基于arm的視頻音頻處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)-硬件與視頻采集斷層

基于arm的視頻處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)_硬件與視頻采集摘要開發(fā)平臺(tái)是GEC6818開發(fā)板，核心板使用了多層板相接的設(shè)計(jì)，能保證運(yùn)行代碼功能時(shí)穩(wěn)定可靠?？梢源罅坑糜陂_發(fā)現(xiàn)代科技科技產(chǎn)品，例如高端平板電腦、POS機(jī)、互動(dòng)平臺(tái)機(jī)、智能監(jiān)控設(shè)備等多種領(lǐng)域。開發(fā)板上搭載了八核處理器S5P6818，兼?zhèn)渲荂ortex-A53系列高性能芯片的功能。使用時(shí)最高主頻能夠達(dá)到1.4GHz，可滿足開發(fā)人員應(yīng)用于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)以及驅(qū)動(dòng)開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)是人們自由控制、實(shí)現(xiàn)某些功能的要求，集成相對(duì)應(yīng)的os和功能軟件計(jì)算機(jī)里面，讓項(xiàng)目軟件與硬件一體化?！，F(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用于多個(gè)場(chǎng)景，包括控制工業(yè)、農(nóng)業(yè)融合過程、通訊設(shè)備、測(cè)試儀器、無人駕駛汽車、船、飛機(jī)、火箭、軍事裝備、消費(fèi)類產(chǎn)品等多個(gè)場(chǎng)景。市面上有很多已經(jīng)做好的攝像頭和錄制聲音的儀器，它們并不能靈活地用到人們想用到的場(chǎng)景，不能完全做到自定義的監(jiān)控、錄制視頻音頻的情節(jié)。嵌入式的視頻音頻采集系統(tǒng)可用于國(guó)防、醫(yī)療器件、家庭安全等等的場(chǎng)景，自由度極高，可以方便個(gè)人自定義錄制視頻音頻的情況。多媒體通信技術(shù)的快速發(fā)展為信息大爆炸的21世紀(jì)提供了豐富的信息傳輸方式，視頻傳輸、音頻采集及其傳輸系統(tǒng)是其中不可或缺的重要組成部分。關(guān)鍵詞：GEC6818開發(fā)平臺(tái)，軟件與硬件一體化，視頻、音頻采集DesignofVideoProcessingSystemBasedonarmHardwareandVideoAcquisitionAbstractThedevelopmentplatformistheGEC6818developmentboard.Thecoreboardusesamulti-layerpanelconnectiondesigntoensurethatthecodefunctionisstableandreliable.Itcanbeusedtodevelopmoderntechnologyproducts,suchashigh-endtablets,POSmachines,interactiveplatformmachines,smartmonitoringdevicesandotherfields.Thedevelopmentboardisequippedwithaneight-coreprocessorS5P6818,whichalsofeaturesSamsungCortex-A53serieshigh-performancechips.Themaximumfrequencyusedcanreach1.4GHz,whichcanbeusedbydevelopersforapplicationdevelopmentanddrivedevelopmentofembeddedLinuxoperatingsystems.

Embeddedsystemsaretherequirementsforpeopletofreelycontrolandimplementcertainfunctions.TheyintegratethecorrespondingOSandfunctionalsoftwarecomputerstointegrateprojectsoftwareandhardware.And...Ithasnowbeenusedinmultiplescenarios,includingcontrolofindustry,agriculturalfusionprocesses,communicationsequipment,testinstruments,unmannedvehicles,ships,aircraft,rockets,militaryequipment,consumerproductsandmanyotherscenarios.Therearemanycamerasandrecordinginstrumentsthathavebeenmadeonthemarket.Theydonotflexiblyusethescenesthatpeoplewanttouse.Theycannotfullyimplementcustommonitoringandrecordingvideoandaudioplots.Theembeddedvideoaudiocollectionsystemcanbeusedforscenessuchasnationaldefense,medicaldevices,homesecurity,etc..Thedegreeoffreedomisextremelyhigh,anditisconvenientforindividualstocustomizetherecordingofvideoaudio.Therapiddevelopmentofmultimediacommunicationtechnologyhasprovidedrichinformationtransmissionmethodsforthe21stcenturyoftheinformationexplosion.Videotransmission,audioacquisitionanditstransmissionsystemareindispensablecomponents.

