2024年5月20日发(作者：闾松)
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Ｑ：
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
高新技术
基于ＩＭＥ６４００的远程视频监控系统的设计
李志刚
（南京新联电子仪器有限责任公司）
摘要：介绍了一种基于Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸＩ－ 硬件平台和嵌入式ｕＣＯＳ—ＩＩ操作系统［２】的远程视频监控系统的总体设计方案，详细阐述了系统的总
体结构和各部分功能特点，对系统视频采集，ＭＰＥＧ一４压缩，传输的实现进行了详细分析。与传统的视频监控系统比较，该方案具有体积
小，成本低，稳定可靠等优点。
关键词：嵌入式视频采集 ＭＰＥＧ一４ ｕＣＯＳ—ＩＩ Ｌｗｉｐ［ Ｊ ’
中图分类号：ＴＮ９１９．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—０５３４（２００７）１１（ｂ）一０００ｌ一０２
视频监控系统是安全防范系统的组成部
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ ３： ｌＶ ＩＭＥ６４００
表Ｉ．ＩＭＥ６４００与ＢＴ８２９Ａ的连接
分，它是一种防范能力较强的综合系统。现今
ＩＭＥ６４００ ｐｉｎ ＢＴ８２９
监控系统已经步入了数字化、网络化时代，即
ＭｏＤＥ Ｏ
ｐｃｌｋ ＣＬＫｘｌ
Ｍ０ＤＥｌ
视频从前端图像采集设备输出时即为数字信
ＩｌＣＳ Ｎ Ｃ Ｓ
号，并以网络为传输媒介，基于ＴＣＰ／ＩＰ协议，
ｖｓｙｎｃ ＶＲＥＳＥＴ
８ ｄ ｓ
采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用
ｈｓｙｎｃ ＡＣＴＩＶＥ
ｎ０Ｅ ＩｌＲＤ
传输。使用嵌入式系统实现远程视频监控技
ＩｌＷＥ ｎＷＲ
ｆｉｅｌｄ ＦＩＥＬＤ
术，符合网络化数字化的特点，对公安、安防
●——÷ ｉ￣ｅａｄ＇ｖ
ｃｌｖａｌｉｃｌ ＤＶＡＬＩＤ
等行业有着重要的现实意义。
Ａｄｄｒ ０】 ｈｍ＇ｄ［４：０Ｊ
视频监控系统一般采用基于ＰＣ机平台＋
ＤＡＴＡ［１５：０Ｊ ｌ￣ｄａｔａ【１５：０Ｊ
ｖｄ［１５：０】 ＶＤ［１ ５：０】
ｌ｝ｄ
视频采集卡的形式，该方案系统体积大、成本
ＧＮＤ ＢＷ
高，功耗大，在远距离、多点系统中实现困难。
主机接１７１支持同步和异步连接，接１７１数据宽度
ＩＮＴ ｇｐｌｏＯ
本设计采用三星公司的Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ硬件平台，
可以８位ｌ６位选择，管脚ＢＷ选择数据宽度，
使用ＭＰＥＧ４压缩芯片ＩＭＥ６４００，软件平台是
图２ ＩＭＥ６４００与Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ连接图
管脚ＭＯＤＥ［０：ｌ】选择接１７１模式。ＩＭＥ６４００与
ｕＣＯＳＩＩ操作系统内核，协议栈采用Ｌｗｉｐ１．２＿ｌ～
Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ通过ｌ６位异步接１７１互联，连接如图
２。 ＭＥ６４００的输出数据超过ＮＦＩＦＯＳＩＺＥ（根 【８：９】接高，其余连到地。１０模式存取ＣＳ８９００
据固件的版本可能不同，一般为ｌＫ）时，ＧＰＩＯ０
时，ＡＥＮ必须为低，因此ＡＥＮ与ｎＣＨＩＰＳＥＬ
１系统硬件设计
置低，中断任务完成后ＩＭＥ６４００将ＧＰＩＯ０置 联在一起与ＣＰＵ的片选连接。由于ＩＳＡ总
系统主要由视频采集和传输部分组成。
高。Ｃ Ｐ Ｕ以Ｇ Ｐ Ｉ Ｏ ０作为输入中断源。
线速度相对较低，因此有必要连接ＣＳ８９００的
视频采集部分主要由摄像头、视频编码芯片、
ＩＭＥ６４００支持ＣＣＩＲ－６０１ １６位视频接口，最大
ＩＯＣＨＲＤＹ到ＣＰＵ的ｎＷＡＩＴ脚。
视频压缩芯片组成；传输部分由嵌入式处理器、
支持２０４８Ｘ２０４８像素的视频输入，输入视频垂
存储器、以太网控制器组成。嵌入式处理器是
