【正文】 更新的 要求，如何經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)特定環(huán)境所需的監(jiān)控功能，給我們提出了新 的課題。 1 課題名稱 基于 ARM 的 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 專 業(yè) 電子信息工程 2 摘 要 隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人對(duì)安全防范意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，視頻監(jiān)控 系統(tǒng)已經(jīng)成為人們?cè)谏a(chǎn)、生活中必不可少的一個(gè)部分。 本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于 ARM9 和 Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)視頻圖像的采集、壓縮和傳輸。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方案，將硬件劃分為三大模塊：主 控器與儲(chǔ)存器模塊；電源時(shí)鐘復(fù)位電路模塊；外圍接口電路模塊。 本文實(shí)現(xiàn)了一種體積小、成本低廉、數(shù)字化的監(jiān)控解決方案。圖像時(shí)客觀事物的形象、生動(dòng)的描繪，是直觀而具體的信息表達(dá)方式，是人類重要的信息載體。 嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介 嵌入式系統(tǒng) (Embedded System)是計(jì)算機(jī)的一種應(yīng)用形式，通常指嵌入在宿主設(shè)備中的微處理機(jī)系統(tǒng)。 (1)硬件環(huán)境 硬件環(huán)境是整個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運(yùn)行的硬件平臺(tái)，不同的應(yīng)用 通常有不同的硬件環(huán)境。嵌入式操作系統(tǒng)具有相對(duì)不變性。 論文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，本文將重要研究一下內(nèi)容 （ 1）嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 在 ARM 微處理器上運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)，可以為上層軟件的開發(fā)提供統(tǒng)一的接口，方便系統(tǒng)功能的進(jìn)一步擴(kuò)展升級(jí)。 （ 1） 視頻數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸 嵌入式 Linux 系統(tǒng)具有完整的 TCP39。 第三章：研究嵌入式 Linux 在 ARM 上的裁減和移植。 視屏監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 基于嵌入式技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)前端采用攝像頭采集視頻流，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮苷摺? ARM 處理器是一個(gè) 32位元 精簡(jiǎn)指令集 (RISC)處理器架構(gòu) ,其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。目前存在著許多不同的Linux,但它們都使用了 Linux 內(nèi)核。 Linux 得名于計(jì)算機(jī)業(yè) 余愛好者 Linus Torvalds。同時(shí) Linux 也支持多處理器技術(shù)。編譯時(shí)在宿主機(jī)上進(jìn)行的，執(zhí)行是在目標(biāo)機(jī)，及嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。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。一個(gè)嵌入式 Linux系統(tǒng)從 軟件 的角度看通?？梢苑譃樗膫€(gè)層次 [12]： 引導(dǎo)加載程序。 文件系統(tǒng)。特定于用戶的應(yīng)用程序。 PC 機(jī)中的引導(dǎo)加載程序由 BIOS(其本質(zhì)就是一段固件程序 )和位于硬盤 MBR 中的 OS BootLoader（比如， LILO 和 GRUB 等）一起組成。因此，在嵌入式世界里建立一個(gè)通用的 BootLoader 幾乎是不可能的。這個(gè)階段的主要任務(wù)有： （ 1）初始化本階段要使用的硬件設(shè)備 （ 2） 檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)存映射 （ 3）將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)從 FLASH 讀到 RAM 中 （ 4）為內(nèi)核設(shè)置啟動(dòng)參數(shù) Linux 平臺(tái)下 mjpgstreamer 移植 本系統(tǒng)選用嵌入式 Linux 作為目標(biāo)機(jī)操作系統(tǒng)，一方面由于 Linux 是一款免費(fèi)的操作系統(tǒng)，能很好的見底成本，同時(shí) Linux 的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)在應(yīng)經(jīng)成為熱門，有大量的資源可供學(xué)習(xí)與使用，并且 Linux 系統(tǒng)具有良好的可移植性和可裁剪性，能自動(dòng)支持多任務(wù)管理。 