無線智能車載監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現

國防科學技術大學國防科學技術大學研究生院工程碩十學位 現代車輛監(jiān)控系統(tǒng)是集全球衛(wèi)星定位技術(GPS)、地理信息技術(GIS)和現代通信技術于一體的綜合高科技系統(tǒng)。隨著社會的發(fā)展進步和人們生活水平的方面提出了更高的要求。本文充分利用GPRS技術無線通信的優(yōu)點，結合GPS／GIS整個系統(tǒng)是基于$3C2440硬件平臺上，在自定制剪裁的Linux系統(tǒng)上引入多線程編程技術，設計并實現了GPSGPRS本課題關鍵研究成果已成功應用于遠程客車監(jiān)控系統(tǒng)，目前己在湖南省長市汽車南站成功運營主題詞：車載監(jiān)控系統(tǒng)，GPS，GPRS，JPEG壓縮第i國防科學技術大學研究生院T程碩士學位TheModemvehicleistheIntegratedhightechnologyiSthecommunicationofGPS．GISandofsocietyandgreatprogressinpeople’Sbigvehiclefunctionis國防科學技術大學研究生院T程碩士學位TheModemvehicleistheIntegratedhightechnologyiSthecommunicationofGPS．GISandofsocietyandgreatprogressinpeople’Sbigvehiclefunctionisnotonlyrequirementtotheabilityofreal．timingandsecurityareneededbadlyCombiningwithGPS／GIStechnoly，thistakesfulladvantageofthemerittheintroducesamethodofsttisticsbasedforwardofintegrated andsoftwareimplementionofthehardwareTlleonthethesisintroducessystemMulti—theGPSandthenumberofstatistics．Andthelasttwoacquisition．imageisthekeYtothereal-timingandThekeyproductionoftIlisusedinhaslong-takenbusinessatsouthstationmonitoringChangShainHunanWords：Vehicle第ii國防科學技術大學國防科學技術大學研究生院T程碩士學位表目錄表31$GP墨UⅥC幀結構表1732議常用指令?????????????????????????21表3．3協議格式表??????????????????????????2表5．1異常向量地址表第lII圖目錄圖2．1系統(tǒng)硬件結構圖????????????????????????6圖2．2系統(tǒng)軟件總體框架??????????????????????12圖3GPS數據的接收、提取及處理程序流程圖圖目錄圖2．1系統(tǒng)硬件結構圖????????????????????????6圖2．2系統(tǒng)軟件總體框架??????????????????????12圖3GPS數據的接收、提取及處理程序流程圖????????????．．18圖無線數據傳輸工作流程圖???????????????????．．25圖嵌入式Linux系統(tǒng)構示意圖??????????????????27(一)???????????????????????-)???????????????????????．．內核配內核配置內核置置圖．圖4．圖．圖 程序流程圖30圖4JPEG壓縮編碼算法的系統(tǒng)結構 JPEG壓縮算法實驗效果圖人數統(tǒng)計流程圖圖第1V獨創(chuàng)性聲本人聲明所呈交的學位論文是我本人在導師指獨創(chuàng)性聲本人聲明所呈交的學位論文是我本人在導師指導下進行的研究工作及取得究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他經發(fā)表和撰寫過的研究成果，也不包含為獲得國防科學技術大學或其它教育機構位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在學位論文題圣壘日期防科學技術大學可以保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子文檔，許論文被查閱和借閱；可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論(保密學位論文在解密后適用本授權書圣壘耋壘!日期：力州礦年fz月學位論文作者簽瑚爭年，2月，P日期1．1課題研究背1．1．1交通是一個城市的命脈。隨著城市經濟的發(fā)展、社會的進步、人民生活水1．1課題研究背1．1．1交通是一個城市的命脈。隨著城市經濟的發(fā)展、社會的進步、人民生活水的提高，汽車愈來愈成為人們不可缺少的交通工具。近年來我國城市車輛數量長迅速，然而在我國城市道路的增長率則僅為3％左右，交通擁擠狀況依然嚴重城市道路的低效率利用與管理技術的落后并存的現象又加劇了因交通設施造成的困難。加上近年來汽車盜、搶及恐怖活動等案件顯著增加，給駕駛員人安全和財產造成嚴重威脅【l】。為了適應城市交通的不斷發(fā)展和社會治安的改善展智能交通系統(tǒng)的意義非常重大車輛的遠程監(jiān)控是一個系統(tǒng)而復雜的課題?，F代車輛監(jiān)控系統(tǒng)是一種將全衛(wèi)星定位技術(GPS)、地理信息技術(GIS)和現代通信技術相結合的高科技系統(tǒng)IzJ進行控制和調度，實現對車輛的監(jiān)控自20世紀60年代以來，許多國家開始對車輛導航及監(jiān)控系統(tǒng)進行研究時的研究和應用開始主要用于軍事目的，隨著城市化和汽車的普及，以及計算機、去十年內有了很大的改進，使得安裝了GPS定位系統(tǒng)的汽車可以及時得到車輛的位置、運行速度、運行方向等。嵌入式車載監(jiān)控系統(tǒng)終端的設計與開發(fā)進入20關的研究并投入大量資金，展開了一系列研究。在美國，20世紀60年代就有出了新交通系統(tǒng)的構想。60年代末，美國公路局(現稱聯邦公路局)提出了一Road電子路徑引導系統(tǒng)System．ERGS)。到1988年，美國成了稱為Mobility2000的組織，著手制定智能交通系統(tǒng)研究開發(fā)計劃，并在1991Vehicle開始了智能車輛道路系統(tǒng)HighwaySystem-IVHS)的研究，1994年改稱ITS。1996年美國亞特蘭市交通局運用己有的智能交通系統(tǒng)的技術果開發(fā)了奧林匹克交通控制管理系統(tǒng)，為第26屆奧運會提供了有效服務。在歐洲智能交通系統(tǒng)始于20世紀70年代后期的路徑誘導工程。到了80年代，歐洲推Information了車輛信息和導航系統(tǒng)Navigation．CrN)以及道路交通信息估體系(EvaluationforTransportInformatics．EPRTI)第1國防科學技術國防科學技術大學研究生院T程碩士學位我國車輛監(jiān)控系統(tǒng)的應用是從20世紀90年代初期開始的。