行车记录仪主控芯片设计及其关键技术研究

摘要

行车记录仪主控芯片作为该系统的核心，其性能的好坏对行车记录仪产品有着直接的影响。当前业界对智慧交通、智能驾驶等相关技术的研究方兴未艾，对行车记录仪主控芯片设计关键技术的研究以及内涵的拓展具有很大的现实意义。
　　本文以行车记录仪主控芯片设计为主要的研究方向，针对该芯片中最为核心的视频编码功能，使用VHDL开发了一个符合H.264协议的视频编码IP核。通过整合自研及开源IP资源，设计并实现了一个具备基本功能的SoC原型。接着，分析和设计了芯片的ASIC实现流程，并对其中的逻辑综合和可测性设计进行了初步实现。最后，通过软硬件平台的设计，构造了一个具备基本功能的原型系统，并参照当前业界的发展趋势对智能视频分析程序设计进行了相应的探索。
　　本文工作的主要成果及创新点体现在如下几点:
　　(1)基于VHDL设计了一个功能完整的符合H.264 Base Line的IP核，并对其中帧内预测、帧间预测、变换编码等部分的算法及VLSI架构的改进进行了探索。此外，采用了双时钟的设计来平衡不同模块对计算速率的要求，以降低功耗。经测试该IP可以在100MHz下实现单通道1080p HD/30 fps视频编码。
　　(2)在IP集成复用设计中，针对H.264 IP高速传输的特点，结合AHB及APB总线的优点进行总线接口设计，将配置寄存器相关的操作使用APB接口实现，将高速数据通信部分交由AHB接口实现，提高了接口的灵活性;将敏捷开发中的测试驱动开发思想引入SoC整合过程中，提高了设计过程的可靠性。
　　(3)在ASIC设计过程中，针对可测性设计中各类常见的影响测试覆盖率的电路结构，本文对其进行归纳并从设计结构改进的角度进行探索，使DFT过程更加可靠。同时结合行车记录仪的应用场合设计了一个简单有效的安全策略以避免重要隐私信息在测试模式下被窃取。
　　此外，本文还对当前智能驾驶领域中智能视频分析(IVA)功能进行了探索，设计了一套初步具备行人分析、车辆分析、智能报警等功能的程序开发包，从而拓展行车记录仪产品的内涵。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 相关产品技术现状

1．3 关键技术及其研究进展

1．3．1 视频编码IP设计技术

1．3．2 IP复用集成设计技术

1．3．3 ASIC设计及实现技术

1．4 论文内容及章节安排

1．4．1 论文主要研究内容

1．4．2 章节安排

第二章 芯片功能设计及相关技术原理

2．1 芯片功能设计

2．1．1 芯片功能需求分析

2．1．2 芯片系统功能设计

2．2 视频压缩编码原理

2．2．1 视频压缩编码技术

2．2．2 视频压缩编码协议

2．2．3 H．264协议原理介绍

2．3 SoC芯片设计原理

2．3．1 RTL级IP核复用设计

2．3．2 逻辑综合与可测性设计

2．3．3 ASIC后端设计验证

2．4 本章小结

第三章 视频编码IP核设计及验证

3．1 视频编码IP核总体设计

3．1．1 IP核系统功能分析

3．1．2 整体硬件架构设计

3．2 视频编码IP核分模块设计

3．2．1 帧内预测设计

3．2．2 帧间预测设计

3．2．3 变换编码设计

3．2．4 熵编码设计

3．2．5 字节流封装设计

3．3 视频编码IP核质量评估

3．3．1 IP核仿真结果分析

3．3．2 IP核图像质量评价

3．3．3 IP核质量对比分析

3．4 本章小结

第四章 SoC集成设计及验证

4．1 SoC总体方案设计

4．1．1 微处理器方案设计

4．1．2 SoC总线架构设计

4．1．3 其他功能模块设计

4．2 SoC整合设计

4．2．1 TDD方案设计

4．2．2 总线接口模块设计

4．2．3 IP复用集成设计

4．3 SoC功能验证

4．3．1 TDD设计方案总结

4．3．2 SoC验证结果分析

4．4 本章小结

第五章 ASIC设计流程及改进

5．1 ASIC实现方案设计

5．1．1 开发环境及EDA工具

5．1．2 ASIC前端设计方案

5．1．3 ASIC后端设计方案

5．2 可测性设计之改进

5．2．1 RTL结构的分析

5．2．2 扫描结构的改进

5．2．3 反扫描保护设计

5．3 ASIC实现结果分析

5．3．1 ASIC实现结果

5．3．2 设计结果分析

5．4 本章小结

第六章 系统功能原型开发

6．1 系统功能原型设计

6．1．1 硬件平台搭建

6．1．2 驱动程序设计

6．1．3 嵌入式系统移植

6．2 智能视频分析IVA程序设计

6．2．1 行人分析模块设计

6．2．2 车辆分析模块设计

6．2．3 区域预警模块设计

6．3 系统功能原型验证

6．3．1 视频压缩功能验证

6．3．2 智能视频分析功能验证

6．4 本章小结

第七章 工作总结与展望

7．1 工作总结

7．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

致谢