【正文】 人用戶也是視頻監(jiān)控領(lǐng)域不可缺少的重要客戶，一直以來，我國的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)主要集中在行業(yè)用戶上，由于家用視頻監(jiān)控一直沒有形成規(guī)模，產(chǎn)業(yè)鏈也沒有完全形成，加上造價(jià)、設(shè)備復(fù)雜性方面的影響，家用視頻監(jiān)控市場(chǎng)一直沒有顯著的發(fā)展。 近年來，隨著人們生活條件的改善，國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)適合民用的安全監(jiān)控系統(tǒng)的需求變得十分強(qiáng)烈。為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求，原先以行業(yè)應(yīng)用為主的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備從外觀、功能、應(yīng)用和價(jià)格上不斷貼近家庭市場(chǎng)的消費(fèi)需求，大量以網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備為代表的家用視頻監(jiān)控產(chǎn)品開始涌入民用市場(chǎng)，憑借強(qiáng)大的技術(shù)、時(shí)尚的外觀設(shè)計(jì)和高性價(jià)比，潛移默化地改變著國內(nèi)安防民用市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀。不僅如此，在電力系統(tǒng)、電信機(jī)房、工廠、城市交通、水利系統(tǒng)、小區(qū)治安等領(lǐng)域，視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，現(xiàn)在3G技術(shù)迅猛發(fā)展，手機(jī)視頻監(jiān)控等新興技術(shù)也日新月異。過去，我國的視頻監(jiān)控應(yīng)用主要集中在政府部門和金融、公安、交通、電力等特殊部門及行業(yè)。其中，％％的市場(chǎng)份額。然而，隨著社會(huì)信息化的進(jìn)步，越來越多的行業(yè)和領(lǐng)域視頻監(jiān)控的需求大量增加，即便是公安這樣的傳統(tǒng)用戶也在平安城市方面對(duì)城市監(jiān)控提出了全新的格局和功能要求。今年，視頻監(jiān)控開始從銀行、交通等個(gè)別領(lǐng)域向多領(lǐng)域延伸，由傳統(tǒng)的安防監(jiān)控向管理監(jiān)控和生產(chǎn)經(jīng)營監(jiān)控發(fā)展。此外，視頻監(jiān)控僅用于企業(yè)行業(yè)的情況也逐漸被打破，公眾家庭也成為2008年視頻監(jiān)控應(yīng)用的新市場(chǎng)。在公眾家庭市場(chǎng)，視頻監(jiān)控主要是應(yīng)用于住宅的安全防范和財(cái)產(chǎn)的監(jiān)控。用戶可以通過在家中安裝攝像頭，利用家庭網(wǎng)關(guān)作為視頻服務(wù)器，用戶在遠(yuǎn)程通過Internet實(shí)時(shí)監(jiān)控家庭安全。雖然離數(shù)字家庭的全面實(shí)現(xiàn)還比較遠(yuǎn)，但隨著IPv6技術(shù)和信息家電技術(shù)的發(fā)展、移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)化，視頻監(jiān)控技術(shù)很可能最先在數(shù)字家庭中得到推廣。一份國內(nèi)市場(chǎng)研究報(bào)告指出，隨著個(gè)人用戶對(duì)家庭安全的重視度日益增長，采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)來保障住宅安全的意識(shí)明顯加強(qiáng)，將在2008年成為新興市場(chǎng)。所以，從市場(chǎng)需求、技術(shù)創(chuàng)新、行業(yè)需要等方面，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)都需要我們仔細(xì)研究和學(xué)習(xí)，有極大的現(xiàn)實(shí)意義。 第三節(jié) 本文的內(nèi)容及主要工作根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的初衷，我們需要設(shè)計(jì)基于ARM的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻采集、傳輸、播放的功能不是由專門視頻處理芯片完成，而是由軟件實(shí)現(xiàn)。論文首先介紹了嵌入式ARM系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)，方便大家熟悉ARM和Linux系統(tǒng)，包括嵌入式設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)，邏輯框圖和Linux的基本操作、安裝方法；第二，研究了嵌入式的一些驅(qū)動(dòng)程序，主要是攝像頭驅(qū)動(dòng)程序V4L，系統(tǒng)中選用的攝像頭芯片——中星微301；第三，研究了視頻監(jiān)控的具體流程和實(shí)現(xiàn)方式，讓大家在總體上對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)大概的認(rèn)知；最后，搭建了視頻服務(wù)器和具體網(wǎng)站，增加了整個(gè)系統(tǒng)的友好程度，讓系統(tǒng)全面的跟高的展示在使用者面前。本次設(shè)計(jì)的目的只有一個(gè)，就是實(shí)現(xiàn)視頻的實(shí)時(shí)監(jiān)控。圍繞它，不管是硬件結(jié)構(gòu)還是軟件流程，都需要學(xué)習(xí)和研究，不斷調(diào)試，決不放棄?？傊撐牡膬?nèi)容都是圍繞如何建立一個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。