基于Hi3512的車載移動終端無線傳輸設計

文建闊， 昂志敏， 李敏杰， 李 耀

（合肥工業大學 計 算機與信息學院，安徽 合 肥 230009）

隨著現代通信技術和網絡技術的高速發展，車載移動終端無線傳輸已發展成為集遠程數據采集、定位、遠程保密操作和監聽、車載電話、車輛調度的超級移動終端傳輸系統［1］，并廣泛應用于安防、衛生、氣象、軍事等領域。本文給出了一種基于Hi3512芯片的車載移動終端無線傳輸系統的設計方案［2］。

1 系統的總體設計

車載移動終端的無線傳輸主要由GPS定位、音視頻采集、無線通信鏈路和監控中心組成。GPS定位主要接收衛星定位數據，經過Hi3512芯片中ARM處理器提取其有用信息，包括自身所在的地理位置坐標、速度、時間等；音視頻采集主要采集音頻、視頻、圖像數據，通過Hi3512芯片中ARM處理器進行編碼，然后一起組成自定義的通信協議格式，進一步打包成IP數據包，并通過3G無線通信模塊傳送到3G基站，利用VPN網絡［3］，將此數據包發送到監控中心；無線通信鏈路主要完成信息的交互；監控中心完成對車輛的監控、軌跡回放、數據存儲等工作。

虛擬專用網絡 VPN（Virtual Private Network，簡稱VPN）是指通常利用因特網構建的虛擬專用或私有網絡［3］，既是一種新型的遠程網絡訪問技術，又是一種特殊的通信環境。VPN的安全性是將原始數據加密通過VPN網絡傳輸，并保持加密數據的機密性、完整性、可用性、可控性和可審計性，對任何未授權的第3方完全透明，從而達到與專用網絡幾乎相同的安全級別。VPN網絡主要涉及加解密技術、隧道技術、密鑰管理技術及身份認證技術。

2 系統的硬件設計

車載移動終端無線傳輸的硬件部分主要包括：主控模塊（Hi3512）、GPS接收模塊、3G模塊、電源模塊以及外部存儲模塊6個部分［4］，硬件結構框圖如圖1所示。

圖1 硬件結構框圖

Hi3512是一款基于ARM926EJ－S處理器內核以及視頻硬件加速引擎的高性能通信媒體處理器，具有高集成、可編程、支持 MPEG－4AVC／H.264和MJPEG等多協議的優點，支持30fps DI的H.264／MJPEG同時編解碼或60fps DI和60fps CIF的H.264／MJPEG的雙碼流編碼。其內部硬件集成AES／DES／3DES多種加解密算法和數字水印技術，并提供豐富的外圍接口，包括PCI、SDIO、12C、I2S、SPI、GPIO、IR、UART、USBl.0HOST和USB2.0OTG等，可廣泛應用于實時視頻通信及數字圖像監控等領域。

2.1 車載移動終端無線傳輸的工作原理

攝像頭采集的數據通過PAL制的CVBS信號輸入到工作在主模式TW2865芯片中，經A／D轉換后，由BT.656／601接口或DC接口接收轉換成CIF格式的信號，對圖像進行水平濾波，并通過AHB內部總線把接收到的原始圖像寫入到外存（DDR SDRAM）中。視頻編解碼器讀取外存中視頻數據，進行H.264編碼，包括幀內預測、幀間預測、DCT變換、量化、熵編碼、IDCT變換、反量化、運動補償等操作，將編碼后的碼流和編碼重構幀（作為下一幀的參考幀）通過PCI－SATA電路寫入到外存中［4］。音頻信號的處理方法亦是如此［5－7］。

GPS模塊實時采集定位信息［1－2］，通過 AHB內部總線把接收到的定位信息寫入到外存（DDR SDRAM）中，經過ARM處理器讀取外存中的定位信息，并解析提取出車輛的時間信息及空間坐標等信息，將提取的定位信息寫入到外存中。

通過ARM處理器向無線模塊發送AT指令對以上所有采集到的數據進行設置，在監控前端對采集數據進行協議棧封裝，打包成IP數據包，通過USB端口發送到CDMA2000無線模塊中，把數據發送到CDMA2000無線網絡，通過VPN服務器對數據（包括首部）在被封裝前進行加密，傳輸到VPN網絡上，然后通過VPN虛擬通道發送IP數據包，到達VPN服務器后對數據進行解密，在監控中心通過對IP數據包解包、播放以及顯示采集到的數據［6－9］。

2.2 無線傳輸模塊的硬件連接

本系統的3G無線模塊采用的是中興公司的MC8630，它具有語音、短信、數據業務和GPS等功能［5］，支持內嵌 TCP／IP、RevA 數據業務前向峰值數據速率可達3.1Mb／s，反向峰值數據速率1.8Mb／s，可以提供經濟型高速互聯網接入和無線數據等業務。

Hi3512和MC8630通過USB口連接，并通過Hi3512的RS232接口發送AT指令，控制對采集數據的打包。主芯片Hi3512和MC8630的連接如圖2所示。

