嵌入式單片機(jī)原理 第十二章概要

1、嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程重點(diǎn)內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容：l系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景l(fā)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)l系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)l系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程在國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活質(zhì)量普遍提高的背景下，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)越來越廣泛的出現(xiàn)于銀行、交通部門、政府部門、學(xué)校、軍隊(duì)、家庭等各種場合，視頻應(yīng)用也呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢，并具有越來越多的數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)時(shí)性等特性。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程 目前國內(nèi)外市場上大部分視頻監(jiān)控系統(tǒng)，無論是數(shù)字控制的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)還是數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，大都采用了專門的軟、硬件和專用的視頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)，這造成了比

2、較昂貴的價(jià)格，阻礙了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步普及。嵌入式系統(tǒng)的設(shè)備一般都具有體積小、性能強(qiáng)、功耗低、可靠性高以及成本相對較低的突出特征，在監(jiān)控領(lǐng)域，嵌入式的應(yīng)用也是越來越廣泛，尤其是隨著32位嵌入式微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器應(yīng)用的普及性能的不斷提高，嵌入式系統(tǒng)在視頻監(jiān)控領(lǐng)域得到了很大發(fā)展。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程1. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路2. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及特點(diǎn)3. 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程系統(tǒng)總體構(gòu)架嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程 依照要求，在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控功能的前提下，本系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控及相關(guān)功能成本較低；保證硬件設(shè)備兼

3、容性、通用性、穩(wěn)定性；具有一定安全性（用戶識(shí)別、身份認(rèn)證機(jī)制）；較好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)延續(xù)性及功能可擴(kuò)展性。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（1）系統(tǒng)的硬件架構(gòu)（2）系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)（3）系統(tǒng)的安全性考慮（4）系統(tǒng)的可擴(kuò)展性嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（1）系統(tǒng)的硬件架構(gòu)嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（2）系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的軟件構(gòu)架主要由三個(gè)個(gè)模塊組成，即USB驅(qū)動(dòng)模塊，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器模塊和終端視頻信號(hào)處理模塊。 USB驅(qū)動(dòng)模塊中包含了USB總線驅(qū)動(dòng)，USB攝像頭數(shù)據(jù)輸入驅(qū)動(dòng)，這個(gè)模塊的功能即驅(qū)動(dòng)攝像頭設(shè)備并采集視頻信號(hào)。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（2）系統(tǒng)的軟件

4、結(jié)構(gòu) 視頻服務(wù)器模塊包括視頻信號(hào)處理模塊和基于TCP/IP協(xié)議的視頻信號(hào)傳輸程序模塊，這個(gè)模塊的功能即處理攝像頭采集到的視頻信號(hào)并將視頻信號(hào)傳輸?shù)奖辉试S的視頻監(jiān)控終端。 終端視頻信號(hào)處理模塊包括視頻信號(hào)接收、存儲(chǔ)及播放程序。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（3）系統(tǒng)的安全性考慮 在本設(shè)計(jì)中，由于系統(tǒng)需要接入Internet以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控功能，故需要考慮到數(shù)據(jù)傳輸中的安全性問題。綜合本設(shè)計(jì)的ARM-Linux操作系統(tǒng)及使用的硬件設(shè)備的考慮，采用如下方式保證系統(tǒng)的安全性：在嵌入式視頻服務(wù)器軟件內(nèi)做IP地址過濾，對視頻信號(hào)傳輸請求的IP地址過濾。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（4）

5、系統(tǒng)的可擴(kuò)展性 Linux操作系統(tǒng)本身是一個(gè)功能非常強(qiáng)大，尤其是網(wǎng)絡(luò)功能非常強(qiáng)大的操作系統(tǒng)，其針對ARM處理器的嵌入式版本ARM-Linux，同樣的具有上述的特點(diǎn)?；诒鞠到y(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及其ARM-Linux操作系統(tǒng)，系統(tǒng)可以在本地存儲(chǔ)擴(kuò)展、視頻信號(hào)壓縮處理、簡單的圖像的識(shí)別、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全等等幾個(gè)方面還有進(jìn)一步擴(kuò)展的余地以及功能的提高的空間。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程1.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試2.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試3.USB數(shù)據(jù)輸入驅(qū)動(dòng)移植4.USB攝像頭數(shù)據(jù)輸入驅(qū)動(dòng)測試5.嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的設(shè)計(jì)6.Video4Linux程序設(shè)計(jì)嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（1）總體

