【正文】 Linux中的任一設(shè)備在設(shè)備模型中都有一個(gè) device描述，設(shè)備是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，操作系統(tǒng)就是一個(gè)大的接口，最后溯源都會(huì)到對(duì)于設(shè)備的操作，而對(duì)于設(shè)備的理解的程度則也是和對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)理解程度成正比的。 /* sysfs 的目錄項(xiàng) */ wait_queue_head_t poll。通過(guò)建立表示系統(tǒng)設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系的樹(shù)結(jié)構(gòu)，能夠在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)智能的電源管理。 [9]此 過(guò)程由內(nèi)核 中設(shè)備驅(qū)動(dòng) 注冊(cè) 的中斷來(lái)協(xié)助完成。 } 當(dāng)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件進(jìn)行諸如 open、 close、 read、 write 等操作 時(shí) ， linux內(nèi)核將通過(guò) file_operations 結(jié)構(gòu)訪(fǎng)問(wèn)驅(qū)動(dòng)程序提供的函數(shù)。 ssize t( *write) (struct file *,const char *,size_t,loff_t *)。 當(dāng)應(yīng)用程序 通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用 對(duì)某個(gè)設(shè)備文件 操作時(shí) ， linux 內(nèi)核會(huì)根據(jù)設(shè)備文件的 設(shè)備類(lèi)型和主設(shè)備號(hào)調(diào)用 對(duì)應(yīng) 的驅(qū)動(dòng)程序，并從用戶(hù)態(tài)轉(zhuǎn)換到內(nèi)核態(tài)，在由驅(qū)動(dòng)程序 找到對(duì)應(yīng) 的次設(shè)備號(hào)，最終完成對(duì)硬件的操作。字符設(shè)備是指那些無(wú)緩沖 可以 直接 進(jìn)行 讀寫(xiě)的設(shè)備，如系統(tǒng)的串口 通信 設(shè)備。同一種圖像格式的攝像頭由于采用芯片型號(hào)的不同，捕獲的圖像數(shù)據(jù)流可能也會(huì)存在微小的差異。光電二極管受到光照射時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電荷。 ARM 9 的多媒體處理能力和低功耗等特點(diǎn)使得 ARM 9 處理器必將被廣泛應(yīng)用于各種無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中，包括 P D A 、數(shù)字電視、機(jī)頂盒、家用路由器、MP 4 播放器、商業(yè)銀行終端等。 交叉編譯 的構(gòu)建 交叉編譯的過(guò)程本身并不復(fù)雜，完成交叉編工具鏈的制作卻是比較困難的，網(wǎng)上又有很多交叉編譯的構(gòu)建 方法可以提供參考。和本地編譯類(lèi)似，交叉編譯的過(guò)程也是由編譯、鏈接等階段組成，源程序通過(guò)交叉編譯器編譯生成目標(biāo)模塊 ，并由交叉鏈接器最后鏈接成可在目標(biāo)平臺(tái)上執(zhí)行得代碼。通信流程如圖 24 所示。整個(gè)硬件設(shè)計(jì)如圖 2 所示。 [3] 嵌入式最 大的 特色是與人們的生活密切相關(guān)， 基于 嵌入式技術(shù)的電子產(chǎn)品 已經(jīng)普及 到大眾生活各個(gè)角落 ， 像 MP3， 手機(jī)，上網(wǎng)本 等 娛樂(lè) 設(shè)備， 智能 家電、 車(chē)載 GIS導(dǎo)航儀。 圖像采集系統(tǒng)作為視頻監(jiān)測(cè)的一個(gè)部分，在安全防范領(lǐng) 域有著廣泛的應(yīng)用，也是嵌入式 Linux 的 一個(gè)應(yīng)用方向。 設(shè)計(jì)圖像采集和存儲(chǔ)的軟件 。 2．設(shè)計(jì)圖像傳感器與嵌入式系統(tǒng)的接口。 將 Linux內(nèi)核應(yīng)用到一個(gè)特定的嵌入式 圖像采集 系統(tǒng)首要的工作就是 Linux系統(tǒng)移植和驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)。 Linux 的入門(mén)是一項(xiàng)艱辛的工作，由于 linux 的開(kāi)源特性， linux 社區(qū)中上有大量的參考資料，對(duì)于本畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成有很大的幫助，本畢業(yè)設(shè)計(jì)也是站在巨人的肩膀上，對(duì)嵌入式 linux 系統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng)做一個(gè)初步的探索。 對(duì)于本畢設(shè)的研究，結(jié)合了 arm9 微處理器 、網(wǎng)絡(luò)、圖像處理和傳輸技術(shù)于一體的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，意義 非常明顯 。 軟件設(shè)計(jì) 程序 開(kāi)發(fā)環(huán)境是在 ubuntu Linux 系統(tǒng)下 搭建 的，所以首先需要 在 pc 上 搭建好 嵌入式 Linux 的環(huán)境， 然后 才 可以調(diào)試、編譯 和運(yùn)行 應(yīng)用程序 ?？蛻?hù)端程序 通過(guò)接收?qǐng)D像，把 數(shù)據(jù) 存放在 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，對(duì)其 處理 后，顯示在監(jiān)控 PC 上。目前， gcc 已經(jīng)被移植到多種處理器架構(gòu)上，并且在商業(yè)、專(zhuān)利和開(kāi)源軟件商廣泛使用 。 