直和水平方向像素数必须为１６的整数倍。本
２系统的软件设计
韩国三星公司的基于ＡＲＭ７内核的１６／３２位
设计中选用Ｃｏｎｔｅｘｔ的ＢＴ８２９Ａ作为视频编 软件平台由两部分组成：系统引导加载程
ＲＩＳＣ嵌入式微处理器（型号：Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ，主要
码芯片，ＩＭＥ６４００与ＢＴ８２９Ａ的连接如表１，
序、应用程序。本设计中通过向ＡＲＭ平台移
面向高性价比的工业应用）。视频压缩芯片采
ＣＰＵ
通过ＩＩＣ接口对ＢＴ８２９Ａ初始化。
植ｕ—ｂＯｏｔ一１．１．４实现系统的引导加载，
用韩国ＩＮＴＩＭＥ公司的ＩＭＥ６４００，该芯片支持
１ ２网络接口的设计
ｕｂｏｏｔ除了正常的引导嵌入式应用程序外，还
７２０ｘ５７６＠２５ｆｐｓ（ＰＡＬ）、７２０Ｘ４８０＠３０ｆｐｓ
在Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ芯片上无网络接１７１，为了实
可以方便的切换到下载更新模式，利用ＴＦＴＰ
（ＮＴＳＣ），支持ＣＦ，ＱＣＦ模式压缩；码率控制可
现视频数据的网络传输等功能，所以在系统中 功能应用程序实时更新。开发环境采用
选ＶＢＲ／ＣＢＲ；支持实时语音压缩；帧率可编
扩展网络接１７１模块（ＣＳ８９００）。该芯片为１０Ｍ
ＡＲＭ公司的ＡＤＳ１．２，嵌入式操作系统采用
程；支持动态侦测等。在处理器的控制下，视
以太网接１７１芯片，具有通用的处理器接１７１。
ｕＣＯＳ—ＩＩ，协议栈采用Ｌｗｉｐ２．０。相关部分
频编码芯片ＢＴ８２９Ａ把模拟视频编码成数字
数据传
ＣＳ８９００提供一个８到１１ＭＨｚ的ＩＳＡ总线接
程序分为初始化，中断处理，数据处理，
信号，再由ＩＭＥ６４００压缩成ＭＰＥＧ４格式数
口，可以以ｌ６位存储器模式、１０模式、从ＤＭＡ 输部分。
据，ＣＰＵ将压缩的视频数据处理后，由网口发
模式联到ＩＳＡ总线上，１０模式是ＣＳ８９００的默 初始化部分完成硬件初始化，ＩＭＥ６４００固
送到远端监控中心显示，系统框图如图Ｉ所示。
认连接模式，其默认的１０基址为０ｘ３００，可配 件下载，数据初始化等功能。一个重要数据结
置为任意可寻址的空间。ＣＳ８９００有四个中断
构如下：
１．１视频采集压缩模块
Ｔｙｐｅｄｅｆ Ｓｔｒｕｃｔ｛ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ａｕｔｈ；
输出管脚，只有一个是有效的，在初始化四选
ＩＭＥ６４００提供一个主机接口，外部处理器
／／０：ｄｒｉｖｅｒ １：ｄｅａｌ ２：ｔｒａｎｓｐｏｒｔ
定其中一个有效。在此ＣＳ８９００与Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ
通过主机接口可以访问其内部寄存器、内部
Ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ｖａｌｉｄＬｅｎ Ｉ
以１０模式连接，ＣＰＵ通过８个ｌ６位端口访问
存储器、数据流ＦＩＦＯ、下载固件等功能。
Ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｂｕｆｆ【ＮＦＩＦ０ＳＩＺＥ】；
ＣＳ８９００，只需连接低四位地址线（ＳＡ［０：３】），ＳＡ
｝ＭＰ４ＢＵＦ； －
●
＿ －
Ｌ
１
一 ｒ
ｒ
。
．
ＭＰ４ＢＵＦ ｄａｔａＢｕｆ【ＢＵＦＳＩＺＥ】；
／／视频数据流缓冲区ＢＵＦＳＩＺＥ为缓冲器深
度
ＯＳ ＥＶＥＮＴ ＱｖｉｄｅｏＤａｔａ，
＊ＱｕｄｐＤａｔａ；／／消息队列
Ｖｏｉｄ ＱＭｓｇＶｉｄｅｏ［ＢＵＦＳＩＺＥ】，
ＱＭｓｇＵｄｐ［ＢＵＦＳＩＺＥ ；
结构ＭＰ４ＢＵＦ的ａｕｔｈ表明本数据结构
写操作权限：０中断程序可写；１数据处理任务
（下转３页）
科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ ｌ
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过程。对于因各向同性损伤而引起的破坏而
言，在该点发生破坏耗能过程中的任一时刻ｔ