6、硬件模塊（2）USB攝像裝置（3）系統(tǒng)調(diào)試接口嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（1)總體硬件模塊本系統(tǒng)以S3C2440芯片為核心進(jìn)行外圍功能芯片及電路的擴(kuò)展的硬件模塊圖嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（2）USB攝像裝置 本設(shè)計(jì)中采用的視頻攝像的實(shí)驗(yàn)裝置為目前使用廣泛的采用USB輸出的數(shù)字?jǐn)z像頭。數(shù)字?jǐn)z像頭的工作原理為：景物通過鏡頭（LENS）生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再送到專用的數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP）中進(jìn)行壓縮編碼處理，再通過接口電路傳輸?shù)絇C中進(jìn)行處理。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（2）USB攝像裝

7、置 采用USB輸出的數(shù)字?jǐn)z像頭相比其他種類的視頻采集裝置，其優(yōu)點(diǎn)比較明顯： 分辨率一般都大于或等于30萬象素，均可實(shí)現(xiàn)VGA級(jí)（640 x480）的壓縮視頻信號(hào)輸出； 內(nèi)置專用DSP芯片，可對原始視頻信號(hào)做前期壓縮編碼處理，減少系統(tǒng)中MCU時(shí)間占用與程序編寫的工作量；一般采用USB數(shù)據(jù)輸入的數(shù)字?jǐn)z像頭價(jià)格較低，使系統(tǒng)成本進(jìn)一步降低。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（2）USB攝像裝置 USB接口傳輸速度較快，且向下兼容低版本協(xié)議，USB1.1接口設(shè)備其帶寬也完全滿足VGA級(jí)壓縮視頻數(shù)據(jù)傳輸。 一般采用USB數(shù)據(jù)輸入的數(shù)字?jǐn)z像頭價(jià)格較低，使系統(tǒng)成本進(jìn)一步降低。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)

8、教程教程（2）USB攝像裝置 基本知識(shí)：1）USB總線 USB英文全名為Universal Serial Bus，即通用串行總線，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種連接外圍設(shè)備的總線標(biāo)準(zhǔn)。其最大的優(yōu)點(diǎn)在于支持USB設(shè)備支持硬件設(shè)備的熱插拔，并且可以通過一個(gè)USB控制器管理最多7級(jí)127個(gè)USB設(shè)備。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（2）USB攝像裝置1）USB總線 USB總線目前有USB1.1和USB2.0兩種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，理論傳輸速度分別為12Mbps/s和480Mbps/s，無論是前者，還是后者，其傳輸帶寬理論上均可以滿足分辨率為640 x480、15f/s的VGA級(jí)別的視頻信號(hào)傳輸要求。嵌入式嵌

9、入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（2）USB攝像裝置 2）S3C2440 USB接口電路 在S3C2440片內(nèi)集成了一個(gè)USB Host Controller，也就是說它是可以直接通過USB硬件接口電路與USB設(shè)備相連接，并可以通過USB HUB進(jìn)行USB設(shè)備數(shù)量的擴(kuò)展。S3C2440的USB Host Controller是符合USB 1.1的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的硬件控制器，由于USB協(xié)議的向下兼容性，符合USB 2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備同樣可以接在這個(gè)接口上使用USB 1.1的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（2）USB攝像裝置2）S3C2440 USB接口電路嵌入式嵌入式Linu

