菠施一：l 曩 f 。戎瑾彳f 普通 毡活线路秘j 。l ； l “ ：，t * 阴l i 远程数掰彳簟输的网络蒂宽越静并行 限的，凶1 | 视频像爪1 1 f i 披术址鲋决延烈桃绷服鼎! 系统哎汁m 巡n 0 火键拽术。 本漾繇谤究穗潮客秘然辩学臻套l 戳l “小液豫鳓靠：i n t e m c l 潮l ：翻豫传输瀚建；| j ” 研究过1 ；! l ! i qj 越j iji ：椰j 则i 。j 套顺i l f i j f 究幸j j “j i 作一rj _ n ：订： l ! f 父桃频采集设箭坫础 一e ) 笈斑瓣襄! 垮。i l i 溅务器旗f , l i j 鞭绔完成鬻豫疆缩、遂程抟输，蠢窖j 、蕊琏翊程j 获阚 络收剑压缩俐像，m 将数般- ：解绀f 娃1 j i i 水。数+ 一矧像n 勺小波瓜缩钟法从缩放率比较i ， 毽楚蓬缝率越裹诗箕越软 ，l ：j l ：镄瞧藏越犬。t 誊缝遥过较p | ：孵凌数字强缘毽缀阑越斟壤较 人。在综合考虑堪缩；笨年| l 软什j i ：销的自况i - ，附憋合适n 0 幽像雎f f f 牢，改汁山的远称舱控 第l贝 国防科学技术人学研究生院学位论文 系统的图像刷新速率只能达到8 1 0 帧秒，明显感觉图像不连贯。在这种情况下，只能考 虑使用硬件方法来解决图像压缩的问题。 d s p 芯片，即数字信号处理器，是专门为快速实现各种数字信号处理算法而设计的、 具有特殊结构的微处理器。其内部使用哈佛总线结构( 数据总线与地址总线分开) ，还集 成了乘法器，尤其适合进行复杂的数字信号处理，完全可以实时满足进行小波变换运算的 要求。使用d s p 芯片内预设的压缩算法，在数字图像数据通过总线送入计算机前，对数据 进行压缩即可解决以一k 图像不连贯的问题。 综上，考虑到此远程视频采集系统蚀件实现复杂性，小课题：t 要工作是尝试丌发一种 不具有硬件压缩功f i e f l ：j 单路视频采集卡，要求和i 改计k 有多路图像采集、图像硬件压缩功 能扩展的可能，为下一步设计具有硬件压缩助能的多路视频采集卡打下基础。 1 2 全文结构概述 论文在第一章介绍了本课题的研究背景，第二章介绍了视频采集系统的工作原理及总 体设计。第三、四章是本文的核心，详细介绍了整个系统的硬件及软件设计。最后对工作 作了总结和展望，提出了自己的见解。 第21 j 国防科学技术人学研究生院学位论文 第二章工作原理及总体设计 2 1p c i 总线规范概述 在数字采集系统的很多应用场合，山于数据流量不断增大，图形界面操作系统越来越 复杂，对总线数据吞1 1 嘶 的婴求也刁i 断挺如。例蜘i 在多媒体视频图像显示中，若分辨率为 8 0 0 x 6 0 0 ，每秒3 0 帧，挝示彩色深j f = 为：，2 位真彩色，则 多媒体显示卡的数据吞吐量= 8 0 0 x 6 0 0 3 0 x 4 = 5 7 6 m b s 外围设备数据吞吐量与总线传输率之间没有严格的比例关系，一般一条总线上挂接了3 5 个高速外设，所以总线的最大传输率应为高速外设的3 5 倍。i s a 总线8 5 l i b s 、e i s a 总线 3 3 m b s 的速度显然无法满足需要。p c i 总线f 是为了适应高速数据传输的要求而出现的。 p c i 总线的英文全称为：p e r i p h e r a lc o m p o n e n ti n t e r c o n n e c ts p e c i a li n t e r e s t g r o u p ，简称p c i s i g ，即外设部件互连。1 9 9 1 年i n t e l 公司首先提出了p c i 总线的概念， 并与i b m 、c o m p a q 、a s t 、l i i ) 、d e c 等1 0 0 多家公司合作于1 9 9 3 年推出了p c 局部总线标准 p c i 总线。p c i 总线是一利，商性能的3 2 6 4 位地址数据复用总线，总线时钟频率为0 3 3 m h z ，总线宽度为3 2 位时，1 e 峰值传输速率离达1 3 2 m b s 。