Keywords:GEC6818developmentplatform,softwareandhardwareintegration,video,audiocollection前言嵌入式系統(tǒng)是廣泛存在于我們身邊的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的起源要追朔到60年代晚期，最初被用于控制機(jī)電與電話交換機(jī)，現(xiàn)如今在軍事國(guó)防領(lǐng)域、醫(yī)療儀器、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電子商務(wù)、智能儀表、通訊交通、消費(fèi)電子類產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域都有其身影。其為特定應(yīng)用開發(fā)，完全嵌入至控制的設(shè)備之中，成為21世紀(jì)各種高新科技產(chǎn)品的重要組成部分。嵌入式設(shè)備在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)沒有操作系統(tǒng)，其主要原因是：第一，諸如電吹風(fēng)、烤箱、煲水壺這樣的設(shè)備所要求的控制程序比較簡(jiǎn)單，只需實(shí)現(xiàn)對(duì)少量的按鈕、指示燈、蜂鳴器的管理，沒有達(dá)到使用操作系統(tǒng)的必要行;第二，此類用電設(shè)備僅有的硬件資源，并不足以支持一個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)的運(yùn)行。隨著科技的迅猛發(fā)展，產(chǎn)品進(jìn)步也日新月異，嵌入式系統(tǒng)漸漸復(fù)雜化，功能逐漸多元化，許多傳統(tǒng)的流程控制就像原始工具般亟待改進(jìn)。終于，在70年代末期，嵌入式操作系統(tǒng)(EmbeddedOperatingSystems)出現(xiàn)了，嵌入式操作系統(tǒng)的出現(xiàn)實(shí)際上是一場(chǎng)技術(shù)上的“解放運(yùn)動(dòng)”，在應(yīng)用開發(fā)上實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化，深化了軟件質(zhì)量以及大大提升了開發(fā)效率。美國(guó)IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，即電子技術(shù)與信息科學(xué)工程師協(xié)會(huì))最早對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行定義：“AnEmbeddedComputerSystemispartofalargersystemandperformssomeoftherequirementsofthatsystem;forexample,acomputersystemusedinanaircraftorrapidtransitsystem.”中文翻譯是“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是大型系統(tǒng)的一部分，是執(zhí)行該大型系統(tǒng)的必要條件，例如，用于飛機(jī)快速運(yùn)輸系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。”對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，為什么要把Linux系統(tǒng)移植燒寫到嵌入式設(shè)備里面呢？因?yàn)?。Linux植入嵌入式設(shè)備具有諸多優(yōu)勢(shì)，首先，Linux系統(tǒng)是開源的，對(duì)于有開發(fā)自己項(xiàng)目需求的廣大人員而言，開發(fā)上非常便利。并且Linux系統(tǒng)與大部分的Unix系統(tǒng)互相兼容，這對(duì)于程序的開發(fā)移植無疑是極大的優(yōu)勢(shì)。由于具有很好的可移植性和可裁剪性，可以通過linux平臺(tái)把相應(yīng)的軟硬件移植到每個(gè)行業(yè)的機(jī)械中，用以解決如工業(yè)控制、交通運(yùn)營(yíng)管理、信息家電管理、家庭智能監(jiān)控系統(tǒng)、電子商務(wù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和機(jī)器人控制等多個(gè)領(lǐng)域的各種問題。若把Linux系統(tǒng)移植燒寫到嵌入式設(shè)備里面，能讓開發(fā)者使用更好方便簡(jiǎn)潔，開發(fā)程序流程簡(jiǎn)便，減少煩惱。本設(shè)計(jì)采用的開發(fā)平臺(tái)是GEC6818開發(fā)板，核心板使用了多層板相接的設(shè)計(jì)，能保證運(yùn)行代碼功能時(shí)穩(wěn)定可靠?？梢源罅坑糜陂_發(fā)現(xiàn)代科技科技產(chǎn)品，例如高端平板電腦、POS機(jī)、互動(dòng)平臺(tái)機(jī)、智能監(jiān)控設(shè)備等多種領(lǐng)域。開發(fā)板上搭載了八核處理器S5P6818，兼?zhèn)渲荂ortex-A53系列高性能芯片的功能。使用的最高主頻能夠達(dá)到1.4GHz，可滿足開發(fā)人員應(yīng)用于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)以及驅(qū)動(dòng)開發(fā)。能進(jìn)行ARM微處理器系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Linux開發(fā)、嵌入式Android系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式Android應(yīng)用開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)開發(fā)等工程中。本項(xiàng)目硬件所要需要完成的事項(xiàng)：在CPU芯片的內(nèi)部，整合進(jìn)所需的外圍器件。而軟件上需要完成的事項(xiàng)是：將向定制的操作系統(tǒng)內(nèi)核中載入應(yīng)用后進(jìn)行編譯，編譯完成后將得到的內(nèi)核下載至ROM中。最后，將系統(tǒng)燒錄到嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的ROM中得到成品。本設(shè)計(jì)的目的、意義及應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求嵌入式音視頻采集與傳輸系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的主要目的是在電腦的SecureCRT上啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的程序，當(dāng)攝像頭被啟動(dòng)后，可以看到開發(fā)板上的屏幕正在播放USB攝像頭錄制到清晰的視頻，形成監(jiān)控作用。當(dāng)人對(duì)著音頻設(shè)備說話時(shí)，通過PC端控制，外接上播放器后能清晰聽到音頻的播放，實(shí)現(xiàn)視頻、音頻錄播功能。設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)的嵌入式的視頻音頻采集系統(tǒng)可用于國(guó)防、醫(yī)療器件、家庭安全等等的場(chǎng)景，自由度極高，可以方便個(gè)人自定義錄制視頻音頻的情況。本設(shè)計(jì)研究的目標(biāo)為gec6818開發(fā)板以及在市面上找到的ov9650USB式攝像頭，以及開發(fā)板里自帶的音頻設(shè)備，linux內(nèi)核自帶的API接口。搭建好Linux系統(tǒng)并將采集到的數(shù)據(jù)，通過USB攝像頭獲取環(huán)境視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼壓縮生成數(shù)據(jù)流，并傳輸至開發(fā)板，在開發(fā)板上的顯示屏顯示圖像數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，拾音器把采集到的音頻數(shù)據(jù)組成RTP包在終端播放音頻數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求有：熟悉相關(guān)硬件設(shè)備和開發(fā)板的使用工具的基本知識(shí)；熟悉相關(guān)的Linux內(nèi)核以及內(nèi)核API接口的運(yùn)行機(jī)制；學(xué)習(xí)音視頻編解碼基本知識(shí)；熟悉嵌入式Linux環(huán)境搭建過程，能在開發(fā)板上搭建好適合用的linux平臺(tái)；能通過開發(fā)板與PC端連接通信，數(shù)據(jù)傳輸；代碼編程，設(shè)置好錄制視頻和音頻的相應(yīng)數(shù)據(jù)參數(shù)，交叉編譯；了解流媒體相關(guān)知識(shí)，熟悉視頻采集、音頻采集的流程等。本設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問題目前市面上有很多已經(jīng)做好的攝像頭和錄制聲音的儀器，它們并不能靈活地用到人們想用到的場(chǎng)景，不能完全做到自定義的監(jiān)控、錄制視頻音頻的情節(jié)。21世紀(jì)以來，智能化建設(shè)迅速發(fā)展，隨著音視頻編解碼技術(shù)的不斷完善，使得音視頻采集系統(tǒng)深入到人們生活的方方面面。