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西北 工业大学硕士研究生学位论文基于c o l d f i re的嵌入式i p 摄像机的方案研究 摘要 目 前，嵌入式技术发展日 新月异，出 现了与网络互连技术日 渐融合的趋势，而3 2 位嵌 入式处理器正处于在被大规模应用的阶段。另外，音 柳视频编 解码压缩技术 m p e g -4也正 被大量的应用于网络多媒体领域。 基于以 上背景， 本论文进行了 基于 高性能嵌 入式处理器和 音频/ 视频编解码芯片的 嵌入式e p 摄像机的方案研究。 本论文首先在对比分析了现阶段主流嵌入式处理器的性能特点、应用领域等的基础上， 结合本课题研究的方案设计， 确定了mo to r o l a 的c o l d f i r e 5 2 7 2 嵌入式处理器作为本方案的 处理器平 台。接着本文简单介绍了音频/ 视频编码压缩技术 mp e g - 4 ，并经过研究对比 mp e g - 4技术在工程应用中不同实现方式的优缺点， 确定了vw e b 编解码芯片 v w2 0 1 0作为 音卿视频模块的核心芯片。并详细的 分析了v w2 0 1 0 芯片的内部结构、 数据通道和d ma , 访问机制等，为硬件设计和 v w2 0 1 0 驱动程序及应用程序的分析设计打下了坚实的基础。 本论文所研究的是以 mc f 5 2 7 2 , v w2 0 1 0等芯片为硬件平台，结合嵌入式 u c l in u x操 作系统，具有网 络互连功能的嵌 入式 i p 摄像机的方案设计。详 细的 进行了以mc f 5 2 7 2和 v w2 0 1 0为核心的硬件平台设计， 包括 mc f 5 2 7 2与v w2 0 1 0间的接口方式、 模拟音频/ 视频 的输入和 a d模块的设计、以及数字音频舰 频的d a和模拟输出模块的设计等。 本方案设计中软件开发工作包括使用 g u n开发工具进行基于系统硬件的加电自举程序 b o o t l o a d e r 的 设计实 现，构建针对本系统 硬件的一体化嵌 入式 开发 环境，并且使用此开发 环境进行嵌入式u c l i n u x 的构建， 嵌入式u c l i n u x 下v w2 0 1 0 的驱动程序设计， 以 及v w 2 0 1 0 编解码和网络转发等应用程序的设计。 关键字:c o l d f i r e v w2 0 1 0b o o t l o a d e r u c l i n u x 设备驱动程序 西北工业人学硕 七 研究生学位论文摧于c o l d f ir e 的嵌入式ip摄像机的方案研究 n o w , t h e e m b e d d e d t e c h n o l o g y c h a n g e s w i t h e a c h p a s s i n g d a y , a p p e a r s t h e c o m b i n a t io n w i t h t h e i n t e rn e t t e c h n o l o g y , a n d t h e 3 2 b it e m b e d d e d c p u h a s b e e n u s e d w i d e l y . i n a d d i t i o n , t h e m p e g - 4 o f t h e m u l t i m e d i a h a s b e i n g u s e d i n m o r e a n d m o re a r e a s . i n t h is b a c k g ro u n d , th i s d i s s e rt a t i o n r e p r e s e n t s a re s e a r c h o n th e d e s i g n o f t h e e m b e d d e d i p c a me r a s c h e me w h i c h i m p l e me n t t h e mp e g- 4 t e c h n o l o g y b a s e d o n t h e 3 2 b it r i s c e m b e d d e d c p u . t h i s p a p e r d e t a i l e d a n a l y s e s th e c h a r a c t e r is t i c , t h e a p p l i c a t i o n o f s o m e k i n d s o f t h e m a i n u s e d e m b e d d e d c p u , s e l e c t s t h e c o l d f i r e 5 2 7 2 d e p l o y e d b y mo t o r o l a a s t h e p l a t f o r m o f t h is s c h e m e . t h e n , t h i s t h e s is r e c o m m e n d s t h e s o l u t i o n s o f t h e im p l ic a t i o n o