CN103885358B - 安防系统设备板化开发平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种安防系统设备板化开发平台，通过将安防系统各类产品设备会用到的功能细分成各个模块，并将所有模块分立化形成模块子板。分立成模块子板后使得开发平台不再如传统专用的开发板一般是一个不可分离的统一整体，而是由各个模块子板组成，每个模块子板均能形成一个独立的部分，通过对最小系统板的优化设计使得其接口支持丰富，进而使得各个模块子板通用性强，可采用不同的现有模块方案均能接入开发平台。开发平台使用时，仅需要根据所需功能模块通过排列组合通过基板的接插件连接上最小系统，即可构件成为不同的系列产品的测试平台。通过这种方式可以有效的降低产品研发中的物料成本、人员成本，缩短产品的研发周期，提高工作效率。

Description

安防系统设备板化开发平台

技术领域

本发明涉及嵌入式前端设备，尤其是指一种安防系统设备板化开发平台。

背景技术

针对安防系统的数字产品设备，在开发过程中往往为保证产品可靠性采用保守的设计思路，即基本参考厂商提供的开发板基础上来进行产品设计，因此产品设计过程中由于不同开发板的板相对固定，如设计时需要为产品配置原开发板没有的功能板就往往会出现难以、甚至无法开发产品上进行验证的情况，设计十分不灵活。

此外，对于安防系统的许多产品设备而言，其许多功能板实则是通用或变化款式很少的情况，但对于以往单独产品单独设计的开发而言，就会存在各种产品配置同一种功能板也需要重复开发，而且往往开发过程中重复会碰到相同的问题需要处理，不仅导致新产品开发周期时间长，市场响应速度慢，而且产品设计过程人力成本和硬件成本高，浪费严重。

发明内容

本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种安防系统设备板化开发平台。

本发明的目的是这样实现的：一种安防系统设备板化开发平台，它包括基板、最小系统板、sensor板、AF板、网络板、单片机板、防雷板、音频板、RTC板、电源板、POE板、VOUT板、拓展板、报警板、USB板、SD卡板及串口通讯板；

所述最小系统板、AF板、网络板、单片机板、防雷板、音频板、RTC板、电源板、POE板、VOUT板、拓展板、报警板、USB板、SD卡板及串口通讯板与基板对应设有相适配的接插件，基板中布有走线；所述最小系统板插接于基板上，所述AF板、网络板、单片机板、防雷板、音频板、RTC板、电源板、POE板、VOUT板、拓展板、报警板、USB板、SD卡板及串口通讯板中一个或多个可通过接插件与基板电连接并通过基板的走线与最小系统板相连；

所述最小系统板通过排线连接sensor板；

所述最小系统板的接插件引出包括四路IIC总线接口、一路IIS总线接口、一路GPIO/SPI通讯接口、两个SDIO接口、四路SPI接口、一路IRQ接口、两路串口通讯接口、两路PWM接口、三路GPIO接口、一路VOUT接口、IIC一路PCIe接口、一路CVBS接口、一路看门狗接口、两路USB接口以及六路供电接口；

上述结构中，所述最小系统板包括相连的中央处理器模块、存储模块、内存模块及HDMI模块；所述中央处理器与接插件相连；所述HDMI模块包括HDMI防静电单元及HDMI接口座，中央处理器通过HDMI防静电单元连接HDMI接口座；

上述结构中，所述最小系统板还包括IR接口与JTAG接口；

上述结构中，所述基板上设有导电连接柱与所述报警板、串口通讯板、电源板、网络板相连；所述导电连接柱与基板中地线电连接；

上述结构中，所述sensor板与网络板对应最小系统板中中央处理器模块旁设置。

本发明的有益效果在于将安防系统各类产品设备会用到的功能细分成各个模块，并将所有模块分立化形成模块子板。分立成模块子板后使得开发平台不再如传统专用的开发板一般是一个不可分离的统一整体，而是由各个模块子板组成，每个模块子板均能形成一个独立的部分，通过对最小系统板的优化设计使得其接口支持丰富，进而使得各个模块子板通用性强，可采用不同的现有模块方案均能接入开发平台。开发平台使用时，仅需要根据所需功能模块通过排列组合通过基板的接插件连接上最小系统，即可构件成为不同的系列产品的测试平台。通过这种方式可以有效的降低产品研发中的物料成本、人员成本，缩短产品的研发周期，提高工作效率。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明最小系统板的一实施例架构示意图；

