硬件设计
发布时间:2012/4/13 20:00:41 访问次数:926
多媒体视频传感器节点不同于普通的AT93C56A-10SU-2.7传感器节点,它需要采集的是视频数据,视频数据具有实时性要求高,数据量大,速率高等特点,采集完成后必须加以压缩编码才能传输。传统的传感器节点处理器性能不能满足上述的采集和压缩要求,需要选用性能吏加强大的处理器和存储空间更大的存储器,以及速率更高的无线通信技术[21,22]。
目前用于多媒体信息采集和处理的核心器件主要有FPGA、DSP和ARM。FPGA可以用VHDL、Verilog等硬件描述语言来编程,灵活性强,具有现场编程能力可以延长产品的生命力,且它独有的并行处理能力使它可以在某些特殊的应用场合(如实现特定算法)具有不可比拟的优势。ARM具有相对较强的事务管理和控制功能,功耗较低,开发相对较为简单。DSP主要是用做运算,它的优势是强大的数据处理能力和相对较高的运行速度,但是开发较为复杂。
这里以一种ARM9 SOC为例介绍视频传感器节点的设计。这种SOC采用ARM9处理器 核心,同时集成了高性能的支持MPEG-4和H.264视频编解码的硬件CODEC、专用的CAMERA接口(CSI)和其他常用的接口,如USB2.0、UART、SPI、I2C等。硬件CODE弥补了ARM在视频处理方面的不足,同时保证了较低的功耗。
为了保证系统流畅运行,足够的存储空间是必须的。因此,在节点上设计了128MB位宽为32位的DDR SDRAM作为程序运行存储器,256MB的NAND Flash用于存放引导程序、操作系统和应用程序。
为了简化系统设计,提供高速的无线数据通信,选用USB接口、支持IEEE 802.g协议的无线网卡,在2.4GHz的频率下提供54Mbit/s的通信带宽。该技术较为成熟,可以有效地降低成本,同时提供稳定的数据传输速率[23]。
视频传感器节点所采用的ARM9 SOC主频达到400MHz,总线频率达到133MHz,且该SOC采用BGA封装,因此对节点PCB的设计是一个很大的挑战。当系统的时钟频率达到100MHz以上,一般的电路设计方法和软件已经无法满足高速电路设计的要求。以往使用Protel等设计工具主要是依靠经验进行PCB布局布绒,显然这种方法无法满足视频节点的设计要求。CADENCE公司作为EDA领域最大的公司之一,其PCB设计工具性能上的优势在高速电路设计中越来越明显,故视频传感器节点采用CADENCE公司的PCB设计布局软件Allegro完成高速电路设计。
多媒体视频传感器节点不同于普通的AT93C56A-10SU-2.7传感器节点,它需要采集的是视频数据,视频数据具有实时性要求高,数据量大,速率高等特点,采集完成后必须加以压缩编码才能传输。传统的传感器节点处理器性能不能满足上述的采集和压缩要求,需要选用性能吏加强大的处理器和存储空间更大的存储器,以及速率更高的无线通信技术[21,22]。
目前用于多媒体信息采集和处理的核心器件主要有FPGA、DSP和ARM。FPGA可以用VHDL、Verilog等硬件描述语言来编程,灵活性强,具有现场编程能力可以延长产品的生命力,且它独有的并行处理能力使它可以在某些特殊的应用场合(如实现特定算法)具有不可比拟的优势。ARM具有相对较强的事务管理和控制功能,功耗较低,开发相对较为简单。DSP主要是用做运算,它的优势是强大的数据处理能力和相对较高的运行速度,但是开发较为复杂。
这里以一种ARM9 SOC为例介绍视频传感器节点的设计。这种SOC采用ARM9处理器 核心,同时集成了高性能的支持MPEG-4和H.264视频编解码的硬件CODEC、专用的CAMERA接口(CSI)和其他常用的接口,如USB2.0、UART、SPI、I2C等。硬件CODE弥补了ARM在视频处理方面的不足,同时保证了较低的功耗。
为了保证系统流畅运行,足够的存储空间是必须的。因此,在节点上设计了128MB位宽为32位的DDR SDRAM作为程序运行存储器,256MB的NAND Flash用于存放引导程序、操作系统和应用程序。
为了简化系统设计,提供高速的无线数据通信,选用USB接口、支持IEEE 802.g协议的无线网卡,在2.4GHz的频率下提供54Mbit/s的通信带宽。该技术较为成熟,可以有效地降低成本,同时提供稳定的数据传输速率[23]。
视频传感器节点所采用的ARM9 SOC主频达到400MHz,总线频率达到133MHz,且该SOC采用BGA封装,因此对节点PCB的设计是一个很大的挑战。当系统的时钟频率达到100MHz以上,一般的电路设计方法和软件已经无法满足高速电路设计的要求。以往使用Protel等设计工具主要是依靠经验进行PCB布局布绒,显然这种方法无法满足视频节点的设计要求。CADENCE公司作为EDA领域最大的公司之一,其PCB设计工具性能上的优势在高速电路设计中越来越明显,故视频传感器节点采用CADENCE公司的PCB设计布局软件Allegro完成高速电路设计。
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