【正文】 放該設(shè)備號。在應(yīng)用程序發(fā) 出文件操作的相關(guān)命令時，核心根據(jù)這些指針調(diào)用相應(yīng)函數(shù)，并將該結(jié)構(gòu)作為參數(shù)傳遞給它們。這樣，在枚舉函數(shù)將控制權(quán)返還給系統(tǒng)后，因為內(nèi)核不銷毀保留內(nèi)存，所以驅(qū)動仍然保留著自己的信息。 由于嵌入式平臺上運行的 內(nèi)核，內(nèi)部已經(jīng)集成了對 的支持，所以無需移植相應(yīng)的 USB 驅(qū)動。 開 始初 始 化 攝 像 頭 i n i t _ v i d e o I n ( )打 開 攝 像 頭 o p e n _ v 4 l ( )獲 取 攝 像 頭 參 數(shù) i c o t l ( i n t v d , i n t c m d , . . )設(shè) 置 攝 像 頭 參 數(shù) i o c t l ( )獲 取 一 幀 圖 像一 幀 是 否 截 取 完 畢存 儲 并 準 備 傳 輸是 否 終 止 視 頻 采 集關(guān) 閉 攝 像 頭終 止NYNY 圖 視頻采集程序 流程圖 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5章 視頻采集。因此可以建立兩個 URB，在等待一個 URB 被回收時，也就是圖像正在被傳感器采集時，處理、初始化另一個 URB，并在回收后立刻將其發(fā)出。在這塊內(nèi)存中，保存著本驅(qū)動、本設(shè)備的相關(guān)初始化信息。 USB 攝像頭的驅(qū)動和通用設(shè)備的驅(qū)動準則一樣，但需要與內(nèi)核提供的視頻驅(qū)動掛鉤。對于具體的設(shè)備驅(qū)動并不需要實現(xiàn)結(jié)構(gòu)中所有的例程，只要完成設(shè)備功能就可以了。 int (*fsync) (struct file*, struct dentry*, int datasync)。 ssize_t (*write) (struct file*, const char*, size_t, loff_t*)。函數(shù)返回 O 表示注冊成功，返回INVAL 表示申請的主設(shè)備號非法，返回 EBUSY 表示申請的主設(shè)備號正在被其它設(shè)備驅(qū)動程序使用。整個結(jié)構(gòu)圖是一個星狀結(jié)構(gòu)，一條 USB 總線上所有設(shè)備共享一條通往主機的數(shù)據(jù)通道，同一時刻只能有一個設(shè)備與主機通信。 支持兩種傳輸速率：低速 、東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4章 USB設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計 18 全速 12Mbit/s，這樣的速率完全滿足鼠標、鍵盤、 CDROM 等設(shè)備，但是在嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，這樣的速度還是很慢。如果設(shè)備是獨占的，即同一時刻只能有一個程序訪問此設(shè)備，則 open 子程序必須設(shè)置一些標志以表示設(shè)備的狀態(tài)。這部分程序在執(zhí)行時，系統(tǒng)仍認為是與進行調(diào)用的進程屬于同一個進程，只是由用戶態(tài)變成了核心態(tài)，但仍具有進行此系統(tǒng)調(diào)用的用戶程序的運行環(huán)境，因而可以在其中調(diào)用與進程運行環(huán)境相關(guān)的函數(shù)。另外每個文件都有 2 個設(shè)備號，第一個是主設(shè)備號，標識驅(qū)動程序 。利用這種機制，內(nèi)核尺寸可以保持在最小，并具有最大的靈活性，也便于檢驗新的內(nèi)核代碼，而不需要重新編譯內(nèi)核并重新引導(dǎo)。驅(qū)動程序的任務(wù)就是將這些函數(shù)映射到作用硬件的具體操作上。與 YAFFS 相 比，它增加了一些功能，因此功能更強。文件系統(tǒng)不能直接控制物理設(shè)備，它是通過 FLASH 驅(qū)動實現(xiàn)控制的 [11]。 內(nèi)核文件通過并口下載線燒寫入開發(fā)板中 ,便可以通過 BootLoader 加載運行。東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3章 嵌入式 ARM系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 14 Linux 的開發(fā)工具也都可以很方便的免費獲得。 (3)將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)從 FLASH 讀到 RAM 中 。 第一階段依賴于 CPU 體系結(jié)構(gòu)的代碼，比如設(shè)備初始化代碼等，通常都放在第一階段中，而且通常都用匯編語言來實現(xiàn)，運行效率比較高。從最終用戶的角度看， BootLoader 的作用就是用來加載操作系統(tǒng)，而并不存在所謂的啟動加載模式與下載模式的區(qū)別。這個動作都是用匯編語言完成的，稱為重置碼 (resetcode)或者稱為 bootcode，而且對于每個 CPU 都不一樣的，當電源接通后就會執(zhí)行這個動作，通常只有兩三個匯編指令，目的是將 CPU 的控制權(quán)轉(zhuǎn)給硬件初始化的程序。 本系統(tǒng)采用基于 XScale 的 PXA270，可以使用常用的 ARMLINUXGCC 交叉編譯器。 本次設(shè)計 的開發(fā)環(huán)境為 系統(tǒng)，在 Windows XP 下安裝虛擬機，在虛擬機中安裝 Linux 系統(tǒng)，這樣可以屏蔽底層差別，避免硬件驅(qū)動帶來的麻煩，而且還能方便的使用串口、并 口、 USB 接口，快速的進入實驗環(huán)境。