江華麗

(福建師范大學(xué) 閩南科技學(xué)院， 福建 泉州， 362332)

0　引　言

隨著生活水平的日益提高，人們對交通工具的需求也越來越大，尤其是對汽車的需求。與此同時，道路上的車流量密度也在急劇增加，交通擁堵給我們帶來很大的困擾，碰瓷現(xiàn)象也時有發(fā)生。一旦發(fā)生交通事故，很難協(xié)調(diào)事故發(fā)生的人事糾紛；并且，交通事故發(fā)生在一些比較偏辟的地方，路況沒有監(jiān)視，警方也很難判斷哪方的對錯。汽車行駛記錄儀巧小，易于方便安裝在車輛上，可以全程同步記錄、監(jiān)視車輛在路況的運行狀態(tài)，可以很好的為出現(xiàn)交通事故提供很好的證據(jù)。專門為汽車內(nèi)部構(gòu)造設(shè)計，并且?guī)椭緳C和交通部門實時監(jiān)控機車內(nèi)運行狀況。因此，非常有必要在汽車上配備科學(xué)、有效的行車記錄儀。

1　工作原理

汽車行車記錄儀的功能主要由4部分組成[1-3]：觸摸屏、圖像的采集與解碼、語音編解碼和SD卡。采用LCD顯示屏進行界面顯示結(jié)合Qt開發(fā)、運用C、C++進行界面的設(shè)計及實現(xiàn)響應(yīng)用戶觸摸實現(xiàn)相應(yīng)的功能。通過訪問LINUX的dev目錄下fb0的節(jié)點，來操作LCD顯示屏的顯示，通過ioctl函數(shù)來獲取這個屏的長、寬、顏色深度；通過mmap映射frambuffer地址到用戶空間；把圖片數(shù)據(jù)拷貝到用戶空間的frambuffer地址-〉達到顯示圖片的效果。圖像的采集是運用CMOS攝像頭進行，進行對圖像的編碼為二進制數(shù)，讓CPU識別。通過open/dev/camera來訪問攝像頭，再通過ioctl函數(shù)來獲取這個攝像頭的長、寬顏色的深度，根據(jù)實際情況的需要來截取所需大小的圖片；并把565格式的圖片轉(zhuǎn)換為888格式的圖片，將獲取的圖片壓縮為JPEP圖像，設(shè)置壓縮的對象，圖像寬、高、色彩通道數(shù)；當(dāng)錄制一定數(shù)量的圖片則可以開始編碼為視頻文件。采用UDA1341進行語音編解碼。UDA1341音頻編解碼器芯片,使用一種新的芯片F(xiàn)M1182語音處理,可以實現(xiàn)噪聲抑制和回波消除。通過UDA1341TS抽樣對語音信號的模擬,用來對采樣頻率的音頻編解碼器芯片UDA1341TS設(shè)置為9 kHz。采用SD卡為介質(zhì)存儲錄像錄音文件。該系統(tǒng)的SD卡支持8～32 GB的容量，滿足長時間錄制視頻和語音。設(shè)計的總體框圖，如圖1所示。

圖1行車記錄儀設(shè)計框圖

2　硬件電路設(shè)計

2.1　S3C2440CPU工作原理

S3C2440[4-12]內(nèi)部資源豐富，集成度高，其結(jié)構(gòu)是基于ARM9的架構(gòu)，時鐘總線分成3部分，經(jīng)過外部晶振再通過鎖相環(huán)增大，提供給CPU工作。CPU內(nèi)核強大，是基于一個32位的高級精簡指令，內(nèi)存有高數(shù)緩存區(qū)，操作內(nèi)存時，運速度快。