图2为本发明最小系统板的中央处理器模块与连接Sensor板的连接示意图；

图3为本发明最小系统板的中央处理器模块与百兆的网络板的连接示意图；

图4为本发明最小系统板的中央处理器模块与千兆的网络板的连接示意图；

图5为本发明最小系统板的中央处理器模块与HDMI模块连接示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明涉及一种安防系统设备板化开发平台，它包括基板、最小系统板、sensor板、AF板、网络板、单片机板、防雷板、音频板、RTC板、电源板、POE板、VOUT板、拓展板、报警板、USB板、SD卡板及串口通讯板。

为了确保上述各板的连接，本专利技术方案中进一步以基板为基准，在基板上与最小系统板、AF板、网络板、单片机板、防雷板、音频板、RTC板、电源板、POE板、VOUT板、拓展板、报警板、USB板、SD卡板及串口通讯板对应设有相适配的接插件，基板中则布有走线。

最小系统板插接于基板上，其中除了sensor板外的其余AF板、网络板、单片机板、防雷板、音频板、RTC板、电源板、POE板、VOUT板、拓展板、报警板、USB板、SD卡板及串口通讯板中一个或多个可通过接插件与基板电连接并通过基板的走线与最小系统板相连。而考虑到Sensor前端的活动性，因此本发明方案中Sensor板的信号线不走基板，而是以排线的形式与最小系统板连接。

可见，本发明通过将安防系统各类产品设备会用到的功能细分成各个模块，并将所有模块分立化形成模块子板。分立成模块子板后使得开发平台不再如传统专用的开发板一般是一个不可分离的统一整体，而是由各个模块子板组成，每个模块子板均能形成一个独立的部分，通过对最小系统板的优化设计使得其接口支持丰富，进而使得各个模块子板通用性强，可采用不同的现有模块方案均能接入开发平台。开发平台使用时，仅需要根据所需功能模块通过排列组合通过基板的接插件连接上最小系统，即可构件成为不同的系列产品的测试平台。通过这种方式可以有效的降低产品研发中的物料成本、人员成本，缩短产品的研发周期，提高工作效率。

除了上述的架构的模块分立外，还有一个重要的部分是建立模块之间的数据交换路径的问题，此平台的核心是最小系统板，其余的各个子板均是配合它来使用的。为此，在进行接口设计时，对现有上述子卡涉及的功能及常见方案的接口情况进行统筹分析，为了能实现尽量广泛的支持，选取了安防领域中常用的三套开发板方案及其功能进行分析，三者为海思(Hisilicon)系列、安霸(Ambarella)系列、TI系列，其包含的功能模块如下：

涉及模块子卡及方案类型	数量	所需接口
			以太网(RGMII/MII)	1	10/100/1000M自适应
音频I2S	1	I2S+I2C+GPIO/SPI
			RTC(I2C)&温控	1	I2C+IRQ
SD卡	2	一个做SD卡，一个预留
			USB(5wire/4wire)	2	一个做USB接口，一个预留
485/422	1	用UART扩展
			RS232串口	1	用UART扩展
单片机/AF共用SPI	1	占用一个SPI
			IRCUT&IRIS	1	2个PWM，GPIO
Sensor(SPI，I2C)	2	占用两个SPI,两个I2C
			智能SPI+VOUT	1	占用一个SPI，一个VOUT口
红外(遥控uart)	1	IR管脚实现
			HDMI	1	HDMI
CVBS/S	1
			PCIe	1
SATA	1	目前都不支持，预留插针
			集成音频	1
报警、蜂鸣		GPIO

根据对市面上三家主流的方案进行分析总结结合未来的主流芯片的接口特点，加之数字前端产品的应用特点归纳总结出了一套合适的通讯和数据交换的接口为：参见图1，最小系统板的接插件对外引出包括四路IIC总线接口、一路IIS总线接口、一路GPIO/SPI通讯接口、两个SDIO接口、四路SPI接口、一路IRQ接口、两路串口通讯接口、两路PWM接口、三路GPIO接口、一路VOUT接口、IIC一路PCIe接口、一路CVBS接口、一路看门狗接口、两路USB接口。