目前正在開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)中， 49%的項目選擇嵌入式 Linux 作為操作系統(tǒng)。當 CPU運行 BOOT代碼時，通常只有這個終端 ；運行 LINUX內(nèi)核時，如果有 LCD 顯示，串口 0 與 LCD 終端會同時有效。 NOR 型 FLASH 的優(yōu)點 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 行，不用進入內(nèi)存 ， 使得它的傳輸效率很高。當 系統(tǒng)啟動時，CPU 首先從復(fù)位地址 0x0 處讀取啟動代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，程序代碼一般應(yīng)調(diào)入 SDRAM 中運行，以提高系統(tǒng)的運行速度。 總線驅(qū)動器： 若干； 核心板正面 如圖 所示 ，核心板背面如圖 所示。它的時鐘頻率從 312 到 624MHz 不等 ，并內(nèi)建 64MB 的堆棧型 Intel StrataFlash 內(nèi)存。 目前， ARM 處理器有 ARM ARM ARM9E、 ARM ARM10E、SecurCore、 StrongARM 和 XScale 等系列。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖 所示 [1]。 本次設(shè)計的目的只有一個，就是實現(xiàn)視頻的實時監(jiān)控。在公眾家庭市場，視頻監(jiān)控主要是應(yīng)用于住宅的安全防范和財產(chǎn)的監(jiān)控。為了應(yīng)對市場需求，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)用和價格上不斷貼近家庭市場的消費需求，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，憑借強大的技術(shù)、時尚的外觀設(shè)計和高性價比，潛移默化地改變著國內(nèi)安防民用市場的發(fā)展現(xiàn)狀 。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，嵌入式處理器類型多樣化，處理能力空前提升，新興的嵌入式系統(tǒng)正朝著信息家電 IA（ Information Application）和 3C（ Computer,Communicationamp。嵌入式技術(shù)把硬件和軟件集 于一體，獨立工作。在這個時期，視頻監(jiān)控把采集到的圖像、聲音和視頻轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行處理、傳輸，接受端再把數(shù)字信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)轉(zhuǎn)換成模擬信號供用戶使用。 二十一世紀的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化讓人們 的生活每天都發(fā)生著翻天覆地的變化 ，獲取信息的方便和快捷可以使人們在信息化的今天領(lǐng)先一步創(chuàng)造出巨大的利益，而 獲取信息的重要途徑就是眼睛。 論文首先闡述了嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀和前景，然 后介紹了嵌入式硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)的特點， 闡述了嵌入式硬件整體結(jié)構(gòu)，使大家大體的完整的對系統(tǒng)硬件有詳細的了解， 實際記錄了嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核的編譯和移植，介紹了 Bootloader 的基本原理和啟動過程， 實現(xiàn)了視頻采集程序的編譯和移植， 研究了嵌入式一般驅(qū)動程序的使用。東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 － － 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 基于 ARM 的 網(wǎng)絡(luò) 視頻 監(jiān)控系統(tǒng) 的設(shè)計與實現(xiàn) 設(shè)計 (論文 )的基本內(nèi)容： 網(wǎng)絡(luò) 視頻監(jiān)控是未來監(jiān)控 發(fā)展的趨勢，它是把 傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)通過一個通信協(xié)議連接到網(wǎng)絡(luò)中 ，這個系統(tǒng)可以支持雙向通信。本系統(tǒng)以 Intel Xscale 芯片和嵌入式Linux 系統(tǒng)為平臺，在平臺中搭建網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，并以它為中介，負責將 USB攝像頭采集到得視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，最后發(fā)送到申請監(jiān)控的遠程 PC機中，遠程 PC 只需在網(wǎng)頁中便能實時的看到監(jiān)控端的視頻圖像。這不是什么高深的技術(shù)，只需在家中安裝一臺攝像頭，實現(xiàn)視頻監(jiān)控的功能。 接著，數(shù)字技術(shù)出現(xiàn)，它以領(lǐng)先模擬技術(shù)的諸多特點引領(lǐng)著視頻監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部使用嵌入式操作系統(tǒng)，安裝專用的功能軟件。 嵌入式早期應(yīng)用于軍事及航天領(lǐng)域，以后逐步廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控 制、儀器儀表、汽車電子、通信和家用消費領(lǐng)域。 