在公共安全領(lǐng)域，音視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全技術(shù)防范產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，為相關(guān)人員處理突發(fā)事件提供直接證據(jù)；在家庭生活領(lǐng)域，音視頻采集系統(tǒng)可以方便戶主實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家庭環(huán)境，同時(shí)也使得父母時(shí)刻關(guān)注孩子狀況變成可能；在科技發(fā)展與研究領(lǐng)域，視頻監(jiān)控技術(shù)是涵蓋多學(xué)科知識(shí)的技術(shù)，是國(guó)際研究的熱點(diǎn)，吸引了國(guó)內(nèi)外多數(shù)工程技術(shù)研發(fā)者投入其中，他們做了許多好的研究并且取到了不錯(cuò)的成果。使得人們可以在不進(jìn)入惡劣環(huán)境的情況下采集環(huán)境音視頻數(shù)據(jù)參數(shù)并且為科技研究提供資料。隨著時(shí)代發(fā)展，高科技電子產(chǎn)品的更新迭代如洪水猛獸般接踵而至，在很大程度上促進(jìn)了中國(guó)安防產(chǎn)業(yè)與家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展，21世紀(jì)，安防行業(yè)領(lǐng)域仍將不斷擴(kuò)大，目前已經(jīng)發(fā)展到了視頻監(jiān)控、音頻錄制長(zhǎng)期保存、智能檢測(cè)報(bào)警、防爆安全等多個(gè)種類。目前國(guó)內(nèi)許多企業(yè)正在投入大量資源在推動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用，例如：北京迪威泰克數(shù)碼科技有限公司用在地鐵安防反恐安全與系統(tǒng)工程里面開發(fā)投入的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問題本設(shè)計(jì)當(dāng)解決的核心問題就是將不能靈活地應(yīng)用于理想場(chǎng)景的攝像頭和錄制聲音的儀器，做到可以自定義的監(jiān)控、錄制視頻音頻?，F(xiàn)在的市面上有很多已經(jīng)做好的攝像頭和錄制聲音的儀器，它們并不能靈活地用到人們想用到的場(chǎng)景，不能完全做到自定義的監(jiān)控、錄制視頻音頻的情節(jié)。而嵌入式的視頻音頻采集系統(tǒng)可用于國(guó)防、醫(yī)療器件、家庭安全等多個(gè)場(chǎng)景，自由度很高。目前，限制Linux嵌入式采集視頻音頻的問題主要有兩個(gè)：1.對(duì)于初學(xué)開發(fā)者而言，底層應(yīng)用的架構(gòu)多而復(fù)雜，無法對(duì)大量存在的內(nèi)核API接口作出全面仔細(xì)的分析并利用，無法選出合適的API接口進(jìn)行編程。需要多加咨詢相關(guān)開發(fā)人員并查詢相關(guān)項(xiàng)目代碼，經(jīng)過長(zhǎng)期的了解后才能選出合適的API接口進(jìn)行編程。2.人們?cè)谏钪懈惺艿降穆曇舳际悄M信號(hào)，如果直接錄制聲音，然后直接播放出來的“數(shù)據(jù)”就并不能夠讓人們的耳機(jī)接受到。如果讓音頻播放能夠讓人們的耳朵接受到穩(wěn)定、清晰的聲音，需要解決的問題有：找到把錄制到的音頻轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的方法，找到合適的采樣頻率、樣本長(zhǎng)度、通道數(shù)、采樣率、播放周期、封裝格式、量化位數(shù)等合適的音頻文件格式，再通過代碼調(diào)整、轉(zhuǎn)化成人們能聽到的聲音。二、本設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)可以方便個(gè)人自定義錄制視頻音頻的各種情景，即能廣泛應(yīng)用于在交通、銀行、工業(yè)監(jiān)控及視頻會(huì)議等眾多領(lǐng)域以及可用于國(guó)防、醫(yī)療器件、家庭安全等等的場(chǎng)景，提高其自由度。顯示嵌入式的視頻音頻采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性以及優(yōu)越的圖像質(zhì)量。主要內(nèi)容：（一）把ov9650USB式攝像頭插入到開發(fā)板上，內(nèi)核自帶的API把攝像頭和開發(fā)板建立連接后，啟動(dòng)攝像頭，嵌入式設(shè)備內(nèi)核檢測(cè)外接設(shè)備，加載攝像頭設(shè)備，在PC端的Linux系統(tǒng)上獲取攝像頭的驅(qū)動(dòng)，啟動(dòng)代碼，通過攝像頭持續(xù)拍照把一幀幀圖片拍下來并存儲(chǔ)好相關(guān)圖片數(shù)據(jù)，再循環(huán)播放，以達(dá)到視頻播放的功能。（二）gec6818開發(fā)板上自帶音頻錄制器，PC端啟動(dòng)代碼后，在開發(fā)板上錄制現(xiàn)場(chǎng)聲音，把錄制到的數(shù)據(jù)通過信號(hào)轉(zhuǎn)化和格式轉(zhuǎn)化等步驟整理好格式后放入緩存區(qū)，整理文件格式再播放出來，以達(dá)到音頻采集的功能。（一）設(shè)計(jì)原理1.原理簡(jiǎn)述GEC6818開發(fā)板板用視頻采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的一套規(guī)范(API)，支持嵌Linux開發(fā)聲音構(gòu)架提供的設(shè)備接口進(jìn)行攝像頭和音頻設(shè)備相關(guān)硬件的數(shù)據(jù)處理。Linux內(nèi)核用一個(gè)被稱為V4L2的機(jī)制來管理攝像頭圖像信息，原理是使用了YUV顏色空間，將RGB信號(hào)進(jìn)行了處理，抓住人們亮度越大感官反映越強(qiáng)這一點(diǎn)，將亮度信號(hào)增強(qiáng)，同時(shí)把顏色信號(hào)減少，以“欺騙”人眼的手段來節(jié)省空間。它的核心工作就像日本料理店常見的流轉(zhuǎn)餐桌，大廚將美食不斷放到空盤子里，客人不斷拿來吃。像是客人在吃回轉(zhuǎn)壽司，攝像頭就像站在中間的廚師，在獲取數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)臺(tái)就像是開發(fā)板的內(nèi)核API、代碼和各類硬件，在處理數(shù)據(jù)并放上轉(zhuǎn)臺(tái)等待數(shù)據(jù)的取走；而開發(fā)板上的屏幕就像是客人，取整理好的數(shù)據(jù)文件并在屏幕上顯示相關(guān)視頻。而在音頻采集系統(tǒng)中，聲音經(jīng)過采樣、量化和編碼的過程后整理好，并把數(shù)據(jù)存在計(jì)算機(jī)里。通過信號(hào)轉(zhuǎn)化和格式轉(zhuǎn)化等步驟，使用函數(shù)庫(kù)錄制和回放音頻數(shù)據(jù)，最后整理成文件格式。（1）啟動(dòng)攝像頭成功后，嵌入式設(shè)備內(nèi)核檢測(cè)外接設(shè)備，加載攝像頭設(shè)備，在PC端的Linux系統(tǒng)上獲取攝像頭的驅(qū)動(dòng)，以拍照形式把一幀幀圖片拍下來，再循環(huán)播放，以達(dá)到視頻播放的功能。（2）gec6818開發(fā)板上自帶音頻錄制器，把錄制到的數(shù)據(jù)放入緩存區(qū)，達(dá)到一定條件后，整理好再播放出來，以達(dá)到音頻播放的功能。GEC6818開發(fā)平臺(tái)支持嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Linux開發(fā)，運(yùn)用開發(fā)視頻采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的一套規(guī)范(API)如圖1所示：圖1.Linux視頻采集系統(tǒng)硬件框圖2.開發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介（1）開發(fā)平臺(tái)名稱：GEC6818開發(fā)平臺(tái)（2）GEC6818開發(fā)板簡(jiǎn)述：核心板使用了多層板相接的設(shè)計(jì)，能保證運(yùn)行代碼功能時(shí)穩(wěn)定可靠?？梢源罅坑糜陂_發(fā)現(xiàn)代科技科技產(chǎn)品，例如高端平板電腦、POS機(jī)、互動(dòng)平臺(tái)機(jī)、智能監(jiān)控設(shè)備等多種領(lǐng)域。開發(fā)板上搭載的處理器是S5P6818，它是一款兼?zhèn)渲荂ortex-A53系列高性能芯片的功能的八核處理器。使用的最高主頻能夠達(dá)到1.4GHz，可滿足開發(fā)者對(duì)應(yīng)用于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)以及驅(qū)動(dòng)開發(fā)。開發(fā)板存在豐富的外接設(shè)備。開發(fā)板還支持使用千兆上互聯(lián)網(wǎng)速度，接口有以太網(wǎng)接口、UART接口、USB接口、IIC接口、SPI接口、ADC接口、HDMI接口等。圖2GEC6818開發(fā)板3.芯片特性GEC6818開發(fā)平臺(tái)采用三星最新的64位八核Cortex-A53架構(gòu)的S5P6818芯片設(shè)計(jì)，它和S5P4418芯片管腳完全兼容，唯一不同的就是ARM內(nèi)核不一樣。二者芯片差異對(duì)照表如下：型號(hào)：S5P4418、S5P6818。

