基于MPEG-4标准和PNxl.300芯片实现网络视频编码系统的设计

PNX1300是Philips公司推出的，用于视频编解码的TriMedia DSP系列产品中的一种。它的核心处理器采用VLlW（超长指令字）结构，主频可以达到200 MHz。它针对数字视频和音频应用进行了结构优化，集成有视频输入（VI）和视频输出（VO）单元，音频输入（AI）和音频输出（AO）单元以及通信线路接口等外围设备。PNX1300还有专用多媒体指令集，可以充分利用其硬件结构体系的特性，大大提高视频、音频数据的处理速度。

板级支持包（BSP）属于嵌入式系统的一部分，它是运行于微处理器上的软件和外围元件（芯片）接口的软件层。一个完整的BSP需要用到TriMedia注册表和成员管理器。

本文针对以PNX1300为核心CPU的嵌入式系统，利用TriMedia注册表和TriMedia成员管理器，实现了一种BSP函数组织及其和上层应用程序通信的方法。在此基础上，搭建起一个基于MPEG-4标准的网络视频编码系统。

1 原理和方法

在TriMedia的软件结构中，板级支持包是和硬件接口的最底层软件层，它提供TriMeclia DSP和外围元件之间的连接函数。BSP通过I2C总线对外围芯片的各个寄存器进行控制。它一方面完成外围芯片的初始化，另一方面，在需要时改变各芯片的内部设置，从而使硬件按用户的要求工作于不同的状态。

使用BSP最大的好处是：把上层应用程序和底层硬件分开，保证了开发不受主处理器及外围硬件更新的影响，只需对BSP中的设备驱动程序做简单的改动，便可使其适合于更新的硬件。

Trimedia的软件结构包括两个重要的库：注册表（Registry）和成员管理器（Component Manager）。应用这两个库，可以为标准设备库建立板级支持包（BSP）。

1.1 TriMedia注册表

Trimedia注册表为系统提供了存储和检索信息的一般方法，它使得上层设备库可以找到特定板子的信息。注册表是一个分层结构的树，它由目录和数据箱组成。这些目录和数据箱都被视为入口。入口可以是字符串、整数值或者任何用户数据。

注册表用一个字符串形式的“关键字”来存储和检索信息。

1.2 TriMedia成员管理器

TriMedia成员管理器为系统提供一个依赖于硬件平台将信息写入注册表的方法。可以把一段需要在主函数之前运行的软件叫做一个成员，这样定义的成员包括板、芯片、Flash内存等。一个成员可以被看作一个黑匣子，也许它的运行需要其他一些成员在它之前先运行，那么这些在它之前先运行的成员就被视为该成员的输入。一个成员也许会输出一些它自己的属性，而这些属性被视为该成员的输出。这些输入和输出都被视为符号并存储在注册表中。

成员管理器依据成员列表、相应的输入和输出，建立一个依赖关系树，然后它根据该依赖关系树一个接着一个地运行各个成员。成员管理器可以保证在其他依赖于本成员的成员运行前，先恰当的初始化该成员。简单说，TriMedia成员管理器提供了一种控制系统初始化顺序的机制。

本文中，将板级支持包作为一个成员来写入注册表。BSP是第一个要运行的成员，所以它不需要任何的输入，但是很多成员都依赖于它，因此板支持包有一个输出符号叫做“bsp/toardID”。

2 系统软件设计及实现

在本文中，系统软件设计采用了层型软件结构，应用程序并不是直接通过调用BSP中的函数来对硬件进行操作，而是通过调用若干设备库函数实现对底层硬件的操作。系统的软件结构如图1所示。这样组织系统软件框架的好处是：使得应用程序结构简单明了，易于程序调试；当底层硬件需要改动时，应用程序几乎不用做修改，只需要修改相应的BSP函数以适应新的硬件。

本文采用TriMedia的注册表和成员管理机制来对BSP函数进行注册和管理，上层的Tri-Media设备库函数，通过检索注册表来调用某个芯片的若干底层BSP函数完成特定的功能。这就实现了BSP和上层设备库的通信。