在1994年年期間，就有上百家公司研究GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)，但由于技術途徑尚不完善，大多數產品并沒有被推廣使用。1996"-,1997年期間，在對原有的不良系統(tǒng)進行改造的同時，新的系統(tǒng)相繼出現，并有多個具有一定水平的集群系統(tǒng)出現。199000年，技術又有了較大的提高與發(fā)展，通信網絡開始采用GSM公眾網的短信息服務，但還不成熟。從0推出。并在北京、上海、廣州等城市開始GPS車輛自導航產品的試驗和推廣【3J。我國在交通運輸和管理中應用電子信息技術的嘗試早在20世紀70已經開始，當時智能交通系統(tǒng)的概念還沒有形成，只是把這些實踐稱為交通工程。從20世紀60年代開始，我國也逐步開展了智能交通系統(tǒng)的研究和開發(fā)，探討如工作的研究和開發(fā)，在北京、上海、深圳等城市已經有一批ITS應用項目相繼上約為55萬臺，市場價值約為27．6來看，市場規(guī)模將達到千億【4J1．1．2傳統(tǒng)車載監(jiān)控系統(tǒng)的局限目前，市場上已有一些車載監(jiān)控的產品，在這些車載終端市場產品中，有基于M技術車載監(jiān)控產品，也有基于GRS技術車載監(jiān)控產品，但由于GSM技術本身的局限性，使用GPRS技術進行通訊的無線終端已漸漸代替使用GSM進行通訊的無線終端，并占據了很大的市場份額【5】。M的這些局限性主要表現在：第2國防科學技術大學研究生院國防科學技術大學研究生院1二程碩士學位論雖然通過和無線運營商的談判可以在一定程度上降低單條費用，但在通訊率較高的應用中運營費用仍居高(6)因而，隨著互聯網的普及，移動通信技術飛速發(fā)展，人們對無線數據通信的要求越來越高，原有的基于GM技術的通信方式已不適應當前應用對數據傳輸的要求。GPRS的出現克服了GSM網絡在數據傳輸方面的缺點，可廣泛應用于各種需要無線數據通信的應用場合，如數據采集、遠程工業(yè)控制、無線接入Itemet及結合GPS、S技術的移動定位服務等。以上短消息終端系統(tǒng)所存在的問題在終端應用系統(tǒng)中將不復存在，在終端成本與短消息終端基本一樣的情況下，利用無線互聯網機制進行數據傳輸的GPRS網絡在實時性、流量、資費方面都有很大6GRS太差，而且很難獲得車輛全景圖，圖片的清晰度也不夠。隨著社會的發(fā)展進步，近年來汽車盜、搶及恐怖活動等案件的顯著增加，新本文充分利用GPRS技術無線通信的優(yōu)點，結合GPS全球定位技術和GIS理信息系統(tǒng)技術，設計了一個集車輛定位導航功能和車輛安全保證功能于一體的遠程無線綜合車載監(jiān)控系統(tǒng)，使監(jiān)控中心可以更有效的管理車輛。系統(tǒng)除了有定位及導航功能外，當有盜、搶或恐怖活動等突發(fā)事件發(fā)生時，駕駛員可通過本第3國防科學技術大學研究生國防科學技術大學研究生院工程碩十學位本系統(tǒng)最終所實現的是一款具有人數統(tǒng)計功能的智能車載監(jiān)控終端，在課中主要進行的工作是基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)進行車載監(jiān)控終端軟件計與實現，主要包括LinuxGPS定位數據接收與GPRS圖像采集與壓縮功能的設計與實現，包括基于V4L壓縮技術的實現應第一章，緒論，介紹了課題研究的背景及研究意義；并簡述了本課題的主工作第二章，總體方案及平臺，先介紹了系統(tǒng)的需求及總體方案，工作第三章，介紹了SGPRS無線接入技術，包括GPRS網絡結構特點、通信數據傳輸協議、協議棧的設計與實現。第四章，圖像采集與壓縮功能的設計與實現，包括Linux內核剪裁與編載，基于Vide04Linux的圖像采集，圖像壓縮技術的設計與實現等AR第六章，總結與展望，總結了課題的主要工作和取得的成果，并對課題的第4系統(tǒng)總體方案及硬件系統(tǒng)總體方案及硬件實2．1系統(tǒng)總體方案設2．1．1前實時監(jiān)控：能實時地在監(jiān)控中心GIS夠實時監(jiān)控車內狀態(tài)解決因超載而引起的交通問題片針對當前社會發(fā)展對車載監(jiān)控系統(tǒng)的要求，本文設計了一個基于A和嵌入式Linux系統(tǒng)軟件的平臺，集GPRS／GPS它的主要功能有：通過解析GPSS上進行車輛運動軌跡的顯示；同時，監(jiān)控中心也可以向移動終端發(fā)出控制命令。時，終端向監(jiān)控中心發(fā)送報警信息，并對車內的狀況進行拍照，上傳至監(jiān)控中心。中心處理2．1．2系統(tǒng)總體第5數撓圖2．1系統(tǒng)硬件結數撓圖2．1系統(tǒng)硬件結構系統(tǒng)初始化時$3C2440A數據，再進行圖像壓縮、存儲和圖像傳輸等GPS模塊和GPRS模塊通過串口與$3C2440進行通信：ARM通過串口1接收GPS定位數據，然后經串口2通過GPRS無線網絡發(fā)送GPS和其他狀態(tài)數據到監(jiān)車內狀況拍照等指令，并執(zhí)行相應的功能。紅外接收器端的輸出信號通過電平轉換后與ARM的兩個外部中斷源相連：車門打開時，紅外對射器開始工作；當有人經過車門時，先后遮擋兩對紅外對序不同而判斷是此次行為為上車還是下車；當車門關閉時，紅外對射器停止工作，控中心進行處理2．2系統(tǒng)硬件平臺設根據上節(jié)所述需求所設計的硬件結構，本系統(tǒng)終端的硬件平臺主要是由控制平臺、USB攝像頭、GPS模塊和GPRS無線模塊這四部分構成ARM控制在車載監(jiān)控終端系統(tǒng)中，ARM作為中央處理單元，它的選擇和設計對系整體性能有著至關重要的影響。為此，本系統(tǒng)選用了Samsung公司的AR_M9第6的$3C2440A作為中央處理器，$3C2440X是韓國三星公司的一款基于T內核的16／32位RISC嵌入式微處理器，主要面向手持設備以及高性價比、低功的$3C2440A作為中央處理器，$3C2440X是韓國三星公司的一款基于T內核的16／32位RISC嵌入式微處理器，主要面向手持設備以及高性價比、低功耗的應用，運行的頻率可以達到50Hz。AM2T核由A9DI、存儲管理單元(MⅦ7)和高速緩存三部分組成。其中MMU可以管理虛擬內存，高速緩存由獨立的16KB地址和16KB數據高速Cache組成。ARM920T有兩個協處理器：4和5。CPl4用于調試控制，5用于存儲系統(tǒng)控制、以及測試控24>1個LCD控制器(支持STN和TFT帶有觸摸屏的液晶顯示>4個具有PWM功能的計時器和一個內部時鐘>2個USB主機接口，1個USB設備接口>2個SPI>SD接口和MMC卡接口>117位通用I／O口和24位外部中斷源S3C2440X集成了一個具有日歷功能的RTC和具有PLL(MPLL和的芯片時鐘發(fā)生器。MPLL產生主時鐘，能夠使處理器工作頻率最高達到533MHz用于ROM，SRAM或SDRAM，這兩個組可編程且大小相同。Bank7的開始地是Bank6的結束地址，靈活可變，所有內存存儲塊的都可編程。$3C2440X采NGCS[7：0]8個通用片選信號選擇這些組。$3C2440X支持從NANDFLASH具有容量大、比NORFlash價格低等SDRAM，采用了NANDFlash在本課題硬件設計中，ARM外接了SD舢組合，可以獲得非常高的性價比。