【正文】 的處理器是主流的體系結(jié)構(gòu)。處理器的功能能也越來越強(qiáng)大，內(nèi)存空間越來越大，運(yùn)算速度也越來越高。 嵌入式處理器的特點(diǎn)(1) 安全。存儲區(qū)擁有很好的保護(hù)功能。嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)一般為模塊化，為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲區(qū)保護(hù)功能，對于軟件的故障診斷有很大的好處。(2) 支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。 (3) 可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)。運(yùn)用非常靈活，能夠快速開發(fā)出滿足各種應(yīng)用和高性能的嵌入式微處理器。 (4) 功耗低。降低功耗已經(jīng)是現(xiàn)在嵌入式處理器的一個(gè)發(fā)展方向，特別是用于便攜式的無線設(shè)備和移動計(jì)算以及通信設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)，功耗都已經(jīng)非常低，有的甚至達(dá)到了uW級。 ARM處理器介紹 ARM是一個(gè)公司名稱，ARM公司是全球領(lǐng)先的 16/32 位 RISC 微處理器知識產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)供應(yīng)商。ARM 公司通過轉(zhuǎn)讓高性能、低成本、低功耗的 RISC 微處理器、外圍和系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)給合作伙伴，使他們能用這些技術(shù)來生產(chǎn)各具特色的芯片。ARM已成為移動通信、手持設(shè)備、多媒體數(shù)字消費(fèi)嵌入式解決方案的RISC標(biāo)準(zhǔn)。ARM處理器有三大特點(diǎn)：小體積、低功耗、低成本而高性能；16/32位雙指令集； ARM處理器主要的系列產(chǎn)品：ARM7 、ARM9 、ARM9E、ARM10和SecurCore。其中ARM7 是低功耗的 32位核，最適合應(yīng)用于對價(jià)位和功耗敏感的產(chǎn)品，它又分為應(yīng)用于實(shí)時(shí)環(huán)境的ARM7TDMI，ARM7TDMIS，以及適用于開放平臺的 ARM720T和適用于 DSP 運(yùn)算及支持Java 的ARM7EJ 等。 S3C2440的結(jié)構(gòu)S3C2440A 是基于ARM920T核心， 181。m 的CMOS 標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲器單元。功耗低，性價(jià)比高。它的總線架構(gòu)是先進(jìn)微控制總線構(gòu)架（AMBA）。S3C2440A的處理器核心是有ARM公司設(shè)計(jì)的16/32 位ARM920T 的RISC處理器，這是其最為突出的特點(diǎn)。具有獨(dú)立的16KB的高速指令緩存和數(shù)據(jù)緩存，并且都是8字長，采用五級流水線，MMU，AMBA 總線和哈佛結(jié)構(gòu)高速緩沖體系結(jié)構(gòu)，采用統(tǒng)一的FBGA封裝，具有289個(gè)引腳。，I/，具有支持4K色STN和256色TFT的LCD控制器，還有一個(gè)LCD專用的DMA通道。支持64字節(jié)發(fā)送FIFO和64字節(jié)接收FIFO的UART通道，外部擴(kuò)展內(nèi)存控制器，擁有四通道的DMA，支持SPI，IIC，AC’97編解碼借口，IIS，USB主機(jī)和從機(jī)設(shè)備，8路的ADC接口，支持RTC并具有日歷功能，有攝像頭借口，PWM定時(shí)器和內(nèi)部定時(shí)器/看門狗定時(shí)器，支持多種類型的ROM啟動，具有130個(gè)GPIO口和24通道外部中斷源，具有普通、慢速、空閑和掉電四種工作模式和PLL。： 系統(tǒng)主控模塊的電路方框2. 越界檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體架構(gòu)和功能Linux是一類Unix計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱。它是用一個(gè)C語言和匯編語言寫成，符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的類Unix操作系統(tǒng)。在S3C2440上運(yùn)行剪裁過的Linux系統(tǒng)，在系統(tǒng)中編寫好圖像采集應(yīng)用程序與驅(qū)動程序。通過顯示驅(qū)動程序編寫及移植，在LCD上能夠?qū)崿F(xiàn)正常的視頻播放。