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嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)報(bào)告實(shí)訓(xùn)報(bào)告目錄一、 任務(wù)名稱內(nèi)容1二、 題目分析1三、 系統(tǒng)平臺(tái)搭建6四、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)7五、 心得體會(huì)14六、 參考文獻(xiàn)及資料151.實(shí)訓(xùn)任務(wù)的名稱、內(nèi)容:在這學(xué)期期末的實(shí)訓(xùn)中,我們的任務(wù)是“視頻采集圖像并實(shí)時(shí)顯示在LCD上”。具體內(nèi)容是,通過(guò)在USB接口上外接一個(gè)帶USB口的攝像頭,將采集到的視頻圖像數(shù)據(jù)放入輸入緩沖區(qū)中。然后保存成文件的形式,或者運(yùn)行移植到平臺(tái)上的圖像處理程序,對(duì)緩沖的圖像數(shù)據(jù)直接進(jìn)行相關(guān)處理,最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口將圖像發(fā)送到LCD上顯示。而對(duì)于我來(lái)說(shuō),分配到的任務(wù)是“攝像頭的驅(qū)動(dòng)”。2.題目分析:要實(shí)現(xiàn)視頻采集,先要在系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行的是linux。啟動(dòng)LINUX后,啟用了MMU,系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)模式,所以應(yīng)用程序就不能直接讀寫外設(shè)的I/O區(qū)域。(包括I/O端口和I/O內(nèi)存),這時(shí)一般就要借助于該外設(shè)的驅(qū)動(dòng)來(lái)進(jìn)入內(nèi)核完成這個(gè)工作。本系統(tǒng)中的視頻采集分兩步實(shí)現(xiàn):一是為USB口數(shù)碼攝像頭在內(nèi)核中寫入驅(qū)動(dòng),二是要再寫入上層應(yīng)用程序獲取視頻數(shù)據(jù)。我分配到的任務(wù)就是攝像頭驅(qū)動(dòng)的編寫。于是先上網(wǎng)查找了資料。 查得資料:攝像頭在Linux中是如何支持的;在 Linux中,硬件的驅(qū)動(dòng)程序,都是由內(nèi)核支持的;目前比較新內(nèi)核版本也集成了一些的攝像頭驅(qū)動(dòng)。就是Fedora、SuSE最新版本所支持的內(nèi)核也是來(lái)自由 。所以支持也是極為正常的。內(nèi)核對(duì)硬件的支持分為內(nèi)置于和外掛模塊兩種方便。對(duì)于攝像頭來(lái)說(shuō),大多是模塊支持的; 關(guān)于開發(fā)平臺(tái):我們用的系統(tǒng)的硬件平臺(tái)采用Samsung公司的處理器S3C2410x。該處理器內(nèi)部集成了ARM公司ARM920T處理器核的32位微控制器,資源豐富:帶獨(dú)立的16 kB指令Cache和16 kB數(shù)據(jù)Cache,還有LCD控制器、RAM控制器、NAND閃存控制器、3路UART、4路DMA、4路帶PWM的Timer、并行IO口、8路 10位ADC、TouchScreen接口、I2C接口、I2S接口、2個(gè)USB接口控制器、2路SPI,主頻最高可達(dá)203 MHz。在處理器豐富資源的基礎(chǔ)上,還進(jìn)行了相關(guān)的配置和擴(kuò)展,平臺(tái)配置了16 MB,16位的FLASH和64 MB,32位的SDRAM。通過(guò)以太網(wǎng)控制器芯片DM9000擴(kuò)展了一個(gè)網(wǎng)口,另外引出了一個(gè)HOST、USB接口,通過(guò)在USB接口上外接一個(gè)帶USB 接口的攝像頭。2410平臺(tái)硬件如圖所示: 實(shí)驗(yàn)箱圖片:攝像頭驅(qū)動(dòng)在Linux 環(huán)境下,所有的外設(shè)都被看成一類稱為“設(shè)備文件”的特殊文件,系統(tǒng)中所有硬件都可以用一個(gè)特殊的設(shè)備文件來(lái)表示。在本系統(tǒng)中,USB 攝像頭被作為一種字符設(shè)備來(lái)對(duì)待,用/dev/video0 來(lái)表示。相對(duì)于應(yīng)用程序來(lái)講,硬件是不透明的,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序屏蔽了硬件在實(shí)現(xiàn)上的細(xì)節(jié),應(yīng)用程序必須依靠相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序中定義的通信接口實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的操作。Video4Linux(簡(jiǎn)稱V4L)是Linux 系統(tǒng)關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序,它為針對(duì)視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供一系列接口函數(shù)。對(duì)于USB 接口攝像頭,驅(qū)動(dòng)程序中提供了基本的I/O操作接口函數(shù)open、read、write、close 的實(shí)現(xiàn),對(duì)中斷的處理實(shí)現(xiàn),內(nèi)存映射功能以及對(duì)I/O 通道的控制接口函數(shù)ioctl 的實(shí)現(xiàn)等,并在struct file_operations 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中定義了這些函數(shù),當(dāng)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件進(jìn)行例如read、write 等操作時(shí),嵌入式Linux 內(nèi)核通過(guò)strcutfile_operations 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)訪問(wèn)驅(qū)動(dòng)程序提供的函數(shù)。