基于ARM的無線視頻圖像監(jiān)控服務(wù)器系統(tǒng)方案

1、附件 54 技 術(shù) 文 件 技術(shù)文件名稱：基于 arm 的無線視頻圖像監(jiān)控服務(wù)器系統(tǒng)方 案 技術(shù)文件編號： 版 本：v1.0 共 17 頁 (包括封面) 擬 制 李志華 審 核 會 簽 標準化 批 準 目目 錄錄 第一篇 概述.2 1范圍.2 2設(shè)計依據(jù).2 3術(shù)語、定義和縮略語.2 3.1術(shù)語、定義 .2 3.2縮略語 .2 第二篇 系統(tǒng)原理.3 4系統(tǒng)原理.3 第三篇 硬件總體.3 5硬件總體框架.3 6冗余設(shè)計.6 7機內(nèi)測試（bit）設(shè)計 .6 第四篇 軟件總體.8 8軟件總體框架.8 9運行及開發(fā)環(huán)境.10 9.1硬件環(huán)境 .10 9.2軟件環(huán)境 .10 第五篇 結(jié)構(gòu)和工藝.11 1

2、0結(jié)構(gòu)設(shè)計.11 11工藝設(shè)計.11 第六篇 系統(tǒng)運行說明.12 12配置說明.12 13系統(tǒng)應(yīng)用方式.12 第七篇 關(guān)鍵技術(shù)說明.13 14關(guān)鍵技術(shù)說明.13 第八篇 進度和成本.14 15進度計劃.14 15.1項目分解 .14 15.2完成時間 .14 16變動成本預計.14 第九篇 參考文獻.15 17參考文獻.15 第一篇第一篇 概述概述 1范圍范圍 本文件規(guī)定了“基于 arm 的無線視頻圖像監(jiān)控服務(wù)器”的原理、硬件總體設(shè)計、軟 件總體設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)、進度成本預計。 本文件適用于“基于 arm 的無線視頻圖像監(jiān)控服務(wù)器”的開發(fā)研制工作。 2設(shè)計依據(jù)設(shè)計依據(jù) 對圖像監(jiān)控系統(tǒng)，用戶常常提

3、出這樣的功能需求：希望能夠監(jiān)控距離較遠的對象。這 些對象有可能分布在郊區(qū)、深山，荒原或者其他無人值守的場合；另外，希望能夠獲取比 較清晰的監(jiān)控圖像，但對圖像傳輸?shù)膶崟r性要求并不高,很明顯，用傳統(tǒng)的 pc 機加圖像采 集卡的方式很難滿足這樣的需求。 在嵌入式領(lǐng)域，arm9 系列微處理器在高性能和低功耗方面提供了最佳的性能，因此選 用 arm9 嵌入式處理器 s3c2440 設(shè)計實現(xiàn)了一個遠程圖像光線監(jiān)控系統(tǒng)通過這個系統(tǒng)， 可以遠在千里之外控制一個攝像機進行圖像采集并回傳。如果這個攝像機有一個 485 接口 的云臺，還可以通過互聯(lián)網(wǎng)遠程控制攝像機的取景角度、鏡頭拉伸、聚焦等功能. 除了獲取圖像數(shù)據(jù)

4、系統(tǒng)還提供了多路開關(guān)控制和數(shù)據(jù)采集功能，可以連接溫度、濕 度等各類傳感器和控制紅外夜視燈等其他外部設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)。最后，通過 gprs 或 cdma 無線通信模塊及 internel 互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳至任何地方。 這次設(shè)計所涉及到的協(xié)議有無線通信協(xié)議 ieee 的 802.11，以太網(wǎng)協(xié)議 ieee 的 802.3；依據(jù)的國際標準有 itut。 3術(shù)語、定義和縮略語術(shù)語、定義和縮略語 3.1術(shù)語、定義術(shù)語、定義 arm 即advanced risc machines的縮寫；它同時也是一個公司的名字，這個公司是沒計公 司，是知識產(chǎn)權(quán)(tp，intelligence property)供應(yīng)商，本身不

