基于TMS320DM365的网络摄像机底层软件应用
本设计决定选用行业内较为成熟的TI公司DaVinci设计框架。该设计方案集成了ARM和DSP两个部分，这种设计结构将系统中的图像处理模块和摄像机控制模块结合起来。
文中将描述基于TMS320DM365网络摄像机的底层程序，包括了系统的内核、驱动、启动程序等，摄像机系统基于DaVinci框架。整个硬件基础可以参考之前发表的文章《基于TMS320DM365的网络视频监控系统》。
1 DaVinci框架下的网络摄像机结构
1．1 DaVinci框架简介
DaVinci(达芬奇)框架是一套由TI公司提出的集成了DSP处理器、软件、工具的综合型解决方案系列，非常适合用于开发各类数字视频终端设备，包括了数字音频、视频、成像、视觉应用等。该技术的目的是让开发厂商能够更轻松、更快速地开发各种低成本的创新型数字视频产品。Davinci技术系列组件，其中不仅包括了相应的处理器、软件、工具，还提供一系列的解决方案和技术支持等。由于基于DaVinci框架下设计出的产品之间兼容性和共通性很高，所以很多大型的公司也乐于使用TI的DaVinci解决方案，以增加自身产品在周边行业内的兼容性。并且DaVinci框架拥有一套全方位的软件支持，提供了下至一般的操作系统驱动，上至应用程序接口API，甚至DSP的编码程序也是作为一个固有程序包，集成在BIOS和Code Server中。
1．2 DaVinci硬件基础
作为底层驱动软件的基础，这里需要详细对DaVinci框架的硬件结构进行描述。DaVinci数字视频处理芯片是整个DaVinci技术框架的的核心，其最大特点为整个处理芯片集成了ARM和DSP两种核心，实现了两种核心的并行工作和通信机制。TMS320DM365作为DaVinci技术框架下的一款新型芯片，也和之前系列芯片拥有相同的系统，一个通用的DaVinci系统结构如图1所示。
DSP即数字信号处理器，其主要特点就是能够进行大量的乘加运算，拥有高速计算能力，并且DSP的数据和程序分离存储，这样充分利用了所有线宽，进一步加速了DSP的处理速度，在数字摄像机中DSP专门用于计算量庞大的图像处理算法。DSP其功能包括了VPSS(Video Process ing Subsystem)和VICP(Video Image Collaborative Processer)两个部分。视频处理系统VPSS是DM365的视频信号采集模块，与其他摄像机控制芯片相比，最显著的特点是DM365带有一个ISIF模块，可以直接获取CCD和CMOS的输出图像。相较于一般图像处理芯片需要先一步进行A ／D处理，DM365能更加快速地获取图像信号。视频／影像协处理器(VICP)作为DM365芯片中DSP部分的主体，主要功能是视频图像的压缩算法，一般使用的H．264压缩方式，其中还包括了运动补偿、对象识别等算法，这些图像处理算法占整个系统运算量的600％～80％。
ARM处理器尽管没有DSP那么快速的图像处理速度，但是ARM较大的程序存储量和迅速的任务切换能力，使得它适合复杂的、多线程的任务调控，支持实时的操作系统。ARM子系统管理和协调芯片内其他功能模块的工作，采用流水线的工作方式执行系统控制任务，例如系统的初始化、参数配置、电源管理和用户功能等。
两者之间的通讯方式如图2所示，芯片中ARM可以访问DSP的片内存储器，包括L2RAM和L1 P／D，DSP也可以访问ARM的片内存储器，并且ARM和DSP共享DDR2和AEMIF，其中AEMIF是指异步的外接存储器接口(Asynchronous External MemoryInterface)。因此通常情况下ARM只需要将处理数据的地址指针传递给DSP，而不需要大量的数据传输。系统中的DSP和ARM通过2个内核相互中断实现通信，ARM使用DSP的4个通用中断和1个不可屏蔽中断来控制DSP；而DSP通过两个中断来中断ARM。DSP的电源、时钟、复位都是由ARM进行控制。
2 网络摄像机的软件结构
由于DaVinci系统双处理核心的硬件结构，整个DaVinci的软件框架也类似于硬件框架分为ARM核心的软件和DSP部分的软件。整个软件框架图如图3所示，ARM内核中的软件主要为操作系统、驱动和应用层面的软件，DSP内核里运行音视频编解码算法处理，ARM通过TI的Codec Eng ine机制调用DSP完成编解码。
在DSP部分，软件由最底层的DSP／BIOSTM内核，内核上层是Codec engine，用于和ARM端的Linux通信，最顶层是图像处理箅法。针对图像处理算法，DaVinci框架提供了数字信号处理算法接口标准(XDAIS)和针对流媒体的XDM。所有符合XDAIS和XDM标准的图像处理算法包都可以被用于DaVinci的DSP中。并且在XDAIS和XDM中也包括了一套流程完整的基础的图像处理算法，用户可以按照其标准进行修改，或者自行重新开发。再加上由第三方开发的符合XDM标准的软件包，地丰富了整个DSP图像处理软件部分的资源。
ARM部分的软件系统使用基于Linux的嵌入式软件系统，软件结构如图4所示。整个系统基于Linux的实时操作系统，在Linux上需要加入文件系统、图形用户接口和任务管理，最顶层是应用层面的软件，在应用软件中DaVinci系统只提供常用的API。
Linux实时操作系统中，应用程序、引导加载程序(Boot Loader)、驱动程序(Driver)和操作系统(Operating System)的内核镜像都是相互独立的，可以单独编译修改。只要符合各个部分特有的接口和程序存放位置，就能被整个系统识别并且调用。引导程序是UBL和u-boot，用于初始化硬件系统，引导Linux操作系统的加载，完成内核文件加载后，将控制权交给操作系统。操作系统的内核镜像uImage，是一个基础的操作系统平台，调用驱动程序和应用程序，实现多线程机制，完成了系统调用等工作。驱动程序和应用程序是事先存储在操作系统特定文件夹内的，被操作系统Linux按顺序调用，开发者可以根据自己的需要自行修改。Linux内的文件系统主要提供内核中所有文件的存储、检索和更新等功能，同样包括了驱动程序和应用程序的文件操作。一般不提供保护和加密等安全机制。文件系统通过调用和命令方式提供文件的各种操作，主要包括设置、修改对文件和目录的用户权限；提供针对目录的创建、修改和删除等功能；提供针对文件的创建、打开、读写、关闭和撤销等功能。
对于应用层面的开发而言，并不需要考虑DSP部分的图像处理实现算法，直接将DSP部分作为一个黑箱进行处理，通过图像服务接口，从ARM部分通过语句进行调用。图像服务的接口提供了用户调用DSP中的图像处理程序的接口，整个服务接口使用Codec中间框架系统。Linux端的程序通过Codec引擎访问DSP处理器中的Codec Server。整个Codec框架包括了多种API和SPI，从软件角度可以看做是一个介于应用程序和DSP中图像处理算法之间的接口，如图5所示。这样ARM端的应用程序开发者，可以不用去考虑DSP中复杂的音视频算法。
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