此外，系統(tǒng)引出了3個通道的其中兩通道UART分別與GPS接收模塊、GPRS無線模塊連接，一通道UART于系統(tǒng)調試第7國防科學技術大學研究生院工程碩七學位2．2．2視頻采集模國防科學技術大學研究生院工程碩七學位2．2．2視頻采集模OmniVision公司的OV5lll8J是一款高性能攝像機到USB接口(ACUB)單片控制IC，用于由通用串行總線傳輸的視頻應用場合。l1ACUB簡化了單片S圖像傳感器(包括miiin公司的O700系列)和SB的接口。依靠增加的256KDRAM和一個USB收發(fā)器，使開發(fā)者可以很容易地完成基于USB的視頻1ACUB片內高性能專用壓縮引擎可以達到7：l的壓縮比，保證了像傳感器到PC的快速圖像傳輸。對于CIF圖像格式，OV51支持高達30幀／秒的傳輸速度，減少了低帶寬應用中通常會出現的圖像跳動現快速的準同步FIFO保證了壓縮后視頻圖像從壓縮引擎到USB的高速lACUB提供了選擇CMoS單片攝像輸入器件的靈活性。有兩個端口持16位ⅥJV4：2：2／RGB原始數據。第三個端口支持8位YUv4：0：0／RGB始數據?？刂凭€有VSYNC和HREF，同時提供了CMOS攝像芯片用的時鐘作為高度集成的接口器件，OV511ACUB既降低了系統(tǒng)總成本，又提高了產品的可靠性。它還具有可以控制256K視頻存儲器的高性能DRAM接口、完整的USB設備控制器和系統(tǒng)控制器功能。片內寄存器通過12C輸入／輸出接口1ACUB芯片作為圖像傳感器的補充，有足夠的靈活性，再結合系列的使用，適用于包括智能保安監(jiān)控系統(tǒng)、視頻會議、視頻電子郵件、計算GPS在本系統(tǒng)中，(ZIPS接收模塊采用M12接收模塊，它與號的跟蹤、鎖定、測量，產生計算位置的數據信息(包括緯度、經度、第8度、日期、時間、航向、衛(wèi)星狀況等)[91度、日期、時間、航向、衛(wèi)星狀況等)[91本系統(tǒng)的GRSMtorolaM／GPRS／EDGE模塊，支持四頻850／900／1800／1900MHZ，它以先進的技術穩(wěn)定地實現了2M的高速無縫連接【l。4內置UP／PG24與$3C2440A之間通過串口2進行通信，通過在ARM嵌入式系統(tǒng)中建立的UDP／IP以及PPP等網絡協議棧實現與監(jiān)控中心的信息交互2．3嵌入式操作系2．3．1嵌入式操作系統(tǒng)111和維護中解脫出來外，還需要具有以下特點由于嵌入式設備硬件平臺的多樣性，CPU>可裝載與卸載，即可根據應用需要進行裝卸，對嵌入式操作系統(tǒng)的各據項目需要進行優(yōu)化或裁>操作系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性也有更高的要求>目前存在的嵌入式操作系統(tǒng)很多，著名的有CE，PalmLinux等。其中，Linux作為一種可裁減的軟件平臺系統(tǒng)，是嵌入式產品開發(fā)的佳選擇，再者，Linux更小、更穩(wěn)定，而且是免費的，在價格上極具競爭力第9Linux是功能和穩(wěn)定性Linux是功能和穩(wěn)定性方面都毫不遜色于其他商業(yè)操作系統(tǒng)的一個免費的作系統(tǒng)，選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為本監(jiān)控系統(tǒng)的軟件平臺具有許多的優(yōu)>使用成本低：它的許多組成部分的源代碼是開放的，不需要付費使用，任何人都能通過Intemet或其他媒體得到它，并可以修改和重新發(fā)布，這點優(yōu)勢是其他商用操作系統(tǒng)無法比擬的；>強大的網絡功能：支持大多數的網絡協議，系統(tǒng)的網絡吞吐性能非常>支持多種高級軟件開發(fā)語言，如C，C++，Java等，并支持動>強大的開發(fā)支持：Linux最大的特色就是它的自由軟件及開放源碼精神，當開發(fā)遇到問題時，Intemet上有大量的開發(fā)資料可供查詢，此外，還可通過大量的Linux開發(fā)論壇和社群一起探討解決所遇到的問題。LinxlC夠存放到容量較小的FLASH中2．3．3Linux多線程編程技與進程相比，多線程是一種非?！肮?jié)儉”的多任務操作方式。在Linux它的代碼段、堆棧段和數據段，這是一種“昂貴”的多任務工作方式。而運行于一個程的開銷大約是一個線程開銷的0能會有較大的區(qū)別。另外，在多線程中，線程間的通信機制相當方便。對不同進程來說第lO～程序中聲明為static～程序中聲明為static除了以上所說的優(yōu)點外，多線程程序作為一種多任務、并發(fā)的工作然有以下的優(yōu)點【14】作，而使用多線程技術，將耗時長的操作(timeconsuming)置于一個新的線程使多CPU系統(tǒng)更加有效。操作系統(tǒng)會保證當線程數不大于CPU不同的線程運行于不同的CPU上(3)個獨立或半獨立的運行部分，這樣的程序會利于理解和2．3．4線程的同步與通信號分為可靠信號和不可靠信號。在Linux系統(tǒng)中，信號的可靠性是是否會丟失，或者說該信號是否支持排隊，如SIGIO信號就是個不可靠SGINTsgpeding此信號保持為未決狀態(tài)，直到該線程對信號解除阻塞或將對此信號的忽略killLinux多線程擴展函數中有三個函數用于處理異步信號：函數第11數sigwait用來阻塞線程，等待set中指定的信號之一到達，并將到達的*sig個未決信號，則對于同一個未決的實時信號，內核將按照發(fā)送的順序來遞送信號。如果存在多個未決的實時信號，則值(或者說編號)越小的越先被遞送。如果既存在不可靠信號，又存在可靠信號(實時信號)，雖然P數sigwait用來阻塞線程，等待set中指定的信號之一到達，并將到達的*sig個未決信號，則對于同一個未決的實時信號，內核將按照發(fā)送的順序來遞送信號。如果存在多個未決的實時信號，則值(或者說編號)越小的越先被遞送。如果既存在不可靠信號，又存在可靠信號(實時信號)，雖然POSIX對這一情況沒有明確規(guī)定，但Linux系統(tǒng)和大多數遵循POSIX標準的操作系統(tǒng)一樣，將有限遞送不可靠信號。因此，本系統(tǒng)通過異步信號來實現各模塊間的線程通信，保證了各事件實2．4系統(tǒng)主要模根據系統(tǒng)需求，為了利于各模塊更好地開發(fā)以及功能更為清晰，本文的整個軟件設計主要分為5個部分：GPS定位模塊、圖像壓縮模塊、車載人數統(tǒng)計模塊、GPRS無線傳輸模塊以及$3C2440控制平臺。其總體框架圖如下： I“～～”“一集觖E引僦Linux接口計模塊l圖像采 ————————】$3C2440黼lI下傳控制命令圖像采集制}s3c2440；模g㈣塊IE常工GP作GPs定位數據GPS定位模圖2．2系統(tǒng)軟件總體框架各模塊完成的主要功能如下1．GPS定位模大、濾波等一系列處理過程，實現對GPS衛(wèi)星信號的跟蹤、鎖定、測量，運算第12定位數據(經度、緯度、時間、速度、方向)和狀態(tài)數據等數據，經過計算然后打包處理，然后通過GPRS無線模塊發(fā)送到遠程監(jiān)控中心，監(jiān)控中心客戶端即可GPRS定位數據(經度、緯度、時間、速度、方向)和狀態(tài)數據等數據，經過計算然后打包處理，然后通過GPRS無線模塊發(fā)送到遠程監(jiān)控中心，監(jiān)控中心客戶端即可GPRS無線通訊模S無線傳輸模塊主要負責與監(jiān)控中心建立P無線鏈路鏈接，定時上傳GPS定位信息等數據，同時偵聽服務器下行控制命令。