5、生產(chǎn)芯片，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計合作 伙伴來生產(chǎn)各具特色的芯片。 嵌入式系統(tǒng)：用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置。 無線局域網(wǎng)：工作于 2.5ghz 或 5ghz 頻段，以無線方式構(gòu)成的局域網(wǎng)。 3.2縮略語縮略語 ieee8021 1：是無線局域網(wǎng)通用的標準，它是由 ieee 所定義的無線網(wǎng)絡(luò)通信的標 準。 v4l：是 video 4 linux 的縮寫，是 linux 下用于獲取視頻和音頻數(shù)據(jù)的 api 接口。 第二篇第二篇 系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理 4系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理 本文所設(shè)計的系統(tǒng)主要是由usb圖像采集子系統(tǒng)、arm視頻圖像處理子系統(tǒng)和視頻圖像 無線傳輸子系統(tǒng)三部分組成。該系統(tǒng)的軟件環(huán)境采用li

6、nux操作系統(tǒng)，硬件上采用一款基于 arm920t內(nèi)核的1632位risc的三星s3c2410嵌入式處理器。其主要原理是：攝像頭采集現(xiàn) 場視頻數(shù)據(jù)通過usb傳輸至arm處理板，在arm處理板上進行圖像的處理，然后通過無線進行 數(shù)據(jù)的傳輸。 這次設(shè)計的基于嵌入式的無線視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)器具有體積小，重量輕等特點；它非 常便于安裝，具有非常強的隱蔽性。可工作在強電磁干擾、強粉塵環(huán)境、高低溫、潮濕等 工業(yè)環(huán)境中。 第三篇 硬件總體 5硬件總體框架硬件總體框架 本次設(shè)計的嵌入式無線視頻圖像監(jiān)控服務(wù)器的主控模塊采用arm9微處理器s3c2410，外 接64mb的nand flash，監(jiān)控服務(wù)器中的boot

7、loader、啟動參數(shù)、內(nèi)核和根文件系統(tǒng)都放于 此；還有2片32mb的sdram作為內(nèi)存，這樣可以流暢的運行嵌入式linux。采用低成本的usb 攝像頭作為視頻圖像采集模塊，將采集到的圖像數(shù)據(jù)交由s3c2410主控模塊處理，主控模塊 完成視頻圖像壓縮，并將壓縮后的數(shù)據(jù)交由無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備prism2芯片組發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)。整 個硬件框架主要由s3c2410主控模塊、視頻圖像采集模塊及無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊組成，如圖: s3c2410 微處理器 usb 攝像頭 prism-2 網(wǎng)絡(luò)芯片 組 nand flash sdram wlan rs232 接口 圖圖 1 1：硬件總體框架：硬件總體框架 5.1 視頻圖像采

8、集模塊 目前，視頻信號的采集大多采用圖像傳感器，常用的圖像傳感器有ccd和cmos傳感器。 ccd和cmos傳感器都是利用感光二極管進行光電轉(zhuǎn)換，其主要差異是數(shù)據(jù)傳送的方式不同。 在ccd傳感器中每一行中每一個像素的電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個像素中，由最底端部 分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進行放大輸出；而在cmos傳感器中，每個像素都會鄰 接一個放大器及ad轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。雖然ccd傳感器在靈敏 度、分辨率等某些方面都優(yōu)于cmos傳感器，但其價格高。而cmos傳感器則具有低成本、低 功耗以及高整合度的特點。 ov7620是omni vision公司推出的一款完全

9、可編程的數(shù)字單片攝像器件，片上ad轉(zhuǎn)換器可 提供8位或16位并行數(shù)字輸出，并100符合ccir601656規(guī)范。ov511是omni vision公司 推出的高性能攝像頭到usb接口控制芯片(advanced camerato usb bridge)。ov511 acub降 低了產(chǎn)品的成本，極大地簡化了單片cmos圖像傳感器和usb的接口，僅增加256kdram和一個 usb 收發(fā)器，可以很容易地構(gòu)成基于usb的視頻子系統(tǒng)。ov511和ov7620 cmos影像傳感器的攝像 頭方案框圖如圖所示： 圖2：采用ov511和ov7620 cmos影像傳感器的攝像頭方案框圖 5.2 s3c2410微處