無論是從哪個(gè)方面，我們都是為這個(gè)目標(biāo)而努力。第二章 嵌入式ARM系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡介第一節(jié) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)的。嵌入式并沒有統(tǒng)一的定義，但目前有一個(gè)廣泛而又被認(rèn)可的規(guī)范：將軟件產(chǎn)品固化到硬件平臺(tái)上，完成應(yīng)有的功能既是嵌入式?；谇度胧紸RM技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器端采用攝像頭不斷的采集圖像，壓縮成視頻流，然后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到申請(qǐng)監(jiān)控的客戶端。監(jiān)控系統(tǒng)的使用者可以在遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁上的實(shí)時(shí)監(jiān)控和一些簡單的功能操作。[1]。 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)中CPU采用基于ARM的PXA270微處理器，通過在其上運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，執(zhí)行Boa視頻服務(wù)器，接受并處理來自攝像頭的圖像信號(hào)，通過以太網(wǎng)控制器發(fā)送至遠(yuǎn)端，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和接受，達(dá)到視頻監(jiān)控的目的[2]。第二節(jié) ARM簡介ARM，既是一個(gè)公司的名字，也是對(duì)一類微處理器的通稱。ARM嵌入式微處理器是全球領(lǐng)先的16/32位RISK處理器芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)供應(yīng)商ARM（AdvancedRISKMachines）公司的產(chǎn)品。ARM公司本身不直接從事芯片生產(chǎn)，而是依靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可，由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。ARM處理器以其完整的體系結(jié)構(gòu)，極小的體積、極低的功耗、極低的成本、極高的性能，及時(shí)根據(jù)嵌入對(duì)象的不同進(jìn)行功能上的擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)，在眾多種類的嵌入式微處理器中脫穎而出?；贏RM技術(shù)的微處理器應(yīng)用占據(jù)了32位RISC微處理器75%以上的市場(chǎng)份額，ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn)：(1) 采用固定長度的指令格式，指令規(guī)整、簡單、基本尋址方式有2~3種；(2) 使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行；(3) 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，以提高指令的執(zhí)行效率；(4)所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率；(5)可用加載/存儲(chǔ)指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率；(6)可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時(shí)完成邏輯處理和移位處理；(7)在循環(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來提高運(yùn)行效率。目前，ARM處理器有ARMARMARM9E、 ARMARM10E、SecurCore、StrongARM和XScale等系列。每個(gè)系列除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。第三節(jié) XScale體系結(jié)構(gòu)Xscale核是采用ARM V5TE架構(gòu)的處理器，是Intel公司的StrongARM的升級(jí)換代產(chǎn)品，它具有高性能、低功耗等特點(diǎn)，并在流水線設(shè)計(jì)、DSP處理和指令設(shè)計(jì)中有很大改進(jìn)[3]。ARM的體系結(jié)構(gòu)是基于RISK的，XScale是ARM處理器的一種，所以XScale具有RISK的基本特性。而且針對(duì)嵌入式系統(tǒng)，XScale構(gòu)架還引入了Pentium處理器工藝和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了Pentium微處理器體系結(jié)構(gòu)的一系列高性能技術(shù)，達(dá)到了高性能、低功耗和小體積等嵌入式系統(tǒng)要求的特性。它的特點(diǎn)有：超流水線、高主頻、存儲(chǔ)體系、分支預(yù)測(cè)和指令集體系結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用的就是基于英特爾Xscale構(gòu)架的一種32位嵌入式處理器，它除了應(yīng)用于掌上電腦之中外，還可以應(yīng)用于智能手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備、骨干網(wǎng)路由器等電子設(shè)備。PXA27x系列處理器是英特爾當(dāng)前最新推出的嵌入式處理器。它的時(shí)鐘頻率從312到624MHz不等，并內(nèi)建64MB的堆棧型Intel StrataFlash內(nèi)存。