C2H技术在视频监控系统中的应用

由于传统技术的限制，监控系统的性能很难有较大的提升。为了解决这个问题，在分析监控系统各部分时耗的基础上，引入了C2H（C-to-Hardware）新技术对系统中耗时大的环节——数据读写环节进行硬件加速，有效的提高了监控系统的性能。通过测试数据表明，视频监控系统中应用了C2H 技术加速后，数据读写速度提升十几倍，使整个系统性能得到明显提高。

　　0 引 言

　　随着视频监控系统的广泛应用，人们对监控系统的实时性提出了更高的要求，特别是在数据的高速采集应用中，传统技术在处理速度上面临着严峻的考验，当前通用的解决方案很难满足用户日益提高的需求。为此，Altera 公司于2006 年4 月7 日提出了C2H 技术。这个技术的实质是通过硬件映射的方式直接用硬件对C 语言进行加速，获得系统性能的提高。

　　本文将 C2H 技术应用于视频监控系统的数据存储功能部分，有效的加快了数据的读写速度，使系统的性能得到大幅度的提升。

　　1 C2H 技术介绍

　　1.1 C2H 的特点

　　C2H 是一种可以直接对ANSI C 函数定制硬件加速的技术，在推出短短的一年时间内就得到了嵌入式及FPGA 设计者的广泛使用。C2H 编译器能分析程序要加速实现的存储器接口类型，生成硬件加速器逻辑以及合适的Avalon（总线互联架构）的主机和从机接口，达到与存储器延时的匹配。这样，分担了处理器的数据计算和存储器访问任务，使处理器能够更好的处理其他任务。数据表明，与未采用C2H 加速的系统相比，采用NiosII C2H 编译器加速的系统性能提高了10 到45 倍，而耗费的逻辑资源仅比处理器本身多出0.7 至2.0 倍。NiosII C2H 编译器是基于Eclipse 的NiosII 集成开发环境（IDE）中的一个插件。同时，C2H编译器具有识别并行运行事件的功能，能在硬件中同时运行相互独立的事件。与前面结果无关的事件将被尽早的执行。软件调用以线程的方式进行加速——每个加速器完全并行运行，真正的多任务系统(CPU, 硬件加速器)。

　　1.2 C2H 的使用流程

　　C2H的使用需要进行反复的调试，直到性能符合设计要求。具体流程如下：

　　(1)在NiosII中开发和调试C程序；

　　(2)分析C程序，找到最适合加速的部分；

　　(3)将需要加速的代码段写成一个独立的子函数；

　　(4)指定这个函数为硬件加速的函数；

　　(5)在NiosII IDE中重新编译整个工程；

　　(6)分析硬件加速的结果，观察C2H*估报告；

　　2 视频监控系统的设计

　　设计中选用的是 Altera 公司生产的CycloneII 系列中的EP2c35 FPGA。CycloneII 系列是低成本嵌入式处理解决方案，具有可以扩展外设集、存储器、I/O 的特点。同时Altera 公司免费提供NiosII 嵌入式处理器。NiosII 软核是一个32 位RISC 嵌入式处理器，性能超过200MIPS，满足当前系统的设计要求。Altera 公司提供了一整套针对NiosII 软核的SOPC 开发工具，轻松实现从底层的硬件设计到上层的软件开发。

　　2.1 视频监控系统的总体设计

　　本文中设计的视频监控系统的基本构成是现场实时采集图像的摄像机、视频解码芯片AD7181B、视频D/A 芯片ADC7123、VGA 控制器、Flash、SDRAM 控制器及控制核心NiosIICPU。整个系统除A/D 和D/A 采用专用芯片外，其余部分均在FPGA 上实现。视频监控系统的硬件设计框图如下图1 所示：

图1 系统硬件设计框图