10、理器主控模塊 5.2.1arm 微處理器的選擇 選擇芯片要考慮系統(tǒng)的設(shè)計目標和芯片的性能、功耗、專業(yè)化水平以及其成本?？紤] 到各種因素，我們選擇了基于arm內(nèi)核的嵌入式微處理器。arm微處理器具有如下優(yōu)點： (1)處理速度快：arm是risc結(jié)構(gòu)的處理器，而且arm內(nèi)部集成了多級流水線，大大增加了處 理速度。 (2) 超低功耗：各種檔次的arm的功耗都是同檔次其他嵌入式處理器中較低的。arm處理器 的散熱問題基本上不用考慮；低電壓，微電流供電，這些都無疑是便攜式設(shè)備最理想的 選擇。 (3)應(yīng)用前景廣泛：因為arm公司不是生產(chǎn)處理器的，它專門為ic制造商提供各種處理器的 解決方案。所以，在眾多嵌

11、入式處理器中，arm的使用最廣，同時應(yīng)用前景廣闊，開發(fā) 資源豐富，有利于縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。 (4)價格低廉：在各種嵌入式處理器中，arm的價格適中，而且使用量大，比較容易購買。 本課題中所采用的s3c2410芯片基于arm920t內(nèi)核，是目前應(yīng)用最廣的32位高性能嵌入 式risc處理器，采用五級流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，是高性能和低功耗的硬宏單元。arm920t具有 全性能的mmu、指令和數(shù)據(jù)緩存以及高速amba總線接口。 s3c2410內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，提供可擴展的功能模塊較多，主要有l(wèi)cd控制器，nand控制器， 系統(tǒng)管理單元(sdram控制器等)，3通道uart，4個具備pwm功能的定時器，gpi

12、o口，rtc(實 時時鐘)，8通道10bit精度adc， usb主機控制器，usb設(shè)備，sdmmc卡控制器，2通道spi 等組成。 5.2.2 arm開發(fā)平臺s3c2410e s3c2410片上已經(jīng)集成了很多功能，因此能很方便地在片外添加外部設(shè)備來實現(xiàn)這些 功能。為了節(jié)約系統(tǒng)的開發(fā)時間，使課題的研究在短時間內(nèi)即見到成效，我們選用一個基 于s3c2410芯片的arm開發(fā)平臺s3c2410e，通過這個平臺可以對s3c2410進行系統(tǒng)級的硬件、 軟件設(shè)計，并且能夠很方便地在該平臺上進行相關(guān)的功能擴展，進行所需的產(chǎn)品設(shè)計。如 下圖所示： 6 圖圖3 3：s3c2410s3c2410開放板結(jié)構(gòu)圖開放板結(jié)

13、構(gòu)圖 s3c2410e以s3c2410作為主控芯片，由strata flash(nor flash)或 smartmediacard(nand flash)來啟動，內(nèi)存由兩片sdram(32mbx2)構(gòu)成。系統(tǒng)時鐘使用外部 的12mhz晶體，由微處理器內(nèi)部鎖相環(huán)pll倍頻至200mhz，該開發(fā)平臺還提供一個327khz 的實時時鐘，并且還可以在extclk腳引入外部時鐘來作為系統(tǒng)的主時鐘。s3c2410e提供了 很多外圍擴展口，例如液晶屏接口、uart接口、usb接口、gpio口、10m以太網(wǎng)接口等。具 體的嵌入式無線視頻圖像監(jiān)控服務(wù)器硬件平臺可在此基礎(chǔ)上對硬件配置作一定的裁剪，如： 減小存儲

14、器容量，去除不必要的接口等，以降低成本，減小體積。這也是課題的進一步研 究所需做的工作。 5.3無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊 5.3.1 無線局域網(wǎng)的優(yōu)點 無線局域網(wǎng)(wlan)是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。從專業(yè)角度講，wlan 利用了無線多址信道的一種有效方法來支持計算機之間的通信，并為通信提供移動化、個 性化和多媒體應(yīng)用。wlan絡(luò)絕不是用來取代有線局域網(wǎng)絡(luò)，而是用來彌補有線局域網(wǎng)絡(luò)之 不足，以達到網(wǎng)絡(luò)延伸之目的。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，wlan具有以下優(yōu)點： (1)安裝便捷：wlan的安裝工作簡單，它無需施工許可證，不需要布線或開挖溝槽。它的安 裝時間只是安裝有線網(wǎng)絡(luò)時間的零頭。 (2)覆蓋范圍

