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1、1.引言 随着网络技术的发展和网络应用的普及，如何充分利用网络资源来实现低成本、高可靠的远程视频监控，已成为一个技术热点。本文介绍一个用单片机与图像采集模块接口，嵌入TCP/IP协议栈，制作“网络摄像头”的方法。本网络摄像头在一个组播式视频图像监控系统中，只作为组播源向以太网发送视频图像数据；其它监控计算机则作为组播成员接收数据。整个视频图像发送和监控系统在局域网中使用时，监控接收端的PC机只要加入了组播组，不必知道网络摄像头的IP地址和MAC地址，也不需要两者的IP地址是在同一网段，均可接收到网络摄像头发出的图像数据，使用起来相当方便。2. 硬件接口电路 网络摄像头的硬件接口电路如图1所示。
2、该电路采用的单片机是89C52芯片，另扩展32K的外部存储器，供网络和图像数据处理用。 图1中的DB200是一个产品摄像模块,它由微型摄像镜头、图像缓存、时序发生、总线接口等电路构成；其外接信号是一个16脚的插座（9 16脚分别对应数据线D7 D0，其它为地址、电源和读写控制线）。图1中，U1、U4和DB200的片选信号由89C52的地址线A14、A15和74HC00的3个与非门提供：A15=0时选通U4；A15=1及A14=0时选通U1；A15=1及A14=1时选通DB200。DB200的第8脚接A13用来选择其内部寄存器。 RTL8019AS有3种工作方式：（1）跳线方式。（2）即插即用方
3、式。（3）免跳线方式。RTL8019AS使用哪种工作方式由第65脚(JP)决定。为减少连线，我们采用跳线方式（把65脚接高电平）。这样网卡的传输介质、I/O基地址和中断号就由74、77、78、79、80、81、82、84、85等引脚状态决定。 RTL8019AS的81、82、84、85（BD0-BD3）脚接低电平，对应32个I/O寄存器地址范围为300H - 31FH；78-80（BD4-BD6）脚接低电平，对应中断号为INT0（IRQ2/9）；74（BA14）、77（BD7）脚接低电平，为自动检测传输介质方式。 RTL8019AS有20根地址（SA0-SA19）线，将其5、7、8、9、10（
4、SA0-SA4）脚接89C52的A8-A12，将15、16（SA8、SA9）脚接高电平来确保基地址为300H，其余地址线则全部接地。由于RTL8019AS的使能（AEN）信号是由89C52的A15=1及A14=0时提供，因此我们可得出以下地址关系：89C52： A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7A08019： SA4 SA3 SA2 SA1 SA0 2进制数： 1 0 0 0 0 0 0 0 0000 0000 16进制数： 0X80002进制数： 1 0 0 1 1 1 1 1 0000 0000 16进制数： 0X9F00可见，如果89C52输出地址0X800
5、0至0X9F00，均可选中RTL8019AS。由于RTL8019AS的SA9和SA8恒接高电平，当89C52的地址信号由0X8000至0X9F00变动时，会有：SA9 SA8 SA7 SA6 SA5 SA4 SA3 SA2 SA1 SA0 =11 0000 0000 至 11 0001 1111，即对应选择RTL8019AS的I/O寄存器地址300H至31FH。RTL8019AS的96脚（IOCS16B）接低电平，使其工作在8位总线模式；64脚接低电平，使用非AUI接口；31、32脚接高电平，屏蔽远程自举加载功能；33脚所需复位信号，由89C52的P1.5提供；29、30脚对应接89C52的读
6、写脚。3. 软件模块设计 嵌入式系统一般采用简化的TCP/IP协议栈。常用的有IP、ARP、UDP、ICMP、TCP以及HTTP等协议。为了尝试实现一个最简易的嵌入式TCP/IP协议，我们选用UDP通讯方式。 UDP的通讯方式有3种：点对点、广播和组播。考虑到点对点通讯需要ARP协议来取得目标节点的物理地址，我们不用点对点通讯。至于广播通讯和组播通讯，两者都不需要ARP协议。但广播方式有如下缺陷： （1）广播数据报不能跨过路由器传播；（2）广播时本地子网的所有主机都会接收到广播并作出响应，既增加了非接收者的开销，保密性也不好。我们采用的组播方式不存在这些问题，较适合作为网络视频监控的信息传输。
7、3.1 主程序工作流程 网络摄像头的图像采集、打包、发送的软件流程如图2所示，对应的主程序源码见例程1。为了便于接收端正确判断每帧图像的开始，主程序在发送1帧图像数据前，先用Send_lwm( ) 函数发送特征字为“lwm”的4字节长的数据包（该函数从略），然后再发送图像数据。void main(void) /（例程1-循环采集和发送图像数据的主程序）： init_8019( ); / RTLS8019AS初始化。 while(1) / 循环采集和发送图像： img_capture( ); / 采集1帧图像。 Send_lwm( ); / 发送图像开始的特征字“lwm” Send_img( )
