基于HI3518EV200 的無線視頻監控設計

廖 榮，陶表輝

（1.華南理工大學電子與信息學院，廣東廣州 510640；2.華南理工大學繼續教育學院，廣東廣州 510640）

我國在安防監控等領域國產芯片有了飛躍的發展，國外產的芯片大多為商用級、工業級、車載級等，并且定位高端，一般用作多媒體主機CPU，很少用作監控，主要是成本巨高，性能上不專業，有些功能差異，品牌定位也不同[1]。華為海思做的芯片雖然是商業級但專業，成本夠低，性能非常強悍，所以低端市場基本被華為占領。海思在眾多國外品牌的芯片圍攻中以自己獨特的優勢殺出一片天地，為今后發展其他領域奠定了基礎[2]。隨著海思及許多國產芯片的發展，誕生了類似海康威視、大華、雄邁等一大批大型安防行業的廠家，占據了市場巨大的份額。

最初的監控是模擬信號傳輸，后面又出現了將數字信號以模擬信號的方式傳輸，類似的有DVI、TVI等，再后來就有了純數字信號傳輸，例如網絡信號傳輸。在一些要求較高的領域，圖像傳輸有LVDS、MIPI、FPD_LINK 等專用的數字信號傳輸來提供高畫質。近些年隨著不斷發展，為了適應市場，開始出現了無線監控，也就是該文主要介紹的芯片方案之一[3]。

與監控攝像配套的主機也有著與之相配套的發展歷程，從DVR、NVR 到無線NVR。所以無線視頻監控是今后的發展方向，無線視頻監控有很多優點，例如安裝施工方便、減少布線等，使用方便，可以實時從客戶端進行監控，功能豐富多彩[4]。

1 海思HI3518EV200芯片系統介紹

HI3518EV200 支 持8/10/12/14 bit RGB Bayer 輸入，時鐘最高100 MHz,內嵌512M*16 bit DDR2,支持MIPI/LVDS 接口，HI3518EV200 單板由小系統電路和外設組成[5]，芯片系統框圖如圖1 所示。

圖1 芯片HI3518EV200系統框圖

2 系統硬件設計

2.1 HI3518EV200小系統及外設電路設計

這款海思芯片處理器是ARM926@540 MHz，編碼格式為H.264，SDK 是基于Linux3.4的開發包開發的，支持MIPI、SPI、LVDS 等視頻信號輸入，也支持一路BT1120 或兩路BT656 視頻格式的數據輸入，還支持IRIS控制、紅外燈Micro SD卡等功能[6]。HI3518EV200的接口功能框圖如圖2 所示。

圖2 HI3518EV200的接口功能框圖

電路設計要求：HI3518EV200 芯片電源上電順序：上電瞬間，高電平始終高于低電平，即3.3 V 先上電，1.5 V/1.8 V 慢于3.3 V 上電，1.2 V 最后上電，但3.3 V和1.2 V 的間隔時間不能長于80%的復位時間。CORE 電源（管腳名DVDD12）：連接數字1.2 V 電源，使用1 A 的電源芯片。為了減少電源噪聲，需保證電源電壓在芯片電性能參數要求的范圍之內（±5%）[7]。

2.2 時鐘電路

主芯片時鐘要求：需要一個24 MHz 外接時鐘，最大偏差30 ppm，還需增加外部RTC 時鐘電路，增加可充電電池接到AVDD_BAT 引腳，在有電時，使用電源供電，并對電池充電；沒電源供電時，由電池放電，目的是使時鐘準確，不會因為沒電導致時間重置。Senser 的時鐘電路由海思芯片輸出提供[8]。時鐘電路和外部RTC 電路如圖3 所。

圖3 時鐘電路和外部RTC電路

2.3 SPI FLASH電路設計

SPI FLASH 使用的是16M 內存，用來儲存芯片運行的程序。對于不同的應用場景需要選對應速率的型號。HI3518EV200集成了64M的DDR在芯片里面，所以不用再單獨外置DDR 芯片。內存地址為0X8000_0000～0X9FFF_FFFF，DDR 屬于動態內存，每當有運算或者數據傳輸的時候就要調用到它，如果數據處理量過多就會導致DDR 運行卡頓。這也是視頻傳輸過程中卡頓和延遲的原因之一。這里主要注意海思芯片的使能端和模式配置[9]。FLASH 電路如圖4所示。

圖4 SPI FLASH電路

2.4 Sensor傳感器電路設計

攝像頭的成像CMOS也就是人們所說的Sensor，成像根據不同的需求可以有很多型號挑選，不同品牌的Sensor 對市場的定位不同，像素可以分為100 萬、200萬、500萬等。從成像來看可以分為全彩、夜視、無光等。傳輸協議也有不同的種類，比如LVDS 或者RGB888。傳輸協議可以根據客戶自行匹配，還有各種不同的封裝來滿足用戶需求。作為圖像傳感器，對于硬件的設計要求是極高的，稍不注意大部分設計出來的圖像就會有干擾條紋，或者噪點大，出現該現象說明電路板設計有問題，以安森美的AR0130舉例，實際設計時芯片需要模擬電壓2.8 V、數字電壓1.8 V、參考電壓2.8 V。光是電源就分很多組，而且需要區分數字電源、模擬電源和參考電源[10]。CMOS圖像傳感器在視頻數據采集后，通過并行數字信號輸入到海思VI 口，進行H.264圖像編碼處理，通過I2C進行通信控制Sensor不同的模式，也有通過SPI對MCU進行通信的Sensor。