15、廣：在有線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安放位置受網(wǎng)絡(luò)信息點位置的限制。而wlan的 通信范圍，不受環(huán)境條件的限制，網(wǎng)絡(luò)的傳輸范圍大大拓寬。 (3)經(jīng)濟節(jié)約：由于有線網(wǎng)絡(luò)缺少靈活性，這就要求網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者盡可能地考慮未來發(fā)展的需 要，所以往往導致預設(shè)大量利用率較低的信息點。而一旦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展超出了設(shè)計規(guī)劃， 又要花費較多費用進行網(wǎng)絡(luò)改造。wlan不受布線接點位置的限制，具有傳統(tǒng)局域網(wǎng)無法 比擬的靈活性，可以避免或減少以上情況的發(fā)生。 (4)易于擴展：wlan有多種配置方式，能夠根據(jù)需要靈活選擇。這樣，wlan就能勝任從只有 幾個用戶的小型網(wǎng)絡(luò)到上千用戶的大型網(wǎng)絡(luò)，并且能夠提供如“漫游等有線網(wǎng)絡(luò)無法 提供的特性。

16、 5.3.2 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的結(jié)夠 近年來，ieee8021lb的設(shè)備越來越普及，現(xiàn)在已經(jīng)有很多公司生產(chǎn)自己的8021lb芯片 組，比較典型的有intersil公司的prism芯片組和lucent公司的hermes芯片組。本課題選用 intersil公司的prism2芯片組來設(shè)計無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊由媒體訪問 控制器hfa3841、基帶處理器hfa3861b、中頻處理器hfa3783和射頻處理器hfa3683以及功率 放大器hfa3983五部分組成，如圖所示： 圖4：無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的結(jié)夠 mac處理器hfa3841用來實現(xiàn)ieee8021 1的協(xié)議規(guī)范中的媒體接入控制功能。在

17、 s3c2410要發(fā)送數(shù)據(jù)時，hfa3841負責接收s3c2410發(fā)送的數(shù)據(jù)，并按照一定的格式封裝成幀， 最后根據(jù)ieee80211協(xié)議把數(shù)據(jù)幀發(fā)送到信道中去。當接收數(shù)據(jù)時，hfa3841根據(jù)接收幀 中的目的地址，判別是否是發(fā)往本機的數(shù)據(jù)，如果是則接收該幀信息，并進行crc校驗，拆 去幀頭，把數(shù)據(jù)提交給s3c2410。 射頻處理器、中頻處理器和基帶處理器組成擴頻通信機，用來實現(xiàn)物理層的功能，并 與mac處理器hfa3841進行控制信息交換。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，mac單元的輸出數(shù)據(jù)通過基帶處理 器進行擴頻，之后由中頻處理器進行中頻調(diào)制，然后由射頻處理器進行上變頻，最終變換 到射頻上發(fā)射。在接收數(shù)據(jù)時，

18、射頻信號首先由射頻處理器變換到中頻，然后經(jīng)過中頻處 理器得到基帶接收信號，再由基帶處理器進行解擴、解調(diào)、恢復位定時信息，最后把得到 的數(shù)據(jù)交給mac單元。 6冗余設(shè)計冗余設(shè)計 在整個系統(tǒng)的設(shè)計過程中，最住要的就是 arm 核心處理單元、存儲單元。當攝像頭攝 取到圖像后，通過 usb 口進行數(shù)據(jù)的傳輸；數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵奶幚韱卧螅瑫艿揭欢ǖ奶?理，處理的數(shù)據(jù)也可以進行存儲，將其保留在存儲單元中，然后再通過無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。 在這里，存儲單元就起到了信息冗余的作用。 7機內(nèi)測試（機內(nèi)測試（bit）設(shè)計）設(shè)計 整個系統(tǒng)分為三大部分：一個是圖像采集子系統(tǒng)，一個是 arm 核心處理子系統(tǒng)，還 有就是無線

19、發(fā)射子系統(tǒng)。要完成整個系統(tǒng)的測試，先必須對各個分系統(tǒng)進行測試。 7.1 圖像采集子系統(tǒng)的測試 通過攝像機采集到的圖像通過 usb 口傳輸?shù)?arm 服務(wù)器上，所以首先要測試攝像頭是 否工作正常，其次再把攝像頭與服務(wù)器進行相連。采用一些測量設(shè)備，測試出攝像頭所傳 輸信號的電壓，判斷其在服務(wù)器傳輸過程是否一切正常。所以說，這個子系統(tǒng)的測試主要 是確定攝像頭是否正常工作，在圖像信號傳輸?shù)?usb 口后，其在 arm 處理器的外圍電路部 分傳輸是否正常，信號電壓是否符合標準。在這個子系統(tǒng)中，接口部分主要是攝像頭的 usb 口和服務(wù)器的 usb 口的對接，所以再設(shè)計時要確定兩個口是可以對接的，它們是在同

