基于ARM微处理器的视频信号模拟器的设计与实现图文.docx

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基于ARM微处理器的视频信号模拟器的设计与实现图文

电子测量技术

EI。

E（汀R（N1CMEASUREM[ENTTECHNoLoGY第31卷第7期2008年7月

基于ARM微处理器的视频信号

模拟器的设计与实现*

尹禄陈冰

（海军工程大学电子工程学院武汉430033

摘要:

基于ARM核微处理器￥3C44B（x为核心的视频信号模拟器,是将高性能、低功耗的微处理器S3CA4BOX与

嵌入式实时操作系统}tCos-Ⅱ相接合,利用C语言的优势,添加人机交互方式、图形化界面;使系统具有回波图像逼真、可方便地实现多目标模拟、系统扩展性好等优点。

本文简要介绍了基于微处理器s3C44Box芯片的开发平台,并给出了基于S3CA4BOX开发平台视频信号模拟器的硬件组成及详细的软件流程图,并给出实验结果。

关键词:

ARM微处理器;￥3CA4BOX;视频信号模拟器;C语言

中图分类号:

硼P39文献标识码:

A

DesignandRealizationofvideosignalsimulatorbasedon

ARMmicroprocessor

YinLuChenBing

（CollegeofElectronicEngineering,NavalUniv.ofEngineering,Wuhan430033

Abstract:

ThevideosignalsimulatorisbasedonthechipofS3CA4BOX.MPUS3C44BOX,whichhashighpedormanceandlowconsumedpower,workswithanembeddedreal-timeoperatingsystempCos-II.Itcombinestheman-machineinteractionmodeandgraphicalinterface,andprogramsinClanguage.Thissystemhasmanyadvantages,suchaslifelikeechoimage,expedientlyrealizemanyoSjeetssimulation,extendperformanceallright.ThispaperbrieflydiscussesthecharactersoftheMPUS3CA480XThevideosignalsimulatoriSbasedonthechipofS3CA4BoXhardwarediagramand

theprogramandflowchartofARMhavebeengiven.

Keywords:

删microprocessor;￥3C44B（X;embeddedsystem!

videosignalsimulator

0引言

视频信号模拟器是装备调试、训练、故障诊断中急需的设备,除极少数装备配备了价格不菲的专用视频信号模拟器外,一般装备只有内置的简易信号发生器,功能单一,不能满足要求。

而目前,与现役装备配合使用的视频信号模拟器一般采用单片机实现,但单片机存在精度低、功能简单和显示界面单一等问题,且难以用于实现多目标仿真。

为了克服以上缺点,将基于ARM核的微处理器￥3C44B（x芯片应用于视频信号模拟器,凭借其接口丰富、可运行心/OS-Ⅱ实时操作系统的优势,可大大提高模拟器的性能。

1系统总体设计

视频信号模拟器以基于ARM核的微处理器S3CA4BOX为核心组成。

系统通过开发平台中的扩展模

*基金项目:

国家重点基础研究项目资助（5132102ZZT32块键盘输入参数,系统接受设定的参数后,对参数进行分析运算,确定当前目标属性,结合装备运行参数,产生基本目标回波信号;同时,通过扩展模块LCD液晶屏,将回波信号实时显示;然后根据设定参数,按一定规律综合基本目标回波、背景,形成模拟信号,保存为显示映射图;当触发时钟到来时,依次取出点迹值,经D/A转换后送给下位机,并发送对应的方位编码。

当完成一个扫描周期,系统重复运算一次,更新显示映射图。

2系统开发平台

从硬件设计来讲,构成视频信号模拟器要有丰富的接口,例如:

并行接口、LCD控制器接口、大量I/0口、I/0口扩展、外部中断口和USB接口等。

ARM7TDMI内核的处理器￥3CA4BOX,作为模拟器开发平台的硬件基础。

该平台包括核心模块和扩展模块,集成8MBSDRAM,以保证用户代码可以获得最高性能,1

・67・

万方数据

第31卷电子测量技术

MB线性Flash作为引导ROM。

预留JTAG端口,选择适当的在线仿真器和集成开发环境,可实现各种程序的在线调试。

芯片集成了键盘接口和液晶显示器接口,构成了模拟器的交互处理单元,完成参数录用和参数回显。

系统开发平台如图1所示‘¨。

图1系统开发平台

3系统的硬件设计

视频信号模拟器硬件电路组成框图如图2所示。

在视频信号模拟器的设计中,硬件主要分成3大部分:

信号运算、交互处理,实时数据处理。

图2系统的硬件组成框图

信号运算以三星公司ARM处理器￥3C44BOX为核心组成,主要完成基本目标生成与运动轨迹运算,信号综合和通信管理;交互处理单元以键盘数码管及液晶屏等扩展模块组成,主要完成参数录入、参数回显。

其中,键盘和数码管的状态变化体现在电平的高低变化上,因此采用83C4413（X板的I/o口来实现。

对于液晶屏I上D,￥3CA4B（X内部有一个LCD驱动控制器,能自动产生LCD驱动控制所需的控制信号;运算数据和运算结果通过借助S3C44BOXI/O扩展口设计的接口板与下位机进行交换。

视频信号具有很强的实时性,目前软件运算速度达

・68・不到要求,实时数据处理全部由硬件组成,在接口板中采用IDT7132作为双口RAM,并将其分为a、b2个1KB的缓冲区,分给保存一条视频数据线。

触发时钟作为中断信号,利用￥3CA4BOX中断控制器,当触发脉冲到来时,依次从双口RAM中取出点迹值,经TLC5602-1D/A转换器转换后送给下位机,并发送对应的天线方位编码。

整体电路时序由可编程逻辑器件7128控制。

4系统的软件设计

基于ARM核￥3C44BOX微处理器主要完成目标生成、运动轨迹运算和信号综合。

ARM微处理器支持C语言编程,运算编程有很多经验可借鉴。

由于视频信号具有实时性的特点,保证其实时性,提高运算速度是编程时主要考虑的问题之一。

综合视频数据在微处理器的内存中被分为A、B2个显示映射区,当触发脉冲来I临、中断产生时,其中一个映射区向接口板双口RAM的缓冲区传送数据时,另一个映射区处于运算状态。

由于各方位上的数据运算量差别较大,为了均衡运算量,采用A、B区异步工作的方式。

除响应中断外,s3以4BOX把所有资源都用于数据处理。

软件主程序流程图如图3所示。

开机

系统初始化

tsar、显示处理

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I启动定时器

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I读装备控制信司

读当前目标参数

毋映射区数据运算

AtB映射区信号综合

运算方位指针递增

5K之!

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芝罚轰谕1

5实验结果

图3主程序流程图

按照本文软硬件设计所述,当选择最低级别背景（1个定目标、自动配置目标信息、动目标个数为1（且动目标、定目标不在同一方位时,由接口板隔离接口输出视频信号如图4和图5所示。

图4起始、中间、最终时刻ARM产生的动目标信号

（下转第75页

万方数据

姚荣等:

基于WindowsCE的嵌入式GIS设计与应用第7期

发,通过手持终端向士兵提供及时的地理信息、目标定位

和导航功能,并可作为通信终端为士兵提供实时信息交换

以及共享战场态势,同时为总部提供视频图像信息。

目前,嵌入式GIS的研究和应用正处于一个关键的发

展阶段,嵌入式GIS的实现和应用具有广阔的发展前景,

对我国的经济和国防建设都具有深远的战略意义。

本文

作为嵌入式GIS在军事国防领域的应用有着积极的意义,

同时,随着相关技术的进一步发展,嵌入式GIS必将得到

更为广泛的应用。

[1]

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◆考文献

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IntelCorporation.Intel聊认255ProcessorIeveloper’S

ManualJ删翰ry[z].2004.

作者简介

李玉.嵌入式GIS及其应用[D].郑州:

解放军信息工

程大学,2004.姚荣,1982年出生,江苏张家港人,在王军,何军红,等.基于Xscale和WindowsCE的智能

读工学硕士,主要研究方向为电路与系公交报站器的设计与实现[J].电子测量技术,2008统、嵌入式技术等。

（2:

138—139.E-mail:

yaoronger（孕tom.oDm

汪兵,李存斌,等.幽rC高级编程及其应用开发[M].吴宁,1955年出生,江苏南京,教授、博士生导师,主要北京:

中国水利水电出版社,2005.研究方向为数字系统理论与技术、电子系统集成、专用集

成电路设计等。

（上接第68页

图5起始、中间、最终时刻ARM产生的背景信号

以上输出波形,通道1为ARM产生的视频信号的输出,通道2为1000Hz同步触发脉冲的输出。

通过对图4三幅图像对比可得随着目标运动远离,输出信号位置发生变化、幅度变小,这一现象符合软件设计中对目标亮度随距离变化而变化的设置。

通过图5三幅图像对比可知,在任何时刻背景出现的位置及电压幅度无变化。

在此,本文只给出了简单背景、单一动目标情况下ARM产生的视频信号。

复杂背景、多目标与此原理相同,不重述。

经不同时刻图像对比分析,所得结果与雷达正常工作产生回波情况相符。

因此实验结果证明本文基于ARM微处理器在雷达视频信号模拟器研制中的软、硬件设计是正确的、可行的。

6结论

本设计实现了基于ARM核的￥3CA4BOX的视频信号模拟器。

实验表明,该系统实时性好、性能可靠、实用性强。

此外,其硬件接口采用插板的形式,结构简单,易于装卸。

设计主要创新点是在国内首次采用ARM实现了视频信号的模拟,且具有回波图象逼真、可方便地实现多目标模拟、系统扩展性好、用户界面友好等优点。

参考文献

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作者简介

尹禄,工学硕士,讲师,主要研究方向

为信号与信息处理。

E-mail:

yinlu66（园

・75・]

]

]

]

]

]

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p万方数据

基于ARM微处理器的视频信号模拟器的设计与实现

作者:

尹禄,陈冰,YinLu,ChenBing

作者单位:

海军工程大学电子工程学院,武汉,430033

刊名:

电子测量技术

英文刊名:

ELECTRONICMEASUREMENTTECHNOLOGY

年,卷（期:

2008,31（7

被引用次数:

1次

参考文献（9条

1.田泽嵌入式系统开发与应用教程2005

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8.周晓光.潘延涛基于S3C2440A的嵌入式视频系统设计[期刊论文]-电子测量技术2006（06

9.马魁勇基于FPGA的雷达目标模拟器的设计与实现[期刊论文]-仪器仪表学报2007（06

相似文献（10条

1.学位论文王红燕基于CDMA技术的电力自动抄表系统无线数据终端的研究2008

作为公用事业的电力工业,其产品--电能是一种特殊商品。

电费的管理是与市场竞争密切联系的一个方面,随着电网的不断发展和运行管理方式的商业化,电网电能计费及监控日益显示其重要性。

在电力市场模式下,由于电价每隔一小时或半小时就要发生变化,所以现在广泛采用的人工抄表方式会被淘汰,自动抄表（AutomaticMeterReading,缩写为AMR系统将取而代之。

相比之下,自动抄表系统不但方便、快捷、可靠,而且设备的投入费用较低。

自动抄表技术自八十年代诞生于美国后,直到90年代才被引进到中国。

随着通信技术的不断成熟以及用户对通信质量要求的不断提高,现有的GSM网络不可避免地向3G演变。

在这个过程中,CDMA网络以其覆盖范围广、使用费用低、技术完善、安全可靠性高等优点成为无线通信业务的重要资源。

与GPRS网络相比,CDMA20001X无论是在网络资源还是在速度及稳定性上,都更加适合在电力自动抄表系统中应用。

本论文认真分析了CDMA20001X分组数据网的的原理、嵌入式系统和ARM微处理器,具体阐述了无线数据终端的设计与实现过程。

在设计中,采用了杭州立宇泰电子有限公司的ARMSYS44BOX-P开发板（采用的是Samsung公司的S3C44BOX微处理器作为硬件开发平台,选择内嵌TCP/IP协议栈的AnyDATA公司生产的DTGS-800作为该CDMA终端的无线通信模块,采用嵌入式实时操作系统μC/OS-II作为软件开发平台。

由于μC/OS-II以其免费公开源代码、面向中小型应用、可抢占、多任务以及较好的移植性等突出特点,在各类嵌入式设备中得到广泛应用,所以本文在掌握μC/OS-II操作系统及其内核原理的基础上,将