f t h e m p e g - 4 i n m u l t i m e d i a a r e a , c h o o s e s th e mp e g - 1 ,- 2 , - 4 c o d e c c h i p v w2 0 1 0 d e s i g n e d b y vw e b c o r p o r a t i o n a s t h e c o r e c h i p o f t h e a /v m o d u l e i n t h e s c h e m e , a n d d e t a i l e d a n al y s e s t h e a r c h i t e c t u re , t h e d a t a p a t h s a n d d ma , t h e c o m mu n ic a t i o n m e d i u m o f vw2 0 1 0 a n d s o o n . a l l o f t h i s c o n s t i t u t e s t h e s t a b il it y f o u n d a t i o n f o r t h e h a r d wa r e a n d s o f t w a r e d e s i g n o f t h e v w2 0 1 0 t h e d e s i g n t h a t r e s e a r c h e d b y t h is d i s s e rt a t io n u s e s t h e m c f 5 2 7 2 , t h e v w 2 0 1 0 c h i p s a n d s o o n a s t h e h a r d w a re p l a t f o r m , c o m b i n e s t h e e m b e d d e d u c l i n u x o s , p r o c e s s e s t h e d e s ig n o f t h e s c h e m e i n b o t h h a r d w a r e a n d s o f t w a r e . i n t h e d e s i g n o f t h e h a r d w a r e , a d e s c r ip t i o n o f t h e a r c h i t e c t u r e o f t h e e m b e d d e d s y s t e m a n d f u n c t i o n al m o d u l e d i v i s i o n i s re p re s e n te d , a n d t h e d e s ig n o f t h e an mo d u le b a s e d o n t h e v w2 0 1 0 is i n t r o d u c e d in d e t a il . i n th e d e v e l o p m e n t o f th e s o f t w a r e o f t h e s y s t e m , t h e s o l u t i o n h o w t o s e t u p t h e c r o s s - c o m p i l e t o o l s , e m p o l d e r t h e b o o t l o a d e r a n d t h e e m b e d d e d o s i s d e s c r i b e d . a n d fi n a l l y , t h e d i s s e rt a t i o n a n al y s e s t h e d e s i g n o f t h e l a y e r e d s o ft w a r e o f t h e v w 2 0 1 0 t h a t in c l u d e t h e d e v i c e d r iv e r a n d t h e a p p l i c a t i o n s o f t w a re . a l s o t h e t e c h n ic a l p ro b l e m s c o u n t e re d w h i l e p r o c e s s i n g t h e d e s ig n o f t h e s y s t e m a r e a n a l y z e d , a n d a r e l i s t e d in d e t a i l . k e y w o r d : c o l d f i r e v w2 0 1 0 m p e g - 4 b o o t l o a d e r u c l i u u x d e v i c e d r i v e r 西北工业大学硕士研究生学位论文基于c o i d f i r e 的嵌入式e f 摄像机的方案研究 第一章 绪论 1 .1 课题来源与意义 本课题属于自 研课题，日的是进行基于摩托罗拉高性能 3 2位嵌入式 r i s c处理器 c o l d f ire 5 2 7 2 ， 美国v w e b 公司生产的全球首 块具有m p e g - 1 , 2 , - 4 格式实时硬件编解码功能 的芯片v w 2 0 1 0 ，结合嵌入式l in u x 操作系统， 进行嵌入 式j p 摄像机的方案设 计研究。 