的应变，可根据应变等效原理有（９）式表示为
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖ８
以得到以下结论：
毛（ｆ）＝ 一 ＋ ）】
丽
）一
（ 】
（１０）
－ｔｌ（ｏ＇￣＋０９］
式中 Ｄｏ）：１一 ；，为该点破坏耗能过程的
时间参数，当， ＝０时有 （，）＝ （‘） ０，当
ｆ＝ 时有 ｆ）＝ ）＝０，即当，＝ 时破坏耗
一
能结束，该点达到完全破坏状态。将ＤＯ）＝１～
代入式（１０）可得
（１）由（７）式可见，通过最小耗能原理可以
推导获得相应的梯度材料强度准则。
（ 一 ）（ ＋ 。一 ）一（ ＋ 一 ）】／
（２）由（１ ３）式知，梯度材料的强度准则需要
通过一组实验数据来确定待定系数，在不同的
一 ～
【
～
２＋ ）
应力状态下，系数可能会对应于不同的数值，
所以实验数据的采集就更加重要。但目前由
｝ ＋
（ 一 ）（一 ＋ ＋ ，）一（一 ＋ ＋ ；）】／
于梯度材料大试件的制备困难，从而决定了在
这方面试验的缺乏。
【 。（ 一 ＋ 一
（３）如果在大量实验数据的支撑下，完全可
能根据（７）式和（１ ３）式，用在应力空间分区确定
）（ 一 ２＋ ）一（ ～ ２＋ ）１／０＂ ０＂３
‘
系数的方法，来获得适用于各种不同应力状态
（１４）
范围的梯度材料强度准则。
∞
【 ～ －２ｐ０．１０．￣）
一 一 一Ⅲ
， ，
一
由梯度材料试件的强度实验可以获得相应
的一组具体数值（ ＝ ，， ＝ ，， ＝ ），
参考文献
１】周筑宝．最小耗能原理及其运用【Ｍ】．北京．
把其代入（１ ４）式就能解的（７）式的具体表达
【
科学出版社，２００１．
式。从而（７）式表示的梯度材料的强度准则便
完全确定。
【２】Ｙａｎｇ Ｃ．Ｔ．，Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｍｕｍ
Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ Ｒａｔｅ
３梯度材料强度准则的运用与结论
因为破坏耗能过程是不可逆过程，所以与
它相应增加过程也是不可逆的，故将式（１１）代
入式（７）即可得到破坏开始时该点梯度材料的
耗能率表达式，为
【Ｍ】，Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｆ１ｕｉｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，
Ｇｕｌｆ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，１９８６．
瑚＝ （ ＝～ 口×
【 ＋ ；＋ 一２／Ｋａ￣ａｉ＋ ２０－３＋ｏ３ｏ１）】
（１２）
由于以（１２）式表示的破坏耗能，只有在（７）
式得到满足的条件下才会发生，因此（７）式可视
由于梯度材料是非均匀的材料，要通过梯
度材料来获得相应的一组具体数值（ ，
Ｏ＂２＝Ｏ＂２，， ＝ ，）并不现实，这儿可以通过梯
度材料一点的特定的混合比例来制作相应的
实验构件而获得相应的一组具体数值
（ ＝Ｏ＂ｌ，、Ｏ＂２ ２ ． ），再由混合率方法
｛６ｌ
得到（７）式就与材料的配比有关的关系式。
在梯度材料设计的计算中，利用（７）式与材料配
比有关的特性，是其具有两方面的主要运用：
方面可以利用式（７）对设计的构件进行强度
校核，使梯度材料能在工程实际中满足其强度
方面的要求；另一方面还可以利用式（７）对构件
，
一
【３】秦世伦，Ｋ．Ｈｉｔｔｅｒ．连续体热——力学引论
【Ｍ】．成都．成都科技大学出版社，１ ９９８，
３２—５３．
【４】田云德，秦世伦．改进混合律方法研究梯度
材料力学性能【Ｊ】．西华大学学报，２００５，２４
（６）：９１ ９４．
【５】勒迈特Ｊ．，损伤力学教程，北京：科学出
版社，１９９６．
【６】田云德，秦世伦．复合材料有效弹性模量的
种改进混合率方法．西南交大学报，２００５，
４０（６）：７８３－７８８．
一
为以（１２）式表示的梯度材料破坏耗能必须满足
的梯度层的配比进行精确的设计和制备，
５】田云德，秦世伦．梯度材料三维稳态温度场