型號(hào)S5P4418S5P6818上市時(shí)間2014年10月2014年工藝制程28nm28nmCPU主頻1.4G1.4G+封裝尺寸0.65mm

引腳間距，17*17mm2513-FCBGA封裝0.65mm引腳間距，17*17mm2513-FCBGA封裝CPU架構(gòu)Cortex-A9四核Cortex-A53八核緩存容量32KB*4I/D緩存，1MB二級(jí)緩存32KB*4I/D緩存，1MB二級(jí)緩存DDR3接口單通道32位數(shù)據(jù)總線，高達(dá)800MHz工作頻率單通道32

位數(shù)據(jù)總線，高達(dá)800MHz工作頻率多媒體解碼H.263，H.264，MPEG1，MPEG2

，

MPEG4

，

VC1

，

VP8

，Theora，AVS，RV8/9/10，

MJPEG(幾乎全格式)H.263，H.264，MPEG1，MPEG2，MPEG4，VC1，VP8，Theora，AVS，RV8/9/10

，MJPEG(幾乎全格式)多媒體編碼H.263，H.264，MPEG4，MJPEGH.263，H.264，MPEG4，MJPEG顯示接口RGB，MIPI，LVDSRGB，MIPI，LVDS最大顯示分辨率2048*12802048*1280以太網(wǎng)接口需通過地址總線擴(kuò)展集成千兆以太網(wǎng)控制器GPIO電平3.3V3.3VADC8路12bit0~1.8V8路12bit0~1.8VUSB接口1HOST，1HSIC，1OTG1