通 过详细的软硬件设计和系统部分模块的实现， 来论证本方案设计具有技术前沿性和工程可行 j性。 嵌入式技术的不断发展，使得 目前的嵌入式处理器集成度更高、功能更强、功耗更低， 3 2 位的 嵌入式高性能r i s c处理器开始 进入了大规模应用的 阶段。 另外， 随着网 络与人们生 活的关系日 趋紧密， 出 现了嵌入式系统和网 络互连技术结合的趋势。 本课题就是在这种背 景 下， 为了 紧跟嵌 入式技术的发展方向、 把握嵌入式技术和网 络互连技术融合的核心而提出和 开展的，为今后在工程实践中开发具有网 络互连功能的嵌 入式系统打下基础。 目 前 在全 球范 围内 广 泛应 用的 嵌 入式 操 作系 统 有 p s o s , q n x . n u c le u s . w i n c e . v x wo r k s 及j a v a o s 等。 这些操作系统的售价一 般都比较昂 贵， 而且 其源代码还往往不公开。 嵌入式 l i n u x是免费且源代码公开的操作系统。 另外嵌入式 l i n u x 还支持许多不同架构处理 器硬件平台、系统稳定、网络应用功能强大、可用的免费资源丰富、易于开发等。所以，在 本方案设 计中采用嵌 入式l i n u x ，无论是从技术探讨、工 程开 发实 践上 来说都是一个良 好的 选择。 本课题的目 的就是设 计一个基于高性能嵌入式处理器和音频 / 视频编解码芯片，结合嵌 入式 l in u x的嵌 入式系统， 具有高质量音柳视频的硬件实时 编解码和网络实时收发数据流 功能的嵌入式系统方案。在国内现阶段广泛应用于金融、 交通、 智能建筑、 机场海关、 教育 等的监控摄像机设备正从模拟音频/ 视频技术实现转向 全数字音 纫视频技术，而现阶 段主 流 数字图 像监 控设备基本上都是基于m p e g - 1 技术进行音拒 砂 视 频处理的，图像分辨率低、质 量差，已 经不能够满足高 精度和高清晰 度图像监控的需要。音频 2 视频压缩技术n p e g - 4 很 好的解决了高质量声音图 像流与 有限的网络带宽间的 矛盾，使用n p e g - 4 技术进行音频/ 视 频的编码压缩，既能够提供高 质量的声音图像又可以 在有限带宽的网络上进行远距离 传输。 然而在日前的市 场应用上基于n p e g - 4 技术的产品还不多见。 尤其是能 够实 现f u l l d l 格 式 n p e g - 4的成熟设备更是少之又少。本课题所研究的方案就是一个能够实现 f u l l d 1 m p e g - 4 技术的ip摄像机系统。 因此， 本课题所开展的嵌入式ip摄像机方案的研究具有重 要的理论意义和较大的实用价值。 西北工业大学硕士研究生学位论文拢于c o ld f i r e 的嵌入式i f 摄像机的方案研究 1 . 2课题研究内容 木课题的日标是设计一个基于高性能嵌入式处理器和音频/ 视频硬件实时编解码芯片的 具有网络实时发送功能的i p摄像机的方案。方案设计 的主要 研究内容包括方案功能、数据 流程和f成结构的分析设计， 构建针对本系统的 嵌入式软件开发工 具链， 使用此工具链进行 加电自 举程序b o o t l o a d e r ,嵌入式u c l i n u x 操作系统的剪裁和开发、嵌入式u c l i n u x 环境 下v w2 0 1 0 设备驱动程序和编解码应用程序的设 计、 及网 络转发程序的设计开发。 首先分析系统功能进行方案数 据流分析和组成结构设计， 然后 进行嵌入式处理器和音频 / 视频编解码芯片等的选型，接着进行以确定各芯片为硬件平台的系统硬件设计。 根据采用的 硬件平台和嵌 入式 操作系统， 构建特定的 开发工具链。 在软 件设计中， 使用 g n u开发工 具进行系统加电 启动代码b o o t l o a d e r 的设计与实现; 采用me t r o w e r k s 的一体 化开 发 工 具p l a t f o n n c r e a t i o n s u it e f o r l in u x % o s ( 以 下 简 称p c s ) 进行 嵌 入 式l i n u x 操 作 系 统、驱动程序、应用程序的设计开发等。 硬件方面的 研究内容包括: .结合方案设计功能要求以 及整体方案结构， 分析研究了当 前嵌 入式市场主流的 3 2 位嵌入式处理器和 m p e g - 4技术在工程实践中的实现方式，选择 m o t o r o l a c o l d f ir e 5 2 7 2作为本方案设计的嵌入式处理器平台，v w e b公司的硬件实时 m p e g - i , 2 , - 4 编解码芯片v w 2 0 1 0 作为本方案设计中音物视频编解码芯片。 . 根据所选择的mc f 5 2 7 2 处理器和v w 2 0 1 0 芯片， 结合系 统方案的整体设计， 进一 步的进行方案设计系统数据流程、系统软硬件的分层结构等的详细规划。 软件方面的 研究内容包括: .使用6 8 k的g n u开发工 具， 结合c o l il o( 注:在5 . 