它在一定程度上解决了总线 传输瓶颈问题，以优越的性能和低廉的价格成为微机上普遍配簧的主流总线。 p c i 总线协议定义了眦空n u 的约l 钐l 力式，使硬件i 焚备支持b | 插即用和系统资源动态 配置。了解配置空间的组织方式对p c i 总线接口 发至关重要，下面对p c i 总线设备中配 置空间的编程模式和使用规则作简要说明。 配置空间是一个容量为2 5 6 字节并有特定记录结构或模型的地址空间，分为头标区和 设备有关区两部分，其中头标区长度为6 4 字节，每个p c i 设备都必须有相应的寄存器支 持头标区，其具体结构见图2 1 。 头标区中有五个字段涉及设备的识别：设备识别字段( d e v i c ei d ) 用以标明特定设 备，具体代码由供应商米分配；供应商u 别字段( v e n d o ri d ) 用以标明设备的制造者， 一个有效的供应商识别字段山p c is ic ；米分配，以保证它的i 畦一性( o f f f h 使该字段得无 效值) ；修改识别字段( r e v is i o nl d ) j i l l ：指定一个设备特有的修改识别代码，其值由供 应商来选定，也刊将此一段视为设矫的版小0 ：头标类型字段( t l e a d e rt y p e ) 有两个作 用，一是用束表示配僦审n i j 内。，1 ，l o i i 3 f i i 的嘶j j | 0 类型( 位o 位6 指出字节i o h 3 f h 的布局情况，现在只有一个编码d o l t 对应幽2 1 的钷局，其他所有编码均属保留编码) ， 二是用以指出设备是否包含多功能( 位7 为0 表示相应的设备为单功能设备，为l 则表示 该设备为多功能设备) ；分类代码字段( c l a s sc o d e ) 用束标识设备的总体功能和特定的 寄存器级编程接口。下面对分类代码字段详细说明。 第31 i f 垦堕型堂丝查杰鲎竺壅生些主生燕苎 设备识别供应商代码o o h 状态命令0 4 h 分类代码修改版本0 8 h 内食皇测 c a c h e 大o c h 头标类鼙殛薅诗数 1 巩小 l o h 1 4 h 1 8 h 基瓤l ：寄存器 i c 辩 2 0 h 2 4 h 保留 2 8 h 保留 2 c h 扩展r o m 基址寄存器 3 0 h 绦譬 3 4 h 保留 3 8 h m a x m i n 3 c h 中断引辩中断千线 l a tg r i t 翻2 。1 酝鬣空阅头振医皱捻 分类代码字段标示了设备的种类，该字段分为三段，每段占一个字节。高位字节在o b h 处，是一个基本分类代码，对设鍪的功能送行凝酶躲分类，见表2 。2 ；孛鲻字节在o a f 娃， 口q 予分类代码，它对设备的功能给予更精确、更详细的分凝。低能字节在0 9 h 处，用以标 识一个特定的寄存器级编耩接口，使与设餐无关的软件可以与设备交互l 乍用。 表2 1 基本分类代码编码 基本分炎含义 o o h 分类代码定义确定前已有的设备 o l h海量存储控制器 0 2 h 网络控制器 0 3 h 显示控制器 0 4 h 多滚体控 | ；| | 器 0 5 h 存储器控制器 0 6 h轿黯设备 0 7 h - - e f h保留 e f h不耱会上述分类瓣其德设冬 每个然本分类代码下对应了一些子类和编程接口，下面各表列出了各个基本分类下予 第4 负 国防科学技术火学研究艇院学位论文 类所代表的设备类型。 表2 2 基本分类t 玛o o h 对斑熬予类霞鹞 i 基本焱予类编程接口禽义 i 鼢 o o ho o h 除v g a 藏容设套之势豹蹶毒当蓊设备 0 1 ho o hv g a 兼容设备 设立该类的目的怒为那些在分类代码宇段定义之瓣已经套7 豹设蠢提供起嚣蓑容然力。毅 的设备不会使用此值。 