基于异构多核体系的汽车远程监控系统设计

摘要：本文提出了基于异构多核体系的汽车远程监控系统设计方法，利用双Nios II处理器一体成型电感实现系统的控制和图像处理，同时设计了硬件协处理器模块实现图像预处理和压缩工作，采用GPRS无线网络发送监控信息。有效提高了系统的采集、处理、压缩和传送速度，实现了对远程汽车的实时监控。
关键词：异构多核；Nios II；Sobel；运动目标检测；JPEG；通用无线分组业务

0 引言
随着汽车日益家庭化，汽车被盗事件屡屡发生，据不完全统计，我国每年汽车被盗数目达十万之多。针对现有汽车监控防盗系统存在的噪声污染、误报率高、不稳定、功耗高等缺点，本设计提出一种基于异构多核体系的汽车远程监控系统，采用两块Nios II软核作为主处理器构成双核系统，将硬件DSP处理IP作为双核系统的协处理器，构成异构多核的嵌入式系统。采用高精度CMOS摄像头采集被监控区域的视频图像，通过VGA实时进行输出监控，同时对图像数据进行一系列处理，判断监控区域是否有异物闯入。从而降低误报率的同时，进一步提高了监控系统的稳定性和实时性。

1 设计方案
系统采用Altera公司提供的DEl开发平台，检测传感器组包括：震动、加速度倾角传感器，完成对汽车监控系统中的加速度、倾角、震动能量参数的测量。CMOS图像传感器完图像的采集工作，经FPGA图像预处理后于VGA口实时监控，经JPEG编码器将图像进行压缩。采用双核Nios II进行系统控制和图像处理运动目标检测。射频模块完成GPRS无线通信，将图像数据以及监控信息通过GPRS网络发送到监控中心和用户手机。其系统硬件框图如图l所示。

2 系统硬件设计
2．1 异构多核体系
在设计中，由于有大量的实时图像数据运算，一块CPU的计算速度无法满足要求，甚至出现错误结果，这里采用两块NIOS II构成双核系统，同时设计硬件DSP处理IP作为双核系统的协处理器，共同完成任务。
Nios II Corel作为主控核，运行UCOS II操作系统，管理所有任务的调度工作，完成汽车传感器的采集、加速度倾角震动的计算、短信彩信的发送等。Nios II Core2作为辅助核，完成采集连续两帧的视频图像，并进行实时运动目标检测算法。双核之间的通信通过Mailbox IP核共享On Chip Memory实现。同时设计Sobel算子边界检测硬件图像预处理模块和JPEG图像压缩IP作为双核系统的协处理器，构成异构多核的嵌入式系统。结构框图如图2所示。由电感厂家于SDRAM作为视频图像的缓存，这里将Corel运行于SRAM。Core2运行于Flash，读写数据和堆栈存储于SRAM中。

2．2 汽车传感器采集板设计
汽车传感器信号采集板采用AD公司的加速度传感器ADXL202AQC，用于对汽车的X／Y方向加速度、倾角以及震动值进行测量，传感器采集系统框图如图3所示。ADXL202AQC采用MEMS工艺制作，是一种低价格、低功耗、单芯片集成双轴加速度传感器，3～5．25V单电源供电，工作电流小于6mA，可以测量0～5kHz、±2g范围内的动态或静态加速度，60Hz时分辨率为2mg，可以数字、模拟信号形式输出。

ADXL202AQC采集双轴加速度值，通过Xout、Yout输出数字量，以和加速度值对应的不同占空比方波输出，将这两路数字信号通过PIO口采集入SOPC系统，通过Timer X、Timer Y定时器计算出精确的加速度值，NiosII Corel对两个加速度值和重力加速度值确定三维空间的加速度倾角值。
同时通过Xfilt、Yfilt输出加速度的模拟信号量，通过带通滤波器将信号范围控制在10～200Hz，微小的震动量可以通过，经放大、ADC转换通过PIO口采集入SOPC系统，处理器对这些值进行计算，得到震动幅值。
2．3 图像的采集、处理与压缩
系统的图像采集用Terasic公司的TRDB-D5M摄像头，实际像素2592H×1944V，颜色阵列为RGB(红绿蓝)模式，最大数据传送速度为96MHz时钟下96Mb／s，VGA(640×480)输出帧率可达70f／s，电感生产内置12位ADC转换器，3．3V单电源供电，I／O口电压范围1．7～3．1v。完全满足系统要求，系统将摄像头采集的信号经过Soble算子边缘检测预处理，同时通过VGA口实时监控，然后将图像数据送Nios IICore2进行运动目标检测，当监控区域内检测到运动目标后，对图像进行JPEG压缩便于GPRS的数据发送。下面对各模块加以介绍。1

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