随着中国视频监控市场的快速发展，数字监控逐渐成为主流，网络化、个性化和智能化将是中国视频监控市场的重要发展趋势。但目前基于流媒体传输的技术对网络条件要求较高，无法广泛推广，固定监控成本过高。如何将视频监控与互联网结合起来，使监控人员能够随时随地进行监控，是现代监控技术亟待解决的问题。另一方面，目前视频监控系统中使用的微控制器多为arm9、arm11等系列微控制器。arm微控制器的硬件外设在工厂已经固定，不利于用户的硬件扩展和升级。arm和fpga相结合的多芯片解决方案会导致系统成本高、系统资源浪费和高功耗。针对上述不足，本文提出了一种新的解决方案，采用zynq系列处理器，芯片采用高性能cortex-a9双核与fpga相结合。arm部分可以解决高清视频处理的问题，可编程逻辑fpga部分可以升级扩展硬件。
1移动视频监控系统架构
本次设计的主控板是digilent公司的zedboard开发板，主芯片zynq7020集成了高性能双核arm cortex-a9 mpcore处理系统和可编程逻辑。视频采集端位于移动小车上，以达到移动视频采集的目的。系统的设计主要包括arm控制部分和fpga逻辑部分的设计。arm部分主要用于运行系统上的操作系统和应用软件，如web服务器boa和视频编码器mjpg-streamer；fpga部分主要用于扩展硬件资源，设计汽车电机驱动部分的pwm ip核。系统的总体结构框图如图1所示。各模块的功能如下：摄像头负责视频图像采集，zynq主控模块负责arm操作系统和fpga逻辑资源，电机控制模块负责智能小车运动，boa webserver负责网络交互，无线路由器负责无线网络数据传输和接收。
系统上电后，首先自动执行固化在芯片内部的芯片初始化程序，然后执行第一级引导加载程序fsbl，使用比特流文件(pwm ip核设计生成的比特流文件)配置fpga部分。fpga配置完成后，启动u-boot引导引导程序，启动linux操作系统[2]。系统启动后，智能车通过无线路由器产生无线信号，用户可以通过另一端的网络连接智能车终端，实现视频监控。用户与系统交互的实现如图2所示。
本文主要介绍了电机控制的设计，包括电机控制的硬件电路设计、fpga的pwm ip核设计和linux操作系统的pwm驱动设计。
2电机控制部分的设计
2.1电机控制部分硬件电路设计
该模块主要由l298p双h桥dc电机驱动芯片实现。由于一个l298p芯片可以驱动两个dc电机，小车有四个轮子，因此需要两个l298p芯片[3]。同时，为了减少fpga i/o引脚数量，在原理图设计中使用了一个四输入二或非门芯片sn74hc02d，使得两个i/o引脚可以控制l298p的四个输入端。dir1、dir2、pwm1、pwm2通过zedboard的pmod接口与fpga相连。示意图如图3所示，其中in1、in2、in3和in4为输入信号，ena和enb为使能信号。ena控制in1和in2的输入使能，enb控制in3和in4的输入使能。当ena为1，dir1为1(即in1为0，in2为1)时，p1接口上的电机正转；当ena是1，d
ir1为0时（也就是in1为1，in2为0时），p1接口上的电动机反转；当ena为0时，p1接口上的电动机停止。与p2口连接的电动机原理同上。
2.2 fpga部分pwm ip核的设计
xilinx嵌入式系统部分的设计由其公司推出的edk（embedded development kit）开发套件实现，edk具有完成嵌入式系统设计的一整套工具，即：硬件设计工具xps（xilinx platform studio）和软件设计工具sdk（xilinx software development kit），硬件设计步骤如下：（1）设置新工程路径；
（2）自定义ip配置外设；
（3）建立ucf文件；
（4）bit流的生成[4]。自定义ip的部分主要实现电机的正转，反转和停止控制。关键veriloghdl代码如下：
case（state）
//电机停止
′nop：{pwm_left，pwm_right}<={7′d0，7′d0}；
′going：//电机正向旋转
begin
if（dis_value>31）
{pwm_left，pwm_right，dir_lself，dir_rself}
<={7′d100，7′d100，1′d0，1′d0}；
else
{pwm_left，pwm_right，dir_lself，dir_rself}<=
{{dis_value[4：0]，2′b0}，{dis_value[4：0]，2′b0}，1′d1，1′d1}；
end
′return：//电机反向旋转
begin
if（dir_value==3′b010）
{pwm_left，pwm_right，dir_lself，dir_rself}<={7′d80，7′d80，1′d1，1′d0}；
else
{pwm_left，pwm_right，dir_lself，dir_rself}<={7′d80，7′d80，1′b0，1′b1}；
end
