基于ARM9的CMOS图像采集系统的设计
基于裸机开发的软件设计方案的优势有：
? 专用性好，可以按照需求充分的发挥硬件性能，程序的利用效率高。
? 运行程序的稳定性较强，对程序的修改检测相对容易，在好的网络环境之中能
够得到更好的效果。 缺点有：
? 代码可移植性不好，基于裸机的开发，代码都是硬件相关的，开发费时费力，
成本高。
由于本设计是在外部的环境相对的稳定的情况下进行的，对系统的界面没有较高的要求，为了提高系统的稳定性，以及效率，降低系统的功耗，降低开发的复杂性，选择了基于裸机的软件设计。
2）网络传输协议的选择
目前网络的数据传输有两种主要的传输协议TCP/IP协议和UDP协议，其中TCP提供IP环境下的数据可靠传输，它提供的服务包括数据流传送、可靠性、有效流控、全双工操作和多路复用。通过面向连接、端到端和可靠的数据包发送。而UDP则不为IP提供可靠性、流控或差错恢复功能。
但是在网络环境相对较好，对数据传输的速度要求相对相对较高的情况下，UDP具有TCP所望尘莫及的速度优势。虽然TCP协议中植入了各种安全保障功能，但是在实际执行的过程中会占用大量的系统开销，无疑使速度受到严重的影响。而UDP由于排除了信息可靠传递机制，将安全和排序等功能移交给上层应用来完成，极大降低了执行时间，使速度得到了保证。
由于本设计的应用场合主要是在网络环境相对较好的实验室，办公楼，销售中心等，而这些地方对图像传输的速度要求较高，基于这种考虑本设计在数据网络传输上决定应用UDP协议进行图像数据的传输。
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基于ARM9的CMOS图像采集系统的设计
4系统硬件电路设计
4.1最小系统设计
4.1.1处理器单元 1）处理器选择
ARM既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名称。1991年ARM公司成立于英国剑桥，是一家专门从事基于RISC技术芯片设计开发的知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产。全球各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场[4]。
ARM微处理器具有体积小、低功耗、低成本、高性能的特点，它支持ARM(32位)/Thumb(16位)双指令集，大量使用寄存器完成数据操作，指令执行速度更快，支持各种实时操作系统。
ARM微处理器包括以下几个系列：ARM7系列，ARM9系列，ARM9E系列，ARMl0E系列，Xscale系列和StrongARM系列等。其中，ARM9系列微处理器具有高性能和低功耗的优势，主要应用于仪器仪表、安全系统、无线设备、数码相 机、高端打印机等领域。
通过对系统的体积、集成度、功耗、性价比等因素的综合考虑，最终选取了Samsung公司的ARM9处理器S3C2440作为本系统的CPU。S3C2440处理器为整个系统的处理控制的核心，负责整个系统协调以及运行，S3C2440的主要任务有：负责与图像采集模块的通信以及采集图像、与显示系统通信将图像显示在液晶屏上，与以太网传输模块进行通信，使采集到的图像数据能够传给PC终端保存。
2）处理器原理 1．存储控制单元
S3C2440A具有强大的存储控制单元，为用户扩展外部存储器提供存储访问控 制功能。S3C2440A重启后的存储空间映射如图图4.1所示[5]。
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基于ARM9的CMOS图像采集系统的设计
OM[1:0]=01,10Boot InternalSRAM(4KB)SROM/SDRAM(nGCS7) 0x3800_0000SROM/SDRAM(nGCS6) 0x3000_0000SROM(nGCS5) 0x2800_0000SROM(nGCS4) 0x2000_0000SROM(nGCS3) 0x1800_0000SROM(nGCS2)0x1000_0000SROM(nGCS1)0x0800_0000SROM(nGCS0)0x0000_0000Boot InternalSRAM (4KB)128MBSROM(nGCS1)128MBSROM(nGCS2)128MBSROM(nGCS3)128MBSROM(nGCS4)128MB1GB HADDR[29:0]AccessibleFegionSROM(nGCS5)128MBSROM/SDRAM(nGCS6)2MB/4MB/8MB/16MB/32MB/64MB/128MBOM[1:0]=00SROM/SDRAM(nGCS7)2MB/4MB/8MB/16MB/32MB/64MB/128MB 0x4000_0000[Not using NAND flash for boot ROM][Using NAND flash for boot ROM]
图4.1. S3C2440存储空间映射
