孫剛 劉守山 樊麗

摘 要：提出了基于Hi3516A的高清視頻處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案。利用IMX185圖像傳感器采集圖像，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的編解碼，然后通過(guò)HDMI接口傳輸?shù)斤@示器上。主要介紹了電源管理模塊的設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器模塊的設(shè)計(jì)、JTAG接口的設(shè)計(jì)、HDMI接口的設(shè)計(jì)等。

關(guān)鍵詞：Hi3516A；高清視頻；視頻處理系統(tǒng)

視頻處理系統(tǒng)在近年來(lái)一直受到人們廣泛關(guān)注，然而低分辨率的圖像已經(jīng)滿足不了人們對(duì)圖像視覺(jué)的要求。本視頻系統(tǒng)采用Hi3516A芯片作為核心，可以實(shí)現(xiàn)1080p的高清視頻采集和傳輸。本文主要介紹了一套高清視頻的采集與傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，可以應(yīng)用到醫(yī)療，交通和監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用的Hi3516A是基于Cortex-A7內(nèi)核，主頻最高可以達(dá)到600Mhz，還具有32KB的指令緩存和數(shù)據(jù)緩存和128KB的二級(jí)緩存，其內(nèi)部集成了H.264/H.265/MJPEG/JPEG的多協(xié)議編解碼器，既支持1080p@30fps，而且支持SM@30fps等的多碼流實(shí)時(shí)獨(dú)立編碼；視頻輸入接口支持BT.601，BT.656，BT.1120；支持HDMI接口的高清視頻傳輸。本系統(tǒng)采用CMOS傳感器獲得圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)Hi3516A芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻的實(shí)時(shí)采集與傳輸。最終在PC端等地實(shí)現(xiàn)高清播放。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總框圖如圖1所示。

2 硬件的各模塊設(shè)計(jì)

2.1 圖像傳感器模塊

本系統(tǒng)采用的是索尼200萬(wàn)像素的IMX185的CMOS傳感器，具有高靈敏度和多功能輸出接口（低壓LVDS并行，串行和CSI-2系列）的特點(diǎn)，支持光學(xué)尺寸1/2型全高清，具有高達(dá)120幀/秒的10位A / D轉(zhuǎn)換模式，以及高達(dá)60幀/ s的12位A / D轉(zhuǎn)換模式。完全可以滿足對(duì)1080p的高清圖像的要求。

2.2 電源管理模塊設(shè)計(jì)

電源模塊穩(wěn)定地提供系統(tǒng)所需的電壓和功率是系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵，本系統(tǒng)的電源模塊需提供3.3V，1.8V，1.35V；1.2V和1.1V幾種電源。通過(guò)12V供電，其中，MP1470從12V轉(zhuǎn)5V，為USB模塊供電；MP1471從12V轉(zhuǎn)3.3V，提供整板電源；2塊MP2122從3.3V轉(zhuǎn)1.1V，提供4路CORE電源；2塊TPS79301分別從3.3V轉(zhuǎn)1.8V和1.2V，提供IMX185sensor模塊和HDMI模塊所需電源；MP2162從3.3V轉(zhuǎn)1. 5V/1.35V，提供DDR3控制模塊所需的1.5V/1.35V（本系統(tǒng)DDR3L顆粒需要1.35V供電）。

2.3 存儲(chǔ)模塊電路

2.3.1 DDR3內(nèi)存模塊

Hi3516A的DDRC支持32bit DDR3和16bit DDR3。本系統(tǒng)采用32bit模式，以達(dá)到系統(tǒng)最佳性能，具體選用海力士公司的DDR3L顆粒H5TQ8G63AMR實(shí)現(xiàn)，它具有8GB存儲(chǔ)空間和16bit數(shù)據(jù)總線。電路原理如圖3-5所示，2片內(nèi)存芯片共用地址總線和控制總線，獨(dú)立使用各自數(shù)據(jù)總線。內(nèi)存模塊提供了程序運(yùn)行空間，所有程序代碼在其中運(yùn)行。