10、x基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（3）系統(tǒng)調(diào)試接口 本設(shè)計(jì)使用RS232串口作為系統(tǒng)的調(diào)試接口與PC機(jī)進(jìn)行通信。系統(tǒng)與PC機(jī)通過串口線連接，加電后在PC機(jī)上使用Linux操作系統(tǒng)下的Minicom或Windows操作系統(tǒng)下的超級(jí)終端等串口終端軟件即可以查看系統(tǒng)輸出的啟動(dòng)、運(yùn)行狀態(tài)信息并可以通過輸入命令行進(jìn)行系統(tǒng)配置或運(yùn)行相關(guān)程序。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（3）系統(tǒng)調(diào)試接口S3C2440通過MAX232串口接口芯片連接到兩個(gè)9針RS232接口電路嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（1）嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建（2）Linux下通用USB攝像頭數(shù)據(jù)輸入驅(qū)動(dòng)（3）SPCA5xx通用驅(qū)動(dòng)的架

11、構(gòu)（4）SPCA5xx通用驅(qū)動(dòng)核心程序分析嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（1）嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建 按照教材第七、八、九、十章介紹的方法建立一個(gè)完整的嵌入式Linux基本系統(tǒng)，這里限于篇幅，我們就不重復(fù)了。下面我們重點(diǎn)介紹USB攝像頭的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（2）Linux下通用USB攝像頭數(shù)據(jù)輸入驅(qū)動(dòng) 本設(shè)計(jì)中使用的是針對Linux2.6版本內(nèi)核的spca5xx-Light-Edition，這個(gè)版本的特點(diǎn)是編譯生成后的驅(qū)動(dòng)程序文件體積比較小，節(jié)省驅(qū)動(dòng)加載及應(yīng)用程序運(yùn)行的存儲(chǔ)空間，比較適合運(yùn)行嵌入式Linux的嵌入式系統(tǒng)使用。嵌入式嵌入式Linux基

12、礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（2）Linux下通用USB攝像頭數(shù)據(jù)輸入驅(qū)動(dòng) 經(jīng)過對源代碼的研究與分析，spca5xx-Light-Edition與其他版本在功能上的不同之處主要在于： 減少了音頻部分的驅(qū)動(dòng)及接口函數(shù)，簡化了應(yīng)用程序的編寫； 減少了對視頻信號(hào)的JPEG編碼、壓縮的功能，大大減少系統(tǒng)中CPU的工作量，更適合低工作頻率、無協(xié)處理器的嵌入式MCU使用。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（3）SPCA5xx通用驅(qū)動(dòng)的架構(gòu) Spac5xx的實(shí)現(xiàn)是按照標(biāo)準(zhǔn)的USB Video設(shè)備的驅(qū)動(dòng)框架編寫，整個(gè)程序由三個(gè)主要模塊組成(/usr/src/linux/drivers/usb/usbvideo.c)：

13、1） USB設(shè)備模塊的初始化模塊和卸載模塊； 2）上層軟件接口模塊； 3）數(shù)據(jù)傳輸模塊。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（4）SPCA5xx通用驅(qū)動(dòng)核心程序分析 1）USB設(shè)備模塊的初始化模塊和卸載模塊 在設(shè)備模塊的初始化模塊和卸載模塊中幾個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：static struct usb_driver spca5xx_driver = / USB驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，即插即用功能的實(shí)現(xiàn)spca5xx, spca5xx_probe, / 注冊設(shè)備自我偵測功能 spca5xx_disconnect, / 注冊設(shè)備自我斷開功能 NULL,NULL;嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（4）SPCA5

14、xx通用驅(qū)動(dòng)核心程序分析 2）上層軟件接口模塊 包括以下部分： Open功能模塊 Read功能模塊 Mmap功能模塊 Ioctl功能模塊嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程（4）SPCA5xx通用驅(qū)動(dòng)核心程序分析 3）數(shù)據(jù)傳輸模塊。 程序采用tasklet來實(shí)現(xiàn)同步快速傳遞數(shù)據(jù)，并通過spcadecode.c上的軟件解碼函數(shù)實(shí)現(xiàn)JPEG圖像的解碼。此模塊的入口節(jié)點(diǎn)掛在spca_open函數(shù)中，其具體的函數(shù)為spca50 x_init_isoc。當(dāng)設(shè)備被打開時(shí)，同步傳輸數(shù)據(jù)也已經(jīng)開始，并通過spca50 x_move_data函數(shù)將數(shù)據(jù)傳遞給驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序通過輪詢的辦法實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的訪問。嵌