5 节中有较详细的 介绍)开发 实现系统平台的加电自 启动引导代码b o o t l o a d e r 的设 计与实现。 .采用me t r o w e r k s 的一体化开发工具p c s 进行嵌入式 u c l i n u x的构建生成， v w2 0 1 0 芯片 p c i l in u x驱动程序的分析， 并结合v w 2 0 1 0的c h ip a p i 进行嵌入式系统 v w2 0 1 0驱动程序的设计，以及 u c l in u x基础 r _ 的压缩音01 视频数据流1 文件的网 络转发程序口 1 . 3 作者所做工作 在本课题的研发 作中， 作者负责课题研究内容全部设 计 f 作 和系统部分功能 模块的实 现。具体_ l 作包括: .结合方案设计功能要求， 进行系统整体方案结构的设计 以mo t o r o l a 公司mc f 5 2 7 2 西北工业大学硕士研究生学位论文拢于c o ld f i r e 的嵌入式i f 摄像机的方案研究 1 . 2课题研究内容 木课题的日标是设计一个基于高性能嵌入式处理器和音频/ 视频硬件实时编解码芯片的 具有网络实时发送功能的i p摄像机的方案。方案设计 的主要 研究内容包括方案功能、数据 流程和f成结构的分析设计， 构建针对本系统的 嵌入式软件开发工 具链， 使用此工具链进行 加电自 举程序b o o t l o a d e r ,嵌入式u c l i n u x 操作系统的剪裁和开发、嵌入式u c l i n u x 环境 下v w2 0 1 0 设备驱动程序和编解码应用程序的设 计、 及网 络转发程序的设计开发。 首先分析系统功能进行方案数 据流分析和组成结构设计， 然后 进行嵌入式处理器和音频 / 视频编解码芯片等的选型，接着进行以确定各芯片为硬件平台的系统硬件设计。 根据采用的 硬件平台和嵌 入式 操作系统， 构建特定的 开发工具链。 在软 件设计中， 使用 g n u开发工 具进行系统加电 启动代码b o o t l o a d e r 的设计与实现; 采用me t r o w e r k s 的一体 化开 发 工 具p l a t f o n n c r e a t i o n s u it e f o r l in u x % o s ( 以 下 简 称p c s ) 进行 嵌 入 式l i n u x 操 作 系 统、驱动程序、应用程序的设计开发等。 硬件方面的 研究内容包括: .结合方案设计功能要求以 及整体方案结构， 分析研究了当 前嵌 入式市场主流的 3 2 位嵌入式处理器和 m p e g - 4技术在工程实践中的实现方式，选择 m o t o r o l a c o l d f ir e 5 2 7 2作为本方案设计的嵌入式处理器平台，v w e b公司的硬件实时 m p e g - i , 2 , - 4 编解码芯片v w 2 0 1 0 作为本方案设计中音物视频编解码芯片。 . 根据所选择的mc f 5 2 7 2 处理器和v w 2 0 1 0 芯片， 结合系 统方案的整体设计， 进一 步的进行方案设计系统数据流程、系统软硬件的分层结构等的详细规划。 软件方面的 研究内容包括: .使用6 8 k的g n u开发工 具， 结合c o l il o( 注:在5 . 5 节中有较详细的 介绍)开发 实现系统平台的加电自 启动引导代码b o o t l o a d e r 的设 计与实现。 .采用me t r o w e r k s 的一体化开发工具p c s 进行嵌入式 u c l i n u x的构建生成， v w2 0 1 0 芯片 p c i l in u x驱动程序的分析， 并结合v w 2 0 1 0的c h ip a p i 进行嵌入式系统 v w2 0 1 0驱动程序的设计，以及 u c l in u x基础 r _ 的压缩音01 视频数据流1 文件的网 络转发程序口 1 . 3 作者所做工作 在本课题的研发 作中， 作者负责课题研究内容全部设 计 f 作 和系统部分功能 模块的实 现。具体_ l 作包括: .结合方案设计功能要求， 进行系统整体方案结构的设计 以mo t o r o l a 公司mc f 5 2 7 2 西北下业大学硕 七 研究生学位论文基于c o l d f ir e的嵌入式ip摄像机的方案研究 为处理平台，在详细分析了音 频/ 视频编解码技术和芯片的发展现状后， 结合本 方 案设计的功能 要求， 采用了 美w v w e b公司生产的mp e g - 1 , 2 , - 4 等实时硬 件编解 码芯片v w2 0 1 0 , 并完成了v w 2 0 1 0 芯片的 硬件编 解码功能模块的方案设计。 使用g n u 6 8 k编译1 -. 具和b m d调试 器b d i 2 0 0 0 ,结合w h o 开发实现了 本系统 加电自 启动代码b o o t l o a d e r . 采用 me t r o w e r k s的 一 体化开发j .: 具 p c s进行嵌入式 u c l in u x的构建和生成， v w 2 0 1 0 芯 片p c i l in u x 驱 动 程 序的 分 析， 并 结 合v w 2 0 1 0 的c h ip a p i 进 行 嵌 入 式 系统v w 2 0 1 0 驱动程序的设 计开发， 以及u c l i n u x 基础上的压缩音濒 乙 视频数据淤 文件的网络转发程序设计。 