endcase
在本设计中，对电机的控制，传输的数据量较小，只需要添加一个低速的axi4-lite总线设备pwm模块来控制pmod接口就可以实现硬件设备之间通信，其中axi4-lite的全局时aclk设置为100 mhz，pwm模块分配的起始物理地址为0x6ca00000，空间大小为64 kb，pwm配置信息如图4所示。
2.3 linux下电机驱动部分的设计
由于远端传输是在linux系统下tcp/ip协议实现的，因此，编写linux下的ip驱动，应用程序就可以通过linux的标准接口访问fpga的pmod接口设备。本设计编写的是字符型设备驱动程序，包含设备加载、设备卸载以及文件操作函数。pwm模块加载时系统调用module_init（pwm_init）宏实现模块的初始化操作，在本系统中pwm_init（）函数主要完成以下工作：（1）内核注册字符型设备驱动；（2）创建pwm设备类；（3）利用pwm设备类创建设备；（4）将pwm模块物理地址映射到虚拟地址上[5]。部分关键代码如下所示：
//xps分配的物理地址
#define pwm_moudle_phy_addr 0x6ca00000
//注册驱动
pwm_driver_major=register_chrdev（0，device_name，&pwm_driver_fops）；
pwm_driver_class=class_create（this_module，"
pwm_driver"）；//创建设备类
pwm_driver_device=device_create（pwm_driver_class，null，mkdev（pwm_driver_major，0），null，"pwm_device"）；
//利用设备类创建设备
//将pwm ip物理地址映射为虚拟地址
pwm_fre_addr=（unsignedlong）ioremap（pwm_moudle_ phy_addr，sizeof（u32））；
初始化工作结束，但是仅有初始化函数，设备仍然无法工作，还需要有实现频率和占空比的调节机制。控制pwm的频率函数如下所示：
static ssize_t sys_pwm_frequency_set（struct device*dev， struct device_attribute*attr，const char*buf，size_t count）
long value=0；
int i；
frequency=0；
//修改频率之前，关闭pwm模块
outl（value，pwm_fre_addr）；
//将写入pwm_frequency中的字符串转化为整数
for（i=0；i100000000）value=100000000；
value=100000000/frequency；
//将计数值写入到pwm模块的pwm_fre_addr寄存器中
outl（value，pwm_fre_addr）；
return count；
控制pwm占空比的函数和控制pwm频率的函数一样。
3 实验结果及测试
系统的主控制板为zedboard开发板，上电启动后，无线路由器会发布一个ssid为tp_link_5c90的无线网络，可以通过任何可以上网的设备连接这个网络。在浏览器中输入网址：192.168.1.100，就会登录到移动视频监控的网页上，通过界面的按钮控制视频终端的运行。
本文设计采用xilinx all programmable芯片zynq作为主控cpu，fpga部分可以实现逻辑扩展和功能补充。例如：自定义通信协议、ip核，同时还可以利用xilinx的部分可重配置技术升级硬件系统，易于后期扩展和硬件升级；arm部分采用的是性能较高的cortex-a9双核，使得对高清晰视频的处理较为流畅，而且系统整体功能也比较稳定。相比于传统的模拟监控，数字视频处理技术提高了图像的质量和监控效率。
设计中采用软硬件协同设计的方法，即：在整个系统及定义的基础上，同时对软硬件进行设计和协调，其中包括软硬件的划分（哪些功能使用软件完成，哪些功能使用硬件完成）、软硬件系统的开发与联合调试，降低了开发风险，缩短了开发周期。
参考文献
[1] xilinx inc. ug585， zynq-7000 all programmable soc technical reference mannual[z]. 2013.
[2] xilinx inc. ug873， zynq-7000 all programmable soc： concepts， tools and techniques[z]. 2013：12-35，40-53.
[3] 王芳芳，张欢.基于zynq平台的动态智能家居系统的设计[j].软件，2013，34（8）：98-100.
[4] 胡典荣，郭春生.基于zedboard的spi和以太网传输设计[j].杭州电子科技大学学报，2013，33（5）：126-129.
[5] 陆佳华，江舟，马岷.嵌入式系统软硬件协同设计指南：基于xilinx zynq[m].北京：机械工业出版社，2013.