15、入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程 Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有兩種加載模式，一種是內(nèi)核直接加載，也就是說Linux啟動(dòng)后就驅(qū)動(dòng)程序直接進(jìn)入內(nèi)核，在映射內(nèi)存中占用一定的空間；另一種就是模塊加載，即Linux啟動(dòng)以后，通過insmod命令加載驅(qū)動(dòng)到內(nèi)核，并且可以rmmod命令從內(nèi)核中卸載該驅(qū)動(dòng)。 在本設(shè)計(jì)中，攝像頭的驅(qū)動(dòng)加載將以模塊的方式進(jìn)行加載入內(nèi)核。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程 本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)源碼是Linux內(nèi)核源代碼之外的，那么就需要其他的一些工作來實(shí)現(xiàn)SPCA5XX驅(qū)動(dòng)的內(nèi)核定制?；静襟E如下：（1）將SPCA5XX的驅(qū)動(dòng)選項(xiàng)加入到MENUCONFIG 的MENU之中,以供選擇并

16、在編譯中編譯進(jìn)入內(nèi)核；（2）然后在根目錄下,修改MAKEFILE；（3）接著配置內(nèi)核編譯參數(shù)并編譯內(nèi)核；（4）選擇對對視頻設(shè)備支持；嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程基本步驟如下：（5）配置USB設(shè)備，選擇支持USB DEVICE 并選擇靜態(tài)編譯入內(nèi)核；（6）選中S3C2440的OHCI支持；（7）在VIDEO DEVICE 中選擇對SPCA5XX的模塊化編譯，開機(jī)后手動(dòng)加載，也可通過配置文件“/usr/etc/rc.local”自動(dòng)加載。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程測試的具體步驟如下：（1）掛載驅(qū)動(dòng)模塊并掛載攝像頭設(shè)備；（2）建立設(shè)備掛載點(diǎn)，使用“ mknod ”命令；（3）測

17、試驅(qū)動(dòng)加載的正確性，使用“cat”查看。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器程序流程框圖嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程 Video4linux（簡稱V4L）,是Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，也就是一個(gè)視頻設(shè)備與應(yīng)用程序的一個(gè)接口函數(shù)集合。 Video4linux下視頻編程的具體流程為：打開視頻設(shè)備；讀取設(shè)備信息；更改設(shè)備當(dāng)前設(shè)置；進(jìn)行視頻采集；嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程 Video4linux下視頻編程的具體流程為：內(nèi)存映射；直接從設(shè)備讀?。粚Σ杉囊曨l進(jìn)行處理；關(guān)閉視頻設(shè)備。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程1.準(zhǔn)備工作2.測試方法3.測試結(jié)果嵌

18、入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程 將在宿主機(jī)NFS目錄中所有調(diào)試成功的程序與原有文件系統(tǒng)中的程序文件一同打包成鏡像文件，通過BootLoader自帶的燒寫工具燒寫到開發(fā)板上，將系統(tǒng)硬件全部按照設(shè)計(jì)連接好，準(zhǔn)備進(jìn)行系統(tǒng)的功能測試。嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程 依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要達(dá)到的目標(biāo)，對系統(tǒng)的測試主要分為以下幾個(gè)方面： 通過串口作為console口觀察系統(tǒng)從啟動(dòng)，運(yùn)行，關(guān)閉過程中程序有無錯(cuò)誤、異常情況發(fā)生； 通過串口作為console口查看USB攝像頭數(shù)據(jù)輸入驅(qū)動(dòng)加載，攝像頭設(shè)備的掛載，以及服務(wù)器的啟動(dòng)，客戶端連接等是否與系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符合； 測試嵌入式視頻監(jiān)控服務(wù)器是否工作正常，是否可以正確響應(yīng)監(jiān)控終端的傳輸請求；嵌入式嵌入式Linux基礎(chǔ)基礎(chǔ)教程教程 依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要達(dá)到的目標(biāo)，對系統(tǒng)的測試主要分為以下幾個(gè)方面： 測試監(jiān)控終端視頻監(jiān)控軟件是否工作正常，圖片抓取、存儲(chǔ)功能是否正常； 測試使用