ARM 處理器以其完整的體系結(jié)構(gòu)發(fā)展系列，以 及極小的體積、極低的功耗、極低的成本和極高的性能，并能及時(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)，從眾多種類(lèi)的嵌入式微處理器中脫穎而出。近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，圖像傳感器技術(shù)的成熟，使得攝像頭的圖像質(zhì)量得到明顯改善，同時(shí)攝像頭的價(jià)格也大幅度下降。 數(shù)字信號(hào)處理芯片 DSP 一般包括這三個(gè)模塊：鏡像信號(hào)處理器 ISP（ image signal processor）， JPEG 圖像解碼器（ JPEG encoder）， USB 設(shè)備控制器（ USB device controller），主要功能是通過(guò)一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法運(yùn)算，對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理（如壓縮編碼），并把處理后的信號(hào)通過(guò) USB 等接口傳到 PC 等設(shè)備。驅(qū)動(dòng)程序工作在內(nèi)核空間，應(yīng)用程序一般運(yùn)行于用戶(hù) 空間（ 32 位 Linux 操作系統(tǒng)一般把內(nèi)存地址的 0~3g空間作為用戶(hù)空間， 3~4G 空間作為內(nèi)核空間） 。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 2. 設(shè)備文件 從用戶(hù)的角度，在使用不同的設(shè)備時(shí)，需要使用不同的操作方法，是非 常麻煩的。這部分利用驅(qū)動(dòng)程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行初始化。 int( *open) (struct inode *,struct file *)。對(duì)于塊設(shè)備， 使用 函數(shù)block_read()和 block_write()來(lái) 對(duì) 數(shù)據(jù) 進(jìn)行 讀寫(xiě) 。設(shè)備驅(qū)動(dòng) 所控制的中斷號(hào) (IRQ)必須在取得對(duì)此中斷的所有權(quán)之前找到 。 [12] 設(shè)備模型的首要任務(wù)是把設(shè)備連接起來(lái)，形成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。 // ksetkobj 所屬的類(lèi)型。 //代表這個(gè)設(shè)備并且連接它到層次中的 kobject. 注意 , 作為一個(gè)通用的規(guī)則 , devicekobjparent 等同于 deviceparentkobj. char bus_id[BUS_ID_SIZE]。 kobj_type 結(jié)構(gòu)關(guān)注的是對(duì)象的類(lèi)型，它是具有相同操作的 kobject 的集合，負(fù)責(zé)管理這一類(lèi) kobject 在 sysfs 下的操作，該結(jié)構(gòu)定義在 include/linux/ struct kobj_type { void (*release)(struct kobject *kobj)。 */ 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 struct kref kref。為此， 之后引進(jìn)了新的 內(nèi)核設(shè)備模型。如果設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序被連接進(jìn)入內(nèi)核，輪詢(xún)方式會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果： cpu 將無(wú)所事事，直到設(shè)備完成此請(qǐng)求。 ssize_t( *readv) (struct file *,const struct iovec *,unsigned long,loff_t *)。而 關(guān)閉字符 或者塊設(shè)備， 需要通過(guò) 使用unregister_chrdev()或 unregister_blkdev()函數(shù) 注銷(xiāo)設(shè)備， 并 同時(shí)釋放 分配得到 的主設(shè)備號(hào)。 3. 主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào) Linux 為每個(gè)設(shè)備分配了一個(gè)主設(shè)備號(hào)和一個(gè)次設(shè)備號(hào)；主設(shè)備號(hào)標(biāo)識(shí)具體設(shè)備的實(shí)例。 ⑶ 讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序的請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。這是具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的集成電路芯片第一次在一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域占到領(lǐng)先地位?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的攝像頭主要以數(shù)字?jǐn)z像頭為主，而數(shù)字?jǐn)z像頭中又以接口簡(jiǎn)單的 USB 數(shù)字?jǐn)z像頭為主，以下主要介紹 USB 數(shù)字?jǐn)z像頭。其在硬件上還包括 16KB 的指令數(shù)據(jù) C a c he ， 16K B 指令數(shù)據(jù) TCM ， 通過(guò) AB MA ， AHB 和 AP B 組成的內(nèi)部總線(xiàn)和外部模塊相連。它是一個(gè)功能全面，可擴(kuò)展的 IDE，可以使用 C / C++和其他編程語(yǔ)言的插件，功能非常強(qiáng) 大，可以媲美 VC++ IDE。