終端若偵聽到服務器下行命令包，就根據解析到的命令執(zhí)行相應的回應程序。圖像采集模Linux)和攝像頭設備驅動程序來完成圖像的采操作系統(tǒng)調度能圖像壓縮模對采集到的圖像數據進行JPEG在本系統(tǒng)中，該模塊設計了一種車載人數統(tǒng)計方法：基于中斷技術和射裝置的人數統(tǒng)計法紅外中斷統(tǒng)計法是將紅外接收器端的輸出信號通過電平轉換后與ARM個外部中斷源相連，然后在車門口并排安裝兩對紅外對射器，在門一側安裝紅外線發(fā)射器，門另一側安裝紅外線接收器；當有人經過車門時，先后遮擋兩對紅外對射器，引起引腳電平變化，從而分別觸發(fā)兩個ARM中斷，然后就可根據中斷觸發(fā)順序不同而判斷是此次行為為上車還是下車。當車門打開時，紅外對射器開始工作，當車門關閉時，也關閉紅外對射器。6．S3C2440控制平的模塊所需的各種硬件接口支持，上面運行的嵌入式Linux操作系統(tǒng)采用多線程術控制和協調著各個模塊的功能實現的第13國防科學技術大學研究生國防科學技術大學研究生院工程碩七學位第三章GPS定位系統(tǒng)與GPRS無線GPS定位所謂GPS又稱全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)[”】，是近年來開發(fā)的度、定時、測速精確等特點，必然會在諸多領域中得到越來越廣泛的應用。目前，GPS技術作為先進的測量手段和新的生產力，已經融入了國民經濟建設、國防建設和社會發(fā)展的各個應用領域。GPS技術在中國道路工程和交通管理中的應用還剛剛起步，隨著中國經濟的發(fā)展，高等級公路的快速修建稈GPS技術的應用研究的逐步深入，其在道路工程中的應用也會更加廣泛和深入，并發(fā)揮更大的作用。部分是指由覆蓋全球24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以保證在任意時刻，地球上任意一點都可以至少同時觀測到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點的經緯度和高度，以便實現導航、定位、授時等功能。地面支撐系統(tǒng)包括1個35GPPS陸地應海洋應航空航天應GPS系統(tǒng)的定位原第14p+c(4一露尸“嘲一電離層時p+c(4一露尸“嘲一電離層時延而產生的距離偏差“trop一對流層時延而產生的距離偏因此，測出每顆可視GPSGPS一般情況下，GPS接收機接收到一顆衛(wèi)星的信號，便能確定出時間；若接收到了三顆衛(wèi)星的信號，便能確定出準確的二維信息(經度和緯度)；而接收到四顆GPS假設t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接機的時間At，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數據可以確定以下四程式[(_一x)2+(乃一y)2+(ZI—z)2]j+c(K一圪[(吃一x)2+(兒一J，)2+(乞一z)2]i+c(％[(而一x)2+(乃一y)2+(zj—z)2]i+c(圪一圪[(毛一z)2+(兒一y)2+(乙一z)2]i+c(_一上述四個方程式中待測點坐標X，Y，z和7ro為未知參數的距第15C為GPS信號的傳播速度(即光四個方程式C為GPS信號的傳播速度(即光四個方程式中各個參數意義如下：X，Y，z為待測點坐標的空間直角坐·7，o為接收機的時鐘差由以上四個方程即可解算出待測點的坐標x，Y，z和接收機的時鐘差’島GPS接收機的軟件接口協議采用美國國家海洋電子協會ASCI碼協議，該協議為NMEAAssociation)[161制定的2．0版(此協議是為了在不同GPS導航設備中建立統(tǒng)一的RTCM標準)。所有的NMEA語句格式都是以ASCII碼“$"開始，以“<CI

<LF束，語句中的數據字段以逗號分隔；每條語句末端都有校驗符(111)，該校驗符是“$"后的所有字節(jié)的8個比特“按位異或"生成的，用戶可以通過校驗符驗證得到的結果。在GPS數據接收過程中，最有用的定位語句是“GPRMC’’語句。通常的況，可以從“$GPlwC’’幀中獲取得到用戶所需要的定位數據如經緯度、速度$GPRMC幀的結構‘17】及各字段釋義如總共l1個逗號表3．1具體說明了$GPI洲C幀的結第16表SGPRMC幀結構格描是否顯是1UTC2否a是緯度，北(緯)、南(緯)指示段5，表SGPRMC幀結構格描是否顯是1UTC2否a是緯度，北(緯)、南(緯)指示段5，是經度，西(經)、東(經)指示段7地面速是8地面航是9是磁偏角角是為了預防因多個客戶(線程)同時需要讀取GPS數據而引起的串口資源沖突，系統(tǒng)程序設計更加靈活，本系統(tǒng)GPS定位數據的接收和處理采用C／S架構：Server端程序負責接收并解析串口數據，并把解析得到的數據儲存到系統(tǒng)臨時文件夾／tmpFgps；CientGPpFgpsServer端在GPS定位數據的接收和處理接收處理數據的過程中，必須先初需要的數據，主要是數據的有效性、時間、經度、緯度、速度以及偏移度等。把數據賦值給相應的結構，需要強調的是其中提取出的小時是UTC時間，必須轉化為北京時間(UTC時間+8小第17國防科學技術大學研究生院_T_苧一CFgps圖3。但是車載終端系統(tǒng)光依靠國防科學技術大學研究生院_T_苧一CFgps圖3。但是車載終端系統(tǒng)光依靠S定位終端來定位是不夠的，還要把這個定位信訊模塊。本系統(tǒng)通過基于GPRS的網絡通訊模塊把衛(wèi)星定位信息發(fā)送到監(jiān)控中心上，并在監(jiān)控中心的電子地圖上顯示車輛位置，這樣才能實現系統(tǒng)的車載GPS定位功能GPRSPacketRadioService，通用分組無線業(yè)務)[isJ第二代移動通信技術Communications)向第移動通信(3G)過渡的一個橋梁。它由英國BTCeUnet公司早在1993年提出，Phase2+規(guī)范實現的內容之一。GPRS是在GSM系統(tǒng)基礎上引入構成的無線數據傳輸系統(tǒng)，它的基本功能是在移動終端和Intemet網絡的路間傳輸分組數據。GPRS經過96至Release99技術規(guī)范版本的善，得到世界各國的廣泛認同，其核心網絡部分也己經作為第三代移動通WCDMA規(guī)范中分組域的重要基礎。與GSM電路交換相比，GPRS非常重要的第18目前全世界己有近百個運營商開通了S商用系統(tǒng)、實驗系統(tǒng)。0年月2目前全世界己有近百個運營商開通了S商用系統(tǒng)、實驗系統(tǒng)。0年月21日，中國移動通信集團公司在京宣布正式啟動GPRS網絡建設，到2002年5月17日，中國移動通信集團己經在我國東部發(fā)達地區(qū)和數據業(yè)務較大的沿海開放2GPRS商業(yè)化運作在中國的開始GPR8網絡結構特GPRS是在GSM系統(tǒng)的基礎上引入新部件而構成的無線數據傳GSM向3G過渡的橋梁。GPRS使用分組交換技術，完全兼容GSM系統(tǒng)并上更加有效地傳輸高速數據，可以優(yōu)化利用網絡和無線資源廣使原有的一G‘浦的性能得到增強。GPRS采用與M相同的頻段、相同的頻帶寬度、相同的突發(fā)結構、相同的無線調制標準、相同的跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結構。