20、 一種協(xié)議和平臺上。 7.2 核心處理子系統(tǒng)的測試 核心處理子系統(tǒng)主要是指核心處理模塊 s3c2410，所以對這個系統(tǒng)的測試，就是要確 保該模塊的運行和外部接口功能是否正常。模塊 s3c2410 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 5：s3c2410 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 在這次設(shè)計中，我們只用到 usb 口、以太網(wǎng)口、232 口來進行輸入和輸出。其余都是 待用的內(nèi)部接口，這次系統(tǒng)的設(shè)計并沒有用到。所以進行測試時，需對這幾個輸出口的電 平進行測試，看測試結(jié)果是否和標準協(xié)議相符合。比如 usb 口的有兩根數(shù)據(jù)線，一根 5v 電源線及一根地線組成，數(shù)據(jù)傳輸率為 12mb/s。我們可以測量 usb 口的信號輸入電壓，

21、 以及傳輸速率，來確定端口工作是否正常。 7.3 無線傳輸子系統(tǒng)的測試 無線傳輸系統(tǒng)是服務(wù)器的輸出系統(tǒng)，它的原理是將核心處理模塊輸出信號進行基帶調(diào) 制，然后再進行中頻放大、高頻放大，最后通過射頻發(fā)射電路進行發(fā)射。對其進行測試時， 要逐步進行，分別用示波器來測試各個輸出模塊的信號波形和頻率、電平。對于測試出的 波形及其參數(shù)進行分析，看它是否符合各個信號的特征。最后通過終端接收，看能否收到 視頻圖像信息。若是服務(wù)器上發(fā)射的模塊輸出信號都正常，則系統(tǒng)運行正常。當然，這些 測試是需要通過穩(wěn)定性分析來進行測試的，只有在企標的規(guī)定的穩(wěn)定性時間內(nèi)測試，系統(tǒng) 還是正常的，則可以說明系統(tǒng)沒有問題。 第四篇第四篇

22、 軟件總體軟件總體 8軟件總體軟件總體框架框架 軟件總體框架主要由圖像采集模塊、圖像監(jiān)控服務(wù)器兩大模塊組成。 8.18.1 圖像采集模塊圖像采集模塊 完成基于 v4l 的 usb 視頻數(shù)據(jù)采集，先要獲得相關(guān)的視頻采集設(shè)備的信息和圖像信息， 并對采集窗口、顏色模式、幀狀態(tài)初始化，然后才能進行視頻圖像采集。視頻采集的具體 流程如圖所示。圖中虛線框內(nèi)的部分是視頻采集的過程，虛線框外邊的圖像數(shù)據(jù)處理包括 圖像壓縮和網(wǎng)絡(luò)傳輸部分。 開始 開啟視頻設(shè)備 獲取設(shè)備信息和圖像信息 初始化采集窗口顏色，模式，幀狀態(tài) 捕捉視頻數(shù)據(jù)幀 關(guān)閉視頻設(shè)備 是否終止視頻采集 結(jié)束 圖像數(shù)據(jù)處理 no yes 圖圖 6 6：

23、視頻采集的具體流程圖 8.28.2 視頻圖像監(jiān)控服務(wù)器的實現(xiàn)視頻圖像監(jiān)控服務(wù)器的實現(xiàn) 在介紹無線視頻圖像監(jiān)控服務(wù)器的具體監(jiān)控頁面之前，先介紹一下web服務(wù)器頁面與 各cgi程序的結(jié)構(gòu)，其相互間的調(diào)用關(guān)系如圖58所示。其中橢圓表示用戶可見的頁面，方 框表示用戶動作激活的cgi程序。 圖圖7 7：webweb頁面和頁面和cgicgi程序的調(diào)用關(guān)系程序的調(diào)用關(guān)系 各各cgicgi程序的功能如下：程序的功能如下： logincgi 用戶在登錄頁面上輸入密碼并確定后，logincgi執(zhí)行。程序首先檢測當前是否有其他用 戶登錄(用戶登錄記錄在varlog下的臨時文件中)，如果已經(jīng)有web用戶登錄，則拒絕當