1 .4 论文结构 本文论述了基于 mo t o ro l a 3 2位嵌入式 r i s c处理器 c o l d f r e 5 2 7 2的一个具有 m p e g - 1 , 2 , 一等音频/ 视频硬件实时 编解码和压缩编码数据流网络实时转发功能的嵌入式i p 摄像机方案设计的研究。 包括硬件平台设计、 嵌 入式系统加电自 启动代码设 计、 嵌入式l i n u x 以 及l i n u x下 的驱动程序开发等技术， 介绍了 相关的技术背景知识， 如:目 前嵌入式技术特 点 和发展 趋势、音频了 视频编 解码技术在工程应用领域的实 现情况、嵌入式 l i n u x系统和嵌 入式l i n u x 的交叉编译等。 文章将按照如下章节安 排展开: 第一章 绪论。简介论 文课题研究背景和课题内容。 第二章 嵌入式处理器 c o l d f i r e 5 2 7 2 o简要论 述嵌 入式技术现状和发展趋势， 通过分析 对比 多种嵌入式处理器， 选择了m o t o ro l a 公司c o l d f i r e 5 2 7 2作为本方案设 计的 嵌入式处理 器平台，并介绍了mc f 5 2 7 2 特点和内部结构。 第三章 音纫 视频编解码芯片 v w2 0 1 0 。分析目前 mp e g - 4等音频/ 视频编解码技术的 工程应用情况，选择美国v w e b 公司 生产的v w 2 0 1 0 作为本方案的音匆 亏 视频功能模块的核 心芯片，并对其做 一 个简单的介绍。 第四章 描述了嵌入式 u c l i n u x的特点和本方案设计的交叉开发环境 第五章 详细介绍了 方案整体设计和部分功能实 现的细节。 第六章 对论文工作做出总结。 西北下业大学硕 七 研究生学位论文基于c o l d f ir e的嵌入式ip摄像机的方案研究 为处理平台，在详细分析了音 频/ 视频编解码技术和芯片的发展现状后， 结合本 方 案设计的功能 要求， 采用了 美w v w e b公司生产的mp e g - 1 , 2 , - 4 等实时硬 件编解 码芯片v w2 0 1 0 , 并完成了v w 2 0 1 0 芯片的 硬件编 解码功能模块的方案设计。 使用g n u 6 8 k编译1 -. 具和b m d调试 器b d i 2 0 0 0 ,结合w h o 开发实现了 本系统 加电自 启动代码b o o t l o a d e r . 采用 me t r o w e r k s的 一 体化开发j .: 具 p c s进行嵌入式 u c l in u x的构建和生成， v w 2 0 1 0 芯 片p c i l in u x 驱 动 程 序的 分 析， 并 结 合v w 2 0 1 0 的c h ip a p i 进 行 嵌 入 式 系统v w 2 0 1 0 驱动程序的设 计开发， 以及u c l i n u x 基础上的压缩音濒 乙 视频数据淤 文件的网络转发程序设计。 1 .4 论文结构 本文论述了基于 mo t o ro l a 3 2位嵌入式 r i s c处理器 c o l d f r e 5 2 7 2的一个具有 m p e g - 1 , 2 , 一等音频/ 视频硬件实时 编解码和压缩编码数据流网络实时转发功能的嵌入式i p 摄像机方案设计的研究。 包括硬件平台设计、 嵌 入式系统加电自 启动代码设 计、 嵌入式l i n u x 以 及l i n u x下 的驱动程序开发等技术， 介绍了 相关的技术背景知识， 如:目 前嵌入式技术特 点 和发展 趋势、音频了 视频编 解码技术在工程应用领域的实 现情况、嵌入式 l i n u x系统和嵌 入式l i n u x 的交叉编译等。 文章将按照如下章节安 排展开: 第一章 绪论。简介论 文课题研究背景和课题内容。 第二章 嵌入式处理器 c o l d f i r e 5 2 7 2 o简要论 述嵌 入式技术现状和发展趋势， 通过分析 对比 多种嵌入式处理器， 选择了m o t o ro l a 公司c o l d f i r e 5 2 7 2作为本方案设 计的 嵌入式处理 器平台，并介绍了mc f 5 2 7 2 特点和内部结构。 第三章 音纫 视频编解码芯片 v w2 0 1 0 。分析目前 mp e g - 4等音频/ 视频编解码技术的 工程应用情况，选择美国v w e b 公司 生产的v w 2 0 1 0 作为本方案的音匆 亏 视频功能模块的核 心芯片，并对其做 一 个简单的介绍。 第四章 描述了嵌入式 u c l i n u x的特点和本方案设计的交叉开发环境 第五章 详细介绍了 方案整体设计和部分功能实 现的细节。 第六章 对论文工作做出总结。 西北工业大学硕 卜 研究生学位论文 基于c o ld f i re的嵌入式ip摄像机的方案研究 第二章 嵌入式处理器c o l d f i re5 2 7 2 嵌 入式处理器 是嵌入式系统的硬件核 心， 在本课 题提出的设计方案中， 首 先进行嵌 入式 处理器选型。 木章简单分析了嵌入式系统发展技术特点 和趋势， 以 及各种主流嵌 入式处 理器 的优缺点，最后对所选处理器做了一个简要阐述。 