在構建GPRS系統(tǒng)時，GSM系統(tǒng)中的絕大部分部件都不需要做硬件改動，只需做軟件升級GPRS將GSGSMGSM的相關設備進行相應的軟硬件升級構成GPRS網絡。SGSN(GPRGSN(GPRSPCU制單元)就是三個新增組件【19】。GPRS的網絡結構圖如圖3．2圖3．2GPRS網絡結構GPRS是區(qū)別于原有GSM電路交換方式的另一種數據傳輸方式，它利用存儲轉發(fā)原理，把不同終端的數據分割成等長標準數據格式，通過非專用的邏輯子信道進行數據快速交換，即將信息分成數據分組或信息包，再加上目的地址、分組裝成原始信第19采用分組交換的GPRS，G采用分組交換的GPRS，GR172kb的P所以GPRS用于IP業(yè)務的接入將更為用戶所接受。資源利用率高：GPR傳輸數據方式發(fā)生了根本性的變化，與電路交換模式相比，用戶只大大的提高了資源的利用率。另外，如果GPRS用戶的計費以通信的數據量為主要依據，體現了“得到多少、支付多少"的原則。這樣，GPR用戶的連接時間無論多長，卻只是支付相對低廉的連接費用。傳輸速率高：GPRS可以提供171．2kbs的速率。這意味著通過便攜式電腦，GPRS用戶能和ISDN用戶一樣快速地上網瀏覽，同時也使一些對傳輸速率敏接入時間短：GPRS的接入時間縮短為小于1秒，能夠提供快速的即時連接?？纱蠓忍岣咭恍┦聞?如信用卡核對、遠程監(jiān)控等)的效率，并可使已有的IntemetE．mail、網頁瀏覽等)操作更加便捷、流暢。支持X．5協議和P組數據網(DN)，支持X．5協議可使已存在的X．5應用能在GSM網絡上繼續(xù)使用。由于GSM網絡覆蓋面廣，所以S能提供Itmet和其它分組網絡的全球性無線接入?？梢哉J為，GPRS加強了這種趨勢，即移動網絡和數據網絡的融合。3．2．2通信數據傳輸協第20國防科學技術大學研究生院T程碩士學位休H民指令等。協議常用指令如表3．1表3．2協議常用指響應指指令名傳輸方國防科學技術大學研究生院T程碩士學位休H民指令等。協議常用指令如表3．1表3．2協議常用指響應指指令名傳輸方無有上上傳定位數據指鏈路維護指上有初始化終端參數指有查詢指有拍照指有有到底目的地指下無終端休眠指協議格式如表3．3所示下表3．3協議格式功能類終端ID數據內幸2字≤80字11字ID1SI卡號，也示車輛m通過這個號碼驗證指令是否是發(fā)送給自己的。>指令響應：占用一個字節(jié)，標明該指令是否需要來自接收方的響應信息，如果為止>信息內容：占用從0到80之間的任意長度字節(jié)，不定長。根據各指令不同要求而不同。如CF上傳定位信息指令中上傳的定位與狀態(tài)數據內容包括：時間(精確到秒)、緯度、經度、速度、偏移角方向、有效位(一位標示經緯半球(gp是否出錯、車輛開關門、超速報警等)結束標志：占用3個字節(jié)，表示此幀信息的結束，以“·<CR><LF>"表示>第2l終端與控制中心之I’HJ的通訊遵循此協議，如果終端與控制中心之I’HJ的通訊遵循此協議，如果非此數據則不解如#GMCF000100000010l4275534120683l08550051700000003100401>功能類型：同該信息所相應的指令的功能類型1：指令執(zhí)行正2：信息內容長度錯誤3：頭尾錯誤4：非法指令(無法識別的協議號終端發(fā)送如0000001則說明指令執(zhí)行正確3．2．3協議棧的設計與3．2．3．1基于GPRS網絡的PPP協議應用分與固定有線網一樣，在使用GPRS網絡提供的基于IP數據分組傳遞服務目前GPRS網絡采用的是動態(tài)用戶管登陸通過PPP協議(Pint．to．PontProtocol點到點協議)【201完成。PPP等單元之間傳輸分組設計的鏈路層協議。協議提供全雙工操作，并按照順序傳遞分組。PPP協議還提供了一整套方案來解決鏈路建立、維護、拆除、上層協議協商、認證等問題，主要是用來通過撥號或專線方式建立點對點連接發(fā)送數據。PPP協議包含(1)鏈路控制協議LCP負責創(chuàng)建、維護或終止一次物理連接(2)網絡控制協議ControlNCP是一族協議，負責解決物理連接上運行什么網絡協議層網絡協議發(fā)生的(3第22國防科學技術大學研究生院T國防科學技術大學研究生院T程碩士學位論最常用的包括口令驗證協議Protoc01手驗證協議CHAP(Challenge．HandshakeAuthenticationProtoc01)(1)創(chuàng)建PPP鏈LCP協議負責創(chuàng)建鏈路。在這個階段，將對基本的通訊方式進行選擇。MS與GPRS網絡接入服務器通過LCP向對方發(fā)送配置信息報文(ConfigurePackets)。(2)用戶驗在這個階段，MS會將自己的身份發(fā)送給GPRS的接入服務器。該階段使用一種安全驗證方式可避免第三方竊取數據或冒充接入服務器接管與MS的連接。在驗證完成之前，禁止從驗證階段前進到網絡層協議階段。如果驗證失敗，SGPRS網絡接入服務器終止鏈路連接。用戶驗證階段，只有鏈路控制協議、驗證協議和鏈路質量監(jiān)視協議的數據幀是被處理的。在該階段里接收到的其他的數據幀將在不做任何處理的情況下被丟棄?？诹铗炞C協議)是一種基本的驗證協議，在驗證協議中S將自己的用戶名和密碼發(fā)送給GPRS網絡接入服務器。如果提供的用戶名和密碼不正確，GPRS網關將中斷本次鏈路的建立。網絡控制協議(NCP)。由于應用中將通過GPRS與Intemet連接，因此選定的網絡控制協議為IPCP協議，ICP解決PPP鏈路之上的高層協議問題，通過IP控制協(IPPGPR3．2．3．2無線鏈路建立的具體建立，實現PPP點對點連接。在linux系統(tǒng)下PPP的連接由PPPD程序建立和護。通過重寫腳本程序可以直接由PPPD程序自動完成對PPP協議的解析由于PPPD本身無法進行實際的撥號或登陸，要通過CHAT程序向無線模塊發(fā)令并提供必要的登陸信息。在登陸過程建立之前，先要對無線模塊進行相關第23配置，設置串口為ttySl，波特率為115200，以及其它的一些默認設置。其句如下／dev／ttySasyncmap設置完成后，就可以連接到撥號腳本，通過無線模塊撥配置，設置串口為ttySl，波特率為115200，以及其它的一些默認設置。其句如下／dev／ttySasyncmap設置完成后，就可以連接到撥號腳本，通過無線模塊撥¨99¨奉l#登陸到N上，并且由N動態(tài)的分配P地址。連接過程中的身份驗證，把撥號腳本，核心語句如下ABoRT’NO”GPRStoPDP’ATD宰99幸木搴l”＼ll+requesting第24這樣，GPRS的無線鏈接就建立起來了，然后就可以通過IFCONFIG狀態(tài)信息。這時可以看到多了一個0的路由，如果此時有兩個路由這就需要我們把ppp這樣，GPRS的無線鏈接就建立起來了，然后就可以通過IFCONFIG狀態(tài)信息。這時可以看到多了一個0的路由，如果此時有兩個路由這就需要我們把ppp0設成默認路由，語句為：routeadddefault設置完路由后，就可以使用GPRS發(fā)送數據包3．2．3．3UDP鏈路層的無線邏輯信道建立之后，就可以進行網絡層的連接了。常用的網絡層協議又UPD和TCP協議，考慮到UDP通信方式與TCP相比結構比較簡單，系統(tǒng)冗余較小，在本車載監(jiān)控系統(tǒng)中，我們采用UDP網絡層傳輸使用。