2.3.2 FLASH模塊

Hi3516A支持SPI FLASH和NAND FLASH，本系統(tǒng)選擇在這兩種接口下共同實(shí)現(xiàn)。電路原理如圖所示，SPI FLASH模塊采用旺宏電子公司32MB的MX25L25635芯片實(shí)現(xiàn)，該芯片的SPI總線與Hi3516A的SPI FLASH接口對(duì)接。需要注意，在SPI FLASH啟動(dòng)模式下，主芯片釋放復(fù)位信號(hào)后，默認(rèn)從SFC_CS1N引腳控制的FLASH中讀取boot，所以，將該FLASH的CS管腳連接至SFC_CS1N引腳上。NAND FLASH模塊采用鎂光公司容量為64G的MT29F64G08CFABAWP_B芯片實(shí)現(xiàn)，其控制接口直接與CPU相連。

2.4 JTAG接口設(shè)計(jì)

JTAG是一種主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議。其基本原理是在器件內(nèi)部先定義一個(gè)TAP，然后通過(guò)專用的JATG測(cè)試工具測(cè)試器件內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)。JTAG的標(biāo)準(zhǔn)接口有：模塊選擇引腳TMS、時(shí)鐘輸入引腳TCK、數(shù)據(jù)輸入引腳TDI、數(shù)據(jù)輸出引腳TDO。Hi3516A除了具有標(biāo)準(zhǔn)的引腳之外，還增加了可選引腳TRST。本模塊采用的是8針插座的JTAG接口。具體原理圖如下所示：

2.5 USB模塊電路的設(shè)計(jì)

USB是可實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外設(shè)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ糯锌偩€。Hi3516A內(nèi)部集成USB接口控制器，該控制器支持符合USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的高速（480Mbps），全速（12Mbps）和低速（1.5Mbps）數(shù)據(jù)傳輸，并支持USB2.0高速設(shè)備、主機(jī)和OTG模式。因目前USB設(shè)備的普遍性，擴(kuò)展USB接口后系統(tǒng)可以方便掛載各種USB設(shè)備，如USB接口移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備等，還可以為后續(xù)實(shí)現(xiàn)基于USB接口的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸提供可能。本模塊的設(shè)計(jì)采用TI公司的TPS2553DRVR，其支持的輸入電壓為5V。具體USB接口電路原理圖如圖所示。

2.6 HDMI接口設(shè)計(jì)

HDMI（數(shù)字高清多媒體接口）可以同時(shí)傳送最高質(zhì)量的音頻和影音信號(hào)。HDMI的協(xié)議由Sony和Silicon Image等幾個(gè)公司合作開(kāi)發(fā)完成，無(wú)需進(jìn)行A/D或者D/A轉(zhuǎn)換就可傳送無(wú)壓縮的音頻信號(hào)及高分辨率視頻信號(hào)。它采用了由Silicon Image公司發(fā)明的最小化傳輸差分信號(hào)傳輸技術(shù)（TMDS）。本模塊采用的是SiI9022a芯片，它是一款超低耗的HDMI發(fā)送器，與其它芯片相比具有更高的集成度，電源管理特性也更強(qiáng)。同時(shí)采用了CM2020芯片對(duì)其進(jìn)行接地保護(hù)。

2.7 Sensor接口電路

IMX185 Sensor模塊采用的LVDS接口由數(shù)據(jù)信號(hào)組和控制信號(hào)組組成，控制信號(hào)組為SPI通信總線。在接口電路中，把數(shù)據(jù)信號(hào)組和控制信號(hào)組分別接入Hi3516A的MIPI0和SPI0即可。為了保證在Sensor轉(zhuǎn)接頭處也能對(duì)差分信號(hào)包地，每對(duì)差分信號(hào)間都加入地線，將信號(hào)線包圍，如圖11所示。

3 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)研究并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通用的基于Hi3516A的高清視頻圖像采集與傳輸系統(tǒng)?？梢酝瓿梢曨l的輸入與輸出，可以通過(guò)HDMI接口連接到PC端，實(shí)現(xiàn)1080p的高清視頻的傳輸。通過(guò)增加USB模塊，使系統(tǒng)的應(yīng)用范圍得到擴(kuò)展。我們可以在此傳輸系統(tǒng)上增加視頻壓縮算法或圖像處理的算法等，應(yīng)用到醫(yī)療，交通和監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。

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