2018年兆易创新GD32F350创新设计
大赛总结
一、项目背景
随着都市生活节奏的加快，越来越多的青年人为了梦想漂泊在大都市中。北京上海尤为居多，而很多人几乎整个白天都不在家，家里的情况缺少有效的监测。市面上，陆续推出了很多视频监控系统，从一定程度上实现了远程监控以及查看。
本项目，借助兆易创新最新推出的GD32F350高性价比arm处理器，来实现家庭安防系统的初步搭建。通过传感器对房屋状况进行有效沟通。借助OV5640摄像头，热释电传感器以及雨滴传感器等，依靠GD32F350自身的硬件结构，实现了一个低成本、高准确度的家庭安防方案。
从图像处理层面，提升监控的准确性。依靠硬件自由的模块，在增加任何硬件扩展模块(SDRAM\FLASH)等的基础上，完全依靠GD32F350的自身优势，实现图像信号捕捉，采集，传感器信号捕捉、分析等实时性较强的监测事件。
该系统采用了GD32F350的以下功能：
1. UART 高性能异步通信接口
2. GPIO 通用输入输出接口
3. 内部高速PLL，108MHz的主频
4. 软件模拟I2C，SCCB协议
5. 内部FLASH读写
6. RTC实时时钟
7. Timer定时器捕获高速输入
8. DMA传输
9. Timer捕获触发DMA传输
10. 外部中断ETI
从实际测试效果和项目推进过程中所用的模块具体运行情况来看，GD32F350这款处理器，已经可以满足绝大多数生活和工业的实际需要，功能强大，性能强悍，让人欣喜不已。
二、系统设计
本项目基于兆易创新公司生产的GD32F350 arm处理器，作为《都市青年家庭安防卫士》的主控处理器，负责对白天长时间无人的家庭环境进行监测，可监测室外雨水情况，房屋人员走动情况等，可实现远程交互。
图2.1 基于GD32F350的都市青年家庭安防卫士架构图
2.1 硬件设计
硬件设计采用PCB洞洞板和跳线来实现。将高速数字信号诸如摄像头的PCLK和像素信号采用焊锡在洞洞板上走线，而诸如电源和地等低速数字信号或者模拟信号采用跳线等加以连接。
图2.2 基于GD32F350的都市青年家庭安防卫士部分硬件连接图
2.2 软件设计
软件设计主要围绕ov5640的驱动来实施的，程序实施原理图如下：
图2.3 基于GD32F350摄像头采集软件设计框架图
摄像头的PCLK是高速信号，需要通过Timer定时器来进行捕获，通过触发DMA请求，进行传输，整个过程中，不需要CPU参与，极大的释放了CPU的压力，而且，整个采集过程高速进行。场中断和行中断分别控制图像信号的采集。
初始化DMA, TimerA，场中断和行中断后，设置DMA循环采集模式，即可得到想要的图像数据。
程序流程图如下：
三、项目完成情况
项目历时40多天，项目完成了预期的所有内容，并额外扩展了LCD显示，蓝牙显示，雨滴传感器等功能。
图3.1 都市青年家庭安防卫士实物图
实现的功能主要有：
1. 软件I2C成功实现GD32F350对摄像头的读写
2. DMA+定时器捕获实现对摄像头数据的采集
3. 利用高达108MHz的内部时钟成功实现实时图像处理
4. 实现高精度人体移动识别，识别精准率高达99.9%
5. 实现系统与蓝牙和电脑上位机的实时交互
6. 通过串口显示屏方便查阅告警信息
所有预期功能100%实现。
测试视频请观看EEworld大学堂，链接如下：https://training.eeworld.com.cn/video/16125 ；
程序源码：https://github.com/Janet-ZHU/Urban-youth-family-security-guard.git；程序源码在本帖附件中也有。
四、项目总结与展望[url=]4.1 项目总结
(1) 项目实现了预期的功能，并额外扩展了LCD显示，蓝牙，雨滴传感器等功能。
(2) 实现人体识别率接近99.9%。
(3) 雨滴和热释电传感器为家庭生活提供了更多的提示。
4.2 未来的优化
(1) 搭建web服务器，将告警信息和监控状态实施上传。
(2) 利用QT开发中枢控制界面，以及安卓app客户端。
(3) 进一步优化图像算法，使得采集特征点降低的同时，保持较高的识别率。
4.3 论坛发帖情况
【GD32F350 都市青年家庭安防卫士 】第一贴 开发板开箱体验以及开发环境搭建
https://bbs.eeworld.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=869729&fromuid=363532
(出处: 电子工程世界-论坛)
【GD32F350 都市青年家庭安防卫士 】第二贴 项目简介与具体实施规划
https://bbs.eeworld.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=918151&fromuid=363532
