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文檔簡介
1、 基于ARM-Linux和CDMA的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)摘要:實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器,討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn),使用外部可編程電路對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制,并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz,阻帶抑制率大于35 dB,帶內(nèi)波紋小于05 dB,采用18 V電源,TSMC 018m CMOS工藝庫仿真,功耗小于21 mW,頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞:Butte引言CDMA(碼分多址)無線網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋面廣,高效、低成本的特點(diǎn),
2、CDMA網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)200kb/s,這里開發(fā)的嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)就是充分利用CDMA無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)而搭建的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),特別適合邊遠(yuǎn)偏僻或不具備常規(guī)網(wǎng)絡(luò)傳輸條件的地方使用,例如車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)、交通路口(車牌實(shí)時(shí)監(jiān)視)及城市路燈的監(jiān)控等。1 嵌入式Linux系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴(yán)格的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng),目前嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)無處不在,從汽車、家用微波爐、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)、電視機(jī)、到工控生產(chǎn)現(xiàn)場、通信、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費(fèi)類產(chǎn)品方面,都能發(fā)現(xiàn)嵌
3、入式系統(tǒng)的蹤影。Linux本身作為一個(gè)桌面系統(tǒng),其最大的特點(diǎn)是操作系統(tǒng)源代碼公開并且遵循GPL協(xié)議,其內(nèi)核采用模塊化的設(shè)計(jì),易于裁減,特別適合嵌入式系統(tǒng)的小型化要求,在嵌入式系統(tǒng)中占據(jù)了半壁江山。本監(jiān)控系統(tǒng)選用的處理器是SAMSUNG公司的一款中高端ARM9內(nèi)核的CPU-S3C2410,其內(nèi)建有MMU(內(nèi)存管理單元),主頻可達(dá)到203MHz,運(yùn)行嵌入式Linux2.4系統(tǒng)正好如魚得水,不但保持了嵌入式系統(tǒng)小型化、低功耗、易攜帶的特點(diǎn),又充分利用了Linux系統(tǒng)的內(nèi)存、文件、線程管理功能,大大方便了程序的開發(fā)和程序中多任務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)。2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 監(jiān)控系統(tǒng)一般可分為實(shí)時(shí)監(jiān)
4、控和觸發(fā)模式監(jiān)控兩種,可以根據(jù)具體的情況設(shè)計(jì)合適的監(jiān)控方式,如果采用實(shí)時(shí)監(jiān)控,將占用較多網(wǎng)絡(luò)資源,成本相對(duì)較高,采用觸發(fā)模式的運(yùn)行成本較低,這里采用觸發(fā)模式,監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。 當(dāng)遇異常情況后,觸發(fā)監(jiān)控終端拍攝圖片,同時(shí)其內(nèi)部的嵌入式控制模塊和CDMA模塊協(xié)同運(yùn)作,完成Internet的接入(包括撥號(hào)、PPP和CTP/IP協(xié)議的處理等),并把拍攝到的圖片數(shù)據(jù)經(jīng)打包后發(fā)送給控制中心主機(jī),或發(fā)送給指定的E-mail地址,控制中心主機(jī)登錄到Internet上后運(yùn)行服務(wù)器端軟件就可以瀏覽由監(jiān)控點(diǎn)發(fā)來的圖片。3 硬件系統(tǒng)設(shè)置 要能夠正確運(yùn)行一個(gè)操作系統(tǒng),硬件方面至少應(yīng)該包
5、括CPU、內(nèi)存和固態(tài)存儲(chǔ)器、系統(tǒng)內(nèi)部總線以及外設(shè)接口,具體硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。 SAMSUNG公司的S3C2410 CPU具有3個(gè)UART、1個(gè)RTC和觸摸屏接口,還具有I2C總線、USB Host、USB Device等接口,充分滿足了系統(tǒng)的需要,而且性價(jià)比極高,是一個(gè)很不錯(cuò)的選擇。由于剪裁后的Linux系統(tǒng)所占得存儲(chǔ)空間非常小(只有幾MB),我們選擇Nor Flash作為固體存儲(chǔ)器,型號(hào)是E28F128J3A150,容量為16MB,通過16位數(shù)據(jù)總線與CPU交換數(shù)據(jù),并利用其上端8MB空間(00800000H-00ffffffH)開辟了一個(gè)
6、jffs2文件存儲(chǔ)系統(tǒng),存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置文件。64MB的SDRAM為2片K4S561632C,通過32位數(shù)據(jù)總線與CPU交換數(shù)據(jù)。通過MAX3232C電平轉(zhuǎn)換芯片和RTL8019網(wǎng)絡(luò)芯片轉(zhuǎn)換成一個(gè)RS-232接口和一個(gè)以太網(wǎng)接口,用串口線和以太網(wǎng)網(wǎng)線與PC機(jī)相連,組成可以交叉編譯的開發(fā)環(huán)境。通過CPU上集成的USB Host接口直接與USB攝像頭連接,考慮到監(jiān)控與控制模塊接口的要求,選用USB1.1接口的紅外線攝像頭。通過CPU上集成的UART接口直接與CDMA Modem模塊相連接,選用價(jià)格適中的AnyData公司的DTGS-800 CDMA模塊。4 軟