24、 前用戶的登錄。因為如果允許兩個用戶同時登入，他們可能向同一設(shè)備發(fā)出不同的操作命 令，造成系統(tǒng)的混亂，所以在同一時刻只能允許一個用戶在線。用戶檢測通過后，再驗證 用戶輸入的密碼。密碼正確，則視為登錄成功，將登錄信息記入臨時文件并跳轉(zhuǎn)到主界面。 chpswcgi 用戶在主界面上點擊“修改密碼”的選項，chpswcgi執(zhí)行。該程序修改用戶密碼，并更 新用戶信息配置文件。 lanstatecgi lanupdatecgi lanstatcc西負責解析本地的網(wǎng)絡(luò)配置文件，顯示當前網(wǎng)絡(luò)信息并生成可供用戶配置的頁 面。當用戶需要改動網(wǎng)絡(luò)配置時，激活lanupdmecgi。lanupdatecgi負責將用戶

25、的改動 存入網(wǎng)絡(luò)配置文件。 logoutcgi 退出，從臨時文件中清除本次登錄的信息，使得其他web用戶可以繼續(xù)登錄。以下三種情況 之一會激活logoutcgi運行： (1)用戶點擊“退出”選項，logoutcgi運行并跳轉(zhuǎn)到登錄頁面； (2)用戶直接關(guān)閉瀏覽器進程，頁面的onbeforeunload事件將觸發(fā)預設(shè)的腳本，調(diào)用 logoutc； (3)用戶最近一次頁面點擊后十分鐘沒有任何動作，則認為用戶的操作已經(jīng)結(jié)束，后臺的定 時進程調(diào)用logoutcgi，將控制權(quán)讓出。 monitorcgi monitorcgi實現(xiàn)了以下一些功能： (1)視頻圖像的采集。 (2)視頻圖像的壓縮。 (3)把采

26、集壓縮后的視頻圖像返回到主頁面，在沒有注銷關(guān)閉之前，不停的刷新視頻圖像以 達到動態(tài)的效果。 9運行及開發(fā)環(huán)境運行及開發(fā)環(huán)境 9.1硬件環(huán)境硬件環(huán)境 能支持和承載 linux 系統(tǒng)，主頻要高于 100mhz。能夠進行圖像數(shù)據(jù)傳輸和壓縮，能夠 進行無線信號發(fā)射。 9.2軟件環(huán)境軟件環(huán)境 9.2.1 嵌入式 linux 系統(tǒng) linux系統(tǒng)是層次結(jié)構(gòu)的且內(nèi)核完全開放，可以根據(jù)應(yīng)用對內(nèi)核進行定制，具有代碼小、 速度快、可靠性高等優(yōu)點，并且嵌入式linux還具有一套完整的免費的交叉編譯環(huán)境。今天 應(yīng)用系統(tǒng)變得越來越復雜，需要這樣一個嵌入式操作系統(tǒng)來支持，它是開發(fā)嵌入式應(yīng)用系 統(tǒng)的理想平臺。 linux提

27、供了完成嵌入功能的基本內(nèi)核和所需要的所有用戶界面，能處理嵌入式任務(wù)和 用戶界面。將linux看作是連續(xù)的統(tǒng)一體，從一個具有內(nèi)存管理、任務(wù)切換和時i閂j月艮 務(wù)及其他分拆的微內(nèi)核到完整的服務(wù)器，支持所有的文件系統(tǒng)和例絡(luò)服務(wù)。linux作為嵌入 式系統(tǒng)，是一個帶有很多優(yōu)勢的新成員。它對許多cpu和硬件平臺來說都是易移植、穩(wěn)定、 功能強大、易于應(yīng)用開發(fā)的操作系統(tǒng)。 嵌入式linux系統(tǒng)需要下面三個基本元素：系統(tǒng)引導工具(用于機器加電后的系統(tǒng)定位 引導)、linux微內(nèi)核(內(nèi)存管理、程序管理)、初始化進程。但如果要它成為完整的操作系 統(tǒng)并且繼續(xù)保持小型化，還必須加上硬件驅(qū)動程序、硬件接口程序和應(yīng)用程序