雖然是無確認的不可靠連接，但是根據上小節(jié)所述的自定義通信數據傳輸協議里的指令響應機制，系統(tǒng)設立了丟包重傳機制：如果沒接到信息包的響應指令信息則需要繼續(xù)發(fā)送該包，直到接收到該響應指令。網絡數據發(fā)送程序的流程就是把從應用層獲得的信息按照自頂向下成UDP數據包，IP數據包和PPP數據包，然后把封裝好的PPP數據包通過無@宣喜圖 無線數據傳輸工圖終端的軌跡。在發(fā)送UDP數據包前，需要確定服務器的固定IP第25送GPS送GPS、心跳等數據的同時，此終端需要綁定端口對此端口進行偵聽。此時如果端的命令，就調用執(zhí)行相應的程序。例如：控制中心會要求終端改其固定的P址及端口；要求終端發(fā)送此時的GP第26 圖像采集與壓縮功能的設計與實Linux內核 圖像采集與壓縮功能的設計與實Linux內核裁剪與編譯嵌入式Linux功能的函數庫，如：內存分配，延時，使用中斷，獲取系統(tǒng)時間等它與外設是的接口函數來控制外設。嵌入式Linux系統(tǒng)的構成示意圖如圖4．1所示圖嵌入式Linux系統(tǒng)結構示意Linux操作系統(tǒng)具有內核可裁剪、移植性好、穩(wěn)定性好、源代碼完全開放等優(yōu)點，并且包含完整的P／P、PPP．等完整的網絡協議棧。用戶通過配置內核，裁減shell和嵌入式C庫對系統(tǒng)定制，使整個系統(tǒng)能夠存放到容量較小的FLASH中，且Lnx的動態(tài)模塊加載，使Lnx的裁減極為方便，高度模塊化的部件使添加非常容易。用戶可靈活根據自己的實際需求量身裁剪與定制內核，這樣既可以精簡因此，由于嵌入式Linux操作系統(tǒng)已包含眾多完整的網絡協議棧和設備驅動移植系統(tǒng)時不需要全部重新去開發(fā)協議和驅動。本課題為了支持基于lUSB攝像頭的視頻采集和S模塊正常通訊，只需要在移植裁剪自定制內核時，選擇V4L、OV51驅動以及P、TCP／IP等協議棧模塊即可，這樣也可以使內核最大程度地精簡化，從而占用較少的硬件資源。下第27圓舫科學技術大學研究生院1秤碩十學位2#mkdir／110me／mykemel#tarzxvfmkerneltar圓舫科學技術大學研究生院1秤碩十學位2#mkdir／110me／mykemel#tarzxvfmkerneltarmenuconfig4)首先r】(?Y’鍵)選擇device一>下的Linux。加Video供接口。如圖4．2所示5)然后在calllerasuppofl一_>日錄下[+】選拌support。這使得在內核中』Ju入了對采用OV5ll接叭甚片的USB數字攝火的駘動支持。蟲¨圈4．3和圖4．4所Ik鹵釜葛藍釜i§菩一。一。二mt一一幽43山梭第28國防科學拄術大學研究生院I樣碩{一學位論國防科學拄術大學研究生院I樣碩{一學位論6)在support一>目錄下r】選擇PPP(point-to-pointsuppoa，使內梭支持無線模塊使用PPP協議進行撥號上網。如圖4．5所示圖4．5內孩配最后，在值為保存配置退出Type?>目錄F修改內音|；時鐘ExternalinputCLOCKdep生成依賴關系9)執(zhí)行命令執(zhí)行命令zlmage生成內核映像文件操作完成后，會生成一個zlmage文件，大小約800k左右，這就是我們所的可以下載到目標機運行的內核4．2基于Vide04Linux的圖程序編程提供一系列編程接口函數【2“。在Linux下，視頻采集設備的正常使用賴下對Vide04LintLx標準的支持。通過上節(jié)的自定制內核裁剪編譯，在本系統(tǒng)第29動時，內核會在運行程序前先加載USB及OV5ll設備驅動模塊，同Vide04Linux模塊，使基于OV51l的USB動時，內核會在運行程序前先加載USB及OV5ll設備驅動模塊，同Vide04Linux模塊，使基于OV51l的USB攝像頭能正常采集圖像。核態(tài)程圖4．6基于V4L的圖像采集程序流程圖像數據的處理可能要花費比較長的時間，不同的算法對于數據保留時間的要求也不一樣。因此程序申請多幀圖像緩沖，在處理一幀圖像的同時，將URB帶回的數據全部填充到另一幀緩沖中，這樣可以免去時間沖突上的麻煩4．2．1V4L數據在Vide04LinuxAPI中定義了眾多數據結構，首先定義一個描述設備的數據構，它包含了V4L中定義的所有數據結構，如下所示typedefv41—{fd；Hstructvideo_capabilitystructvideopicturestructvideo——windowvideo_mbufunsignedchar·map；／／用于存儲映射得到的圖片的首framestat[2]；／／定義幀}v41第30國防科學技術大學研究生院丁程碩士學位其中包含的數據結構有國防科學技術大學研究生院丁程碩士學位其中包含的數據結構有picture：設備采集的圖象大小、分辨率等各種屬性window．-窗口信4．2．2V4L接口函videoO。當攝像頭通過USB接口連接到視頻采集終端后，在程序中調用1)打開設備文件讀取設備基本信息：intv41獲取圖像基本信息：intv41_．get_picture(v41_device·Vd){>；4)更改當前的圖像設置：hatv41_grab_init(v41_device毒vd){)；5)開始幀的映射：intgrab_start(v41_device·vd，int獲取幀的地址：unsignedchar·v41_getaddress(v4I_device·vd，int設備內存映射：v41mmap存地址初始mmap緩沖區(qū)：intv41_grab通過上述的接口函數，我們即可編程將攝像頭視頻數據采集到內存V4L為讀取視頻設備圖像數據提供兩種方法：read()直接讀取和mmap()內映射方法。read()通過內核緩沖區(qū)來讀取數據，這種方法是通過在驅動中調copy_touser()、copy_from_user()等函數在核態(tài)、用戶態(tài)內存空間互相拷貝數據，但第314．3圖像壓縮技4．3圖像壓縮技圖像壓縮的理論基礎是信息論【22l。從信息論的角度來看，壓縮就是去掉信息中的冗余，即保留不確定的信息，丟掉確定的信息(可推知的)，也就是用一種更接近信息本質的描述來代替原有冗余的描述。這個本質的東西就是信息量(即不確定因素)。圖像壓縮一般通過改變圖像的表示方式來達到，因此壓縮和編碼是分不開的。圖像數據文件的格式有很多，如GIF、PCX、TGA、BMP、JPG中，攝像頭采集到的原始圖像數據為BMP圖像格式，BMP圖像格式對圖像數圖像數據進行壓縮4．3．1JPEGGroupt23)，它是一個在國際標準組(SO)下從事靜態(tài)影像壓縮標準制定的委員會，它和國際電信同盟)下屬的國際電話與電報顧問委員會)及國際電工委員會)合作，共同制定出了第一套國標靜態(tài)影像壓縮標準：ISO／IEC1091．1，就是俗稱的JPEG，它被公布于192年9月份。JPEG是一個適用于彩色、單色多灰度、連續(xù)色調靜止數字圖像的壓縮標準，是靜態(tài)數字圖像壓縮的國際標準，不僅適用于靜止圖像壓縮，而且適用于電視圖像序列的幀內圖像壓縮。這種標準定義了三種不同的編碼系統(tǒng)：>一種面向可逆壓縮的無損獨立編碼本項目系統(tǒng)采用G壓縮編碼算法是基于有損基本編碼系統(tǒng)，其主要壓縮處理步驟為：首先進行色彩模型轉換，再通過離散余弦變換(DCT)去除數據冗余；其次，使用量化表對DCT系數進行量化；最后，采用Huaffman系數進行編碼，使其熵達到最小。解壓縮過程剛好與壓縮過程相反。第32國防科學技術大學研究生院IT程碩士學位圖4．