(出处: 电子工程世界-论坛)
【GD32F350 都市青年家庭安防卫士 】第三贴 人体感应模块设计
https://bbs.eeworld.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=926030&fromuid=363532
(出处: 电子工程世界-论坛)
【GD32F350 都市青年家庭安防卫士 】第四贴 如何将GD32F305系统时钟设置为108MHz
https://bbs.eeworld.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=974802&fromuid=363532
(出处: 电子工程世界-论坛)
【GD32F350 都市青年家庭安防卫士 】第五贴 利用外部中断接收摄像头场行同步信号
https://bbs.eeworld.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=988493&fromuid=363532
(出处: 电子工程世界-论坛)
【GD32F350 都市青年家庭安防卫士 】第六贴 国庆感悟贴与后续分享预告贴
https://bbs.eeworld.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=1029150&fromuid=363532
(出处: 电子工程世界-论坛)
【GD32F350 都市青年家庭安防卫士 】第七贴 I2C驱动OV5640
https://bbs.eeworld.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=1029272&fromuid=363532
(出处: 电子工程世界-论坛)
【GD32F350 都市青年家庭安防卫士 】第八贴 GD32F350如何接收OV5640数据
https://bbs.eeworld.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=1029418&fromuid=363532
(出处: 电子工程世界-论坛)
【GD32F350 都市青年家庭安防卫士 】第九贴 GD32如何进行图像处理
https://bbs.eeworld.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=1029555&fromuid=363532
(出处: 电子工程世界-论坛)
[/url]
【GD32F350 都市青年家庭安防卫士 】第十贴 作品提交 见本帖
五、开发难点总结以及对兆易创新公司的些许建议
5.1开发心得
在实际的开发中，攻克每一个难点，都要花费2-3天时间。
总结来说，我们必须要读懂芯片手册和官方的开发者指南；另外，尽可能的查阅已有的资料和官方给出的固件库，避免走弯路。
很多时候，我们需要一个逻辑分析仪来调试我们的I2C，SPI以及其它协议，一个普通的就行，淘宝上价格不是很贵。
不得不说，国产ARM处理器性能已经足够我们平时的开发，尤其是arm内核的通用性，使得我们查阅资料更加方便。
5.2 难点总结
1. 首先，开发板上的硬件I2C和UART1接口是被按键和JTGA调试口占用的，需要rework以下电路才能使用。因此，建议在使用一些功能前，请认真核对以下板子原理图。
2．摄像头的PCLK速率过高，会造成中断无法响应，建议不要采用GPIO查询的方法接收PCLK，通过定时器捕捉PCLK，加上定时器电路有滤波器，会使得采集效果更好。
3. 在上电后改变PLL频率时，需要等待PLL稳定后，再切换，建议熟读手册，或者参考本项目中的相关程序。
5.3 意见与建议
（1）希望兆易创新公司能够赞助更多这样的比赛，加大自身芯片应用生态的建设，推进国产arm的进步。
（2）如果可以的话，给开发者提供更完善的固件库和例程，加速开发进程。
六、致谢
感谢兆易创新公司提供优秀的开发板，让我有幸体验到国产arm处理器的优良性能。
也感谢EEworld能够举办这次创新设计大赛，让我再次重拾奋斗的乐趣。
下班后的业余时间被用来写程序，一个有一个困难被克服，手焊洞洞板，不断的调试程序。连国庆节也都用在了项目之中，感谢那个依然可以战斗的自己。
感谢我的媳妇，不辞辛劳的帮我，给我提供美味的饭菜，陪伴我走过那一个有一个的坎坷。
当把系统彻底调通的那一刻，真的很高兴，还好没放弃，最后，再次谢谢大家！
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附件：是项目源码