28、組。 9.2.2視頻圖像采集子系統(tǒng) 視頻圖像采集部分由cmos圖像傳感器0v7620，usbcamera控制器ovsi l和256k dram構(gòu)成。 cmos數(shù)字圖像傳感器0v7620集成了個664 x 492的感光陣列、幀(行)控制電路、視頻時序 產(chǎn)生電路、模擬信號處理電路、ad轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號輸出電路及寄存器12c編程接口。 0v7620是一款單片vga模式黑白數(shù)字成像芯片；ov51l內(nèi)置了usb收發(fā)控制器。能夠?qū)?shù)字圖 像數(shù)據(jù)通過usb傳發(fā)給arm處理板保證數(shù)據(jù)的快速實時性。arm板通過了usb配置 ovsll，ov51l則對7620的控制字進行配置。 9.2.3 linux下usb攝

29、像設(shè)備的驅(qū)動 usb系統(tǒng)主要有三部分組成：usb接口、usb主機、usb設(shè)備三部分組成的。usb接u有主 機端和設(shè)備端的區(qū)別，因而usb驅(qū)動程序也有主機端驅(qū)動和設(shè)備端驅(qū)動之分，本系統(tǒng)arm為 主機端。usb主機驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括usb主機控制器驅(qū)動(hcd)，usb驅(qū)動(usbd)和usb設(shè)備類驅(qū)動。 應(yīng)用程序首先通過文件系統(tǒng)接u來訪問相應(yīng)的usbd和usb設(shè)備類驅(qū)動程序；usb沒備類驅(qū)動程 序則通過usbd提供的相關(guān)接口將數(shù)據(jù)請求包傳遞給usbd；usbd通過hcd提供的接口，進一步 將數(shù)據(jù)包傳遞給hcd；hcd最終將數(shù)據(jù)包發(fā)送到usb總線上。 video 4 linux(簡稱“v4l”)是lin

30、ux下用于獲取視頻和音頻數(shù)據(jù)的api接口，應(yīng)用程 序使用video for linux api獲得攝像頭采集到的rgb數(shù)據(jù)。為使攝像頭設(shè)備能夠工作，需 要在 linux內(nèi)核中編譯api驅(qū)動程序、usb視頻傳輸驅(qū)動程序、攝像頭驅(qū)動程序。通常的usb設(shè)備 類驅(qū)動程序都需要提供兩個接口個是針對usb層，usbd接el需要完成攝像頭信息檢測，數(shù) 據(jù)格式的轉(zhuǎn)化處理，ov511與ov7620的控制字配制以及內(nèi)核注冊等工作。另一個是針對文件 系統(tǒng)，當攝像頭設(shè)備連接到usb總線上時，usbd通過上述攝像頭驅(qū)動程序的probe函數(shù)來判 斷是否支持該沒備，并為該設(shè)備創(chuàng)建相應(yīng)的設(shè)備文件節(jié)點。此后，應(yīng)用程序就可以通過

31、該 文件結(jié)點來訪問攝像頭設(shè)備。 第五篇第五篇 結(jié)構(gòu)和工藝結(jié)構(gòu)和工藝 10 結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計 1） 整機的外觀顏色：銀白色塑料外殼。 2） 整機的外觀造型；一個矩形體塑料殼，有電源接口、232 接口、usb 口以及一根較 短的發(fā)射天線。 3） 整機的外形尺寸：12cm17cm5cm 4） 整機的結(jié)構(gòu)形式:整機主要由一塊 pcb 板、一根天線、塑料外殼組成。 5） 整機的熱源分析、冷卻方式：熱源主要是內(nèi)部電路的元器件和核心芯片工作時散 發(fā)的熱量，可通過一些測試，來分析熱源總共的大小，對電路的影響；若是需要 的話，可通過散熱片來對芯片進行散熱。 11 工藝設(shè)計工藝設(shè)計 整機外觀是個被塑料殼所封閉的矩

32、形殼子，殼子的側(cè)面有幾個輸入和輸出的接口，用 來連接電源、帶 usb 口的攝像機、帶 232 口的終端設(shè)備。在殼子的底部要有一些固定措施， 底部的內(nèi)面要有四個腳用來固定 pcb 板。天線要做到盡量短，便于集成在殼子一側(cè)。電源 線與殼子的電源接口通過圓形插頭進行連接，攝像頭的 usb 接口與外殼 usb 口進行相連； 在發(fā)射 端通過天線將圖像信號發(fā)射出去，外接的 232 口可以與 pc 相連。 第六篇第六篇 系統(tǒng)運行說明系統(tǒng)運行說明 12 配置說明配置說明 系統(tǒng)有兩種配置方式，一種無線的方式，另一種是有線的方式。在正常情況下系 統(tǒng)是由無線方式將采集到的視頻信號通過無線天線將其發(fā)射出去。當無線模塊