11 4. 基于 V4L 的 視頻采集程序以及圖像壓縮理論 V4L2 Video for Linux two(Video4Linux2)簡(jiǎn)稱 V4L2，是 V4L 的改進(jìn)版。一般來說，采用 V4L2驅(qū)動(dòng)的 攝像頭設(shè)備文件是 /dev/v4l/video0。 Linux 系統(tǒng) V4L2的能力可在 Linux 內(nèi)核編譯階段配置，默認(rèn)情況下都有此開發(fā)接口。 視頻輸出覆蓋接口 ——Video Output Overlay Interface。 其次，申請(qǐng)若干 視頻采集的幀緩沖區(qū)，并將這些幀緩沖區(qū)從內(nèi)核空間映射到用戶空間，便于應(yīng)用程序讀取 /處理視頻數(shù)據(jù) 。 視頻采集的參數(shù)初始化 在 Linux 下，攝像頭硬件已經(jīng)被映射為設(shè)備文件 “/dev/video0”，用 open 函數(shù)打開這個(gè)設(shè)備文件，獲得其文件描述符 fd_v4l2，然后對(duì)這個(gè)文件描述符進(jìn)行參數(shù)初始化。 c 是表示采集窗口的大小的結(jié)構(gòu)體，它的成員 Left 和 Top 分別表示視頻采集區(qū)域的起始橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)， width 和 height 分別表示采集圖像的寬度和高度。 }。需要設(shè)定 pix 里的幾個(gè)變量， pixelformat 表示采集 13 格式，設(shè)置為 V4L2_PIX_FMT_YUV420。賦值后，用 ioctl 函數(shù)通過這個(gè)結(jié)構(gòu)體對(duì)fd_ v4l2進(jìn)行設(shè)置。 // V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OVERLAY __u8 raw_data[200]。 type 同上，由于選的是 V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE，所以僅需設(shè)定 parm 中的 v412_capture 型結(jié)構(gòu)體 capture 即可。 struct v4l2_streamparm { enum v4l2_buf_type type。 /* userdefined */ } parm。 應(yīng)用程序通過 API 接口提供的 查詢方法 (VIDIOC_QUERYBUF)查詢到幀緩沖區(qū)在內(nèi)核空間的長(zhǎng)度和偏移量地址。 應(yīng)用程序需要將上述幀緩沖區(qū)在視頻采集輸入隊(duì)列排隊(duì) (VIDIOC_QBUF)，然后可啟動(dòng)視頻采集。 最后，應(yīng)用程序?qū)⑻幚硗陻?shù)據(jù)的幀緩沖區(qū)重新放入視頻采集輸入隊(duì)列 ,這樣可以循環(huán)采集，如圖 [16]: 15 圖 視頻采集輸入和輸出隊(duì)列示意圖 (3)最終停止采集，釋放內(nèi)存幀緩沖區(qū) 用 V4L2采集視頻的程序流程和相關(guān) API V4L2采集視頻操作基本按照打開視頻設(shè)備、設(shè)置視頻格式、啟動(dòng)視頻采集，循環(huán)處理視頻數(shù)據(jù)、停止視頻采集、關(guān)閉視頻設(shè)備，具體操作通過 ioctl 等函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。ioctl(fd_v4l, VIDIOC_QUERYCAP, amp。fmt) 設(shè)置視頻的幀率，使用 ioctl(fd_v4l, VIDIOC_S_PARM, amp。buf) 16 (5)應(yīng)用程序通過內(nèi)存映射，將幀緩沖區(qū)的地址映射到用戶空間，這樣就可以直接操作采集到的幀了，而不必去復(fù)制。buf) (7)開始視頻流數(shù)據(jù)的采集。 ioctl (fd_v4l, VIDIOC_DQBUF, amp。buf) 重復(fù)上述步驟 8到 10，直到停止采集數(shù)據(jù)。 以上的程序流程，包含了視頻設(shè)備采集連續(xù)的視頻數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系。TCP/IP 定義了電子設(shè)備如何連入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。 TCP/IP 結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng) OSI結(jié)構(gòu) TCP/IP OSI 應(yīng)用層 應(yīng)用層 表示層 會(huì)話層 主機(jī)到主機(jī)層（ TCP）（又稱傳輸層） 傳輸層 18 網(wǎng)絡(luò)層（ IP） 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)接口層（又稱鏈路層） 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 網(wǎng)絡(luò)接口層 物理層是定義物理介質(zhì)的各種特性： 機(jī)械特性。 socket 網(wǎng)絡(luò)編程 socket 的英文原義是 “孔 ”或 “插座 ”。每種服務(wù)都打開一個(gè) Socket，并綁定到一個(gè)端口上，不同的端口對(duì)應(yīng)于不同的服務(wù)。 根據(jù)連接啟動(dòng)