系統(tǒng)需要不停地的采集攝像頭傳來的數(shù)據(jù)，設(shè)置好背景圖像，先要計(jì)算當(dāng)前圖像與背景圖像的差，然后對差分圖像進(jìn)行二值化，然后對二值化后的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理，再對形態(tài)學(xué)處理的結(jié)果進(jìn)行連通域處理，當(dāng)某一連通區(qū)域的面積(像素?cái)?shù))大于一定的閾值，就可以認(rèn)為是出現(xiàn)檢測目標(biāo)，并認(rèn)為這個(gè)連通的區(qū)域就是提取出的目標(biāo)圖像。嵌入式Linux視頻監(jiān)控系統(tǒng)是電工電子裝置、計(jì)算機(jī)軟硬件以及通信等多方面的有機(jī)組合體，它以智能化、交互性為特征，結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜。攝像頭傳送來的視頻信號數(shù)字化后，將數(shù)據(jù)送到arm板處理顯示出來，同時(shí)實(shí)現(xiàn)智能化異常報(bào)警功能。信號采集設(shè)備嵌入式Linux系統(tǒng)圖像處理客戶端攝像頭 總體框架示意圖監(jiān)控系統(tǒng)啟動后，在arm板中的嵌入式Linux 系統(tǒng)啟動服務(wù)程序，接收開始工作的請求后，usb攝像頭完成相應(yīng)的監(jiān)測，而arm板實(shí)現(xiàn)檢測與控制的功能。 越界檢測預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析(1) 嵌入式Linux系統(tǒng)的定制和驅(qū)動的移植。嵌入式Linux系統(tǒng)是整個(gè)越界檢測系統(tǒng)的軟件核心，而內(nèi)核的定制和驅(qū)動的移植也是嵌入式Linux系統(tǒng)最重要的部分之一，合理的處理好這一部分工作是系統(tǒng)得以完善的前提。(2) 圖像識別算法。圖像識別算法是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵因素，通過算法，可以對監(jiān)控區(qū)域的監(jiān)控實(shí)施的更加靈活。(3) 越界檢測預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確，快速準(zhǔn)確獲取信息，并且判斷出是否有被測物體進(jìn)入監(jiān)控區(qū)，一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，立刻實(shí)施報(bào)警。 攝像頭介紹 該系統(tǒng)使用的攝像頭的工作原理比較簡單，首先是感光鏡頭拍攝物體，再將生成光學(xué)圖像傳送到圖像傳感器上面，圖像傳感器把接收的信號轉(zhuǎn)化成模擬電信號，此模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，之后再送到數(shù)字信號處理芯片中做對應(yīng)的加工處理，之后通過USB接口傳輸?shù)紺PU中進(jìn)行處理，我們就可以通過顯示器看到圖像了。工作原理如圖所示：圖像傳感器鏡頭數(shù)字信號處理CPU 攝像頭工作流程圖圖像傳感器的實(shí)質(zhì)是一種半導(dǎo)體芯片，它表面的幾十萬到幾百萬的光電二極管受到光照射時(shí)，就會產(chǎn)生電荷。數(shù)字信號處理主要是通過一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法運(yùn)算，對數(shù)字圖像信號參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，并把處理后的信號通過USB等接口傳到PC等設(shè)備。常用的攝像頭有CCD攝像頭和CMOS攝像頭，CCD傳感器中每一行中每一個(gè)象素的電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個(gè)象素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出；而在CMOS傳感器中，每個(gè)象素都會鄰接一個(gè)放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。 之所以會出現(xiàn)折沖差別是因?yàn)椋篊CD的特殊工藝可保證數(shù)據(jù)在傳送時(shí)不會失真，因此各個(gè)象素的數(shù)據(jù)可匯聚至邊緣再進(jìn)行放大處理；而CMOS工藝的數(shù)據(jù)在傳送距離較長時(shí)會產(chǎn)生噪聲，因此，必須先放大，再整合各個(gè)象素的數(shù)據(jù)。 由于數(shù)據(jù)傳送方式不同，因此CCD與CMOS傳感器在效能與應(yīng)用上也有諸多差異，這些差異包括：靈敏度上，CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器。 