通過(guò)交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境的方式，在宿主機(jī)上利用已有的成熟的開(kāi)發(fā)工具，專(zhuān)門(mén)針對(duì)目標(biāo)板定制一套系統(tǒng)，包括引導(dǎo)程序，內(nèi)核，文件系統(tǒng)，然后下載目標(biāo)板上測(cè)試執(zhí)行，最后利用宿主機(jī)上的調(diào)試工具對(duì)目標(biāo)板上運(yùn)行的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試。通過(guò)它可以執(zhí)行打開(kāi)、讀寫(xiě)及關(guān)閉等操作。 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 4. 部分實(shí)驗(yàn)及調(diào)試。 關(guān)鍵詞 :ARM9 Linux 嵌入式 視頻監(jiān)控 USB 驅(qū)動(dòng) V4L 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) IV Abstract Linux is an open source operating system, and with the character of open source code, powerful kernel, safe, supporting more hardware platforms, Linux get a very wide range of applications in embedded systems and is currently the most popular embedded operating systems,and has the highest market share. In recent years, with the android rising, mercial linux market is growing, Many large panies to develop a new operating system on the basis of the linux kernel and try to use it in wider areas. Linux system porting and driver development is the primary work to apply Linux kernel to a particular embedded image acquisition system. When this part of the work is pleted,the kernel will shield the plexity and diversity of the hardware platform for the upper layer application development, greatly increase the efficiency of product development. This graduation design use FL2440 platform, in order to plete the embedded video monitoring system as the goal, the platform using the Samsung S3C2440A chip selecting version of the kernel, the work involved in the linux USB drive transplant, the data acquisition program used to send the video munication server side and client data receiving programming. The main content of the graduate design thesis as follows: 1. Study linux kernel usb driver model, given the structures of embedded Linux development environment and the preparation of the linux driver code. linux serverside data collection program interface (v4L,) and tcp / ip protocol interface, write the top of the data collection procedures and tcp / ipbased image transmission program (server side). the client on Ubuntu Linux PC with SDL library to display images. Key words: ARM9 Linux Embedded Video Monitor USB Driver 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) V 目 錄 摘 要 ..........................................................................................................................Ⅲ Abstract........................................................................................................................Ⅳ 引 言 ....................................................................................................................... 1 1 概述 ........................................................................................................................... 2 課題任務(wù)與目的 ......