視頻采集圖像實時顯示在LCD上

1、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實訓報告視頻采集圖像實時顯示在LCD上目錄一、實訓任務(wù)的名稱、內(nèi)容1二、題目分析2三、系統(tǒng)平臺搭建6四、系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)7五、系統(tǒng)測試13六、心得體會13七、參考文獻14一、實訓任務(wù)的名稱、內(nèi)容在這學期期末的實訓中，我們的任務(wù)是“視頻采集圖像并實時顯示在LCD上”。具體內(nèi)容是，通過在USB接口上外接一個帶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，或者運行移植到平臺上的圖像處理程序，對緩沖的圖像數(shù)據(jù)直接進行相關(guān)處理，最后通過網(wǎng)絡(luò)接口將圖像發(fā)送到LCD上顯示。而對于我來說，分配到的任務(wù)是“攝像頭的驅(qū)動”。二、題目分析要實現(xiàn)視頻采集，先要在系統(tǒng)平臺上

2、運行的是linux。啟動LINUX后，啟用了MMU，系統(tǒng)進入保護模式，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），這時一般就要借助于該外設(shè)的驅(qū)動來進入內(nèi)核完成這個工作。本系統(tǒng)中的視頻采集分兩步實現(xiàn)：一是為USB口數(shù)碼攝像頭在內(nèi)核中寫入驅(qū)動，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)動的編寫。攝像頭在Linux中是如何支持的：在 Linux中，硬件的驅(qū)動程序，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。就是Fedora、SuSE最新版本所支持的內(nèi)核也是來自由 。所以支持也是極為正常的。內(nèi)核對硬件的支持分

3、為內(nèi)置于和外掛模塊兩種方便。對于攝像頭來說，大多是模塊支持的；關(guān)于開發(fā)平臺：我們用的系統(tǒng)的硬件平臺采用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USB接口控制器、2路SPI，主頻最高可達203 MHz。在處理器豐富資源的基礎(chǔ)上，還進行了相關(guān)的配置和擴展，平臺配置了16

4、 MB，16位的FLASH和64 MB，32位的SDRAM。通過以太網(wǎng)控制器芯片DM9000擴展了一個網(wǎng)口，另外引出了一個HOST、USB接口，通過在USB接口上外接一個帶USB 接口的攝像頭。2410平臺硬件如圖所示：攝像頭驅(qū)動在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特殊的設(shè)備文件來表示。在本系統(tǒng)中，USB 攝像頭被作為一種字符設(shè)備來對待，用/dev/video0 來表示。相對于應(yīng)用程序來講，硬件是不透明的，設(shè)備驅(qū)動程序屏蔽了硬件在實現(xiàn)上的細節(jié)，應(yīng)用程序必須依靠相應(yīng)驅(qū)動程序中定義的通信接口實現(xiàn)對硬件的操作。Video4Linux(簡稱

5、V4L)是Linux 系統(tǒng)關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動程序，它為針對視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供一系列接口函數(shù)。對于USB 接口攝像頭，驅(qū)動程序中提供了基本的I/O操作接口函數(shù)open、read、write、close 的實現(xiàn)，對中斷的處理實現(xiàn)，內(nèi)存映射功能以及對I/O 通道的控制接口函數(shù)ioctl 的實現(xiàn)等，并在struct file_operations 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中定義了這些函數(shù)，當應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件進行例如read、write 等操作時，嵌入式Linux 內(nèi)核通過strcutfile_operations 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)訪問驅(qū)動程序提供的函數(shù)。攝像頭驅(qū)動程序基本結(jié)構(gòu)如下：1)驅(qū)動的注冊與注銷通過在驅(qū)動

6、程序的初始化過程中調(diào)用 register_chrdev()或register_blkdev()函數(shù)來添加驅(qū)動程序并分配主設(shè)備號；通過調(diào)用unregister_chrdev()或unregister_blkdev()函數(shù)從內(nèi)核中注銷設(shè)備，同時釋放其占用的主設(shè)備號。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()完成對設(shè)備的讀和寫。4)設(shè)備的控制操作通過設(shè)備驅(qū)動程序中的函數(shù)ioctl()來完成。ioctl()的用法與