2 . 1 嵌入式系统现状和发展趋势分析 嵌 入 式系 统( e m b e d d e d s y s t e m ) 被 定 义为 : 以 应用 为 中 心. 以 计 算 机技 术 为 基 础， 软 件 硬件可裁剪，适应对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 目 前一个完整的高 性能嵌入式系统通常包括硬件系统和软件系统两部分。 硬件系统包含 嵌入式处理器， 各种片内 或片外的存储器r o m. s r a m和s d r a m，实现一定功能的 外围 电路模块等。软件系统包含系统自 启动引导代码b o o t l o a d e r 和嵌入式操作系统， 外围电 路 各模块的驱动程序， 应用程序等。嵌入式系统的一般总 体结构如图2 - 1 所示: 嵌入式应用软件 嵌入式操作系统 ! 嵌 入 式 处 理 叫 外 ， “ 嵌入式硬件平台 嵌入式处理器嵌入式外围设备 图2 - 1嵌 入式系统结构 当前嵌入式技术的飞速发展， 使得口 前的嵌入式处 理器 集成度更高、 功能更强、 功耗更 低， 3 2 位的嵌入式高 性能r i s c处理器开始进入了大规模应用的阶 段。 另外， 由于实时性的 要求和软件规模的扩大， 形成了以实时多任务操作系统 ( r t o s )为软件核心的嵌入式技术。 这一阶段嵌 入式系统的主要特点是: 操作系统的实时性得到了 很大改善， 己 经能 够运行 在各 种不同类型的 微处理器上， 具有高度的 模块化和扩展性。 此时的嵌 入式操作系统已经具 备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面 ( gu i )等功能，并提供了 大最的应用程序接口 ( a p i )，从而使得应用软件的开发变得更加简单等。 目 前，嵌入式技术发展出现了 与i n t e m e t 技术的结合的趋势，嵌入式系统的研究和应用 产生了一些显著的特点。 .新的嵌入式处理器层出不穷， 嵌入式操作系统 自身结构的设计更加模块化、 硬件无 西北工业大学硕 卜 研究生学位论文 基于c o ld f i re的嵌入式ip摄像机的方案研究 第二章 嵌入式处理器c o l d f i re5 2 7 2 嵌 入式处理器 是嵌入式系统的硬件核 心， 在本课 题提出的设计方案中， 首 先进行嵌 入式 处理器选型。 木章简单分析了嵌入式系统发展技术特点 和趋势， 以 及各种主流嵌 入式处 理器 的优缺点，最后对所选处理器做了一个简要阐述。 2 . 1 嵌入式系统现状和发展趋势分析 嵌 入 式系 统( e m b e d d e d s y s t e m ) 被 定 义为 : 以 应用 为 中 心. 以 计 算 机技 术 为 基 础， 软 件 硬件可裁剪，适应对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 目 前一个完整的高 性能嵌入式系统通常包括硬件系统和软件系统两部分。 硬件系统包含 嵌入式处理器， 各种片内 或片外的存储器r o m. s r a m和s d r a m，实现一定功能的 外围 电路模块等。软件系统包含系统自 启动引导代码b o o t l o a d e r 和嵌入式操作系统， 外围电 路 各模块的驱动程序， 应用程序等。嵌入式系统的一般总 体结构如图2 - 1 所示: 嵌入式应用软件 嵌入式操作系统 ! 嵌 入 式 处 理 叫 外 ， “ 嵌入式硬件平台 嵌入式处理器嵌入式外围设备 图2 - 1嵌 入式系统结构 当前嵌入式技术的飞速发展， 使得口 前的嵌入式处 理器 集成度更高、 功能更强、 功耗更 低， 3 2 位的嵌入式高 性能r i s c处理器开始进入了大规模应用的阶 段。 另外， 由于实时性的 要求和软件规模的扩大， 形成了以实时多任务操作系统 ( r t o s )为软件核心的嵌入式技术。 这一阶段嵌 入式系统的主要特点是: 操作系统的实时性得到了 很大改善， 己 经能 够运行 在各 种不同类型的 微处理器上， 具有高度的 模块化和扩展性。 此时的嵌 入式操作系统已经具 备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面 ( gu i )等功能，并提供了 大最的应用程序接口 ( a p i )，从而使得应用软件的开发变得更加简单等。 目 前，嵌入式技术发展出现了 与i n t e m e t 技术的结合的趋势，嵌入式系统的研究和应用 产生了一些显著的特点。 .新的嵌入式处理器层出不穷， 嵌入式操作系统 自身结构的设计更加模块化、 硬件无 西北工业大学硕士研究生学位论文基于c o l d f i r e 的嵌入式8摄像机的方案研究 关化， 只需改动嵌 入式操作系 统的一个小模块就可以 使嵌入式操作系统， 能够方便 的移植到不同的平台_ ， 能够快捷、高效的支持不同 架构的嵌入式处理器。 嵌入式系统的开发成了 项系统工程，开发厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本 身，同时还要提供强大、高效的硬件开发工具、软件支持包和强有力的技术支持、 开发培训等。 