进一步的，为了驱动上述各模块板工作，即对于本专利最小系统板而言需要同时满足三套开发板方案的电源需求，同时还需间距未来产品智能化的发展，因此本开发平台中的最小系统板支持输出电源模式及配套的电源板的定义显得十分的重要。为此对三种方案的电源进行详细的分析：

由此最小系统需要兼容三个平台，必须能提供三个平台所需要的电压，因此综合后，最小系统板需要对外提供六种不同规格的六路供电接口，根据需求的电流大小来定义。电源输出：DC-DC板设计如图1所示，按照下图电源的设计思想，电源主芯片采用TPS65251+TPS65053，电源输出除3.3V和5V固定输出外，还分5个电压可变通道输出，CH0和CH1为2A大电流输出(主要给CORE、DDR)，CH1～CH4为小电流输出。

在一实施例中，所述最小系统板包括相连的中央处理器模块、存储模块、内存模块及HDMI模块；所述中央处理器与接插件相连；所述HDMI模块包括HDMI防静电单元及HDMI接口座，中央处理器通过HDMI防静电单元连接HDMI接口座。

为实现中央处理器通过接插件与各个外部模块子板相连，下面对连接较为特别的模块进行具体说明：

1、中央处理器模块连接Sensor板的接口：

Sensor模块的输出格式有两种：串行模式和并行模式。归纳为数据和时钟。因串行数据需要的数据线较多，在与最小系统板的中央处理器模块接口以需要连接线最多进行设计，在使用中通过最小系统板的中央处理器模块添加相关的sensor设备驱动通过SPI/IIC来实现sensor与最小系统板中中央处理器模块的通讯的对接：

因最小系统板支持双Sensor，留有两个Sensor的通道，每个通道兼容串行和并行图像输入；串行，并行接法如图2所示：

针对不同的数据格式，线序暂定如下：

LVCMOS parallel：

CLK CLK_P_0；

DATA[15:8] DATA_N_[7:0]；

DATA[7:0] DATA_P_[7:0]；

LVDS serial：

每4对数据线对应一个时钟对

2lanes

CLK CLK_P/N_0；

DATA[1:0] DATA_P/N_[1:0]；

4lanes

CLK CLK_P/N_0；

DATA[3:0] DATA_P/N_[3:0]；

8lanes

只有一个时钟对的接法

CLK CLK_P/N_0；

DATA[7:0] DATA_P/N_[7:0]；

USER0/1/2/3/4/5/6为预留口用作其他功能；

留出了控制信号走线接口，跟进实际情况选用复用的spi和i2c接口，在最小系统的电路板中添加电阻来选择SPI/IIC控制方式；

DATA8～29HSYNC/VSYNC/FIELD等用数据信号里面没有用到的管脚视具体情况而定。

2、中央处理器模块连接网络板的接口

网络接口支持100M/1000M，接口兼容GMII/RGMII/MII，最小系统上留29PIN脚，囊括1000M/100M接口的所有信号。(在最小系统的底层驱动添加相对应的网络芯片驱动即可实现通讯)

参见图3、4分别是百兆MII与千兆RGMII的信号与接口之间的连接，从接口定义可以看出MII与GMII/RGMII很多信号时可以复用的。

3、中央处理器模块连接音频板的接口

市面上音频芯片通常是通过IIC/SPI的通讯方式与主芯片建立链接的，并且通过IIS协议来传输音频数据。因此在最小系统板对外音频接口部分我们预留了IIC/SPI/IIS三种通讯接口以保证能够支持更为广泛的音频芯片。此外音频芯片本身是需要驱动程序才能够工作的，我们将在底层软件上天加与之对应的音频驱动程序。

4、中央处理器模块连接报警板的接口

报警板的ALARM功能都用GPIO来实现，针对不同的ALARM模块均遵守统一高低电平方式来实现。报警设计为两路输入两路输出。在报警方面预留了两种工作方式，一种是隔离式的报警另一种是非隔离式的报警，可以针对不同的需要作出选择。