使其
【
的约束条件。根据最小耗能原理，（７）式应满足
能获得按设计者意图的完备的梯度材料构件。
的改进分层计算方法【Ｊ】．西华大学学报．
（１２）式的条件下取驻值，在引入Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子
当然，梯度材料强度准则（７）式目前还是理
后有
妒（ｆ） ＋ （ 、０＂２，＂０３）］／ａ ＝０（１３）
式中，卢１，２，３。将（１２）式及（７）式代入（１ ３）式
后可解得
论上的探讨，还需要大量的实验对其系数进行
确定。但还是可以看到，梯度材料强度准则
（７）式的获得为目前只靠实验来检验梯度材料
的可靠性提供了很好的理论依据。由此，可
（上接１页）
可写；２数据传输任务可写。ｖａｌｉｄＬｅｎ由数据
处理任务改写，指明ｂｕｆｆ【】数组中有效字节
数。ｂＵｆｆ【】为数据缓冲区。
ＩＭＥ６４００的输出数据超过ＮＦＩＦＯＳＩＺＥ
（１Ｋ）时，ＧＰ１００置低。ＣＰＵ以ＧＰ１００的下降
沿作为输入中断源，先在ｄａｔａｂｕｆ【】搜索一个
ａｕｔｈ为０的ｄａｔａＢｕｆ，从ＩＭＥ６４００中读取
ＮＦＩＦ０ＳＩＺＥ个字节，填入ｂｕｆｆ［／，将ａｕｔｈ置１，
调用ＯＳＱＰｏｓｔ（ＱｖｉｄｅｏＤａｔａ，＆ｄａｔａＢｕｆ［ｃｕｒ］），
对ＩＭＥ６４００的ＵＳＥＲ４寄存器写入一个不同的
数据启动下一次数据传输，退出中断。
ｄａｔｅ ｓｈｅｅｔ．ｓａｍｓｕｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｓ．２００３．ｃ
数据发送任务收到ＱｕｄｐＤａｔａ消息后，将
数据以ｄａｔａＬｅｎ的长度通过ＵＤＰ广播方式发 【２】嵌入式实时操作系统ｕＣ／ＯＳ—ＩＩ（第２版）
到以太网上，并置ａｕｔｈ＝０，释放该数据缓冲
【美］Ｊｅａｎ Ｊ．Ｌａｂｒｏｓｓｅ邵贝贝等译．
区。这时，中断程序又可以使用这个数据缓冲
【３】Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＬｗＩＰ
区了。
ＴＣＰ／ＩＰ Ｓｔａｃｋ．
Ｓｗｅｄｉｓｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０．２００１．
３结语
由干ＩＭＥ６４００的数据流是以帧为单位，并
且每次输出ｌ Ｋ字节，如果一帧数据长度不能
被１Ｋ整除，则用０补齐，如果不剔除这些数
据，将造成网络带宽的巨大浪费，特别是处理Ｐ
帧数据时。数据处理任务调用（ｖｏｉｄ＊）ｐｔ＝
ＯＳＱＰｅｎｄ（＆ＱｖｉｄｅｏＤａｔａ，０，＆ｅｒｒ）后，处理数
利用嵌入式系统实现远程视频监控符合数
【４】ＩＭＥ６４００ ＭＰＥＧ４ Ｅｎｃｏｄｅｒ Ｆｉｒｍｗａｒｅ
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍａｎｕａｌ ＩｎＴｉｍｅ Ｃｏｒｐ．Ｍａｙ
字化、网络化的发展趋势，具有布线集中，设备
４，２００４．
简单，体积小，成本低等特点，与传统的视频监
控方案比较有不可比拟的优越性。前端采集部
【５】ＩＭＥ６４００ ＭＰＥＧ４ Ｅｎｃｏｄｅｒ Ｈａｒｄｗａｒｅ
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍａｎｕａｌ ＩｎＴｉｍｅ Ｃｏｒｐ．Ｄｅ
分采用Ｓ３ Ｃ４４ＢＯＸ微处理器加ＩＭＥ６４００图象
压缩ＡＳＣＩ，图像采集的速度完全可以达到动态
ｃｅｍｂｅｔ ９，２００２．ｆｉｚｈｉｇａｎｇ＠ｅｍａｉｌ．ｘｌｄｚ．
ＣＯｍ
显示的要求（Ｄ１图像可以达到３０帧／秒（ＰＡＬ）
２５帧／秒（ＮＴＳＣ）的显示速率），可根据网络拥
塞情况，自动调整压缩帧率。该系统性价比较
高，使用方便，值得推广使用。
据，修改ｐｔ－＞ｄａｔａＬｅｎ为有效长度，修改ｐｔ一＞
ａｕｔｈ＝２，再调用ＯＳＱＰｏｓｔ（＆ＱｕｄｐＤａｔａ，ｐｔ）将
参考文献
【１】Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ ＲＩＳＣ ＭＩＣＲ０ＰＲ０ＣＥＳＳ０Ｒ
数据传到数据发送任务。
科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ ３
