視頻監控I2C總線(xiàn)云臺電機控制設計

　　近年來(lái)，隨著(zhù)視頻技術(shù)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )穩定性能快速提高，視頻監控需求越來(lái)越大，其應用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。社會(huì )的發(fā)展，汽車(chē)增量不斷增多，道路上各種違章的車(chē)輛也逐漸增多，為了構建一個(gè)平安交通和智能交通，視頻監控系統在交通行業(yè)的應用也越來(lái)越多，為了能全方位的對高速公路進(jìn)行監控，視頻監控的高速球也應用越來(lái)越廣泛。

　　本文將研究詳細分析I2C的工作原理和通信協(xié)議和Linux的I2C總線(xiàn)驅動(dòng)程序，設計一個(gè)應用在高速公路視頻監控的基于I2C云臺電機驅動(dòng)系統，為高速公路的全方位視頻監控提供一個(gè)設計方案。

　　高速公路視頻監控系統以及云臺電機整體設計

　　本研究課題的高速公路高清視頻監控系統采用TI公司的TMS320DM368，DM368是一款面向多媒體技術(shù)應用的高性能芯片，功能強大，集成了ARM926EJ-S內核、硬件編碼協(xié)處理引擎( HDVICP)、圖像處理子系統( VPSS)。DM368頻率高達432MH，支持多格式解碼、多速率以及高清多通道功能，最高可以支持H.264編碼1080P格式30幀/s的速度，而且還可提供多種獨立式音頻、語(yǔ)音以及高清視頻編解碼器(H.264)。該處理器有I2C總線(xiàn)等外圍接口等，其中ARM9運行開(kāi)源、性能穩定安全Linux嵌入式操作系統。

　　視頻監控系統中云臺電機控制的設計采用DM368的I2C總線(xiàn)接口，設計基于A(yíng)RM9的I2C云臺電機，完成驅動(dòng)程序設計和應用程序設計，以及應用程序控制電機轉動(dòng)，應用于視頻監控系統中，達到全方位的高速公路視頻監控。

　　I2C硬件構成和通信協(xié)議

　　I2C總線(xiàn)是由雙向數據線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)構成的二線(xiàn)制串行總線(xiàn)，總線(xiàn)采用主從雙向通信，即總線(xiàn)上在某一時(shí)刻只有一個(gè)主設備總線(xiàn)上的其他設備都作為從設備，任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設備都可以成為主設備，但是在同一時(shí)間內只能有一個(gè)設備作為主設備，通常為處理器，其他器件作為從設備與主設備進(jìn)行通信，采用唯一的I2C地址識別。

　　如圖1I2C的工作時(shí)序圖所示，I2C總線(xiàn)在傳送數據過(guò)程中使用了三種信號。(1)開(kāi)始信號：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，表示將要開(kāi)始傳送數據;(2)應答信號：從設備在接收到1個(gè)字節數據后向主設備發(fā)出一個(gè)低電平脈沖應答信號，表示已收到數據，主設備根據從設備的應答信號做出是否繼續傳輸數據的操作(I2C總線(xiàn)每次數據傳輸時(shí)字節數不限制，但是每發(fā)送都要有一個(gè)應答信號);(3)結束信號：為低電平時(shí)由低電平向高電平跳變，表示數據傳送結束。

　　總線(xiàn)具體的通信工作原理：主設備首先發(fā)出開(kāi)始信號，接著(zhù)發(fā)送的1個(gè)字節的數據，其由高7位地址碼和最低1位方向位組成(方向位表明主設備與從設備間數據的傳送方向)。系統中所有從設備將自己的地址與主設備發(fā)送到總線(xiàn)上的地址進(jìn)行比較，如果從設備地址與總線(xiàn)上的地址相同，該設備就是與主設備進(jìn)行數據傳輸的設備。接著(zhù)進(jìn)行數據傳輸，根據方向位，主設備接收從設備數據或發(fā)送數據到從設備。當數據傳送完成后，主設備發(fā)出一個(gè)停止信號，釋放I2C總線(xiàn)，然后所有從設備等待下一個(gè)開(kāi)始信號的到來(lái)。

　　I2C的Linux和ARM驅動(dòng)設計

　　(1)Linux2.6.32的I2C驅動(dòng)分析

　　I2C由主設備和從設備構成，通信上通過(guò)識別I2C地址進(jìn)行通信，即可以存在多個(gè)i2c adapter適配器和多個(gè)外設i2c device，Linux的I2C驅動(dòng)采用分層設計實(shí)現的思想，層與層之間不存在耦合，增加adapter和增加device不會(huì )影響其他驅動(dòng)，具體分層如下。

　　第一層：提供i2c adapter的硬件驅動(dòng)，探測、初始化i2c adapter(如申請i2c地址和中斷號)，驅動(dòng)處理器控制的i2c adapter在硬件上產(chǎn)生信號(start、stop、ack)以及處理i2c中斷，涉及圖2中的硬件實(shí)現層。

　　第二層：提供i2c adapter的algorithm，用具體適配器的xxx_xfer()函數來(lái)填充i2c_algorithm的master_xfer函數指針，并把賦值后的i2c_algorithm，再賦值給i2c_adapter的成員指針，主要涉及圖2中訪(fǎng)問(wèn)抽象層、i2c核心層。

　　第三層：實(shí)現i2c設備驅動(dòng)中的i2c_driver接口，用具體的i2c device設備的i2c_add_driver ()、i2c_del_driver ()方法賦值給i2c_driver的成員函數指針，采用Probe探尋方式實(shí)現設備device與總線(xiàn)的掛接，涉及圖2中的driver驅動(dòng)層，此層是本文實(shí)現的驅動(dòng)部分。

　　第四層：實(shí)現i2c設備所對應的具體device的驅動(dòng)，i2c_driver只是實(shí)現設備與總線(xiàn)的掛接，掛接在總線(xiàn)上的設備千差萬(wàn)別的，所以要實(shí)現具體設備device的write()、read()、ioctl()等方法，賦值給file_operations，然后注冊字符設備，涉及圖2中的driver驅動(dòng)層，此層是本文實(shí)現的驅動(dòng)部分。

　　第一層和第二層又叫i2c總線(xiàn)驅動(dòng)(bus driver)，第三層和第四層屬于i2c設備驅動(dòng)(device driver)。在Linux驅動(dòng)架構中，不需要再開(kāi)發(fā)總線(xiàn)驅動(dòng)，因為L(cháng)inux內核幾乎集成所有總線(xiàn)驅動(dòng)，驅動(dòng)設計主要是實(shí)現第三層和第四層的設備驅動(dòng)。