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大空间网络型火灾探测系统设计方案详解
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2017-10-21
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摘要 针对传统图像型火灾探测系统以PC作为处理终端，且不能对CCD摄像机进行有效控制等缺点，提出了以TMS320DM642为平台开发基于DSP／BIOS的大空间网络型火灾探测系统。该系统在DSP／BIOS与RF5参考框架的基础上，利用TCP／IP协议栈设计了多任务线程的应用程序，实现了火灾检测算法的移植与网络开发环境的构建。最终将视频处理结果由以太网传至控制中心，同时控制中心可以利用串口通信线程对CCD摄像机进行参数设置。
目前，国内主要采用基于PC的图像型火灾探测系统，但该系统视频传输距离有限且采用轮询的方式，对各通道视频信号进行分时处理，这样大大降低了系统的性能。随着大空间建筑和视频监控系统的普及，使得大空间网络型火灾探测成为可能。所谓“大空间网络型火灾探测”，即采用嵌入式设备作为处理终端，完成数据采集和火灾识别任务，通过以太网实时将识别结果传送到远程监控设备，实现早期火灾预警，为及时疏散人群提供宝贵的时间，最大程度地减少人员伤亡和经济损失。文中采用美国德州仪器公司的TMS320DM642作为硬件开发平台，凭借其高速的数据处理能力、丰富的外围接口、精炼的操作系统以及方便快捷的网络开发包，能够满足火灾探测系统实时性的要求。
1 火灾探测系统整体架构
DM642是TI公司推出的一款专门为数字媒体应用而设计开发的32位定点DSP芯片，该芯片采用基于C64x的DSP内核，工作频率最高达720 MHz，处理性能可达5760MI／s。
火灾探测系统主要由视频采集、串口通信、网络通信3个模块组成。系统框架如图1所示。
首先，CCD摄像机采集的视频信号经过解码器送至DM642的VP0口，然后利用DM642的EDMA通道将视频数据储存在外部SDRAM中，最后将视频处理结果通过物理层收发器送入因特网。同时利用UART口对摄像机及云台进行控制。
2 系统硬件设计
2．1 视频采集与存储器扩展
2．1．1 视频采集
系统的视频解码器采用Philips公司的SAA7113芯片，它支持多种视频标准，由CPLD中的状态／控制寄存器控制，并且由I2C总线对其寄存器进行配置，能将PAL制的模拟视频信号转换为8位的ITU-RBT．656格式，Y、Cb、C，这3个分量的采样模式为4：2：2，采样后将视频数据流发送到DM642的VP0口。DM642有VP0、VP1、VP2的3个视频接口，可以根据用户需要自行配置输入与输出接口。每个视频接口都分为A、B两个通道，每个通道都配置有2 560 Byte的缓冲区，设计人员可以自由设置缓冲区的传输阈值去触发相对应的EDMA传输通道，然后通过EDMA通道将视频数据送入外挂的SDRAM。
2．1．2 外部存储器扩展
采用4 M×64位的SDRAM存储视频数据，采用4M×8位的Flash固化系统的程序代码。EMIF映射CE0、CE1、CE2、CE3这4个物理地址空间，DM642将CE0配置为64位的同步存储器接口，将CE1配置为8位的异步静态存储器接口。该系统采集到的视频为Y：Cb：Cr 4：2：2格式，Y、Cb、Cr这3个分量在SDRAM中的采集缓冲区与显示缓冲区都是分开存储的。图像的分辨率为720×576，所以每行Y分量采720个点，Cb、Cr分量各采360个点。每帧图像的每个分量按奇偶场分开存储，奇场在前，偶场在后。DM642外部共有20根地址线，即CE1空间的最大寻址范围为1 Mb×8，映射到CE1空间的除了Flash，还有在CPLD中实现的控制／状态寄存器以及8位异步静态UART口。所以，最大只能将1／2的CE1空间配置给Flash，即512 kh×8。但是所选用的Flash芯片AM29LV320DB的物理存储空间为4 Mb×8，所以利用有限的地址线访问大物理空间时，要采用分页技术，即将整个4 Mb×8的Flash分成8个512 kb×8的页，而页地址PA20、PA19、PA18则有位于CPLD中的页地址寄存器提供。
