基于DM8168多路高清视频记录仪的设计

1.基本要求
  • 5路XGA分辨率的DVI数字输入
  • 2路PAL标清输入

2.设计理念
  • 追求更小的体积重量和更低的功耗。为了获得这个目标,硬件设计需要采用高度集成和性能强大的主芯片。主芯片应当囊括除了非标准外围接口以外的所有功能。主芯片运算能力应该强大,一颗主芯片应当满足记录仪所需的所有运算处理等操作。
  • 模块化设计。把模块分成2类:一个是主处理模块,一个是接口模块。主处理模块功能上相对稳定,主要实现图像压缩、存储、信息交换等功能。接口模块功能上相对灵活多变,以便适应不同的应用需求:如满足不同标准和数量的视频输入等。主处理模块的相对稳定,带来最大好处:基本的算法、软件和硬件的稳定。接口模块的灵活多变,带来的最大好处:快速满足不同的应用需求。因此这种模块化的设计,也就带来了标准化、系列化等好处。既能够保证不同应用的软硬件算法的相对稳定性,又能快速满足不同应用需求,使得设计效益最大化,产品稳定性可靠性大为提高。
  • 工程化的RGB/YUV4:4:4 H.264算法。为什么必须采用关于RGB/YUV4:4:4格式的图像,主要是因为我们处理的对象不是自然图像,而大部分是图像,具有大量单像素的点和线。关于这一点我们我们以前的文档曾有详细的论述。

3.设计理念实现的基础
Ti公司推出的TMS320DM8168 DaVinci数字媒体处理器,使得我们的设计理念得以实现。道理如下:
该器件的最为关键之处在于多达3高分辨率视频/图像协处理器(HDVICP2)。每个协处理器能够处理单个1080p60 H.264 编码/解码。另外。凭借可同时处理3路1080p60 数据流的能力,TMS320DM8168 器件成为了一款适合当今苛刻的 HD视频应用要求的强大解决方案。
可编程性由一个具有NEON扩展的ARM Cortex-A8 RISC CPU、德州仪器(TI) C674x VLIW 浮点DSP 内核、及高分辨率视频/图像协处理器提供。ARM®使得开发人员能够将控制功能与在DSP和协处理器上进行编程的A/V 算法分离开来,从而降低了系统软件的复杂程度。支持NEON浮点扩展的ARM Cortex-A8 32位RISC 微处理器包括:32K字节(KB)指令高速缓存;32KB 数据高速缓存;256KB L2 高速缓存;48KB公共ROM 和64KB RAM。
丰富的外设集提供了控制外围设备以及与外部处理器进行通信的功能。包括:HD视频处理子系统(HDVPSS),此子系统提供HD和SD模拟视频的输出和双HD视频输出; 2个千兆位以太网MAC (10/100/1000Mbps);2个 USB 端口;以及两个SATA硬盘接口;x2 Lanes PCIe2.0 端口能够充当一个根联合体(root complex)或设备端点; McASP音频串行端口; 两个McBSP多通道缓冲串行端口;3个可支持IrDA 和CIR 的UART;SPI串行接口;SD/SDIO串行接口;两个I2C 主/ 从接口;多达64个通用I/O (GPIO);7个32 位定时器;系统看门狗定时器;双DDR2/3 SDRAM 接口;灵活的8/16 位异步存储器接口。
器件还包括一个SGX530 3D图形引擎来实现复杂的用户图形接口和富有吸引力的用户交互接口。此外,它还有一个针对包括 ARM 和DSP 在内的完整开发工具集,这个工具集包括 C 语言编译器、一个用于简化程序设计和调度的DSP汇编优化器、以及可视化源代码执行的 Windows调试程序界面。
C674x DSP 内核是TMS320C6000 DSP系列的一款高性能浮点DSP系列产品。C674x浮点DSP处理器采用32KBL1P CACHE和32KB的L1D CACHE;256KB 的L2 RAM/CACHE。所有的C674x L3 及片外存储器存取由MMU 来路由。
从上面的分析可以看出:一颗DM8168就足以满足我们用于压缩所需要的运算能力,其丰富的外围接口 ,已经大大超过了我们的要求(我们仅要求用于存储的SATA接口等)。因此一颗DM8168足以代替我们原先使用的MPC8280 + 多个DM642。如此,使得我们追求更小的体积重量和更低的功耗的目标得以实现。

4.概略设计
记录仪有两个模块组成:
  • 主处理模块
硬件:
      • 主CPU:TMS320DM8168
      • 扩展512MB DDR3内存,256MB FLASH
      • GigE(10M/100/1000M)以太网口
      • SATA接口
      • 串口
      • 高清HDMI输出接口
      • 与接口模块铰链的扩展连接器
软件:
      • 压缩算法:H.264
      • 操作系统:Linux2.6
与接口模块铰链的接口主要有:
      • 以太网
      • SATA接口
      • 数字视频捕捉端口
      • 数字视频显示端口
      • PCIe2.0 x2接口
      • UART
      • SD/SDIO
      • McBsp接口
      • McAsp接口
      • 通用内内存总线接口
      • USB接口
可见与扩展接口卡的连接功能丰富,这使得接口模块具备了非常强大的灵活性。
无论从软件角度还是硬件角度来看这个主处理模块,我们都能发现,这个主处理模块功能强大接口丰富,同时硬件却非常简单,这就保证了主处理模块的硬件和软件的相对稳定性,不会因应用需求的变化而发生变化,这对维护系统的稳定性可靠性,以及标准化系列化都是非常有利的,同时还可以减少硬件和软件人员的重复劳动,大大减少研发周期和费用。所有这些都得益于DM8168的优势。
  • 接口模块
主要功能有:
      • 5路HDMI/DVI XGA信号的接收
      • 2路CVBS复合视频信号的接收
      • 音频的输入
      • 接收到的5路高清数字视频通过FPGA转换成DM8168 VPORT口能接收的格式,以便实现DM8168对5路高清视频的捕捉。

5.基本参数
  • 尺寸:148x103
  • 功耗:主CPU模块功耗10W,接口模块功耗8瓦
  • 压缩算法:工程化的RGB/YUV4:4:4格式的H.264