成本上，CCD的成本比CMOS的成本要高。噪聲，CMOS的噪聲比CCD的要高很多。在功耗上，由于CMOS采集是主動式的，而CCD采集圖像是被動式的，CCD需要得電壓更高，因此功耗遠(yuǎn)高于CMOS。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)采用三星公司的ARM9 內(nèi)核芯片S3C2440作為硬件平臺的中央處理器，該處理器主頻可達(dá)400MHz，硬件接口和資源豐富，存儲單元包括Flash 和SDRAM，F(xiàn)lash 具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，用于存儲Bootloader 啟動程序、Linux 內(nèi)核映像、文件系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用程序等。SDRAM 數(shù)據(jù)存取速度大大高于Flash 存儲器，用于為操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序提供運(yùn)行空間。平臺利用RS232 接口輸出調(diào)試信息，通過USB HOST 接口連接USB 攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過CPU處理和存儲后把采集的圖片進(jìn)行二值化處理和形態(tài)學(xué)處理在終端顯示圖像并且能夠判斷活動的人，若果發(fā)現(xiàn)活動的人則驅(qū)動蜂鳴器報(bào)警，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示： CPU S3C2440SDRAM64MNAND Flash256MNOR Flash2M報(bào)警模塊攝像頭USB串口 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖3. 嵌入式 LINUX 應(yīng)用軟件平臺搭建 嵌入式 LINUX 系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)在當(dāng)今高速發(fā)展的信息社會中應(yīng)用越來越廣泛，幾乎離不開我們的生活，應(yīng)用的領(lǐng)域更是比傳統(tǒng)的PC更加廣，它之所以能夠有這么快速并且穩(wěn)健的發(fā)展是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)具備以下特點(diǎn)：l 系統(tǒng)內(nèi)核空間小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小很多。l 專用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性很強(qiáng),軟件和硬件系統(tǒng)的結(jié)合非常接近,通用硬件系統(tǒng)移植,即使在相同的品牌,同一系列的產(chǎn)品還需要根據(jù)變化的系統(tǒng)硬件構(gòu)成和增加或減少持續(xù)修改。同時(shí)根據(jù)不同的任務(wù),通常需要更改系統(tǒng)更大,程序的編譯下載和系統(tǒng)和聯(lián)合，這些變化和通用軟件“升級”完全是兩個(gè)概念。l 運(yùn)用BSP，板級支持包包含的芯片級初始化和設(shè)備驅(qū)動程序，它使嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺相分離。無論外圍設(shè)備怎么更變，需要用到時(shí)，板級支持包只需要輕微的修改。板級支持包的嵌入式操作系統(tǒng)有很強(qiáng)的可移植性。l 系統(tǒng)可靠性強(qiáng)。嵌入式操作系統(tǒng)采用了許多機(jī)制來使操作系統(tǒng)具有健壯性，如內(nèi)存管理單元、代碼段用“只可執(zhí)行”來保護(hù)、棧溢出監(jiān)測、跟蹤關(guān)鍵資源等。l 系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。l 高實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度；軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。 嵌入式 LINUX 系統(tǒng)移植 Bootloader 的介紹及移植BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序（注，有的嵌入式CPU也會內(nèi)嵌一段短小的啟動程序），因此整個(gè)系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由BootLoader來完成。Bootloader有很多種，包括armboot、Uboot、vivi等等。在本系統(tǒng)中采用的bootloader是Uboot。