2024年5月20日发(作者：闾松)
维普资讯
Ｑ：
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
高新技术
基于ＩＭＥ６４００的远程视频监控系统的设计
李志刚
（南京新联电子仪器有限责任公司）
摘要：介绍了一种基于Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸＩ－ 硬件平台和嵌入式ｕＣＯＳ—ＩＩ操作系统［２】的远程视频监控系统的总体设计方案，详细阐述了系统的总
体结构和各部分功能特点，对系统视频采集，ＭＰＥＧ一４压缩，传输的实现进行了详细分析。与传统的视频监控系统比较，该方案具有体积
小，成本低，稳定可靠等优点。
关键词：嵌入式视频采集 ＭＰＥＧ一４ ｕＣＯＳ—ＩＩ Ｌｗｉｐ［ Ｊ ’
中图分类号：ＴＮ９１９．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—０５３４（２００７）１１（ｂ）一０００ｌ一０２
视频监控系统是安全防范系统的组成部
Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ ３： ｌＶ ＩＭＥ６４００
表Ｉ．ＩＭＥ６４００与ＢＴ８２９Ａ的连接
分，它是一种防范能力较强的综合系统。现今
ＩＭＥ６４００ ｐｉｎ ＢＴ８２９
监控系统已经步入了数字化、网络化时代，即
ＭｏＤＥ Ｏ
ｐｃｌｋ ＣＬＫｘｌ
Ｍ０ＤＥｌ
视频从前端图像采集设备输出时即为数字信
ＩｌＣＳ Ｎ Ｃ Ｓ
号，并以网络为传输媒介，基于ＴＣＰ／ＩＰ协议，
ｖｓｙｎｃ ＶＲＥＳＥＴ
８ ｄ ｓ
采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用
ｈｓｙｎｃ ＡＣＴＩＶＥ
ｎ０Ｅ ＩｌＲＤ
传输。使用嵌入式系统实现远程视频监控技
ＩｌＷＥ ｎＷＲ
ｆｉｅｌｄ ＦＩＥＬＤ
术，符合网络化数字化的特点，对公安、安防
●——÷ ｉ￣ｅａｄ＇ｖ
ｃｌｖａｌｉｃｌ ＤＶＡＬＩＤ
等行业有着重要的现实意义。
Ａｄｄｒ ０】 ｈｍ＇ｄ［４：０Ｊ
视频监控系统一般采用基于ＰＣ机平台＋
ＤＡＴＡ［１５：０Ｊ ｌ￣ｄａｔａ【１５：０Ｊ
ｖｄ［１５：０】 ＶＤ［１ ５：０】
ｌ｝ｄ
视频采集卡的形式，该方案系统体积大、成本
ＧＮＤ ＢＷ
高，功耗大，在远距离、多点系统中实现困难。
主机接１７１支持同步和异步连接，接１７１数据宽度
ＩＮＴ ｇｐｌｏＯ
本设计采用三星公司的Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ硬件平台，
可以８位ｌ６位选择，管脚ＢＷ选择数据宽度，
使用ＭＰＥＧ４压缩芯片ＩＭＥ６４００，软件平台是
图２ ＩＭＥ６４００与Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ连接图
管脚ＭＯＤＥ［０：ｌ】选择接１７１模式。ＩＭＥ６４００与
ｕＣＯＳＩＩ操作系统内核，协议栈采用Ｌｗｉｐ１．２＿ｌ～
Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ通过ｌ６位异步接１７１互联，连接如图
２。 ＭＥ６４００的输出数据超过ＮＦＩＦＯＳＩＺＥ（根 【８：９】接高，其余连到地。１０模式存取ＣＳ８９００
据固件的版本可能不同，一般为ｌＫ）时，ＧＰＩＯ０
时，ＡＥＮ必须为低，因此ＡＥＮ与ｎＣＨＩＰＳＥＬ
１系统硬件设计
置低，中断任务完成后ＩＭＥ６４００将ＧＰＩＯ０置 联在一起与ＣＰＵ的片选连接。由于ＩＳＡ总
系统主要由视频采集和传输部分组成。
高。Ｃ Ｐ Ｕ以Ｇ Ｐ Ｉ Ｏ ０作为输入中断源。
线速度相对较低，因此有必要连接ＣＳ８９００的
视频采集部分主要由摄像头、视频编码芯片、
ＩＭＥ６４００支持ＣＣＩＲ－６０１ １６位视频接口，最大
ＩＯＣＨＲＤＹ到ＣＰＵ的ｎＷＡＩＴ脚。
视频压缩芯片组成；传输部分由嵌入式处理器、
支持２０４８Ｘ２０４８像素的视频输入，输入视频垂
存储器、以太网控制器组成。嵌入式处理器是
直和水平方向像素数必须为１６的整数倍。本
