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嵌入式微處理器MCF5249及其應(yīng)用。
摘要:文中介紹了MOTOROLA公司的嵌入式微處理器MCF5249的原理、特點和引腳功能,說明了基于該處理器和嵌入式操作系統(tǒng)UCLINUX的網(wǎng)絡(luò)相機(jī)結(jié)構(gòu),給出了用MCF5249進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)相機(jī)設(shè)計時的資源分配情況及電路設(shè)計注意事項。關(guān)鍵詞:MCF5249;嵌入式微處理器;JPEG
1概述
。停茫疲担玻矗故牵恚铮簦铮颍铮欤峁就瞥龅模常参磺度胧轿⑻幚砥鳎撈骷裕茫铮欤洌疲椋颍澹常参晃⑻幚頇C(jī)體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),并帶有96kB的片內(nèi)SRAM、8kB指令高速緩存、兩個獨立UART和16位定時器以及一個PLL時鐘,同時還帶有軟件監(jiān)視時鐘、GPIO線路、兩個I2C接口、QSPI口、4通道DMA和一個非粘合性SDRAM控制器。此外,該器件還集成了一個12位DAC和一個增強(qiáng)型累積乘法?EMAC?單元,可用來為音頻和其它應(yīng)用提供快速運(yùn)算和信號處理所需的DSP功能。MCF5249的最高工作頻率為140MHz,性能可達(dá)125Dhrystone2.1MIPS,而功耗僅為每兆赫1.3mW。因而可廣泛用于音頻設(shè)備、成像、生物統(tǒng)計學(xué)和工業(yè)控制等領(lǐng)域。
。残阅芴攸c及引腳說明
。停茫疲担玻矗箖(nèi)含V2ColdFire處理器核、96kB靜態(tài)SRAM、8kB指令緩存、EMAC增強(qiáng)型累積乘法單元、2個獨立的通用異步收發(fā)器?UARTs?、2個獨立的16位定時器、兩個獨立的I2C接口、以及16-bit寬度的四通道的SDRAM控制器等模塊,另外MCF5249還集成了PLL和軟件看門狗?Softwarewatchdog?、數(shù)字音頻傳輸和接收口(符合IEC958音頻協(xié)議)及IDE和SmartMedia接口等。圖1所示是MCF5249的主要功能框圖。
。停茫疲担玻矗鼓軌蛑С郑茫模遥希秃停茫模遥希停兀翂K編碼和解碼功能,并具有4個可編程選擇的后臺實時處理Debug模塊。
圖1
MCF5249芯片的內(nèi)核電壓為1.8V,I/O電壓為3.3V,具有160腳MAPBGA(140MHz的最高頻率)和144腳QFP(120MHz的最高頻率)兩種封裝形式。其中160腳的MCF5249比144腳增加了QSPICS1等功能管腳.
。玻辈捎茫停茫疲担玻矗箻(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)相機(jī)
基于MCF5249的上述功能,筆者設(shè)計了一種能夠?qū)Σ杉降膱D像進(jìn)行實時網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)那度胧较鄼C(jī)系統(tǒng)。如圖3所示?它由圖像傳感器、幀存儲器、網(wǎng)絡(luò)控制器、鍵盤、顯示模塊等部分組成。其中圖像傳感器采用OMNIVISION公司的OV9620高分辨率CMOS圖像傳感器。該傳感器具有1280×1024的分辨率和1024等級的色度信息。最高拍攝速度可達(dá)每秒十五幀。OV9620的控制端口與MCF5249的I2C口直接相連。為了使輸出的圖像數(shù)據(jù)方便地同幀存儲器相連,筆者設(shè)計時只用了高八位數(shù)據(jù)。幀存儲器采用ISSI公司的18Mbit存儲器IS61LPD102418A。該存儲器的數(shù)據(jù)讀取速率為7ns,且控制簡單,易于使用。設(shè)置存儲器是由于像素的速率與MCF5249的速率不匹配,而用其起緩存作用的。網(wǎng)絡(luò)控制器選用DAVICOM公司的DM9000快速以太網(wǎng)控制處理器,該處理器配備有標(biāo)準(zhǔn)10M以太網(wǎng)接口,包括MAC和PHY。物理層支持以太網(wǎng)接口協(xié)議。由于數(shù)據(jù)有時是以猝發(fā)形式收到的,因此,DM9000還集成有接收緩沖區(qū),以便在接收到數(shù)據(jù)時能把數(shù)據(jù)放到這個緩沖區(qū)中,然后由數(shù)據(jù)鏈路層直接從該緩沖區(qū)里取走數(shù)據(jù)。鏈路層通常包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和計算機(jī)中對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡,它們一起處理與電纜的物理接口細(xì)節(jié)數(shù)據(jù),它的緩沖區(qū)可用來暫時存儲要發(fā)送或接收的幀。MCF5249在使用時還需輔以4M×16位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM和4MB的在線可擦除FLASHMX29LV160BTC。
該系統(tǒng)工作時,首先通過FLASH自動加載操作系統(tǒng),然后由系統(tǒng)控制MCF5249的I2C接口以控制傳感器曝光并將一幀圖像寫入SRAM。采集結(jié)束后,MCF5249通過GPIO口讀入像素數(shù)據(jù),并通過內(nèi)部嵌入的JPEG圖像壓縮編碼模塊將其轉(zhuǎn)換成易于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡蛿?shù)據(jù)量圖像數(shù)據(jù)流,然后輸出給DM9000網(wǎng)絡(luò)控制器,最后傳輸至網(wǎng)絡(luò)。
針對不同要求,可將該相機(jī)的圖像分辨率分為320×240、640×480、1024×769三種等級,不同等級分辨率對應(yīng)的圖像處理速度分別為15fps(framepersecond)、10fps、3fps。圖2所示是該系統(tǒng)的總體框架。其中的顯示模塊采用6963系列128×64的LCD,主要用來顯示系統(tǒng)時鐘、系統(tǒng)狀態(tài)以及卡的ID號等。
4結(jié)束語
在采用MCF5249設(shè)計網(wǎng)絡(luò)圖像傳輸系統(tǒng)時,還應(yīng)注意以下幾點:
。ǎ保┖侠淼牡貙雍碗娫磳痈綦x
建議使用較為完整的一個PLANE作為地層,如果存在多個“地”(例如:數(shù)字地,模擬地,保護(hù)地等),則應(yīng)在同一個地層上適當(dāng)分割。其電源層也應(yīng)與之類似。此外,還應(yīng)當(dāng)注意低噪聲電路部分電源和高噪聲電路部分電源的隔離或濾波。
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在電源進(jìn)線端,各個數(shù)字芯片電源引腳的附近一般都分布有適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙。設(shè)計時應(yīng)使之與核心板隔離,同時還應(yīng)在各個端口使用適當(dāng)?shù)妮斎胼敵鼍彌_。
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