袭2 3 基本分类代码o l h 对应的予类代码 基本类予类 编程菝翻 禽义 o o ho o hs c s i 总线控制器 o l h o o h i d e 控翻器 o l h0 2 h o o h 软盘控制器 0 3 ho o h i p i 惑线控制器 8 0 ho o h 其它海量存储控制器 表2 4 熬本分类代码0 2 h 对戍的子类代码 基本类予类绽耧接日含义 o o ho o h以太网控制器 o l ho o h令黪环溺控潮器 0 2 h 0 2 ho o hf d d i 控制器 8 0 ho o h 其它掰络控键器 褒2 。5 基本分类l 玛0 3 h 慰瘟鳇予类我弱 基本类含义 o o ho o hv g a 兼容控制器 0 3 h0 l ho o h x g a 撩制器 8 0 ho o h其它黢示控制器 袭2 6 丛本分类l 码0 4 h 埘戍的子类代码 基本类含义 o o ho o h 视频设备 0 4 ho l ho o h 音频设备 8 0 ho o h 其它多媒体设餐 袭2 7 黧本分类代码0 5 h 对戍的子类代码 筇5 吼 国防科学技术人学研究生院学位论文 基本类 含义 o o ho o h融醚 0 5 h 0 l h o o h f l a s h 8 0 h o o h 其它 表2 8 蒸本分类代码0 6 h 对癍孵予类 鸡 基本炎含义 o o ho o h主桥 0 l ho o h i s a 桥 0 2 ho o h e i s a 桥 0 6 h0 3 ho o h 黼轿 0 4 ho o h p c i - p c i 桥 0 5 ho o hp c 礁c i a 桥 8 0 ho o h其它 援频采集卡耩予多媒体浚器中静躐频设备，掰淡蒸本分类代码应为0 4 h ，于类代秘为o o h ， 编程接口为o o h 。 2 2 实现方案的选择 设计图像采集卡在芯片和系统结构上也有多种选择。以下是几晕申常用方案。 第一年巾实现方式是往用专用的视频数字解码芯片，如b r o o kt r e e 公词生产的视频解 码芯片b t 8 4 8 ，其外围电路简单，究全兼容p c i 局部总线，可用于模拟n t s c p a l s e c a m 税 额信号鹩采集。b t 8 4 8 在块芯片上集戒了n t s c p a l s e c a m 复合郄s - v i d e o 解码器、按比 例缩放器、d m a 控制器以及p c t 总线主控器。通过编程控镥4 ，它既能将视频数据崴接写入 内存，氇搿将橇颥数蠢写入窭褫颧显示缓i 孛区进符视频覆簸显示。作为怼l 主控设备，仪 凭b t 8 4 8 一块专用视频解码芯片就可完成视频采集显示的功能，实现简单、成本低，是功 筑攀一、筏频采祭震萋要求鞍l 毳豹筏频采集设备设诗蓄遥豹专薄蕊冀。 第二种实现方式是先利用专业数字图像量化器( 如p h i l i p s 公司生产的s a a 7 1 1 0 ) 将 模羧援频馈号转能为数字 ：莞凝绩号，孬通避一个p c i 总线翡多媒髂控爨器( 魏z o r a n 公裁 生产的z r 3 6 1 2 0 ) 将数字圈像传输到主机进行处理。其中2 r 3 6 1 2 0 不是一个通用的p c i 接 墨芯片，家是隽s a a 7 1 1 0 系列数字爨像蝥偬葱嚣羹套汀徽憨专矮搂霹芯片+ 可与s a a 7 1 1 0 或s a a 7 1 1 1 等数字图像量化芯片实现无缝连接。以这样的系统结构，一块z r 3 6 1 2 0 和一块 s a a 7 1 1 0 薅片就可初步完成视频浆集卡豹设计，苓嚣要终圈芯j 垮，设计成本较低。嚣必 s a a 7 1 1 0 娥专业的数字图像量化芯片，图像采集质景较高，但这样的视频采集卡只可完成 一路视频浆集，采集的数字图像也没有经过压缩处理，数掇量较大，对p c t 局部总线遥残 狠大负担。 第三种实现方式在图像采集上与第二科l 方式棚同，都是采用专业数字图像囊化器将模 筑6 艇 国防秘学技本火学研究生院学位论文 拟视频信母转化为数字视频信号。不同的是在这种实现方掰= 中得剿的数字图像先通过外围 雾孝侉控裁崴路漭调写入终存储嚣孛( 其孛多 存锗器霹班怒肇日r a m 或双口爱瞒，瞧可戬是 f i f o 存储器) ，蒋通过通用的p c i 接口芯片( 如p l x 公司嫩产的p c i 9 0 5 2 、p c i 9 0 5 4 ，a m c c 公弼生产懿$ 5 9 3 3 等) 输入到主存孛。