2.5 音頻電路設計

音頻電路由于系統方案模塊多，各部分的功能相互干擾，音頻電路是干擾源，也是被干擾源，難處理，喇叭功法電路如圖5所示。在設計音頻電路時就考慮到很難避免干擾，所以需多方面考慮電路的優化，實際做出來喇叭播放時雜音較大，咪頭錄音時也可能存在一些問題，所以試用了幾種電路后，才確定了用上述電路效果較好，當然PCB板的設計也是相當重要的，需要避免干擾的同時，不能干擾到其他信號，這也是電路設計的難點，數字電路與模擬電路之間的相互干擾很難處理[11]。因此設計包括MIC 的音頻信號都以GND 為參考，音頻信號的回流路徑不能與其他信號公用，信號回流路徑遠離數字信號和電源。

圖5 喇叭功法電路

2.6 WIFI板原理圖設計

WIFI 板是取代傳統的接線方式，WIFI 板子在系統中的作用如圖6。WIFI 芯片是Realtek 瑞昱芯片RTL8811AU，具有2.4G 和5G 的雙通道模式。主要特性是支持無線標準IEEE 802.11b/g/n/ac，傳輸速率可達433.3 Mbps/1T1R。芯片主要通過USB 和MCU通信，通過WIFI 信號和無線NVR 或路由器進行連接。由于芯片內的通信信號有高速信號，最高有5G的超高速信號，所以電路圖還需要根據實際應用作相應修改，比如電源濾波電路，射頻的高通濾波電路需要增加射頻開關、射頻雙工器等[12]。

圖6 WIFI板在系統中的作用

3 系統軟件環境搭建及調試

3.1 系統軟件環境具體搭建

在電腦上安裝虛擬機VMware Workstation，在虛擬機上安裝Ubuntu，新建一個虛擬機，安裝VMwareTools，目的是便于與主機之間的文件復制操作。把HI3518E_SDK_V1.0.3.0.tgz 拷貝到Ubunt 服務器上tar 解壓。執行sdk.cleanup 清除SDK，執行sdk.unpack 解壓SDK。

配置編譯環境makeARCH=armCROSS_COM PILE=arm-hisivXXX-linux-hi3518ev 200_config，編譯U-boot，make ARCH=arm CROSS_COMPILE=armhisivXXX-linux。

3.2 Linux根文件系統

1）Linux 的目錄結構最頂層是一個根目錄。系統加載Linux 內核之后，就會掛載到根目錄上。存在于該設備中的文件系統被稱為根文件系統，所有系統配置的掛載點都位于這個根文件系統中。根文件系統通常存放于內存和Flash 中。根文件系統中存放了嵌入式系統要用的所有庫以及其他用到的服務。

2）busybox 制作根文件系統。busybox 完整源代碼存放在osdrv 目錄中；進入busybox 所在目錄，執行hisilicon $ cp osdrv/busybox/busybox-1.20.2/busy box_cfg_hi3518ev200_300osdrv/busybox/busybox-1.20.2/.config//指定配置文件。

3）編譯和安裝。操作hisilicon$ make 和hisilicon$make install 進行編譯和安裝。

4）制作根文件系統。hisilicon$mkdir rootbox；hisilicon $cd rootbox；hisilicon $cp-R packet/os/busybox-1.20.2/_intsall/*。hisilicon$mkdir etc dev lib tmp var mnt home proc；配置etc、lib、dev 目錄的必需文件。

3.3 串口調試軟件SecureCRT及易視云客戶端介紹

SecureCRT 是一款支持Serial 調試的軟件，配置好后連接串口板子可以看到所示打印信息，使用SecureCRT 可以上傳和下載各種指令數據，方便仿真調試。

1）板子上電后輸入ifconfig eth0 192.168.x.x，根據當前電腦IP 地址對板子IP 地址進行匹配，通過ping 板子IP 地址確定是否接通。

2）打開易視云客戶端，添加對應IP 地址的設備，輸入密碼后就可以看到視頻畫面了。軟件的功能在此不做說明。

4 結束語

通過硬件測試、功能測試、軟件調試等表明，該無線視頻監控性能可靠。無線監控擁有廣泛的市場應用場景：1）家庭方面，可以用作視頻實時對話的工具，防火防盜的安全保障，實時查看監控情況；2）工程項目方面，減少布線交換機等材料成本，減少施工成本等；3）汽車應用方面，比如行車記錄儀，實時監控報警，汽車全景環視等；目前通過4G 可以在汽車上實施遠程監控，一般傳統的汽車里面的線路長度可以達到70 m 到150 m 不等[13]，有了無線就可以大量節約線材的使用，目前，已經有四輪獨立驅動/轉向電動汽車的無線控制系統設計，并且使用新的無線技術使得汽車的控制系統和新媒體功能會有全新的概念[14]，汽車可以增加安全監測系統集中在汽車的中控中；4）軍事方面，可以用作戰場埋伏、勘探的先鋒利器，無人偵查車等，可以實時掌控局勢[15]；5）行業中擴展應用方面，車牌識別、人臉識別、實時遠程監控等應用[16]。

目前，各方面的技術儲備已經可以滿足無線視頻監控的開發和研究，無論從技術上還是需求上，都有發展無線視頻監控研究的必要，但是目前存在的技術問題還有不少，例如圖像模糊不夠清晰、傳輸卡頓、視頻延遲高、傳輸不夠穩定、功能不夠豐富等問題，都需要通過研究開發人員的努力，不斷改進和提高。