攝像頭驅(qū)動(dòng)程序基本結(jié)構(gòu)如下:1)驅(qū)動(dòng)的注冊(cè)與注銷通過(guò)在驅(qū)動(dòng)程序的初始化過(guò)程中調(diào)用 register_chrdev()或register_blkdev()函數(shù)來(lái)添加驅(qū)動(dòng)程序并分配主設(shè)備號(hào);通過(guò)調(diào)用unregister_chrdev()或unregister_blkdev()函數(shù)從內(nèi)核中注銷設(shè)備,同時(shí)釋放其占用的主設(shè)備號(hào)。2)設(shè)備文件的打開與釋放調(diào)用 file_operations 結(jié)構(gòu)體中的open()函數(shù)打開設(shè)備;調(diào)用file_operations 結(jié)構(gòu)中的函數(shù)release()關(guān)閉設(shè)備。3)設(shè)備的讀/寫操作使用函數(shù) read()和write()完成對(duì)設(shè)備的讀和寫。4)設(shè)備的控制操作通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中的函數(shù)ioctl()來(lái)完成。ioctl()的用法與具體設(shè)備密切關(guān)聯(lián),因此需要根據(jù)設(shè)備的情況進(jìn)行具體分析。5)設(shè)備的中斷和輪流查詢處理由于有些硬件設(shè)備不支持中斷,那么在對(duì)其讀寫時(shí)需要輪流查詢?cè)O(shè)備狀態(tài),以便決定是否繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果硬件設(shè)備支持中斷,則可以按中斷方式進(jìn)行操作。以上這寫就是查到的資料三、系統(tǒng)平臺(tái)搭建嵌入式系統(tǒng)的硬件資源少,不宜直接把Linux作為操作系統(tǒng),要針對(duì)具體的應(yīng)用對(duì)嵌入式linux進(jìn)行裁剪,使整個(gè)系統(tǒng)能夠存放到容量較小的FLASH中。Linux的動(dòng)態(tài)模塊加載,使 Linux的裁減極為方便,高度模塊化的部件使添加非常容易。嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)采用交叉編譯調(diào)試的方式。交叉編譯調(diào)試環(huán)境建立在宿主機(jī)上,對(duì)應(yīng)的開發(fā)板叫做目標(biāo)板。通常宿主機(jī)和目標(biāo)板上的處理器不同,所以程序需要使用針對(duì)處理器特點(diǎn)的編譯器才能生成在相應(yīng)平臺(tái)上可運(yùn)行的代碼。GNU編譯器提供這樣的功能,在編譯時(shí),可以選擇開發(fā)所需的宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī),從而建立開發(fā)環(huán)境。在進(jìn)行嵌入式開發(fā)前的第一步工作就是把一臺(tái)PC機(jī)作為宿主機(jī)開發(fā)機(jī);然后在宿主機(jī)上建立交叉編譯調(diào)試的開發(fā)環(huán)境。這里我們用的是GNU編譯器,開發(fā)環(huán)境配置參考嵌入式實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,由其他同學(xué)完成,這里不再贅述。4.系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)要設(shè)計(jì)攝像頭的驅(qū)動(dòng),首先要搞清楚攝像頭的具體型號(hào)。經(jīng)查資料,可以用一個(gè)叫做ISHAL的工具獲得。使用情況如下圖:rootlocalhost # lshal |grep WebCam duct = ZC0303 WebCam (string) usb_duct = ZC0303 WebCam (string) 其中,“usb_duct=”后面的ZC0303說(shuō)明這個(gè)攝像頭是ZC303芯片組的。 上面這個(gè)命令是列出系統(tǒng)硬件設(shè)備,然后從輸出中,提取WebCam字樣的信息。 如果要看更詳細(xì)的情況,就用以下命令:rootlocalhost # lshal |grep usb 然后就找 ZC0303字樣的設(shè)備,查看相應(yīng)信息:usb_device_ac8_303b_noserialusb_device_ac8_303b_noserial_if0usb_device_ac8_303b_noserial_usbrawusb_device_ac8_303b_noserial_video4linux接下來(lái)到驅(qū)動(dòng)網(wǎng)站:http:/mxhaard.free.fr/spca5xx.html將驅(qū)動(dòng)網(wǎng)址攝像頭芯片所對(duì)應(yīng)地址對(duì)號(hào)入座。下載內(nèi)核;測(cè)試攝像頭所用的內(nèi)的內(nèi)核版本是 9;linux-9.tar.bz2下載內(nèi)核配置文件:從Slackware的FTP上,找到了9的配置文件。