戳这耱实现方式可程数字躐像输入副主存蓊傲压缩 娥理，并可方便的实现图像的多潞采集。 鞋上三秘方案各畜伐缺点。在我织豹实际王体中，必了使设计在墅豫舔壤窝戳像多爨 采集的硬件实现上有扩展髋，综合价格成本因素( p c i 9 0 5 4 和a m c c s 5 9 3 3 功能强大但价格 较薅) ，p c i 接口芯片选择p l x 公落生产黔p c i 5 2 ，数字强像量化蕊冀选择p h i l i p s 公裁 生产的s a a 7 1 1 1 ，猩p c l 9 0 5 2 和s a a 7 1 1 1 之间用f i f o 存储芯片i d t 7 2 2 3 5 作为数据缓冲器。 由于使甩s a a t i l l 必须对其内部露存器中的采样参数进纾设置，鼹访据其走部奄谨器是避 道p h i l i p s 公司定义静一种率行总线( 1 2 c 总线) 完成的，p c i 9 0 5 2 没有提供这种串行总 线的接口，所以要媸助p h i l i p s 公司生产的p c f 8 5 8 4 提供平行总线到j 2 c 枣撂总线的信号 转换。 2 。3 系统工作疆理 视频采集卡的系统结构如圈2 2 所示，它的工作流程怒；前端采用p h i l i p s 公司生产 鲍s a a t i l l ，将输入鹩模羧褫频俊譬转化为数字嚣像，然悉将蜜像蠢德子f i f o 缓冷存镰器 中，p c i 9 0 5 2 在p c i 总线命令的驱动下从f i f o 缓冲存储器中读出图像数捌。 | ! l2 2 视频采集系统实现框嘲 下蟊夯绍该筏频采集系统豹工作原理。 1 初始化：s a a 7 1u 在上电聪并不能马上产生数字视频信号，必须通过2 c 串行总线 ( p h i l i p s 溪定的一种串行总线栎雅，妻鼗出一裁时钤信号线帮摄数据信号线组成) 对 其内部寄j 拳：器进行初始化尉，s a a 7 ill j 能破常工作。p c i 9 0 5 2 没肖提供1 2 c 串行总线的接 弱支持，系统采躜，基线控馘嚣( p c f 8 5 8 4 ) 褥一般豹平行总线与1 2 c 串彳亍总线辩接，电 路接口如图2 3 。 s c l 、s 龄售号线郄是土覆艨撬列翡f 肇霄总线，与s a a 7 1 l l 上数裰疲警舞襁连。透 过接受p c i 总线上的命令与数据，p c i 9 0 5 2 将初始化数据经局部总线写入到，2 c 总线控制 嚣，由霜者将数撵暹过f 2 c 总线写入翻s 艇7 l l l 完成拐始纯。 第7 以 国防科学技术火学研究生院学像论文 p c i 9 0 5 2 图2 3p c i 9 0 5 2 与f 惑线控制瓣连接示意圈 2 获取图像：在w i n d o w $ 9 8 环境下开发v x d 驱动程序，当应用程序端需要图像信息， 皮怒程序避过调援d e v i e e o c o n t r o l 丞数囱v x d 发送w 3 2d e ￥i c l 铡l r 跣溃患，获嚣萼| 发v x d 调用o n w 3 2 d e v i c e i o c o n t r o l 消息映射函数，在此函数中，首先设鬣p c i 9 0 5 2 内部 控铡寄存爨的s o f t r e s e t 经，弓l 发l r e s e t 信号使f i f o 寄枣器渍窆，提惑瞧鼹连接关系鳐 图2 4 。 豳2 4p c i 9 0 5 2 与f i f o 存储器连接示意| 鳘i 在v x d 孛予系统羹鏊垃空秘率请图像缓冲区，数据逶遘p c i 9 0 5 2 读爨，存在墨孛请豹缓滓送 中，然后借助v w i n 3 2q u e u e u s e r a p c 调用接口调用在应用程序中融申请的回调函数，图像 缓潦嚣遮皱佟巍传递参数，瘟建程窿端裁霹戬在嚣谖函数巾显示辫像了。瀑p c i 憨线繁甓 时，f i f o 存储器中的数据求不及读出，f i f o 存储器产生f f # 信号引发中断，在中断处理豳 数巾清空f i f o 存鼹嚣，瓣霹使系统复位。 