5、中央处理器模块连接单片机板的接口

中央处理器模块通过WDG接口，将喂狗信号输出到片外单片机。

6、中央处理器模块连接RTC板的接口

中央处理器模块通过IIC总线方式连接控制RTC板。

7、中央处理器模块连接HDMI

为了保证HDMI信号传输的质量，缩短HDMI传输的距离，所以将接口留在最小系统板上。其连接方式如图5所示。

在一实施例中，所述最小系统板还包括IR接口与JTAG接口。本最小系统板预留红外接收口，可留作以后红外遥控。此外JTAG接口则可方便在线编程调试之用。

在一实施例中，所述基板上设有导电连接柱与所述报警板、串口通讯板、电源板、网络板相连；所述导电连接柱与基板中地线电连接。

由于平台中的报警板、串口通讯板、电源板、网络板都需要做防浪涌保护，所以在整体结构设计上采用导电连接柱(如铜螺柱)将上述每块板与基板连接，一来可以起固定作用，二来通过导电连接柱与基板中地线电连接也起泄流作用(接大地)。

在一实施例中，上述结构中，所述sensor板与网络板对应最小系统板中中央处理器模块旁设置。此处由于考虑到到网络板上的网络模块需兼容100M/1000M，MII口的并行走线较容易受到干扰，所以网络板靠近最小系统板中中央处理器模块旁设置可以最大程度避免此种干扰。而sensor板在最小系统板中中央处理器模块旁设置则能使对应信号走线最短，敏感走线受干扰降到最小。

综上，本安防系统设备板化开发平台中支持各模块方案的接入运行，具体地说，支持：

最小系统板可以采用海思(Hisilicon)系列、安霸(Ambarella)系列、TI系列方案。

sensor板依据清晰度可以采用标清sensor、准高清sensor、高清sensor、超高清sensor方案，其主要包括的sensor厂家有Aptina、OV、panasonic、sony等。支援目前的：aptina0331模块、aptina0130模块、aptina0330模块、OV2715模块、OV9715模块panasonic34041模块、panasonic34220模块、panasonic34210模块、sony172模块、sony138模块、sony122模块。

AF板是一个能够与外部连接的板，其主要可实现诸如镜头、IR-CUT、红外、感应器件等连接。

网络板可以支持百兆方案、千兆方案等，支持100M-TX/1000M-T,支持GMII、RGMII、MII、RMII接口模式。

防雷板依据防雷的等级可采用室内防护方案、室外防护方案等。对外接口要进行雷击、静电的防护，例如电源输入接口、RJ45接口、HDMI接口和USB接口等。

音频板可采用双通道立体声方案、单声道方案、MIC方案等。支持IIS输入，双通道输入，双通道输出；数字音频数据传输是通过I2S接口，通过I2C配置音频芯片。字长可以是16、20、24、32bit。ADC和DAC的采样率支持标准的8-96kHz。

RTC板可采用高精度时钟方案、标准时钟方案等。

电源板可采用一个适合最小系统的电源方案，在电源方案的选择上也可分为高端、低端。

POE板可采用根据POE方案厂商来划分的TI、国半、凌特等知名的电源芯片制造商；其余的各个小模块也可由多种方案形式。

提供控球信号，为PTZ产品预留。主要采用低功耗RS485/RS422收发器。

智能板：在板上留个插槽用于外接智能模块。

拓展板：可实现红外感应或是人体感应等功能。

单片机板：具有看门狗功能、智能温度检测功能、智能风扇控制功能、智能低温加热功能。

串口通讯板，可采用485/422/232串口通讯模块，进而提供控球信号，为PTZ产品预留。最佳主要采用低功耗RS485/RS422收发器。

USB板：板上面预留两个USB接口，一个是标准的USB口，一个是插针的形式，用于外扩蓝牙、无线、3G模块；

SD卡板：板上面预留两个SD卡接口，一个是标准的SD/micro卡接口，一个是插针的形式，用于外扩蓝牙、无线、3G模块；

报警板：板上预留有2路报警输入2路报警输出，为保证使用安全，报警的输入和输出均为隔离模块。在没有报警的情况下，报警输出端的Alarm out和Alarm COM为悬空状态，当有报警时，报警端输出的Alarm out和Alarm COM处于导通状态。

RTC板：作为网络设备，RTC电路是不可或缺的。

电源板：电源板给整个系统供电，能够提供多路、多样化的电平值。

HDMI和PCIE接口：考虑到现阶段很少用到HDMI和PCIE接口，因而在最小系统板上面留两个插槽，用于以后进行HDMI和PCIE外设的扩展。

综上所述可见，本安防系统设备板化开发平台实现了在一个开发平台上实现多个种类的、多个系列的产品开发。例如：标清数字前端产品、高清数字前端产品、超高清数字前端产品、红外数字前端产品、带有AF数字前端产品、室内数字前端产品、室外数字前端产品等等，几乎可以囊括所有的安防数字前端产品。因此上述的安防数字前端产品均可在这个平台上研发产品。

