基于MPC5200的音视频采集系统
[b]摘要[/b]：本文介绍了基于MPC5200的嵌入式音视频采集系统的实现。在硬件方面重点介绍了以MPC5200为主处理器的基本特点和系统的硬件结构，在软件方面重点介绍了驱动程序和应用程序的设计。[b]引言[/b]
视频监控系统是安全防范系统的重要组成部分。在国内外市场上，主要应用的是数字信号控制的模拟和数字视频监控系统。前者技术经历了基于微处理器的视频切换控制加PC的多媒体管理类型和基于PC实现对矩阵主机的切换、控制和对系统的多媒体管理两个阶段；后者技术经历数字监控录像系统和嵌入式视频Web服务器方式两个阶段。目前，视频监控系统正处在数控模拟系统与数字系统混合应用，并将逐渐向数字系统过渡的阶段。今后，视频监控发展的两个特点就是数字化和网络化。
[b]基于MPC5200的音视频采集系统硬件设计
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[b]MPC5200简介[/b]
MPC5200集成了高性能的 603e G2_LE核和带有DMA单元的输入/输出子系统，因此，MPC5200可以独立于603e G2_LE 核响应外部中断,并且提供底层外设管理、协议处理、外部数据移动的功能。
MPC5200支持双外围总线结构，包括：SDRAM 总线；多功能LocalPlus总线。
嵌入式603e G2_LE核: 该内核是PowerPC 超标量体系结构，MPC5200有16KB的指令缓存、16KB的数据缓存、浮点单元、数据缓冲内存管理单元、指令缓冲内存管理单元、Critical中断、MMU额外带有16个寄存器和1KB的页面管理。
Bestcomm 输入/输出子系统:包括可编程串行控制器、10/100M以太网控制器、通用串行总线、I2C 接口、串行外围接口、MSCAN接口。
系统接口单元 (SIU) ：集成了最常见的系统接口和信号，即片选信号、中断控制器、计数器、常用输入/输出口、实时时钟。
SDRAM 控制器和LocalPlus总线：MPC5200有一个高速的SDRAM控制器，该控制器支持单数据速率、双数据速率的SDRAM器件, 工作频率最大可到132MHz，32位数据线。LocalPlus总线用来连接BOOT ROM、SRAM、Flash、外围器件、ATA和PCI设备，有两种操作模式：非复用数据接入模式和复用数据接入模式。
[b]总体设计[/b]
基于MPC5200的音视频采集处理系统实现了4路音频和视频的采集复合、MPEG-4压缩、硬盘的本地存储、网络传输等功能。系统主要包括音视频采集复合压缩、MPC5200的基本系统、硬盘存储和网络接口。系统通过音视频采集复合压缩模块完成4路音频和视频的MPEG-4压缩，压缩后的MPEG-4数据通过系统提供的ATA接口完成本地硬盘存储，利用系统提供的以太网接口实现数据的网络传输。
基于MPC5200的音视频采集处理系统的硬件结构如图1所示。除MPC5200外，各模块设计说明如下：
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图1 基于MPC5200的音视频采集处理系统的硬件结构
5V变换逻辑并为USB和以太网分配引脚： 由于本设计中ATA、CAN接口是5V，MPC5200是3.3V，所以需要在连接的时候加入5V转换器件74LVXC3245。在USB和以太网的引脚分配上，考虑到系统功能的可扩展性，外接SN74CBTLV3384开关芯片，使这些引脚可以作为普通的输入/输出口。
音视频采集复合压缩：4路SAA7114完成视频采集,每路视频为8位数据，通过2片MC4558和1片IDT821024完成4路音频采集。4路视频、4路音频通过1片型号为XC2S200-PQ208的FPGA转化为IME6400所需要的1路16位视频数据、1路音频数据。IME6400是一款支持MPEG-4标准的芯片。FPGA和IME6400都需要和32MB的SDRAM（型号为K4S643232C）相接，完成音视频数据的缓冲和保存。IME6400和MPC5200之间的连接采用同步突发模式一，IME6400作为MPC5200的外部设备被统一编址。本设计将A[1：5]连接到IME6400的地址线Ha[0：4]，用74LVXC3245将A[6：21]转化为IME6400的数据线Hd[0：15]。
硬盘存储和网络接口 ：MPC5200自身带有ATA控制器，本设计的ATA接口是5V的，LocalPlus总线的CS4、CS5分别对应ATA的CS0、CS1，采用74LVXC3245把A[0：15]转化为ATA的数据信号线ATA_5V_DD[0:15],把A[16:18]转化为ATA的地址信号线ATA_5V_DA[0:2]。MPC5200自身带有以太网控制器，通过连接LXT971，提供RJ45以太网接口。
MPC5200的基本系统是由24位地址/8位数据的8MB AM29LV0652D Flash（利用74LVT04、74LVT32产生的片选和读写逻辑可以将Flash扩展成16MB、13位地址/32位数据的64MB MT48LC16M16A2、PSC1口通过MAX3233E实现RS-232功能。
扩展丰富的接口：MPC5200带有PCI控制器，提供33MHz、32位、3.3V的PCI 连接器，这样就可以在系统中连接成熟的、基于PCI接口的3.3V或者3.3V/5V兼容的视频采集卡。MPC5200带有USB控制器，通过外接电源管理芯片MIC2025和USB收发芯片ISP1107DH扩展USB接口，这样可以方便用户提取和保存监控系统中的重要数据。 MPC5200带有CAN控制器，通过外接TJA1050T可以提供CAN接口，这样可以方便地把系统连入基于CAN总线的系统中，MPC5200系统的PSC3可以作为普通的输入/输出口，这样可以方便地接入外部开关量，本系统包括两个开关输入量和两个开关输出量；MPC5200通过I2C接口连接256B的E2PROM（PCF8582C），在E2PROM中保存串口波特率、IP地址、MAC地址等信息。
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图2 软件总体框图
本系统中音频采集时钟是2.048MHz、视频采集时钟是24.576MHz、FPGA和IME6400的时钟是27MHz、MPC5200的时钟是33MHz ，内核频率264MHz ,RTC的时钟是32.768KHz、以太网LXT971的时钟是25MHz。
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