OTG芯片ID128BITID號(hào)支持128BIT唯一ID號(hào)表2芯片特性

4.硬件資源GEC6818開發(fā)板平臺(tái)，主要包含核心板、開發(fā)板底板，下面對(duì)這兩部分進(jìn)行介紹，具體內(nèi)容如下：（1）核心板資源核心板概述：S5P6818核心板PCB采用的制作工藝是10層沉金工藝設(shè)計(jì)，具有優(yōu)異的電氣特性以及抗干擾特性，具有十分優(yōu)越的穩(wěn)定性和可靠性。核心板板載了充電管理系統(tǒng)，能使S5P6818芯片正常工作，6818開發(fā)板可以應(yīng)用在控制工業(yè)、農(nóng)業(yè)融合過程、通訊設(shè)備、測(cè)試儀器、無人駕駛汽車、船、飛機(jī)、火箭、軍事裝備、消費(fèi)類產(chǎn)品以及其他各種工控領(lǐng)域。6818開發(fā)板使用了納米級(jí)的制作工藝，基于八核ARMCortex-A53處理器架構(gòu)，在多媒體性能上，開發(fā)板能對(duì)音視頻進(jìn)行解碼，同時(shí)，在LCD控制器上，芯片板載多路控制接口，最高分辨率能夠達(dá)到2048*1280。同時(shí)，開發(fā)板里面有千兆級(jí)控制器，令許多對(duì)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的研發(fā)人員渴望在這個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)。GEC6818開發(fā)平臺(tái)幾乎不可挑剔的性能能夠展現(xiàn)芯片的非常巨大的價(jià)值，可以減少開發(fā)人員的開發(fā)時(shí)間。一開始在設(shè)計(jì)GEC6818嵌入式開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，開發(fā)人員考慮了S5P6818芯片特性和非常多的實(shí)際場(chǎng)景?？紤]系統(tǒng)的軟件硬件一體化，并且最大限度地節(jié)約了用料成本，將芯片的性價(jià)比發(fā)揮出來，展現(xiàn)出芯片的價(jià)值，不僅在開發(fā)商，對(duì)于初學(xué)者而言，開發(fā)板平臺(tái)的性價(jià)比值得用戶的學(xué)習(xí)與借鑒。圖3圖4B.核心板特性GEC-S5P6818核心板具有以下特性：a.最佳尺寸，即保證精悍的體積又保證足夠的GPIO口，僅75mm*55mm；b.使用PMU電源管理設(shè)計(jì)，在保證開發(fā)板在啟用代碼程序穩(wěn)定的同時(shí)節(jié)省成本；c.開發(fā)板兼容多種不同產(chǎn)品硬件和多種emmc；d.使用單通道設(shè)計(jì)，默認(rèn)存在1GB容量；e.支持電源休眠喚醒；f.支持Linux、android5.1等操作系統(tǒng)；g.板載千兆有線以太網(wǎng)；h.板載MIPI接口。核心板特性參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)核心板尺寸75mm*55mm引腳間距2.0mm特點(diǎn)易更換、易維護(hù)表3結(jié)構(gòu)參數(shù)系統(tǒng)配置CPUS5P6818主頻64位八核1.4+GHz內(nèi)存標(biāo)配1GB，可定制2GB存儲(chǔ)器4GB/8GB/16GB/32GBemmc可選，標(biāo)配8GB電源