各类嵌 入式l i n u x 操作系统迅速发展， 山于具有源代码开放、 系统内 核小、 执行效 率高、 网络结构完整等特点， 很适合信息家电 等嵌入式系统的需 要，目 前已 经形成 了能与w i n d o w s c e . p a l m o s 等嵌入式操作系统进行有力竞争的 局面。 网络化、 信息化的 要求随着i n t e rn e t 技术的成熟和带宽的 提高而日 益突出，以 往功 能单一的设备 如电话、 手机、 冰箱、 微波炉 等功能不再单一，结构变得更加复杂， 网络互联成为必然趋势。 更进一步精简嵌入式操作系统内 核， 优化关 键算法， 提高响应时间和实时性， 降低 功耗和软硬件成本。 能 够在需要的应用场合提供更加友 好、 迅捷的多媒体人机交互 界面 。 2 . 2嵌入式处理器和本方案的选型 嵌入式处理器种类繁多，不同 类型的处理器结构差别巨 大。 认识嵌入式处理器的定义， 熟知各种不同嵌入式处理器的特点和应用领域， 才能选择出本方案中 最合适的嵌入式处理器 平台，使系统的开发事半功倍。 2 . 2 .1嵌入式处理器的定义 国 际l 公 认 的 通 用 嵌 入式 处 理 器 有 三 大 类: m c u ( m i c r o c o n t ro l l e r u n it ) 、 d s p ( d i g i t a l s ig n a l p r o c e s s o r )和mp u ( mi c ro - p r o c e s s o r u n i t ) . 嵌 入 式 微 处 理 器 ( e m b e d d e d m i c r o p r o c e s s o r u n it , e m p 功 嵌 入式微处理器的基础是通用计算机中的 c p u 。在应用中将微处理器装配在专门 设计的电路板上， 只保留和嵌入式应用有关的母板功能， 这样可以大幅度减小系统体积 和功耗。 为了 满足嵌入式应用的 特殊要求， 嵌入式微处理器虽然在功能 上和标准微处理 器基本是一样的， 但在工作温度、 抗电 磁干扰、 可靠性等方面一般都做了各种增强。 和工 业控制计算机相比， 嵌入式微处理器具有体积小、 重量轻、 成本低、 可靠性高 的优点， 但是在电路 板 上 必须包括r o m. r a m、总线 接c i 、 各种外设等器件， 从而降 低了系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安 装在一块电路板上，称为单板计算机。如s t d - b u s . p c1 0 4等。 西北工业大学硕士研究生学位论文基于c o l d f i r e 的嵌入式8摄像机的方案研究 关化， 只需改动嵌 入式操作系 统的一个小模块就可以 使嵌入式操作系统， 能够方便 的移植到不同的平台_ ， 能够快捷、高效的支持不同 架构的嵌入式处理器。 嵌入式系统的开发成了 项系统工程，开发厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本 身，同时还要提供强大、高效的硬件开发工具、软件支持包和强有力的技术支持、 开发培训等。 各类嵌 入式l i n u x 操作系统迅速发展， 山于具有源代码开放、 系统内 核小、 执行效 率高、 网络结构完整等特点， 很适合信息家电 等嵌入式系统的需 要，目 前已 经形成 了能与w i n d o w s c e . p a l m o s 等嵌入式操作系统进行有力竞争的 局面。 网络化、 信息化的 要求随着i n t e rn e t 技术的成熟和带宽的 提高而日 益突出，以 往功 能单一的设备 如电话、 手机、 冰箱、 微波炉 等功能不再单一，结构变得更加复杂， 网络互联成为必然趋势。 更进一步精简嵌入式操作系统内 核， 优化关 键算法， 提高响应时间和实时性， 降低 功耗和软硬件成本。 能 够在需要的应用场合提供更加友 好、 迅捷的多媒体人机交互 界面 。 2 . 2嵌入式处理器和本方案的选型 嵌入式处理器种类繁多，不同 类型的处理器结构差别巨 大。 认识嵌入式处理器的定义， 熟知各种不同嵌入式处理器的特点和应用领域， 才能选择出本方案中 最合适的嵌入式处理器 平台，使系统的开发事半功倍。 2 . 2 .1嵌入式处理器的定义 国 际l 公 认 的 通 用 嵌 入式 处 理 器 有 三 大 类: m c u ( m i c r o c o n t ro l l e r u n it ) 、 d s p ( d i g i t a l s ig n a l p r o c e s s o r )和mp u ( mi c ro - p r o c e s s o r u n i t ) . 嵌 入 式 微 处 理 器 ( e m b e d d e d m i c r o p r o c e s s o r u n it , e m p 功 嵌 入式微处理器的基础是通用计算机中的 c p u 。在应用中将微处理器装配在专门 设计的电路板上， 只保留和嵌入式应用有关的母板功能， 这样可以大幅度减小系统体积 和功耗。 为了 满足嵌入式应用的 特殊要求， 嵌入式微处理器虽然在功能 上和标准微处理 器基本是一样的， 但在工作温度、 抗电 磁干扰、 可靠性等方面一般都做了各种增强。 