33、出現(xiàn)故 障時，系統(tǒng)也可以通過 232 口將信號發(fā)送出去。 13 系統(tǒng)應(yīng)用方式系統(tǒng)應(yīng)用方式 這次設(shè)計的是一個服務(wù)器，所以它需要和終端設(shè)備進行連接才能形成一個完整的網(wǎng)絡(luò)。 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如下所示： 帶 usb 口攝像機 服務(wù)器服務(wù)器 無線接收終端 圖圖 8 8：系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖：系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖 由于監(jiān)控服務(wù)器的體積小，功耗低。所以這種監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)用于辦公室，工廠生產(chǎn)區(qū) 間，安全監(jiān)控等各種場所都可以應(yīng)用。與服務(wù)器相關(guān)的設(shè)備主要是帶 usb 口的攝像機、帶 有無線接收功能的無線接收終端。 第七篇第七篇 關(guān)鍵技術(shù)說明關(guān)鍵技術(shù)說明 14 關(guān)鍵技術(shù)說明關(guān)鍵技術(shù)說明 本次設(shè)計與實現(xiàn)了一款基于嵌入式linux的無線視

34、頻圖像監(jiān)控服務(wù)器。該監(jiān)控服務(wù)器以 arm9主板為核心硬件平臺，在該平臺上移植了嵌入式linux操作系統(tǒng)，以usb攝像頭作為視 頻圖像采集模塊，用軟件對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮，然后通過無線模塊接入局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。 客戶端可以通過瀏覽器訪問監(jiān)控服務(wù)器，完成對測控現(xiàn)場和測控設(shè)備的視頻監(jiān)控任務(wù)。基 于arm9微處理器和嵌入式linux操作系統(tǒng)設(shè)計的無線視頻圖像監(jiān)控服務(wù)器，把圖像采集、壓 縮和傳輸服務(wù)集中到一個體積很小的設(shè)備內(nèi)，直接連入網(wǎng)絡(luò)。相對傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言， 具有低成本、低功耗、小體積等特點。 這次設(shè)計主要應(yīng)用的技術(shù)有嵌入式平臺開發(fā)技術(shù)，圖像信息傳輸技術(shù)，圖像處理技術(shù)， 無線發(fā)射技術(shù)等相關(guān)的技術(shù)。其

35、中圖像處理技術(shù)和無線發(fā)射技術(shù)是本次設(shè)計的比較關(guān)鍵的 技術(shù)，也是本次設(shè)計的難點。不過這次設(shè)計采用的技術(shù)都是現(xiàn)在市場上比較成熟的技術(shù)， 所以不牽涉到專利限制等問題。 第八篇第八篇 進度和成本進度和成本 15 進度計劃進度計劃 15.1 項目分解項目分解 2 周時間來進行查資料，熟悉設(shè)計過程中采用的技術(shù)。 一個月時間完成原理圖的設(shè)計，pcb 板的設(shè)計。 2 周時間進行 pcb 投板。 一周時間完成物料的購買，并進行焊接。 一周內(nèi)完成板子的硬件測試。 一個月內(nèi)將系統(tǒng)平臺燒寫好，板子系統(tǒng)能夠正常運行起來。 一個月內(nèi)完成驅(qū)動的編寫和燒寫。 2 周內(nèi)完成系統(tǒng)功能測試，搭建好網(wǎng)絡(luò)平臺。 2 周內(nèi)完成整機測試。 15.2 完成時間完成時間 事件期望時間緊前事件 a 熟悉設(shè)計過程中采用的技術(shù)14 天- b 原理圖的設(shè)計，pcb 板的設(shè)計30 天- c pcb 投板14 天b d 物料的購買，焊接電路板7 天b、c e 硬件測試7 天b、c、d f 燒寫系統(tǒng)30 天e g 驅(qū)動的編寫和燒寫30 天e、f h 系統(tǒng)功能測試14 天b、d、f、g i 整機測試14 天b、c、d、e、f、g、 h 16 變動成本預計變動成本預計 核心模塊 2410 預算 350 元。 其余物料預算合計 200 元，投板需要 300 元。 外殼預算 100 元。 第九篇第九篇 參考文獻參考文獻