该视频采集卡完全可以满足实时视频膝控的簧求，s a a 7 1 1 1 产生的数簪图像分辨率可 达7 2 0 x 5 7 6 ，工佟在5 0 h z 模式下，每秒产生5 0 帧鼹像，涤p c i 总线上无丈量其缝数摄传 输时，数攒不会丢失，考虑到每秒2 5 帧即可满足视频监控的目的，驱动程序中舔两帧产 生一次v w i n 3 2 调用。queueuserapc 旃8 巩 国防科学技术火学研究艇院学位论文 = = 篙= = = = = 篁茹= = = = = = 端= = = = = = 拳篁= = = = = 拳= = = = = = 高喾= = = = = = 富= ；if i l l i = = = = 畜= ：= 第三章硬件设计 硬件设计一般分为这样几个步骤：，设计硬件实现方案：二，进行器件的选型；三， 进行原理圈设计；莲，p c b 圈设谤；玉，疆搏调试。硬徉安瑗方豢基在篱二章孛讲述，本 章将从器件选型开始说明该视频采集系统的硬件设计过程。 3 。l 主器芯片功缝概述 3 1 1p c i 9 0 5 2 p c i 9 0 5 2 可稍作p c i 从设备适配器的总线接翮芯片，它能适威多种局部总线的设计要 求，其新增的i s a 总线接口信号缀可控制多个i s a 总线设备。它嚣耀关总线和设餐的连接 关系如 l z 么 ， 、 勺 一 l 蔓 zo 嚣 v 叫 1 妻 v o c 丌 ； 7 ! 弋v ； | 。卜i lr之l ， i s a 总线接口模式：p c i 9 0 5 2 支持从p c i 3 i 孵眦与棚靛总线和数备连接芙东 总线到i s a 总线接翻敬8 或1 6 b 特荦餍载波存读写或i 0 读写。 中断发生器：p c i 9 0 5 2 能通过两个局部总线中断输入产生个p c i 中断输出，或通 过对中断寄存器的桷应位置位的软佟方式产生中叛。 时钟：p c i 9 0 5 2 的简部总线时钟可与p c i 时钟异步忑作，局部总线的时钟可以工作 在o 4 0 m h z 范围内，也可将p c i 总线时钟输出( b c l k o ) 通过一个5 0q 电黻接入到 局部总线时钟输入。 可编程的局部总线罄已置：p c i 9 0 5 2 支持8 、1 6 和3 2 位的局部总线，岗部总线地址线 和数据线可复矮也掰相互独立。 先读模式：p c i 9 0 5 2 支持先读模式，预取的数据可以通过p c i 9 0 5 2 内部的f i f o 缓冲 存德器读密，焉不崧蠢接簌弱熬憨线上读敬数蠢，援裔了数据传输效率，毽是读取 数据时局部总线地址必须l j i f 扁相接，而且3 2 位对齐( 下一个地址= 巍前地址+ 4 ) 。 旃9 贝 国防科学技术入学研究生院学位论文 总线驱动：p c i 9 0 5 2 提供的控制、地址和数据信号能驱动p c i 总线和局鄢总线，不 簧簧颧癸瓣驱动毫路。 串行e e p r o m 接口：p c i 9 0 5 2 提供了一个串行e e p r o m 接口，可以通过串彳子e e p r o m ( k 瓤9 3 c s 4 6 ) 热载一些配鬟绩患。 四个局部片选信号；p c i 9 0 5 2 提供了四个局部片选信号，每个片选的基地址和地址 范瀚可独立绽程，避过冀选信号可兜鼹数掇信遵的选择。 五个局部地址空闻：五个= l 敦址空间的基地址和地址范围独溉编程，分别产生p c i 地 址到局部地址的映像关系。 支持b i g l i t t l ee n d i a n 字节顺序变换。 p c i 9 0 5 2 可通过编稷方式对局部总线端的读写时序进行非常灵活的规定，以适应各 种蠲部总线设备的疆求，具体方法肖：设黉内部等待信号竣接受辨部握手信号结束 读弼周期：设置读写传输延迟和写保持周期。 霹缡程颈取计数器：焉端慧线藕静灏取诗数器可设嚣为0 不预歆) 、4 、8 、1 6 或 持续预取( 根据p c i 端的操作状态决定) 。 