基于Blackfin的智能IP Camera系统设计

　　下表(表1)列出了系统中各模块的来源：

　　表1 IP Camera系统模块来源

　　3.系统优化

　　在DSP系统中，一旦算法确定下来，实现过程中的优化思路一般也是固定的，首先利用编译器的一些优化开关和手段，其次对算法做分析，找出关键代码和数据，对关键部分做一些手工的调整，如改写成汇编等。但在实现一个包括多路输入输出，多种算法并行的完整的系统时，如何达到整体运行的最优化，除了传统的算法优化外，还需要从系统的角度考虑一些因素：

　　1.系统带宽的最大化和最优化

　　在这样的一个复杂系统中，视频和音频数据的多路输入输出带来了冲突和延迟，对片外内存的使用效率有很大影响。Blackfin的SDRAM控制器支持多Bank的数据并发传输，因此我们要尽量把不同通道的IO数据放在内存的不同Bank上。因此在音视频和网络数据结构的设计上，不光要保证高效的同步，还要利用Blackfin开发工具提供的特性把数据分散在不同的Bank上。

　　2.片内L1内存的高效分配

　　传统上，DSP处理器内部的L1高速内存可以直接访问，存放关键代码和数据，提高算法运行效率。而MCU的L1一般全部用来做Cache，软件不能直接控制。在Blackfin等高性能处理器上，L1可以灵活地配置成Cache或者直接访问。在一个完整的系统中，我们要兼顾到各个模块和操作系统本身，L1内存一部分用作Cache，以保证整体cache命中率;另一部分作为SRAM用于算法的关键模块。这里需要做一些反复的调整和测试，来找出一个最优化的L1配置方案，最终目的是达到L1 内存使用效率(命中率)最大。

　　3.最大效率地使用DMA通道

　　越来越多的处理器为IO接口提供专用的DMA通道，以减轻处理器做数据输入输出的负担。Blackfin上除了音视频接口的DMA外，还有专用的内存DMA通道。但是要最优化地使用DMA，最重要的是使用乒乓缓冲，使处理器和DMA通道流水化工作。在数据输入，算法内部的内存DMA，数据输出等每个环节上都要使用DMA和乒乓缓冲，才能保证系统效率最高。这需要每个驱动和软件模块都支持这样的数据结构和运行模型。

　　综合起来，新型处理器上往往集成了多种提高性能的机制，软件系统优化的思路，就是保证系统总带宽(如多总线，多DMA通道)和总运算单元(如多核，多乘法器)的并行化、流水化，这需要开发人员从系统和应用不同的层面来保证。

　　4.性能分析

　　系统使用的RTOS带来的额外开销主要就是定时为10ms的Timer Tick，可以忽略不计。而由于BF537高超的网络性能，网络传输所占用的处理器时间也非常小。主要的处理器时间消耗在音视频的智能分析和编码上。

　　本项目可以运行在单核或双核Blackfin平台上，接收端用开源项目Video Lan Client(VLC)来接收并播放。对于单周期指令集的600MHz Blackfin内核，我们一般用600 MIPS来表示单核的总处理器能力，下表列出的部分系统模块消耗处理器能力也用MIPS来表示，如下表 (表2)所示。

　　表2 IP Camera 的性能测试 (单位：MIPS)

　　从上面的性能列表可以看出，对于系统中可以使用的每一个模块，我们都可以有一个不同参数下的性能分析，在此基础上，使用不同性能的处理器，不同的模块，不同的编码格式，甚至不同的帧率，我们可以针对各种应用组合出不同的系统，实现产品的差异化。比如我们可以完全运行智能处理算法，只在必要的时候启动编码模块发送关键部分的媒体流;也可以平时以低码率、低帧率运行编码模块，由智能模块动态控制提高关键帧的码率和帧率。这样的智能监控系统，会更加实用化，最大程度地减轻人工负担。

　　图2 基于Blackfin的智能监控IP Camera

　　5.小结

　　未来嵌入式处理器的发展，以高计算性能、硬件IP协处理、多核、面向应用等特点，软件平台和软件开发人员需要适应这样的变化和特点。正向着智能化方向快速发展的监控领域，正需要这样的软硬件平台提供支持。Blackfin处理器家族作为新一代处理能力和控制能力融合处理器的代表，需要设计更新更完善的软件平台与其相配合，才能充分发挥其性能和灵活性，既能最快满足市场的需要，又能保证各厂商之间的区别和创新。同时ADI公司及其合作伙伴提供多样化的工具和支持，来保证客户能够快速、低成本地开发出市场需要的各种嵌入式产品。