２系统的软件设计
韩国三星公司的基于ＡＲＭ７内核的１６／３２位
设计中选用Ｃｏｎｔｅｘｔ的ＢＴ８２９Ａ作为视频编 软件平台由两部分组成：系统引导加载程
ＲＩＳＣ嵌入式微处理器（型号：Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ，主要
码芯片，ＩＭＥ６４００与ＢＴ８２９Ａ的连接如表１，
序、应用程序。本设计中通过向ＡＲＭ平台移
面向高性价比的工业应用）。视频压缩芯片采
ＣＰＵ
通过ＩＩＣ接口对ＢＴ８２９Ａ初始化。
植ｕ—ｂＯｏｔ一１．１．４实现系统的引导加载，
用韩国ＩＮＴＩＭＥ公司的ＩＭＥ６４００，该芯片支持
１ ２网络接口的设计
ｕｂｏｏｔ除了正常的引导嵌入式应用程序外，还
７２０ｘ５７６＠２５ｆｐｓ（ＰＡＬ）、７２０Ｘ４８０＠３０ｆｐｓ
在Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ芯片上无网络接１７１，为了实
可以方便的切换到下载更新模式，利用ＴＦＴＰ
（ＮＴＳＣ），支持ＣＦ，ＱＣＦ模式压缩；码率控制可
现视频数据的网络传输等功能，所以在系统中 功能应用程序实时更新。开发环境采用
选ＶＢＲ／ＣＢＲ；支持实时语音压缩；帧率可编
扩展网络接１７１模块（ＣＳ８９００）。该芯片为１０Ｍ
ＡＲＭ公司的ＡＤＳ１．２，嵌入式操作系统采用
程；支持动态侦测等。在处理器的控制下，视
以太网接１７１芯片，具有通用的处理器接１７１。
ｕＣＯＳ—ＩＩ，协议栈采用Ｌｗｉｐ２．０。相关部分
频编码芯片ＢＴ８２９Ａ把模拟视频编码成数字
数据传
ＣＳ８９００提供一个８到１１ＭＨｚ的ＩＳＡ总线接
程序分为初始化，中断处理，数据处理，
信号，再由ＩＭＥ６４００压缩成ＭＰＥＧ４格式数
口，可以以ｌ６位存储器模式、１０模式、从ＤＭＡ 输部分。
据，ＣＰＵ将压缩的视频数据处理后，由网口发
模式联到ＩＳＡ总线上，１０模式是ＣＳ８９００的默 初始化部分完成硬件初始化，ＩＭＥ６４００固
送到远端监控中心显示，系统框图如图Ｉ所示。
认连接模式，其默认的１０基址为０ｘ３００，可配 件下载，数据初始化等功能。一个重要数据结
置为任意可寻址的空间。ＣＳ８９００有四个中断
构如下：
１．１视频采集压缩模块
Ｔｙｐｅｄｅｆ Ｓｔｒｕｃｔ｛ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ａｕｔｈ；
输出管脚，只有一个是有效的，在初始化四选
ＩＭＥ６４００提供一个主机接口，外部处理器
／／０：ｄｒｉｖｅｒ １：ｄｅａｌ ２：ｔｒａｎｓｐｏｒｔ
定其中一个有效。在此ＣＳ８９００与Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ
通过主机接口可以访问其内部寄存器、内部
Ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ｖａｌｉｄＬｅｎ Ｉ
以１０模式连接，ＣＰＵ通过８个ｌ６位端口访问
存储器、数据流ＦＩＦＯ、下载固件等功能。
Ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｂｕｆｆ【ＮＦＩＦ０ＳＩＺＥ】；
ＣＳ８９００，只需连接低四位地址线（ＳＡ［０：３】），ＳＡ
｝ＭＰ４ＢＵＦ； －
●
＿ －
Ｌ
１
一 ｒ
ｒ
。
．
ＭＰ４ＢＵＦ ｄａｔａＢｕｆ【ＢＵＦＳＩＺＥ】；
／／视频数据流缓冲区ＢＵＦＳＩＺＥ为缓冲器深
度
ＯＳ ＥＶＥＮＴ ＱｖｉｄｅｏＤａｔａ，
＊ＱｕｄｐＤａｔａ；／／消息队列
Ｖｏｉｄ ＱＭｓｇＶｉｄｅｏ［ＢＵＦＳＩＺＥ】，
ＱＭｓｇＵｄｐ［ＢＵＦＳＩＺＥ ；
结构ＭＰ４ＢＵＦ的ａｕｔｈ表明本数据结构
写操作权限：０中断程序可写；１数据处理任务
（下转３页）
科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ ｌ
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过程。对于因各向同性损伤而引起的破坏而
言，在该点发生破坏耗能过程中的任一时刻ｔ
的应变，可根据应变等效原理有（９）式表示为