S3C2440它的主要特性參數(shù)有以下幾點：

(1) 有4個通道DMA并有外部請求引腳；

(2) 3通道UART(IrDA1.0, 64字節(jié)發(fā)送FIFO和64字節(jié)接收FIFO)；

(3) 2通道SPI；

(4) 1通道IIC總線接口(支持多主機)；

(5) 1通道IIS總線音頻編碼器接口；

(6) 2通道USB主機/1通道USB設(shè)備(1.1版)；

(7) 常用PWM定時器和捕獲；

(8) 8通道10位ADC和觸摸屏接口；

(9) 攝像頭接口(最大支持2048×2048像素輸入支持縮放)；

(10) 130個通用I/O口和24通道外部中斷源；

(11) 具有普通，慢速，空閑和掉電模式；

(12) 具有PLL片上時鐘發(fā)生器。

2.2　NAND FALSH和NOR FALSH電路

NAND FALSH電路如圖2所示。特性如下：

(1) 關(guān)于引導(dǎo)啟動：引導(dǎo)代碼在復(fù)位期間被傳送到4 Kbyte字節(jié)的Steppingstone。傳送后，引導(dǎo)代碼將在Steppingstone中執(zhí)行；

(2) NAND Flash存儲器接口：支持256 byte，512 byte，1 kbyte和2 kbyte頁；

(3) 接口：8/16位NAND Flash存儲器接口總線；

(4) 硬件ECC生成，檢測和指示(軟件糾錯)；

(5) SteppingStone接口：支持大/小端模式的按字節(jié)/半字/字訪問。

圖2NAND FALSH電路

引腳功能說明，如表1所示。

表1　K9F1208引腳功能說明

NOR 自主boot OM[1:0]=10，copy_proc_beg分別復(fù)制RO RW到SDROM,并清BSS，作中斷安裝，跳到主函數(shù)。NOR 加載boot OM[1:0]=10 代碼已經(jīng)在內(nèi)存中，copy_proc_beg 修正RW數(shù)據(jù)，并清BSS，作中斷安裝，跳到主函數(shù)。NOR Flash片上執(zhí)行功能(執(zhí)行到位),所以在Flash應(yīng)用程序可以直接運行,不需要將代碼拷貝到系統(tǒng)內(nèi)存。

2.3　音頻輸入與輸出電路

UDA1341[9-13]在工作模式時，需要提高時鐘，提供外部時鐘時，系統(tǒng)的頻率可以選擇。系統(tǒng)時鐘必須對數(shù)字接口信號鎖定頻率，UDA1341的模擬端口是由兩個分辨率高的模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成，每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器有兩個通道，其中每個通道都有一個可編程的增益放大器(PGA)，增益倍數(shù)可以通過配置寄存器來選擇。可選擇的0或6dB的增益級,通過L3接口來控制。L3格式通過IIS協(xié)議進行通信,在這種格式下可以通過地址模式和傳輸模式進行操作，這兩種模式也是通過L3協(xié)議來實現(xiàn)的，各有各自的優(yōu)缺點。地址模式是通過L3總線進行數(shù)據(jù)傳輸，從而進行選擇設(shè)備，它的傳輸方向是雙向的。數(shù)據(jù)在傳輸過程中可以是雙向也可以選擇為單向的。模擬信號輸入到UDA1341中通過配置寄存器來編碼聲音處理和系統(tǒng)控制特性,期間需要通過對信號進行濾波和采樣。

圖3NOR FALSH電路

圖4UDA1341電路

2.4　時鐘模塊和SD卡模塊

當(dāng)系統(tǒng)電源關(guān)閉時，實時時鐘(RTC)可以通過備用電池工作，保持?jǐn)?shù)據(jù)的不丟失。RTC可以通過對寄存器的讀寫操作發(fā)送8位數(shù)據(jù)BCD碼值數(shù)據(jù)給CPU，CPU再對這些數(shù)據(jù)進行分解和讀取。這些數(shù)據(jù)包括年、月、日、星期、時、分和秒的時間信息。

BCD數(shù)：年、月、日、星期、時、分和秒

· 閏年發(fā)生器

· 鬧鐘功能：鬧鐘中斷或從掉電模式喚醒

· 已解決的2000年問題

· 獨立電源引腳(RTCVDD)

這些數(shù)據(jù)包括年、月、日、星期、時、分和秒的時間信息，RTC單元工作在外部32.768 kHz晶振并且可以執(zhí)行鬧鐘功能。為了提高實時時鐘的準(zhǔn)確性,RTC 中外圍電路的晶體振蕩電路,提供一個更準(zhǔn)確的時鐘源。 串行時鐘線對數(shù)據(jù)線上信息的同步采樣和同步移位，實現(xiàn)高速率的傳輸。傳輸頻率是通過設(shè)置SDIPRE寄存器相應(yīng)位來控制。