內(nèi)置了英特爾的無線MMX技術(shù)，能夠顯著提升多媒體性能。OURSPXA270EP是一款基于INTEL　XSCALE PXA270處理器，針對(duì)高效嵌入式系統(tǒng)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)科研的平臺(tái)。這款設(shè)備主要包括核心板與底版兩個(gè)部分，核心板主要集成了高速的PXA270 CPU，配套的存儲(chǔ)器，網(wǎng)卡等設(shè)備；底版主要是各種類型的接口與擴(kuò)展口。核心板（8層PCB電路）系統(tǒng)包括：CPU： INTEL PXA270(520M),支持GDB調(diào)試；SDRAM: 64M 工作在104M外頻上；FLASH: 32M INTEL Nor FLASH。Net: 10/100M Ethernet controller (LAN91C111)。SUPERIO: WINBOND 83977。CPLD: XILINX 95144 (117USER IO)?？偩€驅(qū)動(dòng)器： 若干；。 核心板正面圖 核心板背面圖底版（4層PCB電路）。包括：Ethernet： 10/100接口1個(gè)UART： 6個(gè)（包括RS232,RS485,IRDA,全功能串口）：2個(gè)（1個(gè)host 一個(gè)device）PS2：2個(gè)（KEYBOARDamp。MOUSE）標(biāo)準(zhǔn)并口：1個(gè)PCMCIA: 1個(gè)IDE：1個(gè)SD/MMC: 1個(gè)SMC：1個(gè)CAMERA：1個(gè)96PIN功能擴(kuò)展口：2個(gè)4X5 小鍵盤CPU_JTAG CPLD_JTAGLED　SHARP LQ080V3DG01 8寸真彩LCD　　640X480VGA 640X480LED 8X8點(diǎn)陣一組7段LED數(shù)碼管 4個(gè) 底版圖第四節(jié) 主要硬件電路說明嵌入式設(shè)備除了以ARM芯片為主要控制單元，也有很多周邊電路和外圍設(shè)備，它們有的幫助ARM處理信號(hào)、有的負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、有的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接、有的用來數(shù)據(jù)通信，這些周邊設(shè)備缺一不可，不能替代。首先介紹CPU核心總線[4]，總線是CPU和其他設(shè)備的橋梁。CPU是通過總線信號(hào)來控制SDRAM ,FLASH,網(wǎng)卡，SUPERIO等外部設(shè)備的，無論是低速還是高速，只要是與總線相關(guān)的芯片，都要和CPU總線信號(hào)有關(guān)。其次，研究嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存——SDRAM。SDRAM是嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存，具有單位空間存儲(chǔ)容量大和價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在各種嵌入式系統(tǒng)中。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，CPU首先從復(fù)位地址0x0處讀取啟動(dòng)代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，程序代碼一般應(yīng)調(diào)入SDRAM中運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。同時(shí)，系統(tǒng)及用戶堆棧、運(yùn)行數(shù)據(jù)也都放在SDRAM中。SDRAM的存儲(chǔ)單元可以理解為一個(gè)電容，總是傾向于放電，為避免數(shù)據(jù)丟失，必須定時(shí)刷新(充電)。因此，要在系統(tǒng)中使用SDRAM，就要求微處理器具有刷新控制邏輯，或在系統(tǒng)中另外加入刷新控制邏輯電路。PXA270芯片在片內(nèi)具有獨(dú)立的SDRAM刷新控制邏輯，可方便地與SDRAM接口。除了SDRAM，F(xiàn)LASH也是一種存儲(chǔ)媒介。FLASH一般具有NOR型和NAND型。NAND型FLASH單元密度高，寫入和擦除速度非?？欤乙话鉔AND型FLASH的存儲(chǔ)容量很大。NOR型FLASH的優(yōu)點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行命令，這樣應(yīng)用程序可以直接在FLASH內(nèi)運(yùn)行，不用進(jìn)入內(nèi)存，使得它的傳輸效率很高。嵌入式設(shè)備最大的優(yōu)點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，它能像PC一樣方便地連接到互聯(lián)網(wǎng)上，這些功能都是網(wǎng)絡(luò)控制器的作用。也就是Ethernet Controller，本系統(tǒng)采用SMSC公司的單芯片的網(wǎng)絡(luò)控制器，LAN91C111。它可以工作在兩種速度下，10M以太網(wǎng)或者100M以太網(wǎng)。LAN91C111的工作流程是，驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒁l(fā)送的數(shù)據(jù)包按指定格式寫入芯片并啟動(dòng)發(fā)送命令，LAN91C111會(huì)自動(dòng)把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成物理幀格式在物理信道上傳輸；反之芯片收到物理信號(hào)后自動(dòng)將其還原成數(shù)據(jù)，并按指定格式存放在芯片RAM中以便主機(jī)程序取用。就是LAN91C111完成數(shù)據(jù)包和電信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換。