IC使用

AXP228，支持動(dòng)態(tài)調(diào)頻，庫(kù)侖計(jì)等以太網(wǎng)使用

RTL8211E千兆以太網(wǎng)PHY表4系統(tǒng)配置接口參數(shù)LCD

接口同時(shí)支持

TTL、LVDS、MIPI接口輸出Touch

接口電容觸摸，可使用USB或串口擴(kuò)展電阻觸摸音頻接口AC97/IIS

接口，支持錄放音SD

卡接口2路SDIO輸出通道emmc

接口板載emmc接口，管腳不另外引出以太網(wǎng)接口支持千兆以太網(wǎng)USBHOST

接口一路HOST2.0，一路HSICUSBOTG

接口一路OTG2.0UART

接口6

路串口，支持帶流控串口PWM

接口4

路PWM輸出IIC

接口2

路IIC輸出SPI

接口1

路SPI輸出ADC

接口2

路ADC輸出Camera

接口1路CIF，1路MIPI輸出HDMI

接口高清音視頻輸出接口，音視頻同步輸出VGA

接口使用

LCD

輸出接口擴(kuò)展啟動(dòng)配置接口無需啟動(dòng)配置，核心板自動(dòng)適配表5接口參數(shù)電氣特性輸入電壓3.7~5.5V(推薦使用5V輸入)輸出電壓3.3V/4.2V(可用于底板供電及電池充電)工作溫度-40~80度儲(chǔ)存溫度-10~80度表6電氣特性D.引腳定義核心板引腳定義1引腳編號(hào)信號(hào)引腳編號(hào)信號(hào)1LCD_PWM28LCD_CLK2LCD_EN29LCD_DE3LCD_RESET30LCD_HSYNC4LCD_R031LCD_VSYNC5LCD_R132GPIOE136LCD_R233MCU_SDA_07LCD_R334MCU_SCL_08LCD_R435MCU_HDMI_CEC9LCD_R536MCU_HDMI_HPD10LCD_R637MCU_HDMI_TXCN11LCD_R738MCU_HDMI_TXCP12LCD_G039MCU_HDMI_TX0N13LCD_G140MCU_HDMI_TX0P14LCD_G241MCU_HDMI_TX1N15LCD_G342MCU_HDMI_TX1P16LCD_G443MCU_HDMI_TX2N17LCD_G544MCU_HDMI_TX2P18LCD_G645GND19LCD_G746MCU_LVDS_CLKM20LCD_B047MCU_LVDS_CLKP21LCD_B148MCU_LVDS_Y3M22LCD_B249MCU_LVDS_Y3P23LCD_B350MCU_LVDS_Y2M24LCD_B451MCU_LVDS_Y2P25LCD_B552MCU_LVDS_Y1M26LCD_B653MCU_LVDS_Y1P27LCD_B754MCU_LVDS_Y0M表7核心板引腳定義1核心板引腳定義2引腳編號(hào)信號(hào)引腳編號(hào)信號(hào)55MCU_LVDS_Y0P73MIPICSI_DN056MIPIDSI_DP374MIPICSI_DP057MIPIDSI_DN375MIPICSI_DNCLK58MIPIDSI_DP276MIPICSI_DPCLK59MIPIDSI_DN277CAM_H60MIPIDSI_DP178CAM_V61MIPIDSI_DN179CAM_CLK62MIPIDSI_DP080CAM_D063MIPIDSI_DN081CAM_D164MIPIDSI_DPCLK82CAM_D265MIPIDSI_DNCLK83CAM_D366MIPIDSI_VREG84CAM_D467MIPICSI_DN385CAM_D568MIPICSI_DP386CAM_D669MIPICSI_DN287CAM_D770MIPICSI_DP288MCU_CAM1_MCLK71MIPICSI_DN189CAM_PN72MIPICSI_DP190CAM_RST表8核心板引腳定義2核心板引腳定義3引腳編號(hào)信號(hào)引腳編號(hào)信號(hào)91CAM_PD118UARTTXD192GPIOB8119UARTRXD093MCU_CAM1_D7120UARTTXD094MCU_CAM1_D4121GND95MCU_CAM1_D3122VBAT96MCU_CAM1_D2123VBAT97MCU_CAM1_D1124+5V_IN98MCU_CAM1_D0125+5V_IN99MCU_I2S_MCLK126VBAT_SYS100MCU_I2S_BCK127GND101MCU_I2S_SDIN128LINK_LED102MCU_I2S_SDOUT129SPEED_LED103MCU_I2S_LRCK130MDI0_P104MCU_HP_DET131MDI0_N105SPDIF_TX132MDI1_P106SPDIF_RX133MDI1_N107MCU_KEY_VOLDN134MDI2_P108MCU_KEY_VOLUP135MDI2_N109MCU_NRESETIN136MDI3_P表9核心板引腳定義3核心板引腳定義4引腳編號(hào)信號(hào)引腳編號(hào)信號(hào)145DC5V_OTG163MCU_SD1_D0146SEN0_INT164MCU_SD1_D1147MCU_OTG_PWRON165MCU_SD1_D2148GPIOC11166MCU_SD1_D3149GPIOC7167MCU_SD0_CD150GPIOC12168MCU_SD0_D3151ADC1169MCU_SD0_D2152ADC0170MCU_SD0_D1153PWM2171MCU_SD0_D0154SPI_WP172MCU_SD0_CMD155SPIFRM0173MCU_SD0_CLK156SPIRXD0174RTC157SPITXD0175VCC3P3_SYS158SPICLK0176MCU_SCL_2159IR177MCU_SDA_2160MCU_SD1_CD178MCU_SCL_1161MCU_SD1_CLK179MCU_SDA_1162MCU_SD1_CMD180TOUCH_INT表10核心板引腳定義4E.電路框圖圖5電路框圖(2).開發(fā)板底板資源A.開發(fā)板底板簡(jiǎn)介B.平臺(tái)硬件接口介紹硬件接口標(biāo)號(hào)名稱說明【1】UART4通用串口4，TTL電平【2】UART3通用串口3，TTL電平【3】UART2通用串口2，TTL電平【4】UART1通用串口1，RS232

電平【5】UART0調(diào)試串口0(默認(rèn)調(diào)試口，RS232電平)【6】HDMI

接口HDMI輸出接口【7】LVDS接口接LVDS接口的液晶屏【8】LCD

接口RGB輸出接口【9】SD

卡，CH0SD卡，使用通道0【10】SD

卡，CH1SD卡，使用通道1【11】POWER開關(guān)電源控制開關(guān)，K5【12】按鍵，返回獨(dú)立按鍵，K2【13】按鍵，音量減獨(dú)立按鍵，K3【14】按鍵，音量加獨(dú)立按鍵，K4【15】按鍵，菜單獨(dú)立按鍵，K6【16】蜂鳴器支持有源蜂鳴器【17】硬復(fù)位按鈕硬復(fù)位，K1【18】電池接口單節(jié)4.2V鋰電池接口【19】5V電源接口直流電源輸入口【20】USBOTGUSBOTG接口【21】USBHOST1HUB