7、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，那么在對其讀寫時需要輪流查詢設(shè)備狀態(tài)，以便決定是否繼續(xù)進行數(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行操作。三、系統(tǒng)平臺搭建嵌入式系統(tǒng)的硬件資源少，不宜直接把Linux作為操作系統(tǒng)，要針對具體的應(yīng)用對嵌入式linux進行裁剪，使整個系統(tǒng)能夠存放到容量較小的FLASH中。Linux的動態(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)境建立在宿主機上，對應(yīng)的開發(fā)板叫做目標板。通常宿主機和目標板上的處理

8、器不同，所以程序需要使用針對處理器特點的編譯器才能生成在相應(yīng)平臺上可運行的代碼。GNU編譯器提供這樣的功能，在編譯時，可以選擇開發(fā)所需的宿主機和目標機，從而建立開發(fā)環(huán)境。在進行嵌入式開發(fā)前的第一步工作就是把一臺PC機作為宿主機開發(fā)機；然后在宿主機上建立交叉編譯調(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驗指導(dǎo)書，由其他同學完成，這里不再贅述。四、系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)要設(shè)計攝像頭的驅(qū)動，首先要搞清楚攝像頭的具體型號。經(jīng)查資料，可以用一個叫做ISHAL的工具獲得。使用情況如下；rootlocalhost # lshal |grep WebCam  duc

9、t = 'ZC0303 WebCam'  (string)  usb_duct = 'ZC0303 WebCam'  (string) 其中，“usb_duct=”后面的ZC0303說明這個攝像頭是ZC303芯片組的。 上面這個命令是列出系統(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_noserial

10、usb_device_ac8_303b_noserial_if0usb_device_ac8_303b_noserial_usbrawusb_device_ac8_303b_noserial_video4linux接下來到驅(qū)動網(wǎng)站：http:/mxhaard.free.fr/spca5xx.html將驅(qū)動網(wǎng)址攝像頭芯片所對應(yīng)地址對號入座。下載內(nèi)核；測試攝像頭所用的內(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。請到這里下載；kernel261619.txt編譯內(nèi)核：第一步：解

11、壓內(nèi)核軟件包；rootlocalhost #  tar jxvf linux-9.tar.bz2rootlocalhost #  mv linux-9 /usr/src把下載下來的內(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 l

12、inux-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)會把啟動寫入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

13、(hd0,6)        kernel /boot/vmlinuz-9 ro root=LABEL=/1  rhgb quiet        initrd /boot/initrd-9.img編譯攝像頭驅(qū)動程序；在編譯攝像頭驅(qū)動的前題是，我們要用9這個內(nèi)核來啟動系統(tǒng)，然后在 9內(nèi)核系統(tǒng)環(huán)境下編譯攝像頭驅(qū)動；下載攝像頭驅(qū)動；http:/mxhaard.free.frspca5xx

14、-20060501.tar.gz解壓編譯：在編譯的過程中需要各種開發(fā)庫和或開發(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

15、# modprobe spca5xx看看驅(qū)動模塊掛載好了沒有:rootlocalhost spca5xx-20060501# lsmod |grep spca5xxspca5xx               659920  0videodev                7040  1

16、spca5xx我們再查看一下設(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工具是用來紀錄數(shù)據(jù)流，也能用來播放數(shù)據(jù)；spcaserv 是流媒體服務(wù)器；spcacat 簡單圖片的抓取工具；SpcaView 下載和安裝；下載地址： http:/mxhaard.free.fr/spca50x/Download

17、 ，我下載的是目前這個版本：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：r

18、ootlocalhost # 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"然后運行如下命令；rootlocalhost # source .bashrc 用spcaview來測試攝像頭；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.avi文件中；如果要播放，就用mplayer就行，xine也可以。rootlocalhost #  spcaview -f yuv -o .avi