最后，說明一下串口電路，在嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，串口起到了很重要地作用，嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)的信息都可以通過串口傳到PC上，極大地方便了系統(tǒng)的移植和軟件的調(diào)試。大多數(shù)情況下，嵌入式CPU的串口0會(huì)作為CPU的一個(gè)終端，為用戶與CPU交互提供基本的輸出輸入信息。當(dāng)CPU運(yùn)行BOOT代碼時(shí)，通常只有這個(gè)終端 ；運(yùn)行LINUX內(nèi)核時(shí)，如果有LCD顯示，串口0與LCD終端會(huì)同時(shí)有效。串口0終端的交互方式是命令行的模式，在BOOT階段，支持簡單的BOOT命令。第三章 嵌入式ARM系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)第一節(jié) Linux操作系統(tǒng)簡介Linux是一個(gè)類似Unix的操作系統(tǒng)，它起源于芬蘭一個(gè)名為LinusTorvaldS的業(yè)余愛好者，現(xiàn)已成為最流行的一款開放源代碼的操作系統(tǒng)。Linux從問世至今，短短時(shí)間內(nèi)已發(fā)展成為一個(gè)功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)完善的操作系統(tǒng)。Linux系統(tǒng)不僅能夠運(yùn)行于PC平臺(tái)，還在嵌入式系統(tǒng)方面大放光芒。由于Linux的源碼開放，內(nèi)核精簡且性能強(qiáng)悍，不依賴于具體廠商，能廣泛適用于各種硬件設(shè)備，系統(tǒng)二次開發(fā)成本極低，因此在IT業(yè)界已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，即采用嵌入式Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)是大勢(shì)所趨[5]。嵌入式Linux是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中發(fā)展勢(shì)頭非常迅猛的系統(tǒng)。嵌入式Linux是指對(duì)Linux經(jīng)過小型化裁剪后，能夠固化在容量只有幾百K字節(jié)或幾M字節(jié)的存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)中，應(yīng)用于特定嵌入式場(chǎng)合的專用操作系統(tǒng)。目前正在開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)中，49%的項(xiàng)目選擇嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)。嵌入式Linux現(xiàn)已成為嵌入式操作系統(tǒng)的理想選擇[6]。目前基于嵌入式Linux的應(yīng)用已經(jīng)遍布很多領(lǐng)域，比如移動(dòng)多媒體設(shè)備、手持設(shè)備、車載導(dǎo)航系統(tǒng)、機(jī)械控制等。嵌入式Linux分為兩種類型：在沒有使用MMU的平臺(tái)上（無內(nèi)存虛實(shí)地址轉(zhuǎn)換和映射）的一般為uCLinux；而在有MMU平臺(tái)上，則使用原本地嵌入式Linux版本。由于在目前的主流嵌入式ARM中大多不具有MMU，因此只用IM左右的內(nèi)核就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能和任務(wù)調(diào)度的Linux系統(tǒng)就可以適用于從高端服務(wù)器到嵌入式應(yīng)用的各級(jí)平臺(tái)。ARM技術(shù)和Linux成功地結(jié)合，應(yīng)用于數(shù)以千計(jì)的商業(yè)產(chǎn)品中。從便攜式消費(fèi)品、網(wǎng)絡(luò)和無線設(shè)備，到自動(dòng)化設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和存儲(chǔ)產(chǎn)品，這一應(yīng)用列表與日俱增。ARM和Linux的結(jié)合充分滿足了各類應(yīng)用對(duì)嵌入式平臺(tái)高性能、低功耗和低價(jià)格的要求，通過開發(fā)環(huán)境、開源社區(qū)和ARM的商業(yè)伙伴的優(yōu)勢(shì)為嵌入式開發(fā)提供了更靈活的選擇。，在Windows XP 下安裝虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)中安裝Linux系統(tǒng)，這樣可以屏蔽底層差別，避免硬件驅(qū)動(dòng)帶來的麻煩，而且還能方便的使用串口、并口、USB接口，快速的進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)境。 虛擬機(jī)下Linux操作系統(tǒng)第二節(jié) 交叉編譯環(huán)境的建立通常嵌入式系統(tǒng)的軟件編譯和執(zhí)行是在兩個(gè)不同平臺(tái)上進(jìn)行的。編譯是在宿主機(jī)，一般為裝有Linux的pc；執(zhí)行是在目標(biāo)機(jī)，即嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。一般是在宿主機(jī)上通過跨平臺(tái)交叉編譯器把源文件編譯成目標(biāo)平臺(tái)上可執(zhí)行的文件，再通過串口、并口或者網(wǎng)絡(luò)下載至目標(biāo)平臺(tái)上的FLASH或者其它存儲(chǔ)介質(zhì)，然后由目標(biāo)機(jī)來運(yùn)行這些軟件。這里所說的跨平臺(tái)編譯器和一般的編譯器功能類似，都是把源代碼通過編譯器編譯成目標(biāo)文件，然后通過鏈接器、可重定位器程序和定位器把目標(biāo)文件重新定位成可執(zhí)行文件。和通用的編譯器之間最大的差別就在