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖ８
以得到以下结论：
毛（ｆ）＝ 一 ＋ ）】
丽
）一
（ 】
（１０）
－ｔｌ（ｏ＇￣＋０９］
式中 Ｄｏ）：１一 ；，为该点破坏耗能过程的
时间参数，当， ＝０时有 （，）＝ （‘） ０，当
ｆ＝ 时有 ｆ）＝ ）＝０，即当，＝ 时破坏耗
一
能结束，该点达到完全破坏状态。将ＤＯ）＝１～
代入式（１０）可得
（１）由（７）式可见，通过最小耗能原理可以
推导获得相应的梯度材料强度准则。
（ 一 ）（ ＋ 。一 ）一（ ＋ 一 ）】／
（２）由（１ ３）式知，梯度材料的强度准则需要
通过一组实验数据来确定待定系数，在不同的
一 ～
【
～
２＋ ）
应力状态下，系数可能会对应于不同的数值，
所以实验数据的采集就更加重要。但目前由
｝ ＋
（ 一 ）（一 ＋ ＋ ，）一（一 ＋ ＋ ；）】／
于梯度材料大试件的制备困难，从而决定了在
这方面试验的缺乏。
【 。（ 一 ＋ 一
（３）如果在大量实验数据的支撑下，完全可
能根据（７）式和（１ ３）式，用在应力空间分区确定
）（ 一 ２＋ ）一（ ～ ２＋ ）１／０＂ ０＂３
‘
系数的方法，来获得适用于各种不同应力状态
（１４）
范围的梯度材料强度准则。
∞
【 ～ －２ｐ０．１０．￣）
一 一 一Ⅲ
， ，
一
由梯度材料试件的强度实验可以获得相应
的一组具体数值（ ＝ ，， ＝ ，， ＝ ），
参考文献
１】周筑宝．最小耗能原理及其运用【Ｍ】．北京．
把其代入（１ ４）式就能解的（７）式的具体表达
【
科学出版社，２００１．
式。从而（７）式表示的梯度材料的强度准则便
完全确定。
【２】Ｙａｎｇ Ｃ．Ｔ．，Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｍｕｍ
Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ Ｒａｔｅ
３梯度材料强度准则的运用与结论
因为破坏耗能过程是不可逆过程，所以与
它相应增加过程也是不可逆的，故将式（１１）代
入式（７）即可得到破坏开始时该点梯度材料的
耗能率表达式，为
【Ｍ】，Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｆ１ｕｉｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，
Ｇｕｌｆ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，１９８６．
瑚＝ （ ＝～ 口×
【 ＋ ；＋ 一２／Ｋａ￣ａｉ＋ ２０－３＋ｏ３ｏ１）】
（１２）
由于以（１２）式表示的破坏耗能，只有在（７）
式得到满足的条件下才会发生，因此（７）式可视
由于梯度材料是非均匀的材料，要通过梯
度材料来获得相应的一组具体数值（ ，
Ｏ＂２＝Ｏ＂２，， ＝ ，）并不现实，这儿可以通过梯
度材料一点的特定的混合比例来制作相应的
实验构件而获得相应的一组具体数值
（ ＝Ｏ＂ｌ，、Ｏ＂２ ２ ． ），再由混合率方法
｛６ｌ
得到（７）式就与材料的配比有关的关系式。
在梯度材料设计的计算中，利用（７）式与材料配
比有关的特性，是其具有两方面的主要运用：
方面可以利用式（７）对设计的构件进行强度
校核，使梯度材料能在工程实际中满足其强度
方面的要求；另一方面还可以利用式（７）对构件
，
一
【３】秦世伦，Ｋ．Ｈｉｔｔｅｒ．连续体热——力学引论
【Ｍ】．成都．成都科技大学出版社，１ ９９８，
３２—５３．
【４】田云德，秦世伦．改进混合律方法研究梯度
材料力学性能【Ｊ】．西华大学学报，２００５，２４
（６）：９１ ９４．
【５】勒迈特Ｊ．，损伤力学教程，北京：科学出
版社，１９９６．
【６】田云德，秦世伦．复合材料有效弹性模量的
种改进混合率方法．西南交大学报，２００５，
４０（６）：７８３－７８８．
一
为以（１２）式表示的梯度材料破坏耗能必须满足
的梯度层的配比进行精确的设计和制备，
５】田云德，秦世伦．梯度材料三维稳态温度场
使其
【
的约束条件。根据最小耗能原理，（７）式应满足