目前，国内主要采用基于PC的图像型火灾探测系统，但该系统视频传输距离有限且采用轮询的方式，对各通道视频信号进行分时处理，这样大大降低了系统的性能。随着大空间建筑和视频监控系统的普及，使得大空间网络型火灾探测成为可能。所谓“大空间网络型火灾探测”，即采用嵌入式设备作为处理终端，完成数据采集和火灾识别任务，通过以太网实时将识别结果传送到远程监控设备，实现早期火灾预警，为及时疏散人群提供宝贵的时间，最大程度地减少人员伤亡和经济损失。文中采用美国德州仪器公司的TMS320DM642作为硬件开发平台，凭借其高速的数据处理能力、丰富的外围接口、精炼的操作系统以及方便快捷的网络开发包，能够满足火灾探测系统实时性的要求。
1 火灾探测系统整体架构
DM642是TI公司推出的一款专门为数字媒体应用而设计开发的32位定点DSP芯片，该芯片采用基于C64x的DSP内核，工作频率最高达720 MHz，处理性能可达5760MI／s。
火灾探测系统主要由视频采集、串口通信、网络通信3个模块组成。系统框架如图1所示。
首先，CCD摄像机采集的视频信号经过解码器送至DM642的VP0口，然后利用DM642的EDMA通道将视频数据储存在外部SDRAM中，最后将视频处理结果通过物理层收发器送入因特网。同时利用UART口对摄像机及云台进行控制。
2 系统硬件设计
2．1 视频采集与存储器扩展
2．1．1 视频采集
系统的视频解码器采用Philips公司的SAA7113芯片，它支持多种视频标准，由CPLD中的状态／控制寄存器控制，并且由I2C总线对其寄存器进行配置，能将PAL制的模拟视频信号转换为8位的ITU-RBT．656格式，Y、Cb、C，这3个分量的采样模式为4：2：2，采样后将视频数据流发送到DM642的VP0口。DM642有VP0、VP1、VP2的3个视频接口，可以根据用户需要自行配置输入与输出接口。每个视频接口都分为A、B两个通道，每个通道都配置有2 560 Byte的缓冲区，设计人员可以自由设置缓冲区的传输阈值去触发相对应的EDMA传输通道，然后通过EDMA通道将视频数据送入外挂的SDRAM。
2．1．2 外部存储器扩展
采用4 M×64位的SDRAM存储视频数据，采用4M×8位的Flash固化系统的程序代码。EMIF映射CE0、CE1、CE2、CE3这4个物理地址空间，DM642将CE0配置为64位的同步存储器接口，将CE1配置为8位的异步静态存储器接口。该系统采集到的视频为Y：Cb：Cr 4：2：2格式，Y、Cb、Cr这3个分量在SDRAM中的采集缓冲区与显示缓冲区都是分开存储的。图像的分辨率为720×576，所以每行Y分量采720个点，Cb、Cr分量各采360个点。每帧图像的每个分量按奇偶场分开存储，奇场在前，偶场在后。DM642外部共有20根地址线，即CE1空间的最大寻址范围为1 Mb×8，映射到CE1空间的除了Flash，还有在CPLD中实现的控制／状态寄存器以及8位异步静态UART口。所以，最大只能将1／2的CE1空间配置给Flash，即512 kh×8。但是所选用的Flash芯片AM29LV320DB的物理存储空间为4 Mb×8，所以利用有限的地址线访问大物理空间时，要采用分页技术，即将整个4 Mb×8的Flash分成8个512 kb×8的页，而页地址PA20、PA19、PA18则有位于CPLD中的页地址寄存器提供。
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