圖3 Hi3512和MC8630連接圖

（1）LM317是一個電壓轉換器，Hi3512的USB口的輸出電壓是5V，需要用LM317轉換器，轉換成MC8630的典型電壓3.6V。

（2）MC8630模塊中的VCHG引腳和VMAIN引腳連接，使模塊具有自動開機功能。

（3）Hi3512的 USB－DM、USB－DP引腳分別接MC8630模塊的USB－D＋、USB－D－引腳，用來傳送差分數據。

（4）Hi3512的GPIO－EN引腳和 MC8630模塊的PON－RESET引腳連接，用來控制模塊的復位，并且低電平有效。

3 系統的軟件設計

車載移動終端無線傳輸的軟件部分主要包括：PS和音視頻的數據采集和編碼設計、無線傳輸設計、監控中心控制設計。

3.1 GPS和音視頻的數據采集和編碼設計

該系統的總體軟件設計框圖，如圖3所示。

圖3 系統總體軟件設計框圖

以視頻的采集和編碼為例，首先打開采集設備文件，攝像頭在系統中對應的設備文件為／dev／camera，通過系統調用open（“／dev／camera”，o－RDWR）函數打開設備，獲得一個文件描述符fd，通過iocal（fd，VIDIOCGPICT，＆Capability）函數獲取攝像頭相關信息，通過調用iocal（fd，VIDIOCGPICT，＆Picture）獲得圖像的相關信息，在獲得這些信息后，再通過系統調用ioctl（fd，VIDIOCSPICT，＆）函數寫入設備，通過調用iocal（fd，VIDIOCMCAPTURE，＆grab－buf）啟動捕 獲 過 程，調 用 iocal（fd，VIDIOCSYNC，＆frame）判斷是否采集完畢，最后調用close（fd）函數關閉設備［10］。采集到的數據需要通過3G網絡傳輸，首先創建音視頻編碼通道，并設置相應的編碼協議、編碼通道屬性、編碼類型和編碼的緩存大小，同時對GPS數據進行處理。再次創建處理后數據的復合編碼通道，保證其碼流對應同一編碼通道，最后啟動復合數據編碼通道，并獲取復合編碼通道的編碼流［6－8］。

3.2 無線傳輸設計

無線傳輸主要由MC8630模塊、VPN服務器和VPN虛擬通道組成，完成對數據的打包、加密、傳輸和解密，然后傳送給監控中心。

Internet應用層軟件開發主要使用傳輸控制協議TCP和用戶數據報協議UDP進行數據傳輸［11－12］。TCP采用丟幀重發的方法提供有可靠保障的數據流服務，UDP提供“盡最大可能地交付”高效小時延但不可靠的數據報傳輸服務。根據各自的特點，使用TCP傳輸有質量要求的控制命令（各路狀態控制、云臺控制、傳輸文件、遠程解密等），用UDP迅速傳輸大量的音視頻和GPS數據，降低了網絡時延問題。

監控中心撥打車載移動終端中內置的UIM卡電話號碼，呼叫車載移動終端；車載移動終端可以通過主芯片調用MC8630模塊的AT指令，也可以完成車載移動終端呼叫監控中心。呼叫成功后，請求給車載移動終端分配IP地址，發出一個收發端口地址連接請求，注冊成功后也就建立了車載移動終端和監控中心的IP網絡傳輸環境。接著，監控中心向車載移動終端發送監控命令，通過MC8630無線模塊傳送執行監控中心命令，然后把壓縮的復合編碼通道的編碼流打包成IP數據包，通過VPN虛擬通道向監控中心發送。

3.3 監控中心模塊

監控中心通過VPN網絡接收到解密數據，收到IP數據包后，分析IP包頭、更新IP包數等信息，并整理IP包的順序等IP解包動作，對發送來的IP數據包統計出丟包率、接收到的數據包數、亂序等。調整好后再通過解碼程序進行解碼處理，從IP數據包中拆分出GPS數據和音視頻數據，根據需要分別進行存儲，也可以分別對GPS數據進行解析和對音視頻數據進行解碼，并對視頻數據進行格式轉換，在顯示模塊中顯示車輛定位信息和播放音視頻信號。

4 系統測試效果

（1）3G模塊在數據通信時，電源波動約在45 mV以下。GPS初始定位時間3s內，目標定位精度小于10m。

（2）該系統在帶寬有限的情況下，能較好地工作，在3G移動網絡平臺上的最大幀頻可達到25fps，視頻分辨率最大能達到CIF（352×288像素），傳輸速率能達到700～800kb／s，視頻流暢。在數據傳送過程中能達到保密效果。

（3）解碼程序能同時處理9、16、25、36路視頻信號不出現阻塞，由于可用于測試的車載移動終端數有限，采用預存信號的方法模擬。

測試結果表明，系統各項性能指標達到工業要求。

5 結束語

本設計選用Hi3512內嵌Linux操作系統芯片，加強了系統的穩定性和可靠性，同時降低了系統的開發周期和難度。該車載移動終端無線傳輸系統與傳統的車載終端傳輸系統相比，具有數據采集量大、穩定性高等特點，尤其是采用VPN網絡傳輸數據，保證了數據的安全性。

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［3］ 深圳海思半導體有限公司.Hi3511／Hi3512硬件設計用戶指南［EB／OL］.［2009－03－23］.http：／／wenku.baidu.com／view／faa1206e58fafab069dc02ba.html.

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