編程SDI模塊需要以下幾個基本步驟：

(1) 設(shè)置SDICON配制適當(dāng)?shù)臅r鐘和中斷使能；

(2) 設(shè)置SDIPRE配制為適當(dāng)值；

(3) 等待為初始化卡的74個SDCLK時鐘周期；

(4) 寫數(shù)據(jù)超時時間到SDIDTimer；

(5) 寫塊大小(塊長度)到SDIBSize；

(6) 確定塊方式，寬總線或DMA等并通過設(shè)置SDIDatCon啟動數(shù)據(jù)傳輸；

(7) Tx數(shù)據(jù)→寫數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)寄存器(SDIDAT)，其中Tx FIFO為可用(TFDET為置位)，或一半(TFHalf為置位)，或空(TFEmpty為置位)；

(8) Rx數(shù)據(jù)→從數(shù)據(jù)寄存器(SDIDAT)讀數(shù)據(jù)，其中Rx FIFO為可用(RFDET為置位)，或滿(RFFull為置位)，或一半(RFHalf為置位)，再或最后數(shù)據(jù)就緒(RFLast為置位)。

2.5　ADC轉(zhuǎn)換和視頻數(shù)據(jù)采集模塊

該模塊具有處理噪聲性能好和線性特性穩(wěn)定，支持片上編程放大器(PGA)中具有低噪聲和高輸入阻抗，增益倍數(shù)可通過配置寄存器來調(diào)節(jié)，可以很好的抑制噪聲。

V4L2[14-16](video for linux)可以支持多種設(shè)備，它可以有以下3種接口：

(1) 視頻采集接口(video capture interface)：這種應(yīng)用的設(shè)備驅(qū)動是萬能的，可以任何一款攝像頭，V4L2的最初設(shè)計就是應(yīng)用于這種功能，驅(qū)動程序不要多大的改變；

(2) 視頻輸出接口(video output interface)：可以驅(qū)動外部設(shè)備的其他視頻圖像設(shè)備—自動轉(zhuǎn)換為配備到像可以輸出電視信號格式的設(shè)備；

(3) 直接傳輸視頻接口(video overlay interface)：它的主要工作是把從視頻采集設(shè)備采集過來的信號直接輸出到輸出設(shè)備之上，read與write這種方式，它像其他設(shè)備驅(qū)動一樣，也可以直接的內(nèi)存訪問，可以通過其映射方式來傳輸。

對于應(yīng)用中最小的功率消耗重要的是，在低功耗模式下，可以選擇(寄存器位MODE = 0 )。在低功耗模式下，功率減小到17 mW( 25 mW)和信噪比減小平均3 dB，默認(rèn)模式為高分辨率。

3　功能模塊設(shè)計實現(xiàn)

3．1　播放音視頻和UDA1341設(shè)計模塊

本模塊主要是為了實現(xiàn)播放錄制的視頻和播放音樂，特點通過觸摸屏響應(yīng)用戶的操作。功能實現(xiàn)播放、暫停、 上一曲、下一曲、音量增，音量減、快進快退功能。實現(xiàn)在播放音視頻中增減音量，播放中自由切換音視頻，播放中客隨意暫停繼續(xù)。實現(xiàn)播放錄音及播放視頻等功能(見圖5)。

圖5　錄制和播放模塊

3.2　圖片瀏覽和視頻數(shù)據(jù)采集模塊

本模塊從系統(tǒng)中瀏覽圖片及選擇特效的顯示，采集視頻收集的數(shù)據(jù)。功能實現(xiàn)圖片瀏覽(上一幅，下一幅)、特效顯示。當(dāng)觸摸屏產(chǎn)生ADC中斷，得到的數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過換算得到像素點的位置(見圖6)。

圖6　圖片瀏覽界面

4　結(jié)　語

本設(shè)計是基于S3C2440嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)全程錄像，在緊急的情況下可以自動拍照，全方位拍照，不漏證據(jù)，可選擇是否錄音，查看SD卡里面的內(nèi)容，瀏覽圖片。它的創(chuàng)新點在于當(dāng)儲存卡存滿時，可以自動覆蓋前面所錄制的數(shù)據(jù)，無需人工刪減，可在線觀看所錄制的視頻及音頻文件，操作簡單。

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