7、件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 控制終端程序設(shè)計(jì)控制終端軟件的核心是嵌入式Linux操作系統(tǒng),一切功能的實(shí)現(xiàn)都基于Linux操作系統(tǒng)完成,Linux本身作為一個(gè)桌面系統(tǒng),進(jìn)入嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域時(shí),需要解決的問題主要包括硬件支持、提供二次開發(fā)的環(huán)境以及小型化(裁減內(nèi)核)等,小型化的目的是在滿足操作系統(tǒng)基本功能和用戶特定需要的情況下,使內(nèi)核盡可能小,作為一個(gè)操作系統(tǒng),Linux內(nèi)核主要負(fù)責(zé)程序的管理與調(diào)度、內(nèi)存的管理及對(duì)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)和管理等,由于Linux內(nèi)核采用模塊化的設(shè)計(jì),很多模塊可以獨(dú)立地加載或卸載,所以小型化就是對(duì)Linux內(nèi)核重新編譯,在編譯時(shí)仔細(xì)地選擇嵌入式設(shè)備所需要的功能模塊,同時(shí)刪除不需
8、要的功能,這里只需要串口驅(qū)動(dòng)、USB攝像頭接口驅(qū)動(dòng)(包含USB Host,USB Core和USB Device)還有撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,還要支持PPP、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,其他都可以刪除掉,使系統(tǒng)運(yùn)行所需要的內(nèi)核顯著減小至1Mb以內(nèi)。具體程序設(shè)計(jì)包括Bootloader啟動(dòng)代碼、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(USB攝像頭接口驅(qū)動(dòng)程序、串口驅(qū)動(dòng)程序)、撥號(hào)、PPP及TCP/IP協(xié)議處理,監(jiān)控接收轉(zhuǎn)發(fā)控制程序等??刂屏鞒倘鐖D3所示。 a)系統(tǒng)加電后復(fù)位。b)Bootloader初始化CPU、SDRAM、分配地址空間等。c)Bootloader把Linux內(nèi)核的壓縮文件解壓到S
9、DRAM中,同時(shí)把控制權(quán)從Bootloader移交到Linux。Linux的內(nèi)核有兩種運(yùn)行方式可供選擇??梢栽贔lash存儲(chǔ)器上直接運(yùn)行,也可以加載到內(nèi)存中運(yùn)行。Flash存儲(chǔ)器運(yùn)行方式就是把內(nèi)核的可執(zhí)行映像燒寫到Flash存儲(chǔ)器上,系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)從Flash存儲(chǔ)器的某個(gè)地址開始運(yùn)行內(nèi)核,進(jìn)入SDRAM繼續(xù)運(yùn)行,這種做法能減少內(nèi)存需要,實(shí)際上很多嵌入式系統(tǒng)都采用這種方法,內(nèi)存加載方式把內(nèi)核的壓縮文件存放在Flash存儲(chǔ)器上,系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)讀取壓縮文件并在內(nèi)存中解壓,然后開始執(zhí)行,這種方式相對(duì)較復(fù)雜,但運(yùn)行速度更快,我們采用的就是這種方式。 d)開始執(zhí)行SDRAM中的代碼,Linux內(nèi)核初
10、始化,完成堆棧,中斷的分配等。e)加載串口驅(qū)動(dòng)模塊和USB攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊,完成串口和USB口的初始化。f)運(yùn)行PPP撥號(hào)程序,通過CDMA網(wǎng)絡(luò)與Internet進(jìn)行連接,在Linux下的PPP包是專門為解決Modem撥號(hào)上網(wǎng)問題而編寫的,并且是公開源代碼的,PPP撥號(hào)腳本程序主要是通過調(diào)用pppd和chat這兩個(gè)應(yīng)用程序,并通過AT指令實(shí)現(xiàn)對(duì)Modem的操作。至此,已經(jīng)建立了從圖像采集到圖像傳輸?shù)耐暾那度胧奖O(jiān)控系統(tǒng),但是,作為一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng),他是為某一專門的用途而設(shè)計(jì)的。運(yùn)行不同的用戶應(yīng)用程序,就可以實(shí)現(xiàn)用戶要求的不同功能,生動(dòng)地體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的靈活性。我們運(yùn)行的用戶程序是一個(gè)無限循環(huán)
11、的過程,控制終端在不斷等待拍照請(qǐng)求,通過比較識(shí)別認(rèn)為有請(qǐng)求后,CPU通過USB攝像頭驅(qū)動(dòng)控制攝像頭拍照,同時(shí)接收?qǐng)D片并發(fā)送控制中心,或通過SMTP協(xié)議,發(fā)送到指定的Email地址,完成一次請(qǐng)求。4.2 控制中心服務(wù)器程序設(shè)計(jì)服務(wù)器端軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能是接收、保存和重顯由嵌入式終端發(fā)送過來的監(jiān)控圖片,控制中心主機(jī)通過撥號(hào)、帶寬上網(wǎng)等方式登錄到Internet上,注意必須申請(qǐng)一個(gè)靜態(tài)IP地址,使主機(jī)每次登錄到Internet所獲得的IP地址(互聯(lián)網(wǎng)IP地址)不變,主機(jī)登錄Internet后,即可運(yùn)行服務(wù)器端軟件,服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)主要包括網(wǎng)絡(luò)通信、接收?qǐng)D片、保存圖片、即時(shí)重顯圖片和察看圖片,用戶通過此軟件可以方便地瀏覽由控制終端發(fā)來的圖片。
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