芯片擴(kuò)展，HOST【22】USBHOST2HUB

芯片擴(kuò)展，HOST【23】千兆以太網(wǎng)接口RT8211E接口【24】GPIO

接口SPI、UART、ADC

設(shè)備擴(kuò)展【25】攝相頭接口標(biāo)準(zhǔn)24PIN并口攝相頭接口【26】攝相頭接口26PINMIPICSI攝相頭接口【27】音頻接口MIC輸入接口、音頻輸出接口【28】鋰電池座3V鋰電電池【29】紅外接收頭HS0038紅外一體化接收頭【30】擴(kuò)展板GPIOGPIO、LCD、總線等表12硬件接口C.常用接口說明a、電源接口 圖7簡(jiǎn)述：開發(fā)平臺(tái)總電源接口為CN1，如7圖所示，提供的電源適配器的輸出電壓為DC5V。b.調(diào)試串口圖8簡(jiǎn)述：開發(fā)板上的RS232串口，通過開發(fā)板附帶的232串口線連接開發(fā)板和PC端，從而可以進(jìn)行板子與電腦傳輸數(shù)據(jù)。3、USBOTG接口圖9簡(jiǎn)述：這個(gè)接口的作用是實(shí)現(xiàn)程序燒寫，一般燒寫到板子上的方法為RS232線燒寫。4、以太網(wǎng)接口圖10簡(jiǎn)述：開發(fā)平臺(tái)支持千兆有線以太網(wǎng)接口，板載RTL8211E，用戶可以通過有線以太網(wǎng)上網(wǎng)，體驗(yàn)極速網(wǎng)絡(luò)。5、HDMI接口圖11簡(jiǎn)述：HDMIHDMI圖12簡(jiǎn)述：該接口是針對(duì)不同型號(hào)的攝相頭，只需按照攝相頭的規(guī)格，調(diào)整一下輸出電壓就可以將視頻投射在所連接的顯示屏上。camera接口（MIPICSI接口）圖13簡(jiǎn)述：可接攝像設(shè)備，用于視頻的播放和錄制。8、音頻接口圖14簡(jiǎn)述：可直接接耳機(jī)，用于音頻的播放和錄制。9、USBHOST接口圖15簡(jiǎn)述：S5P6818USBHOSTHOST3USBHOST2.0接口，其2USBWIFI，USB個(gè)用于總線擴(kuò)展。圖16簡(jiǎn)述：40PINLCD接口（底板背部位置），RGB圖17簡(jiǎn)述：電容觸摸顯示屏。方案選擇在內(nèi)核自帶的所有API接口中，筆者選擇了視頻采集系統(tǒng)fmpeg的V4L2庫(kù)以及音頻采集系統(tǒng)中的ALSA庫(kù)。以下是選擇該方案的的說明：Video4Linux下USB攝像頭驅(qū)動(dòng)和視頻采集的實(shí)現(xiàn)使用的內(nèi)核自帶API接口：Video4Linux（V4L2）。V4L2是linux系統(tǒng)開發(fā)視頻采集驅(qū)動(dòng)程序的規(guī)范代碼。V4L2程序代碼提供了非常多的接口，可以將視頻采集系統(tǒng)里的驅(qū)動(dòng)全部都放進(jìn)內(nèi)核源碼的管理里。它可以給編程人員的程序工作帶來便捷方便，容易使用、移植V4L2相關(guān)視頻應(yīng)用程序的編寫和移植的代碼。V4L2用于對(duì)I/O口的系統(tǒng)操作來采集數(shù)據(jù)，一般用于連續(xù)視頻數(shù)據(jù)的采集，或者常用于靜態(tài)圖片數(shù)據(jù)的采集。字符設(shè)備編碼核心--V4L2本來是字符設(shè)備，查看字符設(shè)備的設(shè)備號(hào)，取設(shè)備號(hào)并設(shè)置相應(yīng)的功能和作用，并提供接口。V4L2驅(qū)動(dòng)核心是構(gòu)建一個(gè)內(nèi)核中標(biāo)準(zhǔn)視頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)的框架，為視頻操作提供統(tǒng)一的接口函數(shù)。V4L2接口介紹V4L2有以下幾種接口：（1）視頻采集接口:V4L2一開始的設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出來的就是應(yīng)用于視頻采集功能的內(nèi)核自帶代碼。（2）視頻輸出接口:可以驅(qū)動(dòng)外圍視頻圖片數(shù)據(jù)設(shè)備，例如：輸出電腦屏幕圖像信號(hào)數(shù)據(jù)的設(shè)備。（3）直接傳輸接口:從視頻采集而來的信號(hào)傳輸?shù)捷敵鲈O(shè)備里并顯示出來，不需要經(jīng)過計(jì)算機(jī)的處理器。2對(duì)攝像頭的靜態(tài)圖片采集流程。往開發(fā)板上插攝像頭，通過在USB接口上外接一個(gè)USB攝像頭，會(huì)彈出相應(yīng)提示，同時(shí)使用ls/dev/可以查看是否有vedio的驅(qū)動(dòng)文件，如果有則說明有驅(qū)動(dòng)。操作過程如下所示：打開設(shè)備文件；

（2）取得設(shè)備號(hào)，查看所有的功能，例如：是否具有視頻輸入輸出，或者是視頻交換數(shù)據(jù)的握手流程。

（3）初始化設(shè)備對(duì)應(yīng)的設(shè)備號(hào)和設(shè)備參數(shù)，設(shè)備參數(shù)例如有圖像的寬度、色彩等。向驅(qū)動(dòng)申請(qǐng)幀緩沖，一般申請(qǐng)4個(gè)緩沖區(qū)已經(jīng)足夠。

（5）將申請(qǐng)到的幀緩沖區(qū)映射至用戶空間，直接操作采集到的數(shù)據(jù)幀。

（6）將申請(qǐng)到的幀緩沖在視頻采集輸入隊(duì)列排隊(duì)，存放采集到的數(shù)據(jù)。

（7）開始視頻的采集。

（8）出隊(duì)列、取得一開始就采集到的視頻圖像數(shù)據(jù)。

（9）將被取掉數(shù)據(jù)的幀緩沖區(qū)重新列入隊(duì)列尾，無限循環(huán)往復(fù)地采集，直至控制停止。

（10）停止視頻的采集。

(11)關(guān)閉視頻設(shè)備。Video4Linux下音頻采集的實(shí)現(xiàn)采用ALSA的內(nèi)核自帶API接口。ALSA是Linux系統(tǒng)聲音的架構(gòu)，ALSA在Linux平臺(tái)提供音頻和設(shè)備相關(guān)的豐富的接口，開發(fā)人員在使用內(nèi)核自帶代碼來編程、開發(fā)程序會(huì)更加方便，細(xì)節(jié)方面則可以留給函數(shù)庫(kù)內(nèi)部處理數(shù)據(jù)。ALSA不僅給程序編程帶來非常大的便捷，方便了編程者的開發(fā)，也方便了應(yīng)用程序的編寫和移植。許多開發(fā)人員使用ALSA開發(fā)音頻程序的原因是：ALSA是聲音開發(fā)項(xiàng)目中的程序標(biāo)準(zhǔn)，在linux平臺(tái)上可兼容于后面許多個(gè)平臺(tái)版本，和其它軟硬件能兼容，減少開發(fā)難度。關(guān)于音頻采集系統(tǒng)的代碼，需要用到各個(gè)linux系統(tǒng)調(diào)用來控制音頻的輸入、輸出等操作，它為開發(fā)人員帶來了實(shí)用簡(jiǎn)潔方便的音頻庫(kù)，在開發(fā)相關(guān)項(xiàng)目和程序的時(shí)候，整理、調(diào)節(jié)某些音頻的問題可以留給音頻庫(kù)處理。2、使用ALSA開發(fā)音頻程序