如上图所示，S3C2440A内部寻址空间为1GB，分为8个不同的固定区域，称为Bank，每个bank大小为128MB。其中bank0至bank5供ROM、SRAM使用，bank6、bank7供ROM、SRAM和SDRAM使用。每个bank对应一个nGCS片选信号，可通过使能nGCS信号以决定哪个bank被访问。本系统的内存使用SDRAM，选择地址从0X30000000开始的128MB空间(即bank6)作为内存的寻址空间，CPU的片选信号nGCS6与SDRAM的片选信号nCS相连接。Bank0作为引导Bank(Booting ROM Bank)，装载保存在ROM中的引导程序，Bank0的总线宽度由OM[1:0]管脚的逻辑电平确定，如表4.1所示。
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基于ARM9的CMOS图像采集系统的设计
表4.1 Bank0 数据总线宽度配置表
OM1(Operation Model) OM0(Operation Mode0) Booting ROM Data Width
0 0 Nand Flash Mode 0 1 16．bit 1 0 32．bit 1 1 Test Mode
由于本系统的启动ROM选用了Nand Flash，所以应当将OM[1：0]管脚逻辑设置为00。硬件实现的方法是将OM1和OM0两个管脚通过下拉电阻接地。
为了支持Nand Flash启动，S3C2440A在Bank0中配备了一块4KB大小的内部SRAM缓存，称作“Steppingstone”。在启动过程中装载Nand Flash的前4KB引导代码，载完成后执行引导代码。引导代码将会把Nand Flash中的内容拷贝到SDRAM里面。拷贝完成后主程序将会在SDRAM中执行。
在重启过程中，Nand Flash控制器通过读取四个管脚（NCON，GPG[15：13]）的 态获得Nand Flash的信息。Nand Flash存储器配置如表表4.2所示。
表4.2 Nand Flash存储器配置表
NCON
（NAND flash选择） GPG13（页容量） GP1G4（地址周期） GPG15（总线带宽） 0：标准 NAND 0： 256字节 0：3个 0：8位 1： 512字节 1：4个
1：高级 NAND 0：1K字节 0：4个 1：16位 1：2K字节 1：5个
本系统中NAND flash的页容量512字节，地址周期为4个，总线带宽8位，因此NCON、GPGl3、GPGl4、GPG 15四个管脚逻辑设置分别为0、1、1、0。硬件实现的方法为，逻辑“0”用下拉电阻接地，逻辑“l\用上拉电阻接3.3V。
2. CAMIF单元
S3C2440A的CAMIF(Camera Interface，摄像机接口)单元由七部分组成：图形多路选择器(pattern mux)，捕获单元(capturing unit)，预览缩放器(preview scaler)，编码缩放器(codec scaler)，预览DMA(preview DMA)，编码DMA(codec DMA)、SFR(Special Function Register，特殊功能寄存器)。
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基于ARM9的CMOS图像采集系统的设计
CAMIF支持ITU．R BT．601／656数字视频标准的8位YCbCr视频格式。最大 输出尺寸为4096×4096像素。
图像传感器采集到的数据经过捕获单元处理分别送往两个图像缩放器：预览缩放器和编码缩放器。预览缩放器用于产生比图像更小的RGB格式的图像，如PIP(Picture In Picture)；编码缩放器产生用于编码的图像，如YCbCr4：2：0或4：2：2，用于MPEG．4，H．263等格式的编码。
两个图像缩放器各连接一路DMA通道：P．通道(预览通道)和C．通道(编码通道)，两条通道分别连接到AHB总线上。由于DMA方式可以通过系统总线直接将数据送往内存，而不过分依赖CPU，因此大大节省了系统资源，提高了数据的读取速度。而且两路主DMA能够在运动环境下进行捕获图像的镜像和旋转，这些特性非常适合在移动手持设备中使用。通过设置CAMIF的内部寄存器能够使视频同步信号和像素时钟信号的极性翻转，也可以单独关闭预览通道和通道。 CAMIF管脚与图像传感器的对应接口相连接，管脚的信号描述如表4.3所示。
表.4.3 CMIF信号描述
名称 I/O 描述
CAMRESET O 软件控制图像传感器重启或断电 CAMCLKOUT O 提供给图像传感器的主时钟 CAMHREF I 水平同步，由图像传感器提供 CAMVSYNC I 帧同步，由图像传感器提供 CAMPCLK I 像素时钟，由图像传感器提供 CAMDATA[7：0] I 像素数据，由图像传感器提供
4.1.2存储器系统设计 1）存储器选择
系统的存储空间按作用分为程序保存空间、程序运行空间。程序保存空间是二进制代码的存储空间，它要求在系统掉电之后数据不丢失，本系统选用了Flash存储器；程序运行空间是二进制代码的执行空间，要求运行速度快，本系统选用的是SDRAM。
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