Uboot配置過程如下：解壓源代碼包到工作目錄： tar xvzf –C / 執(zhí)行該命令將把UBoot 源代碼解壓到/opt/GTStudio/GT2440/ 目錄。 再檢查一下當(dāng)前編譯器版本，執(zhí)行以下命令： armLinuxgcc v 如圖，是帶軟浮點(diǎn)運(yùn)算功能的編譯器： 帶軟浮點(diǎn)運(yùn)算功能的編譯器配置LCD屏類型： 修改/opt/GTStudio/GT2440/第120行，如圖所示： LCD配置根據(jù) LCD 型號定義 LCD_TFT 的值，并注釋掉其他LCD型號，“//”表示注釋其中WD_F3224WI為勝華 寸屏，A070 為群創(chuàng)7 寸保存并關(guān)閉文件。 配置進(jìn)入U(xiǎn)Boot 目錄，執(zhí)行： make GTStudio_config make 就可以開始編譯了，編譯完畢， 編譯uboot終端顯示圖把開發(fā)板設(shè)置為Nor Flash 啟動，連接好串口和USB 線，運(yùn)行超級終端和，打開電源，超級終端顯示如圖： 串口終端的主功能菜單 選擇功能號“1”，確認(rèn)USB 連接正常，：USB PortTransmitTransmit 選項(xiàng)，下載和燒寫到開發(fā)板。把 GT2440 啟動開關(guān)打到Nand Flash 啟動，重新復(fù)位或者重啟開機(jī)電源開關(guān)，在串口終端可以看到Uboot主功能菜單信息，如果開發(fā)板中已經(jīng)安裝了Linux 系統(tǒng)，UBoot 將會自動啟動它。完成上述操作后，Uboot就成功定制并且下載到硬件平臺上。 Linux 系統(tǒng)的移植 位于Linux\ 目錄，把內(nèi)核源代碼包復(fù)制到某一個(gè)目錄，進(jìn)入該目錄，運(yùn)行以下命令： tar xvzf –C /這樣將把內(nèi)核源代碼解壓到/opt/GTStudio/GT2440/ 目錄；解壓過程終端顯示如下圖所示： 內(nèi)核源碼解壓終端顯示為了方便用戶編譯，我們已經(jīng)制作了同光盤燒里燒寫鏡像一樣的內(nèi)核配置文件，，7寸群創(chuàng)屏對應(yīng)文件名為config_GT2440_A70，VGA轉(zhuǎn)接板分辨率設(shè)為640x480時(shí)對應(yīng)文件名config_GT2440_VGA640X480，分辨率設(shè)為800x600時(shí)對應(yīng)文件名config_GT2440_VGA800X600。 ，進(jìn)入Linux所在目錄，執(zhí)行命令： cp config_GT2440_H43 .config Linux下含有很多設(shè)備驅(qū)動程序，都是可以直接調(diào)用的，如下表所示： 主要驅(qū)動程序目錄表在Linux系統(tǒng)下雖然有這么多的設(shè)備驅(qū)動程序，但是我們實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候并不需要用到所有的驅(qū)動，為了避免不必要的浪費(fèi)，在我們編譯內(nèi)核之前可以對內(nèi)核進(jìn)行配置，把不需要用到的模塊不進(jìn)行編譯，這樣可以節(jié)省系統(tǒng)空間。也就是我們常說的Linux定制。Linux定制的步驟如下：在終端輸入以下命令：make menuconfig 回車確認(rèn)出現(xiàn)如下圖所示對話框： 內(nèi)核配置終端顯示從圖中我們可以看到，菜單選項(xiàng)中包含有：1. CPU配置選項(xiàng)。系統(tǒng)大部分使用了標(biāo)注了S3C2410 的選項(xiàng)，主要是由于S3C2410 和S3C2440 的很多寄存器地址等地址和設(shè)置是完全相同的，他們的配置也可以近似相同。我們可以找到S3C2440 機(jī)器平臺選項(xiàng)，并且選擇。進(jìn)入到S3C2400 Machines 子菜單后，可以看到里面有很多常見的使用S3C2440 的目標(biāo)板平臺選項(xiàng)。它們分別對應(yīng)于 arch/arm/machs3c2440/mach* 開頭的文件，而本課題所使用的開發(fā)板平臺為GT2440。還可以看到，在這個(gè)文件里面，還會用到一個(gè)機(jī)器碼MACH_TYPE，這個(gè)機(jī)器碼的定義文件為 arch/arm/tools/machtypes。本課題所使用的開發(fā)板的機(jī)器碼為9999，相應(yīng)的在uboot源代碼中include/asmarm/ 。2. LCD驅(qū)動和背光的配置。進(jìn)入主菜單，選擇 Device Drivers選項(xiàng)，選擇 Graphics support ，按回車進(jìn)入，選擇：* Support for frame buffer devices，然后在選擇： * S3C2410 LCD framebuffer support [*] GTStudio GT2440 B