.要采集、錄制視頻，可以理解為將一幀幀圖像在開發(fā)板上以極短的速度切換，通過快速連續(xù)地播放圖片來“欺騙”人的眼睛，從而形成流暢的視頻。可以申請(qǐng)多個(gè)幀緩沖區(qū)，錄制圖片放入緩沖區(qū)里，應(yīng)用程序再采集循環(huán)的緩沖區(qū)，從而達(dá)到連續(xù)的圖片流暢播放形成視頻的目的。使用函數(shù)控制設(shè)備。V4L2程序提供了非常豐富的內(nèi)核自帶API接口來實(shí)現(xiàn)函數(shù)對(duì)視頻采集系統(tǒng)的代碼編程，ov9650式USB接口攝像頭的程序中提供了的I/O操作函數(shù)，使用基本函數(shù)可以映射錄制下來的數(shù)據(jù)到內(nèi)存里，提供了簡(jiǎn)潔的開發(fā)編程方法。具體操作如下:打開設(shè)備。配贈(zèng)設(shè)備。配贈(zèng)內(nèi)存映射。開始采集。讀取緩存區(qū)。圖像處理。停止采集。取消內(nèi)存映射。關(guān)閉設(shè)備。

分析問題音頻信號(hào)是模擬信號(hào)，他是連續(xù)多變的，而且處理器只能處理和存儲(chǔ)二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，由音源得到的音頻信號(hào)必須經(jīng)過轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化，變成數(shù)字音頻信號(hào)后，才可以被儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)里。聲音屬于模擬信號(hào)，在轉(zhuǎn)換過程中需要分3步進(jìn)行，分別是：1.采樣；2.量化；3.編碼?？梢允褂瞄_發(fā)板自帶的信號(hào)處理器來進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的處理，板載的芯片是處理音頻信號(hào)的專用芯片。聲卡使用它來轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。在從DSP設(shè)備讀取數(shù)據(jù)時(shí)，從聲卡輸入的模擬信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字采樣后的樣本，保存在聲卡驅(qū)動(dòng)程序的內(nèi)核緩沖區(qū)中，一旦程序通過調(diào)用從相關(guān)硬件讀取數(shù)據(jù)時(shí)，保存在內(nèi)核緩沖區(qū)中的數(shù)字采樣結(jié)果將映射到代碼所規(guī)定好的的緩沖區(qū)里面。在向設(shè)備寫入已經(jīng)處理好的音頻數(shù)據(jù)的時(shí)候，數(shù)字信號(hào)會(huì)轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)，能產(chǎn)生出人能聽到的頻率范圍內(nèi)的聲音。通過內(nèi)核ALSA庫(kù)提供API接口函數(shù)，應(yīng)用程序能夠訪問聲卡驅(qū)動(dòng)程序提供的音頻設(shè)備接口。設(shè)計(jì)過程聲音屬于模擬信號(hào)，需要A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后才可以被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。在我們需要實(shí)現(xiàn)這些操作時(shí)，ALSA庫(kù)提供了大量的接口。在聲音系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)、聲音系統(tǒng)寫入數(shù)據(jù)的過程中，錄制到的聲音模擬信號(hào)數(shù)據(jù)有規(guī)定好的格式。如果錄制到的一開始的默認(rèn)值未達(dá)到我們?nèi)硕苈牭降穆曇纛l率的要求，開發(fā)人員需要通過系統(tǒng)調(diào)用來改變聲音的相關(guān)設(shè)備參數(shù)。打開音頻設(shè)備文件，應(yīng)該為音頻設(shè)備文件設(shè)置合適的能聽到聲音的格式，然后才能從聲卡讀取或者寫入數(shù)據(jù)。設(shè)置音頻設(shè)備播放參數(shù)的時(shí)候，參數(shù)設(shè)置偏差會(huì)導(dǎo)致音頻設(shè)備不能工作或不能正常工作運(yùn)行。所以在設(shè)置參數(shù)前，我們需要熟悉各個(gè)錄制音頻系統(tǒng)參數(shù)的含義以及相關(guān)的我們能聽到聲音的頻率和機(jī)器播放聲音正常的參數(shù)概念。應(yīng)用程序通過V4L2接口采集視頻數(shù)據(jù)分為以下步驟：打開音頻設(shè)備為設(shè)備設(shè)置讀寫參數(shù)向音頻設(shè)備讀/寫音頻數(shù)據(jù)關(guān)閉數(shù)據(jù) 作為依賴6818開發(fā)板的一個(gè)項(xiàng)目，需要把空白的開發(fā)板燒寫相關(guān)的Linux系統(tǒng)進(jìn)去開發(fā)板里，讓開發(fā)板有根文件系統(tǒng)，以用來操作從PC端傳輸來的數(shù)據(jù)。開發(fā)板操作（1）.開發(fā)板的啟動(dòng)6818開發(fā)板硬件配置固定了開發(fā)板啟動(dòng)順序如下：ATF卡啟動(dòng)BEMMC啟動(dòng)CUSB啟動(dòng)TFSD0SDSD0EMMC(SD2)EMMC中已經(jīng)燒錄USB啟動(dòng)。（2）.開發(fā)板的燒錄出廠時(shí)會(huì)燒寫或者固化其中一個(gè)操作系統(tǒng)在里面。SDUSBeMMC儲(chǔ)存器中（ROM），以下簡(jiǎn)稱為“‘刷機(jī)”。方法一：通過fastboot工具，USB下載方式方法二：通過SD卡方式fastbootLinuxandroiduboot（引導(dǎo)程序ubootfastboot功能，在板子不存在uboot時(shí)，使用SD卡燒寫方式。fastbootusb與開發(fā)板，讓電腦能夠通過串口與開發(fā)板通信。這里使用上述的方法一，通過fastboot工具，USB下載方式，具體方案操作如下：使用fastboot燒寫鏡像一.終端仿真程序secureCRT的下載安裝（一）secureCRT程序安裝好之后，打開，如圖18點(diǎn)擊快速鏈接：圖18將串口線連接好設(shè)備管理器，查看