7國防科學技術大學研究生院IT程碩士學位圖4．7JPEG壓縮編碼算法的系統(tǒng)結JPEG圖像數據格SOl，APPO，Lp，‘'JFIF”+‘州LL'’!警；．￡～DQD．DQT，DILl_,一JPEG圖像的壓縮結構【24>SOl：圖像開始標記，用FFD8標識壓縮數據的開>APPO：應用數據標記，用FFE0標識應用數據段的開始0x10，>Lp：應用數據段長度參數，該參數本身長度為兩個字節(jié)，值為示應用數據段包含的字節(jié)數，但是不包括APP0的兩個字節(jié)，這里長度為個字節(jié)>“JFIF”+‘'NULL”：文件標識符，值為0x4A0x46>0x01：X和Y的密度單位，值為O，無單位，值為1，單位為“點數／英寸值為2，單位為“點數，厘米>X軸方向密度和Y軸方向密度：各占兩>表示縮略圖水平和垂直像素數目，各占兩字節(jié)，一般取值為0x00>DQT：定義量化表標記，標明量化表說明參數的開始，值為有多個，這里只說明一個>Lq：量化表長度參數，不包括前兩個字節(jié)，占兩字節(jié)0xDB，可>(Pq，ToO：l字節(jié)，前四位Pq表示量化表的數據精確度，0指量化表的值為>SOF0：幀開始標記，表明幀參數的開始，下標為0，表示編碼過程的類本DCT，取值0xFF>Y：行數，指定源圖像中的最大行數2字節(jié)>X：每行樣本數，指定源圖像中每行的最大采樣數2字節(jié)第33>Cn：分量標記符，用來指明幀分量說明參數序列中>Cn：分量標記符，用來指明幀分量說明參數序列中的哪一個分量，Cn即第個分量>(Hn，Vn)：1字節(jié)，前4位為水平采樣因子，表示指定分量水平尺寸和最大圖像尺寸x之間的關系；后4位為垂直采樣因子，表示指定分量垂直尺寸和>Tqn：4C>Lh：Huffman表長度參數，該參數本身長度為兩個字節(jié)，其值表示表包含的字節(jié)數>(Tc，Th)：前4位為表類型，值為O代表DC表或無失真，值為1代表表；后4位是Huffman表的編》Li：1字節(jié)，表示長度為i的Huffman代碼數目>SOS：掃描開始標記，表明掃描參數的開始位>Ls：>Ns：掃描行中圖像分量數目，指定掃描行中源圖像分量的>Csn：掃描分量選擇器，這里編號n表示第n個分量>(Tdn，Tall)：分量n對應的DC和AC編碼表的編號>Ss：頻譜或預測器選擇開始參數，在DCT操作模式下，該參數指定“Z"；>(Ah，A1)：前4位為后續(xù)近似位位置高參數，后4位為后續(xù)近似位位置或點變換參數，一般都置為>EOh圖像結束標記，標識壓縮數據的結束，值為0xD9JPEG壓縮編碼的具體實4．3．3．1,I『PEG壓縮編碼的代碼write—JPEG—file(charfilename[]，缸quality，unsignedchar棗{第34國防科學技術大學研究生院-丁程碩士學位論structstructjpeg_errormgrJSAMPROWrow_pointer[I]；／·pointerto國防科學技術大學研究生院-丁程碩士學位論structstructjpeg_errormgrJSAMPROWrow_pointer[I]；／·pointertoJSAMPLEintrowwidthinimagebuffer宰產cinfo．err=jpeg_std_error(&jif((outfile=fopen(filename，”wb”))一)jpeg_stdio嚴imagewidthandheight．inP。拌ofcolorper／幸colorspaceofinputjpeg_set_qualityl(&cinfo，quality,．TRUE產cinfo．dct—perrowinimage_buffer幸row—stride=320·3；戶row_pointer[0】scanline+row_stride]；while(cinfo．next_scanline<cinfo．image-rowpointer[01l-(void)jpeg_write第35／+Afterfinishcompress．weCallsinceitwillreleasel4．3．3．2應用結果及性能分上述程／+Afterfinishcompress．weCallsinceitwillreleasel4．3．3．2應用結果及性能分上述程序中，quality參數的大小影響壓縮效果與大小。本文在$3C2440上試上述的JPEG壓縮編碼效果，所取的原始圖片為320*240的24位圖。表1表i在不同quality值下的JPEG壓320*240*24彩色壓縮15壓縮時I白0quality圖21320*240*24彩色320*240*24彩色圖0圖圖圖像質根據實驗的結果，本課題選定quality的值為2圖4．8中用到了320*240的24位圖的原始罔像以及不同壓縮比下得到的圖像如下所第36國防科學技術大學研究國防科學技術大學研究生院『{￥碩士學位圖圖quality值取75，壓縮比為73的圖JPEG壓縮算法實驗教第37國防科學技術大學研究國防科學技術大學研究生院工程碩十學位第五章人數統(tǒng)計功能的設計與實綜合車載監(jiān)控系統(tǒng)中，人數統(tǒng)計功能是系統(tǒng)的核心部分，它通過統(tǒng)計車載人數并配合終端控制實現了客車的超載檢測，解決了近年來因超載而引起的眾多交通安ARM中斷技術的紅外人數統(tǒng)計法ARM內核的中斷技·。ARM920T具有常規(guī)中斷(IRQ)、快中斷(FIQ)和軟件中斷(Software三種中斷方式【25J。常規(guī)中斷和快中斷都是硬件中快中斷是為支持數據傳輸或快速數據通道而設計的，為快速處理快中斷?？熘袛啾辉O為最高中斷優(yōu)先級；在快中斷模式增設了7個私有工作寄存器，從而避免了由于主工作寄存器數據的保存和恢復而帶來了額外開銷；快中斷處理程序處于異常向量表的最后位置，因此可緊接異常向量表書寫快中斷處理程序，而不必軟件中斷是一種由用戶設置的同步中斷，由程序指令產生，不像硬件中斷那樣由外部事件觸發(fā)。軟件中斷允許運行在用戶模式的程序進入監(jiān)督模式，并運行當CPUUCP就U如圖5．1第38，，圖 中斷方，，圖 中斷方式的原理示意圖5．2外部中斷服務子程序處理流1、中斷響2、中斷服務子程CPU響應中斷以后，就會中止當前的程序，轉去執(zhí)行一個中斷服務子程序，’以完成為相應設備的服務。在本系統(tǒng)中，SC40的外部中斷服務子程序的一般結構如圖．所示。>保護現場(由一系列壓棧指令完成)。當系統(tǒng)出現中斷時，處理器首先要做的就是保存現場，這一過程包括保存當前的C值到R>模式切換。當處理器完成現場保護后，就進入中斷模式，并將C固定的值Ox00000018，這也是IRQ模式的中斷入口地址。在中斷模式下，有3R1》獲取中斷源。所有的墩Q中斷都從Ox00000018開始執(zhí)行，通常在該地，并跳轉到被中斷的主》第395．1．2ARM數irq_no，void宰|聿Interruptinterrupt0產l幸．1．嚴#define2|★Externalinterruptinterruptinterrupt3|嚏#define7 產Externalinterruptforfuture6#define／*reserve毒BAT78|’RTCtimetick#defineIRQ5．1．2ARM數irq_no，void宰|聿Interruptinterrupt0產l幸．1．