论文总字数：30250字

摘 要

本篇论文介绍了基于ARM的视频处理卡的软件设计。随着嵌入式系统的广泛应用，以传统51系列单片机为开发板的视频处理，由于自身的功能单一、速度慢、网络功能不全等原因，已经不能满足现代人们对高清图像、网络传输、快速处理、多路传输等要求。因此，研究基于ARM的视频处理卡软件设计设计具有现实上使用意义。本篇论文将从研究背景、国内外研究成果、研究任务、ARM芯片选择、Linux系统环境搭建、软件流程图设计等方面来研究视频处理软件，从而完成视频存储软件设计要求。

关键词：ARM 视频处理卡 软件设计 单片机 Linux系统

The software design of video processing card based on ARM chip

Abstract

This paper will describe the software design ARM-based video processing card With the wide application of embedded systems ,the traditional series of 51 MCU development board for video processing, due to their own functional limitations such as single function, slow processing speed，network disfunction , etc, can not meet modern people’s demand of high-definition image, network transmission , fast processing speed , multiplex transmission. Therefore, the study of the design software ARM-based video processing card has practical significance.In this paper,research achievements from domestic or oversea researchers,research tasks, research background,selecting of ARM chip , building of the environment in Linux system and designing of the software flow chart will be included to complete the requirements for video store software design .

Key Words:ARM; Video processing card ; Software design; MCU ; Linux system

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2国内外研究状况 2

1.3课题主要研究内容 3

第二章 Hi3521 处理器 6

2.1简介 6

2.2海思软件视频处理部分参考 6

2.2.1海思媒体处理平台架构 7

2.2.2系统控制 8

2.3视频编码 12

2.3.1编码通道与通道组 13

2.3.2码率控制 13

2.3.3 API 参考 14

2.3.4重要概念 15

第三章 嵌入式LINUX 18

3.1 Linux简介 18

3.2 Hi3521 Linux 开发环境 19

3.3搭建Linux开发环境 22

3.3.1安装 Linux 服务器 22

3.3.2安装交叉编译工具 22

3.3.3 安装 Hi3521 SDK 22

3.4 U-boot 23

3.4.1移植 U-boot 23

3.4.2编译 U-boot 24

3.4.3 配置 DDR 存储器 24

3.4.4 生成最终使用的 U-boot 镜像 24

3.4.5 烧写 U-boot 24

3.4.6 SPI Flash 烧写方法 25

3.5 ARM 调试工具 25

3.5.1 ARM 调试工具简介 25

3.5.2 使用 ARM 调试工具 26

3.6 Linux 内核 27

3.6.1 配置内核 27

3.6.2 编译内核并生成内核镜像 uImage 27

3.7 根文件系统 27

3.7.1根文件系统介绍 27

3.7.2 利用 busybox 制作根文件系统 29

3.7.3 获取 busybox 源代码 29

3.7.4配置 busybox 29

3.7.5编译和安装 busybox 29

3.7.6 制作根文件系统 30

3.7.7文件系统简介 30

3.8 应用程序开发 31

3.8.1应用程序开发简介 31

3.8.2运行应用程序 31

第四章 封装及存储H.264编码 32

4.1 H.264的基础知识 32

4.3 MP4封装的H.264数据 33

4.4 视频数据流存储 35

总结 36

参考文献 37

致谢 38

第一章 绪论

本章主要对视频处理芯片的背景，研究现状进行描述，以及本课题的主要研究内容和组织结构进行介绍。

1.1课题背景

随着计算机、多媒体和数据通信技术的高速发展，数字图像处理近年得到极大的重视和长足的发展，并在科学研究、工业生产、医疗卫生、教育、娱乐、管理和通信方面取得了广泛的应用。同时，人们对计算机视频应用的要求也越来越高，从而使高速、便捷、智能、高清、网络传输等高性能数字图像处理设备成为未来视频设备的发展方向，实时、高清图像处理技术在目标跟踪、机器人导航、辅助驾驶中都得到越来越来多的应用。由于图像处理的数据量大，数据处理相关性高，实时应用环境决定严格的帧、场时间限制，因此实时图像处理系统必须具有强大的运算能力。各种高性能DSP不仅可以满足在运算性能方面的需要，而且由于DSP的可编程性，还可以在硬件上获得极大的灵活性。

近年来，DSP技术的发展不断将数字信号处理领域的理论研究成果应用到实际系统中，并且推动了新的理论和应用领域的发展，对图像处理领域的技术发展也起到了十分重要的推动作用。基于DSP的图像处理系统也广泛应用各种领域。

从图像处理技术的发展来看，实时性与高清、网络传输在实际中有着广泛的应用。实时图像处理系统设计的难点是如何在有限的时间内完成大量图像数据的处理。因为要对图像进行实时处理，所以为了实现实时和快速、高效的处理，在这个系统中要求我们的图像处理速度要达到一定的速度，而图像处理的速度是由算法执行时间、视频输入输出延时以及外部数据存储器与DSP的数据交换效率等因素决定。算法执行时间与CPU速度有关；图像处理的速度即图像处理所要用的时间，它主要是由算法决定的。算法执行的指令的多少决定了处理速度。而图像处理的算法包含有大量的算法指令，为了快速的处理大量的多媒体信息，特别是活动图像信息，同时又能灵活的支持多种应用，DSP的应用势在必行。相比于通用DSP,用于多媒体应用的专用DSP集成了许多专用模块，这些模块用硬件加速很多通用的多媒体方面的大量算法明晰的处理、实时性强等要求。 因为DSP通常没有强大的操作系统、完备的网络协议栈和可靠地的文件系统，而且DSP架构在作控制指令时无法进行并行处理和分支判断，而这些这些正好是ARM的强项。 嵌入式处理器有多种内核结构，包括ARM、PowerPC、MIPS等内核结构，但是ARM内核的嵌入式处理器占32位处理器市场75%的份额。 ARM（Advanced RISC Machines）可以是对类微处理器的通称，更可以是一种技术的名称。1991年，ARM公司成立于剑桥，主要出售芯片设计的授权。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即通常所说的ARM微处理器，已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统及无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器技术正在逐步渗透到人们生活的各个方面。世界各大半导体生产商都从ARM公司购买其设计的ARM微处理器IP核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都是用ARM公司的授权，因此使得ARM技术跟容易获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，有使整个系统成本降低，是产品更容易进入市场被消费者所接收，更具有竞争力。

1.2国内外研究状况

嵌入式系统的应用可以追溯到20世纪60年代中期，大致经历了以下4个阶段。（1）无操作系统阶段 单片机是最早应用的嵌入式系统。单片机作为各类工业控制和飞机、导弹等武器装备中的控制器，用来执行一些单线程的程序，一般没有操作系统的支持，程序设计采用汇编语言。（2）简单操作系统阶段20世纪80年代，出现了大量具有高可靠性、低功耗的嵌入式CPU，如Power PC等。这些芯片上集成有微处理器、I/O接口、串行接口及RAM、ROM等部件。面向I/O设计的微控制器开始开始在嵌入式系统中设计使用。（3）实时操作系统阶段 20世纪90年代，面对分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大市场的需求，嵌入式系统飞速发展。随着硬件实时性要求的提高，嵌入式系统的软件规模也不断扩大，实时操作系统逐渐形成。该操作系统具备了文件盒目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面（Graphic User Internet，GUI）并提供了大量的应用程序接口（Application Programming Interface，API），从而使应用程序开发变得更加简单。（4）面向Internet阶段 进入20世纪，Internet技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密，嵌入式技术与Internet技术的结合正在推动者嵌入式系统飞速发展。

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