BSP的实现方法如下所述。

①对每一个芯片定义一个函数指针表和功能结构体。在这个定义的结构体中，包括了对该芯片的初始化、配置、结束等操作的各个函数指针。例如，对视频输入A/D转换芯片定义一个结构体变量Board_vi，在这个结构体中，包括了Board_vi_Init、Board_vi_Term、Board_vi_config等函数指针，还有为实现不同功能而对该芯片寄存器设置的函数指针，以及读取状态寄存器内容的函数指针，用于对该芯片进行全面的操作。

②将BSP作为一个成员由成员管理器初始化。本文中，将BSP作为一个成员由TriMedia成员管理器控制，为了让成员管理器找到对当前板子的支持包，必须在编写BSP时候，用到这样一个由TriMedia提供的宏：TSA_COMP_DEF_（）_COMPONENT（myBoard，TSA_COMP_BUILD_ARG_LIST_1（“bsp/boardlD”），Board_actlvate）。这个宏可以把一个成员的输出符号导出，这样成员管理器就可以把BSP作为一个成员而找到。在这个宏中，第一个参数指的是将要被定义的成员的名字，第二个参数告诉成员管理器，输出的符号叫做bsp/boardID，第三个参数是板激活函数，成员管理器通过调用这个函数初始化该成员，并注册所有BSP中支持的函数。

③编写板激活函数。板激活函数首先检测当前BSP是否匹配当前板子，这就要通过I2C总线读取启动EEPROM，这部分代码主要用iicReadReg API函数来编写．从而读出并比较boardlD，以判断是否匹配。如果匹配则启用当前BSP，对BSP中所有支持的外设进行注册。倒如对上文所提到的视频输入A/D转换芯片功能的注册就通过tsaBoardRegisterVI（0，%26;amp;Board_vi）API函数来完成，这里只是将结构体变量的指针在注册表中进行了拷贝，并不是结构体自身的内容。上层的TriMedia设备库函数中有同样类型的结构体变量指针，设备库函数通过在注册表中检索该结构体变量的地址，将检索到的地址再赋给设备库函数中定义的结构体变量，从而实现了BSP和上层设备库的通信，进而实现应用程序通过调用设备库函数来完成对底层硬件的操作。图2给出了系统的函数调用流程图。

利用上述原理和方法，设计搭建了一个基于MPEG-4标准的网络视频编码系统，图3是网络视频编码系统原理框图。将采集的视频信号进行MPEG_-编码，系统可以将码流通过网络发送到远端，也可以将输入视频在本地监视器上显示。主芯片采用的是TriMedia系列芯片PNxl.300，视频输入A/D转换器采用PhiIilps公司的SAA7114，视频输出D/A转换芯片采用Phllips．公司的SAA7121。

工作过程是：经摄像机采集的一路模拟视频输入后，由视频解码芯片SAA7114转化成数字信号并送入PNX1300的VI（Video In）单元，VI单元将视频数据分成YUV4:2：2格式分别存储在SDRAM中。PNX1300对视频数据进行MPEG-4编码后，选择网络发送或者本地显示。在该视频编码系统中，使用了上文提到的方法编写BSP。例如对视频解码芯片SAA7114，为其建立函数指针和功能结构体，使用注册表机制对其功能进行注册，并将整个BSP作为一个成员来由成员管理器初始化，应用程序只需要调用少数TrlMedia视频设备库函数，就可以对该芯片进行打开、采集、中断、关闭等操作。经测试，该方法可以有效的组织对各外设操作的各个函数，并为上层软件提供接口，有利于应用程序的开发，使得应用程序结构更加清晰。

结语

板级支持包BSP在嵌入式系统中的作用是必不可少的，它作为上层软件和底层硬件之间的接口软件层，是需要特别给予重视的。本文提到的编写和组织BSP函数的方法，是针对TriMedia软件结构和软件开发环境而给出的，其注册表和成员管理器机制为BSP的编写提供了极大的方便，使得BSP结构清晰，整个软件框架层次分明。本文给出组织BSP的方法也具有一般性，对于其他嵌入式系统采用类似的思路来组织应用程序、库函数和板级支持包并处理其间的相互通信，也会取得很好的效果。

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