嚴#define2|★Externalinterruptinterruptinterrupt3|嚏#define7 產Externalinterruptforfuture6#define／*reserve毒BAT78|’RTCtimetick#defineIRQ#define#define#define4·Timerinterrupt掌11嚴112|ITimer13產Timer3interrupt棗14．1'Timer4interrupt囊#defineIRQ#defineIRQ1216凈reservedforfuture#define17戶DMAchannel群define#define8嚴DMA19|，DMAlinterrupt220凈DMAchannel321|★SDInterface#define#defineinterrupt／·UARTlreceiveinterrupt棗#define#defineIRQ#defineIRQl’USBdeviceinterrupt囊爭USB#define／宰interrupt凈UART0#define一——————————————————————————————————_第40國防科學技術大學研究生院T程碩士學位#defineIRQSPI#defineIRQ／木ltransmitinterrupt木產RTCalarminterrupt3EOC國防科學技術大學研究生院T程碩士學位#defineIRQSPI#defineIRQ／木ltransmitinterrupt木產RTCalarminterrupt3EOC#define服務函數類型中斷使能函數：該函數使能某中斷，參數定義同IrqEnable(intirqIrqDisable(intirq(5)中斷清除函數：該函數清除某中斷請求，參數定義同參數IrqClear(intirqARM-Linux中斷表5．1異常向量地地0x0000001Ox000000l速中斷發(fā)生時，ARM肯定將到0x0000001C這個地址處取指令。這也是BOOTLOADER把操作系統(tǒng)引導以后，內存必須重映射的原因，否則操作系統(tǒng)不能真正接管整套系統(tǒng)。LINUX啟動以后要初始化這些區(qū)域，初始化代碼在start_kemel()中，具第41調用函數trap_ini()來實現的。這個函數仞始化了中斷向量，實際上把相應的的調用函數trap_ini()來實現的。這個函數仞始化了中斷向量，實際上把相應的的，最終都要調用do_IRQ(intnot產in事產IRQiscurrentlyunsignedintunsignedint嚴IRQhasinfora產串 產IRQcanbeusedforint產noautoenable：1；／·don’tunsigned產void(*maskack)(unsignedintvoid(·mask)(unslgnedintandacknowledgevoid(*unmask)(unsignedintirq)；|啼Unmaskirqaction幸·IRQlockunsignedintunsignedintlck 在具體的ARM芯片中會有很多的中斷類型，每一種類型的中斷用以上結構irqdesc其中，NR_mQS根據不同的MCU所以我們做驅動程序時，只需要經過request_irq()來掛接自己編寫的中斷服務程即可5．2紅外對射器工作原紅外光線的波長在780nm～1000lam之間，位于無線電波與可見光之間第42用肉眼觀測到。紅外發(fā)射二極管由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵OaAs成PN結，外加正向偏置用肉眼觀測到。紅外發(fā)射二極管由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵OaAs成PN結，外加正向偏置電壓向PN結注入電流激發(fā)紅外光，運用于紅外線光電術的光譜功率分布為中心波長830～950nm，半峰帶寬約40nm左右【261信號通過電平轉換后與ARM的兩個外部中斷源EINT3，EINT4裝紅外線接收器；在車門打開時，紅外對射器開始工作，當有人經過車門時，先后遮擋兩對紅外對射器，引起引腳電平變化，從而分別觸發(fā)兩個ARM中斷，然后就可根據中斷觸發(fā)順序不同而判斷是此次行為為上車還是下車。當車門關閉時，也關閉紅外對射器5．3$3C2440A的中斷控制寄存器能接收來自56個中斷源的請求【271。內部的外圍模塊和外部管腳產生的多個中斷請求通過中斷控制器仲裁后，向ARM920T核發(fā)出體嵌入式系統(tǒng)中，需要用中斷控制器管理多個外部中斷源，選擇其中一個通過nIRQ或nFIQ向ARM內核發(fā)出中斷請求ARM20SC4ARMGFCOGPF為GPF4為E1NT4模式5．3．1安裝中斷處理程requestirq(unsignedint第43國防科學技術大學研究生院T程碩士學位void(宰handler)(int，void宰，structptregs宰國防科學技術大學研究生院T程碩士學位void(宰handler)(int，void宰，structptregs宰irq，void母devid)；／／釋放中斷程從q函數返回到調用函數的值，為0時，表示申請成功；負值表示錯誤碼。函數返回一EBUY表示已經有另一個驅動程序占用了要申請的中斷信號線。>unsignedint蛔：要申請的終端號>void(豐handler)(int，void幸，structp小gs毒)：是要安裝的中斷處理函數指>unsignedlongflags：一個與中斷管理有關的位掩碼選項，可以在標識SA—INTERRUPT、SA．-SHIRQ、SA—SAMPLE—RANDOM5．3．2實現中斷處理函中斷處理函數irint—handler是本系統(tǒng)基于中斷的人數統(tǒng)計法的核心部分，流代碼如下staticinlineirint_handler(unsignedlong{{產根據keystate狀態(tài)來判斷 {產根據中斷判斷是否第一束光束觸發(fā)，用來消抖木if(KEYINT—>第44if(!keyvalue)／宰如果沒有檢測到光束觸發(fā)，退if(!keyvalue)／宰如果沒有檢測到光束觸發(fā)，退出棗{)ring_timer．expires=jiffies+TIMEIadd_timer(&ring)caseGETKEY2：／．等待第二束光觸發(fā)的定時器到了{嚴如果是第一束光聲生的中斷，那么檢查第二束光if(KEYINT一)if(!keyvalue)／·如果沒有光束觸發(fā){if(timer2coun戶TIME20UT)產如果超時，那么{>產如果沒有超時，繼續(xù)啟動定時器，等待下一次的判斷ring塑墊迪竺叢壘盟呈星』!翌!立第45國防科學技術大學研究生院rT程碩士學位)國防科學技術大學研究生院rT程碩士學位){keystate=KEY2BOUNCING；產進入KEY2>caseKEY{eint—value=1；／／來了中斷，將其值置為，嚴判斷上車還是下{eint_number-->if(KEYINT-一{eint_number=eint_number-)嚴直接退出定時器){>第46程序基本判斷流程程序基本判斷流程如下定圖5．3基于中斷技術的人數統(tǒng)計流程序就可以直接read讀取計數器值，根據其變化得到此次上或下車的人5．4小本章介紹了智能車載監(jiān)控系統(tǒng)人數統(tǒng)計模塊的設計與實現，包括介紹ARM內核中斷技術及