8、; / 发送1帧图像数据。 3.2 以太网控制芯片的初始化RTL8019AS芯片有32个寄存器地址，映射到4个页面，每页有16个寄存器。本系统只用0页的14个（00-01H,04-0BH,0D-0EH,0F-10H）寄存器。程序先定义reg00reg10, 然后用初始化函数init_8019( )对RTL8019AS各寄存器进行配置：#define XBYTE (unsigned char volatile xdata *) 0) A15=1,#define reg00 XBYTE0x8000 /对应300H A14=0,A13=A12=A11=A10=A9=A8=0 .#define reg
9、10 XBYTE0x9000 A15=1, A14=0,A13=0,A12=1,A11=A10=A9=A8=0/对应310H sbit RST8019 = P1 5; / RST8019AS的硬件复位端。void init_8019(void) / （例程2-RTL8019AS的初始化）： UINT C1; for(C1=0;C11000;C1+); / 软件延时,确保芯片进入稳定状态RST8019=1; for(C1=0;C11000;C1+); / 硬件复位、延时以确保芯片完全复位 RST8019=0; for(C1=0;C11000;C1+); / 硬件复位、延时以确保芯片完全复位reg
10、00=0x21; / 选择第0页寄存器，并使芯片停止收发和DMA操作reg0e=0xC8; / DCR： 采用普通、8位DMA方式reg07=0xFF; reg0f=0x00; / 清除和屏蔽所有中断（本系统未采用中断）reg0d=0xE0; / TCR：采用普通发送模式、允许CRC产生和校验 为了节省资源，上述对RTLS8019AS的初始化中，凡是与发送无关的寄存器都没有设置。发送时所要用的组播地址、物理地址和IP地址，则在打包时再封装到各协议层数据包的头部。3.3 图像数据的采集 负责图像采集的DB200摄像模块内部有数据、状态、采集控制和地址控制4个寄存器,表1是它们的寻址方式。对各寄存
11、器的操作规则如下： （1）写操作-对采集控制寄存器（CAP_CTRLr）D0位写1，可启动采集过程；对地址控制寄存器（CAP_INCr）D0位写一次1，其图像缓存的地址就加1。 （2）读操作-如果状态寄存器（CAP_STAUSr）的D0=1，表示可以开始图像采集过程；D1=1表示已完成1帧图像采集，可以读取数据寄存器（CAP_DATAr）的图像数据。 DB200工作的地址范围是：1100 0000 0000 0000 1110 0000 0000 0000 = 0C00H 0E00H。据此，我们可写出如下图像采集函数（例程3）：#define CAP_CONTROLr XBYTE0X0C000
12、 /A15=1=A14, A13=0#define CAP_STATUSr XBYTE0X0C000void img_capture( ) / （例程3-图像采集）： while(!(CAP_STATUSr & 0x01); / 检查DB200是否准备就绪？CAP_CONTROLr=0xff; / 启动采集1帧图像过程。while(!(CAP_CONTROLr & 0x02); / 是否采集完1帧图像？是就结束。img_capture( )函数只完成了1帧图像数据的采集，采集好的数据存在DB200的数据缓冲区内，留待Send_img( )函数读取和发送。Send_img( )是以读1行图像数据
13、就发送1行的方式工作。其源码如下：#define CAP_INCr XBYTE0X0E000 /A15=1=A14,A13=1#define CAP_DATAr XBYTE0X0E000 extern UCHAR xdata outbuf1520; void Send_img( ) / （例程4-图像数据的读取和发送）： UINT data Colon, Line ; for(Line=0;Line288;Line+) / 288行 for(Colon=0;Colon385;Colon+) / 385 列 databufColon=CAP_DATAr; / 从 db200读1个像点到datab
14、uf。 CAP_INCr=0xff; / db200图像数据缓存地址加1。 udp_send(databuf, UDP_PORT, 386); / 封装并发送1行图像数据。 3.4 图像数据的封装 DB200采集完1帧图像后，通过数据总线传送给89C52；89C52则将图像数据按TCP/IP协议封装成以太网帧（图3），然后通过数据总线送给RTL8019AS；RTL8019AS则将以太网帧经RJ45接口送到10M以太网上。从图3可以看到，每个以太网帧的最大长度为1518字节，最小为64字节。其数据部分最大为1500字节，最小为46字节。每个UDP数据传输前，必须加上8字节的UDP头来构成UDP数据报；再加上20字节的IP头来构成IP数据报；最后加上14字节的帧头来构成以太网帧。这就是所谓的数据包封装。为了避免分段操作的麻烦，UDP数据报的最大长度应为1500 - 28=1472字节。在实际应用中，我们采用每行图像数据（385字节）封装一个包的方式传输数据。void D