請(qǐng)到這里下載;kernel261619.txt編譯內(nèi)核;第一步:解壓內(nèi)核軟件包;rootlocalhost # tar jxvf linux-9.tar.bz2rootlocalhost # mv linux-9 /usr/src把下載下來(lái)的內(nèi)核配置文件改名復(fù)制到 /usr/src/linux-9rootlocalhost # cp kernel261619.txt /usr/src/linux-9/.config第二步:編譯內(nèi)核;rootlocalhost # cd /usr/src/linux-9/rootlocalhost linux-9# make rootlocalhost linux-9# make modules_install rootlocalhost linux-9# make install 第三步:查看/boot/grub/menu.lst文件;一般的情況下,make install 安裝內(nèi)核后,系統(tǒng)會(huì)把啟動(dòng)寫入GRUB的配置文件。/boot/grub/menu.lst。您可以看到有類似如下的一段;title Fedora Core (9) root (hd0,6) kernel /boot/vmlinuz-9 ro root=LABEL=/1 rhgb quiet initrd /boot/initrd-9.img編譯攝像頭驅(qū)動(dòng)程序;在編譯攝像頭驅(qū)動(dòng)的前題是,我們要用9這個(gè)內(nèi)核來(lái)啟動(dòng)系統(tǒng),然后在 9內(nèi)核系統(tǒng)環(huán)境下編譯攝像頭驅(qū)動(dòng); 下載攝像頭驅(qū)動(dòng);http:/mxhaard.free.frspca5xx-20060501.tar.gz解壓編譯;在編譯的過(guò)程中需要各種開發(fā)庫(kù)和或開發(fā)工具之類的,比如gcc、make、automake等rootlocalhost # tar zxvf spca5xx-20060501.tar.gzrootlocalhost # cd spca5xx-20060501rootlocalhost spca5xx-20060501# make rootlocalhost spca5xx-20060501# make installrootlocalhost spca5xx-20060501# depmod -arootlocalhost spca5xx-20060501# modprobe spca5xx看看驅(qū)動(dòng)模塊掛載好了沒(méi)有:rootlocalhost spca5xx-20060501# lsmod |grep spca5xxspca5xx 659920 0videodev 7040 1 spca5xx我們?cè)俨榭匆幌略O(shè)備/dev/video0是否存在:rootlocalhost spca5xx-20060501# ls -lh /dev/video0crw- 1 beinan root 81, 0 06-08 09:33 /dev/video0要使攝像頭顯示出影像,攝像頭應(yīng)用程序 SpcaView; SpcaView 軟件包,包括一組工具;spcaview工具是用來(lái)紀(jì)錄數(shù)據(jù)流,也能用來(lái)播放數(shù)據(jù);spcaserv 是流媒體服務(wù)器;spcacat 簡(jiǎn)單圖片的抓取工具;SpcaView 下載和安裝;下載地址: http:/mxhaard.free.fr/spca50x/Download ,我下載的是目前這個(gè)版本:spcaview-20051212.tar.gz 依賴關(guān)系;此軟件依賴 libsdl,要先安裝它才行,下載地址: ,我下載的是:SDL-1.2.10.tar.gz/download-1.2.phprootlocalhost # tar zxvf SDL-1.2.10.tar.gzrootlocalhost # cd SDL-1.2.10rootlocalhost SDL-1.2.10# ./configure ; make ;make install 安裝SpcaView:rootlocalhost # tar zxvf spcaview-20051212.tar.gz rootlocalhost # cd spcaview-20051212rootlocalhost spcaview-20051212# make ; make install 配置可執(zhí)行程序的路徑:可執(zhí)行的工具被安裝到 /usr/local/bin目錄中,所以我們還要配置一下用戶的環(huán)境變量PATH 。配置命令執(zhí)行路徑,在當(dāng)前用戶家目錄下的.bashrc文件中加入下面的一行; export PATH=.:/bin:/sbin:/usr/sbin:/usr/bin:/usr/local/bin:/usr/X11R6/bin然后運(yùn)行如下命令;rootlocalhost # source .bashrc 用spcaview來(lái)測(cè)試攝像頭;rootlocalhost # spcaview -d /dev/video0 -f jpg -s 320x240 -s后面的參數(shù)是圖像分辨率如果抓取數(shù)據(jù)流,嘗試用下面的命令,比如我們把抓取的數(shù)據(jù)流存在一個(gè).avi文件中;如果要播放,就用mplayer就行,xine也可以。rootlocalhost # spcaview -f yuv -o .avi最終效果如圖:五、心得體會(huì)通過(guò)為期4周的實(shí)訓(xùn),對(duì)于嵌入式軟件設(shè)計(jì)我有了更深刻的體會(huì),進(jìn)一步熟悉了嵌入式LINUX的各種操作和應(yīng)用。這次實(shí)訓(xùn)是以小組為單位合作設(shè)計(jì)一個(gè)完整的項(xiàng)目,這在以前是沒(méi)有遇上過(guò)的。讓我們體會(huì)到現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)

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