μC/OS-II系统移植到ARM微处理器上,并通过设计相应任务来完成系统功能测试。

为提高系统的可靠性和可扩充性,主站与无线数据终端之间的通信方式采用CDMA和短信相结合的模式,提高数据传送的可靠性。

2.学位论文张萍uC/OSⅡ在ARM上的移植与系统扩展2004

嵌入式实时操作系统uC/OSⅡ作为一个公开源代码的抢占式多任务的RTOS内核,其性能和安全性可以与商业产品竞争。

自1992年的第一版（uC/OS以来已经有好几百个应用,是一个经实践证明好用且稳定可靠的内核。

嵌入式系统的核心是嵌入式处理器,要求处理速度块,存储容量大,I/O口功能强,功率损耗低,及时响应快等。

其中ARM构架的处理器已在高性能,低功耗,低成本的嵌入式领域里占领先地位。

因而,基于ARM微处理器的uC/OSⅡ的应用前景将十分广阔。

uC/OSⅡ作为一个操作系统,虽然有公开源代码,代码结构清晰明了,组织有条理,可移植性好,可裁剪,可固化,但是,它毕竟非常复杂,因而有必要彻底掌握其在ARM上的移植要点。

本文通过对uC/OSⅡ实时操作系统在S3C44BOX,EasyARM2104,以及StrongARMSA-1100三种不同的ARM处理器上移植,并基于移植过程的对比,分析和总结了嵌入式操作系统uC/OSⅡ应用于ARM微处理器中的若干重要问题。

虽然uC/OSⅡ堪称最著名的实时操作系统,但它毕竟只是一个实时的任务调度及通信内核,缺少对外围设备和接口的支持,如没有文件系统、网络协议、图形界面。

随着嵌入式系统与网络的日益结合,在嵌入式实时操作系统中uC/OSⅡ引入TCP/IP协议栈,以支持嵌入式设备接入网络,成为嵌入式领域重要的研究方向。

目前嵌入式设备上TCP/IP方案有很多种,但面向低端应用的开源嵌入式网络平台还很少见。

因此有必要选择一种合适的嵌入式TCP/IP协议栈,并且无缝连接到uC/OSⅡ中,为其加上网络支持。

本文在uC/OSⅡ已经移植到S3C44BOX的基础上,选择嵌入式轻型TCP/IP协议栈LwIP作为TCP/IP方案,移植到uC/OSⅡ上。

使用的硬件系统为深圳优龙科技的FS44BOXV1.01。

同时,以Micrium公司的uC/GUI为例,在uC/OSⅡ已经移植到S3C44BOX的基础上,为uC/OSⅡ加入用户图形界面接口,扩展了uC/OSⅡ的应用领域。

3.学位论文钟金基于ARM的嵌入式智能人工腿手持控制系统研究与设计2007

智能人工腿是20世纪90年代发展起来的具有高性能的新一代假肢,与普通假肢相比,它能根据外界条件变化和工作要求,自动地调整假肢系统的参数,使其运动自如,工作可靠,因而具有更好的仿生性能。

开展该课题的研究对于帮助腿部截肢者回归主流社会,减轻社会及其家庭负担具有重要意义。

智能人工腿的控制系统由两部分构成,即手持控制系统和腿上控制系统。

腿上控制系统主要用来改变智能人工腿的摆动速度,其中的各种控制参数都是通过手持控制系统来进行设置。

以前研制的智能人工腿,在控制方面存在诸多不足,比如,手持控制系统多采用8位单片机作为处理器,速度慢,功耗大且系统开发难度较大,可扩展性差。

通信方式采用的是串口有线通信,操作不便且容易出故障。

另外,用于控制气缸内针阀开度的腿上控制系统采用的是由步进电机所构成的开环结构,位置精度不高。

针对以上不足,我们在设计智能仿生人工腿CIP-ILeg控制系统时做了如下改进:

第一,选用Samsung公司的基于ARM7TDMI体系结构的微处理器

S3C44BOX作为手持控制系统的CPU,并结合外扩存储器和必要的电路单元构成系统硬件平台。

S3C44BOX高集成度的特点使得系统功耗和体积大大降低,运

行也更加可靠。

第二,通过向S3C44BOX植入实时操作系统μCLinux和相关应用程序构成完整的嵌入式控制平台,在保证手持控制系统稳定运行的同时也大大提升了其可扩展性能。

第三,采用无线红外通信的方式代替传统的串口有线通信,这样既简化操作又确保系统的稳定性。

第四,我们将步进电机改为直流伺服电机,设计了一个具有位置、速度和电流反馈的腿上闭环控制系统,用于控制针阀的开度。

本文所做研究主要是针对CIP-ILeg闭环控制方案设计新型的嵌入式手持控制系统。

通过实验表明,其运行可靠、功耗低且扩展性强,具有较高的应用价值。

4.学位论文刘卫基于ARM架构的嵌入式系统开发平台设计与应用研究2008

嵌入式系统产品开发现已成为IT产业的主流发展方向之一,在不同应用领域的嵌入式系统产品开发中,都涉及到的一个共性关键技术是:

