硬件設計
發(fā)布時間:2012/4/13 20:00:41 訪問次數(shù):937
多媒體視頻傳感器節(jié)點不同于普通的AT93C56A-10SU-2.7傳感器節(jié)點,它需要采集的是視頻數(shù)據(jù),視頻數(shù)據(jù)具有實時性要求高,數(shù)據(jù)量大,速率高等特點,采集完成后必須加以壓縮編碼才能傳輸。傳統(tǒng)的傳感器節(jié)點處理器性能不能滿足上述的采集和壓縮要求,需要選用性能吏加強大的處理器和存儲空間更大的存儲器,以及速率更高的無線通信技術[21,22]。
目前用于多媒體信息采集和處理的核心器件主要有FPGA、DSP和ARM。FPGA可以用VHDL、Verilog等硬件描述語言來編程,靈活性強,具有現(xiàn)場編程能力可以延長產(chǎn)品的生命力,且它獨有的并行處理能力使它可以在某些特殊的應用場合(如實現(xiàn)特定算法)具有不可比擬的優(yōu)勢。ARM具有相對較強的事務管理和控制功能,功耗較低,開發(fā)相對較為簡單。DSP主要是用做運算,它的優(yōu)勢是強大的數(shù)據(jù)處理能力和相對較高的運行速度,但是開發(fā)較為復雜。
這里以一種ARM9 SOC為例介紹視頻傳感器節(jié)點的設計。這種SOC采用ARM9處理器 核心,同時集成了高性能的支持MPEG-4和H.264視頻編解碼的硬件CODEC、專用的CAMERA接口(CSI)和其他常用的接口,如USB2.0、UART、SPI、I2C等。硬件CODE彌補了ARM在視頻處理方面的不足,同時保證了較低的功耗。
為了保證系統(tǒng)流暢運行,足夠的存儲空間是必須的。因此,在節(jié)點上設計了128MB位寬為32位的DDR SDRAM作為程序運行存儲器,256MB的NAND Flash用于存放引導程序、操作系統(tǒng)和應用程序。
為了簡化系統(tǒng)設計,提供高速的無線數(shù)據(jù)通信,選用USB接口、支持IEEE 802.g協(xié)議的無線網(wǎng)卡,在2.4GHz的頻率下提供54Mbit/s的通信帶寬。該技術較為成熟,可以有效地降低成本,同時提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸速率[23]。
視頻傳感器節(jié)點所采用的ARM9 SOC主頻達到400MHz,總線頻率達到133MHz,且該SOC采用BGA封裝,因此對節(jié)點PCB的設計是一個很大的挑戰(zhàn)。當系統(tǒng)的時鐘頻率達到100MHz以上,一般的電路設計方法和軟件已經(jīng)無法滿足高速電路設計的要求。以往使用Protel等設計工具主要是依靠經(jīng)驗進行PCB布局布絨,顯然這種方法無法滿足視頻節(jié)點的設計要求。CADENCE公司作為EDA領域最大的公司之一,其PCB設計工具性能上的優(yōu)勢在高速電路設計中越來越明顯,故視頻傳感器節(jié)點采用CADENCE公司的PCB設計布局軟件Allegro完成高速電路設計。
多媒體視頻傳感器節(jié)點不同于普通的AT93C56A-10SU-2.7傳感器節(jié)點,它需要采集的是視頻數(shù)據(jù),視頻數(shù)據(jù)具有實時性要求高,數(shù)據(jù)量大,速率高等特點,采集完成后必須加以壓縮編碼才能傳輸。傳統(tǒng)的傳感器節(jié)點處理器性能不能滿足上述的采集和壓縮要求,需要選用性能吏加強大的處理器和存儲空間更大的存儲器,以及速率更高的無線通信技術[21,22]。
目前用于多媒體信息采集和處理的核心器件主要有FPGA、DSP和ARM。FPGA可以用VHDL、Verilog等硬件描述語言來編程,靈活性強,具有現(xiàn)場編程能力可以延長產(chǎn)品的生命力,且它獨有的并行處理能力使它可以在某些特殊的應用場合(如實現(xiàn)特定算法)具有不可比擬的優(yōu)勢。ARM具有相對較強的事務管理和控制功能,功耗較低,開發(fā)相對較為簡單。DSP主要是用做運算,它的優(yōu)勢是強大的數(shù)據(jù)處理能力和相對較高的運行速度,但是開發(fā)較為復雜。
這里以一種ARM9 SOC為例介紹視頻傳感器節(jié)點的設計。這種SOC采用ARM9處理器 核心,同時集成了高性能的支持MPEG-4和H.264視頻編解碼的硬件CODEC、專用的CAMERA接口(CSI)和其他常用的接口,如USB2.0、UART、SPI、I2C等。硬件CODE彌補了ARM在視頻處理方面的不足,同時保證了較低的功耗。
為了保證系統(tǒng)流暢運行,足夠的存儲空間是必須的。因此,在節(jié)點上設計了128MB位寬為32位的DDR SDRAM作為程序運行存儲器,256MB的NAND Flash用于存放引導程序、操作系統(tǒng)和應用程序。
為了簡化系統(tǒng)設計,提供高速的無線數(shù)據(jù)通信,選用USB接口、支持IEEE 802.g協(xié)議的無線網(wǎng)卡,在2.4GHz的頻率下提供54Mbit/s的通信帶寬。該技術較為成熟,可以有效地降低成本,同時提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸速率[23]。
視頻傳感器節(jié)點所采用的ARM9 SOC主頻達到400MHz,總線頻率達到133MHz,且該SOC采用BGA封裝,因此對節(jié)點PCB的設計是一個很大的挑戰(zhàn)。當系統(tǒng)的時鐘頻率達到100MHz以上,一般的電路設計方法和軟件已經(jīng)無法滿足高速電路設計的要求。以往使用Protel等設計工具主要是依靠經(jīng)驗進行PCB布局布絨,顯然這種方法無法滿足視頻節(jié)點的設計要求。CADENCE公司作為EDA領域最大的公司之一,其PCB設計工具性能上的優(yōu)勢在高速電路設計中越來越明顯,故視頻傳感器節(jié)點采用CADENCE公司的PCB設計布局軟件Allegro完成高速電路設計。
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