嵌入式多CPU视频监控系统硬件设计与实现

摘要

嵌入式系统以其集成度高、体积小、成本低、速度快、可靠性强及稳定性高等特点在电力行业里得到越来越广泛的应用。视频监控系统经历了本地模拟信号监控系统，PC插卡的数字监控系统，嵌入式技术的网络数字监控系统等发展过程，现在正向前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化的方向发展。变电站无人值班是当今电网调度自动化发展的趋势，如今变电站综合自动化系统已经实现了“遥测、遥信、遥控、遥调”的四遥功能，但是仅依赖这“四遥”还不能完全满足变电站无人值班的安全要求。本文提出将嵌入式视频监控系统应用于变电站综合自动化系统中，使得“遥视”成为传统“四遥”的有力补充和变电站安全运行的必要设施，真正实现变电站的无人值班运行。 本文首先阐述了目前视频监控系统的发展现状及趋势，根据实际变电站视频监控系统的具体需求，设计了基于TMS320dm642的嵌入式视频监控系统的硬件系统，然后对硬件系统的各部分的功能与接口原理以及其中重要的功能器件进行了详细的介绍分析，主要涉及到器件的选型、视频接口设计、网口设计等，尤其阐述了双CPU结构的思想，并详细介绍了两个CPU的通讯方式及硬件接口设计。 本文还简要介绍了高速PCB设计的相关理论，并对硬件电路板PCB高速信号线部分信号完整性问题进行了仿真分析，在设计中充分考虑了系统的抗干扰性，保证了电路板的信号完整性，提升了硬件系统的整体性能。 最后还对相关软件进行了简要的介绍。让整个系统进行了联网测试，测试结果表明系统能够正常工作，初步达到设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1视频监控系统现状分析

1.2.2基于DSP的嵌入式视频监控系统发展分析

1.3论文主要工作

第2章系统整体方案设计

2.1系统需求分析

2.1.1变电站遥视系统的功能

2.1.2主要监控对象

2.1.3变电站网络传输方式

2.1.4系统设计要求总结

2.1.5系统主要技术指标

2.2主要模块芯片的选型

2.2.1数字信号处理器(DSP)的选型

2.2.2 TMS320DM642特点

2.3多CPU通讯方式的选择

2.4远程视频监控系统总体框架

2.5视频采集端硬件结构

第3章硬件各模块详细设计

3.1 DSP模块基本设置

3.1.1时钟设置

3.1.2 BOOTMODE的选择

3.1.3外设复用的设置

3.1.4 EMIF外部时钟输入

3.2外部存储器模块

3.2.1 DM642 EMIF接口简介

3.2.2 SDRAM接口设计

3.2.3 FLASH接口设计

3.2.4双口RAM接口设计

3.3 EMAC模块

3.3.1 DM642片内以太网通讯模块

3.3.2 DM642片外网络接口模块

3.4电源及复位模块

3.4.1电源模块

3.4.2复位及电压监控电路

3.5视频解码模块

3.5.1视频解码芯片选择

3.5.2 DM642视频端口(VP)及工作原理

3.5.3 I2C总线

3.5.4视频解码模块的电路设计

第4章PCB设计与信号完整性分析

4.1高速电路PCB设计概述

4.1.1高速电路的概念

4.1.2现代PCB的设计方法

4.1.3 PCB叠层分析

4.2信号完整性仿真方法

4.2.1信号完整性概述

4.2.2仿真软件介绍

4.2.3 IBIS仿真模型

4.3信号完整性分析与仿真

4.3.1反射形成原理

4.3.2阻抗匹配与端接方案

4.3.3端接技术仿真分析

4.4 PCB设计调试总结

4.4.1 PCB元件布局

4.4.2电源和地的处理

4.4.3高速时钟信号的走线

4.4.4调试经验总结

第5章系统软件概述

5.1 DM642开发工具概述

5.1.1 DM642开发环境CCS

5.1.2 DSP／BIOS简介

5.1.3芯片支持库(CSL)

5.1.4硬件仿真器

5.1.5 DSP的开发流程

5.2 PC监控软件概述

5.3视频板与PC机联网通讯测试

结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表学术论文

附录1单CPU视频版的实物图

附录2整个监控系统调试运行环境

附录3单CPU视频版的原理图