嵌入式系统开发平台的研究与设计。

本文密切结合实际科研项目,采用软、硬件协同设计的研究方法,设计了一套基于ARM微处理器架构的嵌入式系统开发平台,为应用系统的开发者完成了大部分共性的底层设计工作,并针对现代酒店客房管理与控制系统的功能要求,以此平台为基础,开发了一个楼层机控制系统,并成功运用于深圳某国际大酒店的客房控制系统中,验证了本文研发成果的有效性和推广应用价值。

论文首先分析了当前国内外嵌入式系统的研究现状,然后研究了基于S3C44BOX开发板的硬件设计和实现过程,分别给出了电源模块、MCU核心模块、存储器模块、I/O接口模块、通信接口模块、调试以及系统扩展接口等主要模块的设计方法和电气原理图;使用CPLD实现了多功能JTAG调试器,在SDT环境下完成了硬件调试工作;研究了嵌入式操作系统的移植技术,针对VxWorks操作系统下载与应用,开发了适用于S3C44BOX的板级支持包,成功完成了BootRom和VxWorks两种映像的生成和加载;在论文的最后,研究了本平台在酒店客房控制系统中的实际应用方法,设计其作为楼层机的实现方案,讨论了网络通信与控制的工作原理,并给出了主要程序的流程图。

5.学位论文朱世佳基于嵌入式的太阳能智能追光系统设计2009

太阳能是一种清洁无污染的能源,取之不尽,用之不竭,其广阔的发展前景使得太阳能发电成为一个全球瞩目的、具有深远意义的研究课题。

在中国,太阳能资源非常丰富,从其分布来看,西部地区的太阳能年辐射总量很高。

因此,开发好太阳能,对中国的西部开发有着重要的现实意义。

太阳能的利用,有利于世界的环境保护,因此如何更进一步地提高太阳能光伏发电装置的效率,无论是从科技应用的角度,还是从商业开发的角度讲都是目前亟待解决的课题。

然而,太阳能强度和方向不确定性及光照间歇性等特点,给太阳能的收集带来了一定难度。

传统的固定式太阳能采集系统没有充分利用太阳的能量,吸收效率相对较低。

因此,太阳位置自动追踪技术的研究,对提高太阳能的吸收效率,高效、合理地利用太阳能具有重要的研究价值。

本文基于32位ARM微处理器S3C44BOX,设计了一套太阳能智能追光系统。

论文的内容主要包括以下几个方面:

1.研究和分析了目前国内外太阳能追光技术的发展现状,在此基础上提出一种基于嵌入式的两种控制方式结合的太阳能智能追光系统的设计方案。

2.通过对传感器布置方案的比较,确定了最终的传感器部分设计方案,通过实验室测试,实现了实时追光。

3.选择了SamsungS3C44BOX作为核心控制芯片,系统扩展该系统外接4×4键盘和LCD彩色显示器,使系统具有良好的人机交互界面,可以方便地通过键盘对系统进行控制和调整。

4.实现了太阳高度角和方位角,以及日出日落时间的实时计算。

系统将光电传感控制方法与太阳运动轨迹控制方法相结合,通过C语言编程,下载到下位机的FLASH中运行。

5.完成了硬件的连接。

通过控制云台转动,实现了太阳位置的准确追踪,并实施了同步跟踪,从而保证太阳能收集装置获得最大效率的太阳能。

实验调试结果表明,系统工作稳定、实时性好,能够正确完成对太阳光照的跟踪。

同时,文中设计具有控制装置简单,设计合理,成本低,易于实现等特点。

通过试验表明,本系统可以提高太阳能转化成电能的效率。

6.学位论文钟炜基于以太网的电动执行器设计和开发2007

基于以太网的电动执行器是一种既能进行