p c i 9 0 5 2 共有1 6 0 个攀 瓣，封装形式凳麓f p l 6 0 ，按甥耱特点帮分兔嚣缀：p c i 慧线搜 口信号组、局部总线接口信号组、i s a 总线接口信号组和e e p r o m 接口信号组( 如图3 2 ) 。 箕审i s a 慧线售号缀设诗审来傻弱，不骰! | 巷别谥鞠，下瑟麓要分绥其宅三缀售号。 n c - h 坤妇州蛐止哪l 蚶 鼬h _ 山哺 毯蹬i 逸蹦藏_ 鞠 蛐- 醒强i -一埔矬茸- 垭碹她：幽$ 嫩- 。 _ l l 衄 u 吡a l m l - 蛐曲l 一_ m 麟一蛾k 困 蠡黼 _ j 塔u - 域龋l j | 均山- j 上删a - i b b 蕊i l 匿蹶勰- l i 蕊i 瞳盟幽 攀罐冀l 撒 j 瑚啊瑚强j 直臼嘣麟i 1 献蠹j 5 i q e 嘲一奠墨i a i 叠魑鸣 i 盥雹j i 吐盥i 瞳誊赫l - l j 雕黻盟 躺嘲益盐l 盥蕾蕊薯誓掣墨叠l 斗 越鼬l 豳刹- 墨6 缸t -i l 6 礅- _ j 墨l j 如一 m l - - 耳也_ 担t _ o 基瞄 j 困鞠一j 蕾翩l 目盟壁删 h e 出e - p i 。# _ j 雠_ ”_ 删鞋飞， i 鲥3 2p c i 9 0 5 2 引脚功能楼块幽 国防科学技术人学研究生院学位论文 1 p c i 总线接口信号组：p c i 9 0 5 2 提供的p c i 接口信号有a d 3 l ：0 、c b e 3 ：0 # 、c l k 、 d ￥s e l # 、f r a m e # 、i d s e l 、i n t a # 、i r d y # 、l o c k # 、p a r 、p e r r # 、r s t # 、s e r r # 、s t o 隧、 t r d y # ，因为p c i 9 0 5 2 是p c i 从设备接口芯片，所以它没肖提供总裁信号r e q # 和g n t # ，其 他的信号跫完备的，可直接将这些p c i 接翔信号与p c i 总线相连，不嚣要额外豹骥动毫爨。 从这里可以看出使用p c i 通用接阴芯片进行p c i 接口开发简化了设计。 2 局部总线接口信号：p c i 9 0 5 2 提供的局部总线接口信号有b c l k o 、c s i ：0 】# 、l c l k 、 l h o l d 、l h o l d a 、l i n t i l 、l i n t i 2 、l r e s e t # 、m o d e 、u s e r o w a i t o # 、u s e r i l l o c k o # 、 u s e r 2 c s 2 # 、u s e r 3 c s 3 # 、a d s # 、a l e 、b l a s t # 、l r d y i # 、l w r # 、r d # 、w r # 、b t e a 雌、 2 7 ：2 、 l a d 3 1 ：0 3 、l b e 3 ：o # ，为了使p c i 9 0 5 2 的局部慈线端麓适应不阏速度的外设需簧，局部 总线端信号时序可通过内部寄存器编程设置，内部寄存器及时序设置稍后再作专门说明， 下蘑先对器个信弩功能佟简要说鞠( 觅表3 i ) 。 、 袭3 1 局部总线端引脚功能说明 雩l 辫 警l 瓣类登功髓 b c l k o 输出提供p c i 时钟频率，可作为局部总线时钟输入( 3 3 m h z ) c s i ：0 3 嚣输出鸶逡信号，逶遘内部寄存器羧嚣译弼 l c l k输入 局部总线时钟输入 其镪局部慧线控铡嚣逶过该镄号囱p c i 9 0 5 2 发密 l h o l d输入 局部总线控制请求 l 圣o l d a簸出 p c i 9 0 5 2 逶避该覆号探骥委焱使曩鼹部总线 l i n t i l 输入中断信号1 l i n t i 2 竣入中颧售号2 局部总线复位信号，p c i 9 0 5 2 复位后经一段嫩迟该信号有效， l r e s e t # 输出 也可通过对瞧部毒存器相应锭置位产，圭 低电平表示非复用模式，高泡平表示复用模式 m o d e 输入 ( 地址线数掇线复用) u s e r o 输入输出 两个信号公硐一个引脚，u s e