在安防产品研发中，技术开发和产品开发的分离是一种发展趋势。在产品的开发过程中由于各个部分的电路都集成在一块电路板中，使得每个模块都是唯一确定的，在设计中很难确定那种模块式最佳的设计方案，往往依赖开发工程师的个人经验。而安防系统设备板化开发平台可促进研发人员对单个领域的深入研究，从而提升工程师的开发能力，进而由于开发平台的通用性强，不仅有助于设计人员在安防领域产品设计的技术方面积同时也能提高产品的质量。在模块开发中选取多个方案，对每个方案仔细研究提高每个方案的可靠性，这样能够充分的发挥各种方案的特点，在针对不同产品开发中选取适合此类产品开发的方案，以达到开发产品最优的设计。

在本安防系统设备板化开发平台开发CBB也能成为十分简单的事情，因为此平台是非常的灵活，在CBB的验证方面是由非常的优势的。当CBB形成规模对产品质量会有很大的提升，而且对物料采购、降低开发成本方面也有很大的好处。

安防系统设备板化开发平台对新的功能模块研发验证提供了一个基础平台。现今社会技术爆炸的时代，技术时刻都在更新，为了保证开发的产品处于技术前沿就得快速的引进新的技术点和模块。通过安防系统设备板化开发平台可以解决新技术新方案的引进。并且具有时间短、成本低、便捷、可靠(排除外部干扰的问题)等特点。例如：作为数字前端产品SESNOR的更新率是非常快的，我们可以通过更新sensor模块来实现新的sensor的验证工作。并且能够快速的转化为产品占领市场。

综上所述安防系统设备板化开发平台是一个灵活、便捷的产品开发平台，通过该开发平台可以把产品开发的工作变得简单化、深入化同时实现快速开发优质产品、实现多项目多产品的集中开发、实现技术积累。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种安防系统设备板化开发平台，其特征在于：它包括基板、最小系统板、sensor板、AF板、网络板、单片机板、防雷板、音频板、RTC板、电源板、POE板、VOUT板、拓展板、报警板、USB板、SD卡板及串口通讯板；

所述最小系统板、AF板、网络板、单片机板、防雷板、音频板、RTC板、电源板、POE板、VOUT板、拓展板、报警板、USB板、SD卡板及串口通讯板与基板对应设有相适配的接插件，基板中布有走线；所述最小系统板插接于基板上，所述AF板、网络板、单片机板、防雷板、音频板、RTC板、电源板、POE板、VOUT板、拓展板、报警板、USB板、SD卡板及串口通讯板中一个或多个可通过接插件与基板电连接并通过基板的走线与最小系统板相连；

所述最小系统板通过排线连接sensor板；

所述最小系统板的接插件引出包括四路IIC总线接口、一路IIS总线接口、一路GPIO/SPI通讯接口、两个SDIO接口、四路SPI接口、一路IRQ接口、两路串口通讯接口、两路PWM接口、三路GPIO接口、一路VOUT接口、IIC一路PCIe接口、一路CVBS接口、一路看门狗接口、两路USB接口以及六路供电接口；

所述开发平台使用时，仅需要根据所需功能模块通过排列组合通过基板的接插件连接上最小系统，即可构件成为不同的系列产品的测试平台。

2.如权利要求1所述的安防系统设备板化开发平台，其特征在于：所述最小系统板包括相连的中央处理器模块、存储模块、内存模块及HDMI模块；所述中央处理器与接插件相连；所述HDMI模块包括HDMI防静电单元及HDMI接口座，中央处理器通过HDMI防静电单元连接HDMI接口座。

3.如权利要求1所述的安防系统设备板化开发平台，其特征在于：所述最小系统板还包括IR接口与JTAG接口。

4.如权利要求1所述的安防系统设备板化开发平台，其特征在于：所述基板上设有导电连接柱与所述报警板、串口通讯板、电源板、网络板相连；所述导电连接柱与基板中地线电连接。

5.如权利要求1所述的安防系统设备板化开发平台，其特征在于：所述sensor板与网络板对应最小系统板中中央处理器模块旁设置。