和工 业控制计算机相比， 嵌入式微处理器具有体积小、 重量轻、 成本低、 可靠性高 的优点， 但是在电路 板 上 必须包括r o m. r a m、总线 接c i 、 各种外设等器件， 从而降 低了系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安 装在一块电路板上，称为单板计算机。如s t d - b u s . p c1 0 4等。 西北工业大学硕士研究生学位论文基于c o l d f i r e 的嵌入式8摄像机的方案研究 关化， 只需改动嵌 入式操作系 统的一个小模块就可以 使嵌入式操作系统， 能够方便 的移植到不同的平台_ ， 能够快捷、高效的支持不同 架构的嵌入式处理器。 嵌入式系统的开发成了 项系统工程，开发厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本 身，同时还要提供强大、高效的硬件开发工具、软件支持包和强有力的技术支持、 开发培训等。 各类嵌 入式l i n u x 操作系统迅速发展， 山于具有源代码开放、 系统内 核小、 执行效 率高、 网络结构完整等特点， 很适合信息家电 等嵌入式系统的需 要，目 前已 经形成 了能与w i n d o w s c e . p a l m o s 等嵌入式操作系统进行有力竞争的 局面。 网络化、 信息化的 要求随着i n t e rn e t 技术的成熟和带宽的 提高而日 益突出，以 往功 能单一的设备 如电话、 手机、 冰箱、 微波炉 等功能不再单一，结构变得更加复杂， 网络互联成为必然趋势。 更进一步精简嵌入式操作系统内 核， 优化关 键算法， 提高响应时间和实时性， 降低 功耗和软硬件成本。 能 够在需要的应用场合提供更加友 好、 迅捷的多媒体人机交互 界面 。 2 . 2嵌入式处理器和本方案的选型 嵌入式处理器种类繁多，不同 类型的处理器结构差别巨 大。 认识嵌入式处理器的定义， 熟知各种不同嵌入式处理器的特点和应用领域， 才能选择出本方案中 最合适的嵌入式处理器 平台，使系统的开发事半功倍。 2 . 2 .1嵌入式处理器的定义 国 际l 公 认 的 通 用 嵌 入式 处 理 器 有 三 大 类: m c u ( m i c r o c o n t ro l l e r u n it ) 、 d s p ( d i g i t a l s ig n a l p r o c e s s o r )和mp u ( mi c ro - p r o c e s s o r u n i t ) . 嵌 入 式 微 处 理 器 ( e m b e d d e d m i c r o p r o c e s s o r u n it , e m p 功 嵌 入式微处理器的基础是通用计算机中的 c p u 。在应用中将微处理器装配在专门 设计的电路板上， 只保留和嵌入式应用有关的母板功能， 这样可以大幅度减小系统体积 和功耗。 为了 满足嵌入式应用的 特殊要求， 嵌入式微处理器虽然在功能 上和标准微处理 器基本是一样的， 但在工作温度、 抗电 磁干扰、 可靠性等方面一般都做了各种增强。 和工 业控制计算机相比， 嵌入式微处理器具有体积小、 重量轻、 成本低、 可靠性高 的优点， 但是在电路 板 上 必须包括r o m. r a m、总线 接c i 、 各种外设等器件， 从而降 低了系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安 装在一块电路板上，称为单板计算机。如s t d - b u s . p c1 0 4等。 西北工业大学硕上研究生学位论文纂于c o l d f i r e的嵌入式ep摄像机的方案研究 . 嵌 入 式微 控 制 器 ( m i c r o c o n t r o l l c r u n it , m c 功 嵌 入式 微控制器又称单片机， 顾名思义， 就是将整个计算机系统集成到一 块芯片中。 嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内 核为核心，芯片内部集成 r o m / e p r o m, r a m, 总线、 总线 逻辑、 定时 / 计数器、 wa t c h d o g , i / o、 串 行口、 脉宽调制输出、 a i d , d / a . e e p r o m等各 种必要功能和外设 。 为适应不同的应用需求， 一 般一个系列的单 片 机具有多 种衍生产品， 每种衍生产品的处理器内 核都是一 样的， 不同的是存储器和外设 的配置 及封装。 这样可以 使单片机最大限度地和应用需求相匹配， 功能不多不少， 从而 减少功耗和成本。 和嵌入式微处理器相比， 微控制器的最大特点是单片化， 体积大大减小， 从而使功 耗 和成本下降、 可靠性提高。 微控制器是目 前嵌入式系统工业的主流。 微控制器的片上 外设资 源一般比 较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。 . 嵌入式d s p 处理器( e m b e d d e d d ig i t a l s ig n a l p r o c e s s o r , e d s p ) d s p处理器对系