r o 是一个用户自定义信号，通 过设嚣内邦寄存器棚应位可迩义其输入或输出，其状态由内 嚣走i 罩貘竣篷 部寄存器相_ 陂位决定，w a i t o # 为等待信号输醅 u s e r i 输入输出u s e r l 功能同上，l l o c k o # 标示一个原子操作，即在多个操作 l l o e k o #输出周期内p c l 9 0 5 2 占用局部总线 u s e r 2 输入输出 u s e r 2 、c s 2 # 功能同上 c s 2 # 输窭 u s e r 3 输入输出u s e r 3 、c s 3 # 功能同上 c s 3 # 输蠢 a d s # 输出地自l ：柯效信号，标示一个总线传输周期的_ 丌始 嚣防科学技术久学辑究生院学靛论文 功能与a d s # t 基本相似，简电平有效，脉冲宽度予局部总线时 a l e辕窭 钟有关 b l a s t # 输出岛a d s # 信号相对应，标永一个总线传输周期的络束 l r d y i #输入 褥部总线搓手信号，有效时保持警蘸总线数攥 l r # 输出读数据时低电平，写数据时高电平 r d 襻 输滋读有效僖号 w r # 输出筒有效信号 持续棼发式读写辩，当p c i 9 0 5 2 检测裂b t e r u n 蠢效，棼发式 b t e r m #输入 凄写周期结束，新的地址周期开始 醢 2 7 ：2 】 簸壅恁蛙墓线，复弱模式露光效 l a d 3 1 ：0 输入输出数据总线，复用模式时l a d 2 7 ：o 作为地址总线 怒部总线技畿缮号，豢蜀熬慈线工终在3 2 健方式下， 【。龃 3 ：o j # 全部有效；1 6 位方式下l b e 3 # 、l b e o g 有效，l b e i # l b e 3 ：o 嚣输线作为蟪蟪总线经1 ( l a i ) ，l b e 2 # 寒使用：8 位方式下l b e 3 # 、 l b e 2 # 末使用，l b e i # 和l b e o # 分剐作为蛾址总线位l 和位0 ( l a l 、姒o ) 3 ，e e p r o i 接口信号组：烈有四个弓i 脚，它们是e e c s 、e e d i 、e e d o 、e e s k 。与p c i 9 0 5 2 兼容囊白串行e e p r o m 芯片为n m 9 3 c s 4 6 ，此芯片商8 个引脚( c s 、d i 、d o 、s k 、p r e 、p e 、v c c 、 g n d ) 。c s 、d i 、d o 、s k 分鄹与p c i 9 0 5 2 上的e e c s 、e e d i 、e e d o 、e e s k 引脚福连。p e 为写 使能僚号，当它为高呶平时，写操作缀效。p r e 为写保护寄存器访问控制信号，当p r e 为 低电平辩，读写对存储器有效；当p r e 为离毫平簿，潦写对写傈护寄襻器有效。当写保护 寄存器被设爨厝，对犬于寄存器存储假的地址写操作将无效。当p c i 9 0 5 2 上电，自动读取 e e p r o m 中的数耀襁始傀其内部寄存器鄢分内察。 p c i 9 0 5 2 内部的寄存器组主要分为两部分：p c i 配晟寄存器组和局部总线配置寄存器 缝。 p c i 配置寄存器缀提供了对p c i 总线配冒空删头标区的支持，格式与配黑空间完全兼 容( 凳疆2 1 ) 。一熹不弱靛楚茬2 c h 恁蛙土p c i 媛藏定义蔻保蜜字毅，瑟惑p c i 9 0 5 2 熬 p c i 配置寄存器中为s u b s y s t e mi d 字段和s u b s y s t e mv e n d o ri d 字段，这两个字段的作用 是标浚= 缓秀发藏。在p c i 嚣要鬻存器孛设鍪滚鼷学爱( 1 ) e v j c ei d ) 、供应囊我玛字段( v e n d o ri d ) 、 分类代码字段( c l a s sc o d e ) 、s u b s y s t e mi d 字段、s u b s y s t e mv e n d o ri d 字段和中断引 瓣字段( i n t e