近年來，隨著人們生 活條件的改善，國內(nèi)市場對適合民用的安全監(jiān)控系統(tǒng)的需求變得十分強烈。 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 2020年視頻監(jiān)控應(yīng)用的新市場。 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)，方便大家熟悉東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1章 引言 3 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)動程序，主要是攝像頭驅(qū)動程序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)控的具體流程和實現(xiàn)方式，讓大家在總體上對整個系統(tǒng)有一個大概的認知；最后， 搭建了視頻服務(wù)器和具 體網(wǎng)站，增加了整個系統(tǒng)的友好程度，讓系統(tǒng)全面的跟高的展示在使用者面前。監(jiān)控系統(tǒng)的使用者可以在遠程實現(xiàn)網(wǎng)頁上的實時監(jiān)控和一些簡單的功能操作。 采用 RISC 架構(gòu)的 ARM 微處理器一般具有如下特點： (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)處理指令只對寄存器進行操作， 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增減來提高運行效率。 PXA27x 系列處理器是英特爾當前最新推出的嵌入式處理器。 CPLD: XILINX 95144 (117USER IO)。 SDRAM 是嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存，具有單位空間存儲容量大和價格便宜的優(yōu)點，已 廣泛應(yīng)用在各種嵌入式系統(tǒng)中。 NAND 型 FLASH 單元密度 高 ，寫入和擦除速度非?？?，而且一般 NAND 型 FLASH 的存儲容量很大。 大多數(shù)情況下，嵌入式 CPU 的串口 0 會作為 CPU 的 一個終端，為用戶與 CPU 交互提供基本的輸出輸入信息。 嵌入式Linux 是指對 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)的存儲器芯片或單片機中，應(yīng)用于特定嵌入式場合的專用操作系統(tǒng)。 ARM 和 Linux 的結(jié)合充分滿足了各類應(yīng)用對嵌入式平臺高性能、低功耗和低價格的要求，通過開發(fā)環(huán)境、開源社區(qū)和 ARM的商業(yè)伙伴的優(yōu)勢為嵌入式開發(fā)提供了更靈活的選擇。所以一般來說每種 CPU 都對應(yīng)有不同的跨平臺編譯器。 BootLoader 一般情況下需要包含以下幾個必備的功能 : (l)初始化處理器。 一般 BootLoader 都包含兩種不同的操作模式 :―啟動加載 ‖模式和 ―下載 ‖模式，這種區(qū)別僅對于開發(fā)人員才 有意義。 BootLoader 的實現(xiàn)依賴于 CPU 的體系結(jié)構(gòu)，一般來說啟動過程分為兩個階段 。 (2)檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射 。一般常用的 GUI 如 QT/E， MiniGUI 等都支持 Linux。然后便可以生成所需要的內(nèi)核文件了，用 make zlmage 來實現(xiàn)得到可移植的內(nèi)核。此外，文件系統(tǒng)要對管理文件的安全性負責。 JFFS2 文件系統(tǒng)是按層次結(jié)構(gòu)設(shè)計的，分為文件系統(tǒng)管理層接口、 JFFS2 內(nèi)部實現(xiàn)層和 NAND 接口層，這樣就簡化了其與系統(tǒng)的接口設(shè)計， 可以方便地集成到系統(tǒng)中去。用戶只需調(diào)用一組標準化的函數(shù)完成操作，而且這些操作與特定的 驅(qū)動程序無關(guān)?？梢愿鶕?jù)用戶的需要在不需要對內(nèi)核進行重新編譯的情況下動態(tài)載入正在運行的內(nèi)核，或從正在運行的內(nèi)核中卸載。每個設(shè)備文件都有其文件屬性，表示是字符設(shè)備還是塊設(shè)備。調(diào)用這部分程序是由于系統(tǒng)調(diào)用的結(jié)果。 open 子程序必須對將要進行的 I/O 操作做好必要的準備工作，如清除緩沖區(qū)等。 USB 總線規(guī)范有 版和 版。一條 USB 總線上可以外接 127 個設(shè)備，包括根集線器和其他集線器。在 Linux 系統(tǒng)中，對于字符設(shè)備一般通過調(diào)用 register_chrdev 向系統(tǒng)注冊設(shè)備驅(qū)動程序， register_chrdev 在fs/ 文件 中的 定義 如下 :int register_chrdev(unsigned int major,const char*name,struct file_operations fops) 定義中的 major 是設(shè)備驅(qū)動程序向系統(tǒng)申請的主設(shè)備號，如果 major 為 O，東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4章 USB設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計 20 則系統(tǒng)為該驅(qū)動程序動態(tài)的分配一個主設(shè)備號，不過此設(shè)備號是臨時的； name是設(shè)備名： fops 是各個調(diào)用入口點的說明。 ssize_t (*read) (struct file*, size_t, loff_t*)。 int (*release) (struct inode*, struct f