能获得按设计者意图的完备的梯度材料构件。
的改进分层计算方法【Ｊ】．西华大学学报．
（１２）式的条件下取驻值，在引入Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子
当然，梯度材料强度准则（７）式目前还是理
后有
妒（ｆ） ＋ （ 、０＂２，＂０３）］／ａ ＝０（１３）
式中，卢１，２，３。将（１２）式及（７）式代入（１ ３）式
后可解得
论上的探讨，还需要大量的实验对其系数进行
确定。但还是可以看到，梯度材料强度准则
（７）式的获得为目前只靠实验来检验梯度材料
的可靠性提供了很好的理论依据。由此，可
（上接１页）
可写；２数据传输任务可写。ｖａｌｉｄＬｅｎ由数据
处理任务改写，指明ｂｕｆｆ【】数组中有效字节
数。ｂＵｆｆ【】为数据缓冲区。
ＩＭＥ６４００的输出数据超过ＮＦＩＦＯＳＩＺＥ
（１Ｋ）时，ＧＰ１００置低。ＣＰＵ以ＧＰ１００的下降
沿作为输入中断源，先在ｄａｔａｂｕｆ【】搜索一个
ａｕｔｈ为０的ｄａｔａＢｕｆ，从ＩＭＥ６４００中读取
ＮＦＩＦ０ＳＩＺＥ个字节，填入ｂｕｆｆ［／，将ａｕｔｈ置１，
调用ＯＳＱＰｏｓｔ（ＱｖｉｄｅｏＤａｔａ，＆ｄａｔａＢｕｆ［ｃｕｒ］），
对ＩＭＥ６４００的ＵＳＥＲ４寄存器写入一个不同的
数据启动下一次数据传输，退出中断。
ｄａｔｅ ｓｈｅｅｔ．ｓａｍｓｕｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｓ．２００３．ｃ
数据发送任务收到ＱｕｄｐＤａｔａ消息后，将
数据以ｄａｔａＬｅｎ的长度通过ＵＤＰ广播方式发 【２】嵌入式实时操作系统ｕＣ／ＯＳ—ＩＩ（第２版）
到以太网上，并置ａｕｔｈ＝０，释放该数据缓冲
【美］Ｊｅａｎ Ｊ．Ｌａｂｒｏｓｓｅ邵贝贝等译．
区。这时，中断程序又可以使用这个数据缓冲
【３】Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＬｗＩＰ
区了。
ＴＣＰ／ＩＰ Ｓｔａｃｋ．
Ｓｗｅｄｉｓｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０．２００１．
３结语
由干ＩＭＥ６４００的数据流是以帧为单位，并
且每次输出ｌ Ｋ字节，如果一帧数据长度不能
被１Ｋ整除，则用０补齐，如果不剔除这些数
据，将造成网络带宽的巨大浪费，特别是处理Ｐ
帧数据时。数据处理任务调用（ｖｏｉｄ＊）ｐｔ＝
ＯＳＱＰｅｎｄ（＆ＱｖｉｄｅｏＤａｔａ，０，＆ｅｒｒ）后，处理数
利用嵌入式系统实现远程视频监控符合数
【４】ＩＭＥ６４００ ＭＰＥＧ４ Ｅｎｃｏｄｅｒ Ｆｉｒｍｗａｒｅ
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍａｎｕａｌ ＩｎＴｉｍｅ Ｃｏｒｐ．Ｍａｙ
字化、网络化的发展趋势，具有布线集中，设备
４，２００４．
简单，体积小，成本低等特点，与传统的视频监
控方案比较有不可比拟的优越性。前端采集部
【５】ＩＭＥ６４００ ＭＰＥＧ４ Ｅｎｃｏｄｅｒ Ｈａｒｄｗａｒｅ
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍａｎｕａｌ ＩｎＴｉｍｅ Ｃｏｒｐ．Ｄｅ
分采用Ｓ３ Ｃ４４ＢＯＸ微处理器加ＩＭＥ６４００图象
压缩ＡＳＣＩ，图像采集的速度完全可以达到动态
ｃｅｍｂｅｔ ９，２００２．ｆｉｚｈｉｇａｎｇ＠ｅｍａｉｌ．ｘｌｄｚ．
ＣＯｍ
显示的要求（Ｄ１图像可以达到３０帧／秒（ＰＡＬ）
２５帧／秒（ＮＴＳＣ）的显示速率），可根据网络拥
塞情况，自动调整压缩帧率。该系统性价比较
高，使用方便，值得推广使用。
据，修改ｐｔ－＞ｄａｔａＬｅｎ为有效长度，修改ｐｔ一＞
ａｕｔｈ＝２，再调用ＯＳＱＰｏｓｔ（＆ＱｕｄｐＤａｔａ，ｐｔ）将
参考文献
【１】Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ ＲＩＳＣ ＭＩＣＲ０ＰＲ０ＣＥＳＳ０Ｒ
数据传到数据发送任务。
科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ ３