【正文】 ARM9 處理器的特點(diǎn) 1) 流水線 對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來說，硬件通常是第一考慮的因素。 3) 引入高速讀緩存和寫緩存 一般來說處理器的處理速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于存儲(chǔ)器的訪問速度，而當(dāng)存儲(chǔ)器訪問成為影響系統(tǒng)性能的主要因素時(shí)，高速緩存（ Cache）和寫緩存（ Write Buffer）可以很好地解決這個(gè)問題，它們存儲(chǔ)了最近常用的代碼和數(shù)據(jù)，以供 CPU 快速存儲(chǔ) 能的瓶頸時(shí)，處理器再快也無法發(fā)揮作用。 S3C2440 提供了很多可擴(kuò)展功能的模塊，主要有 MMU 虛擬內(nèi)存管理單元、 LCD 控制器、 2 通道 SPI、 IIC 接口、 IIS 接口、 3 通道 UART、 4 通道 DMA、 4 通道具有 PWM 功能的定時(shí)器、 130 個(gè) 通用 I/O 口、8 通道 ADC 接口、攝像頭接口、觸摸屏接口、 24 通道外部中斷源、 1 個(gè) USB 主機(jī)接口 /1 個(gè) USB 設(shè)備接口、 SD/MMC 接口、音頻輸入輸出接口等。 WindowsCE 是微軟公司嵌入式 、移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)，它是一個(gè)開放的、可升級(jí)的 32 位嵌入式操作系統(tǒng)。最重要的是它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的開放式平臺(tái)，任何人都可以為支持Symbian 的設(shè)備開發(fā)軟件。操作系統(tǒng)作用有：統(tǒng)一管理系統(tǒng)資源、為用戶提供訪問硬件的接口、調(diào)度多個(gè)應(yīng)用程序、管理文件系統(tǒng)等等。它采用了新的總線架構(gòu)如先進(jìn)微控制總線構(gòu)架（ AMBA）。 圖 s3c2440 芯片結(jié)構(gòu)圖 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁 共 37 頁 USB 攝像頭工作原理 攝像頭（ CAMERA）又稱為電腦相機(jī)、電腦眼等，它作為一種視頻輸入設(shè)備，在過去被廣泛的運(yùn)用于視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程醫(yī)療及實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面。 在 PC Linux 終端里 , 輸入 tar –xvzf –C /，安裝交叉編譯器（注意需要 root 權(quán)限）。但是沒有軟件來操作和控制它，自身是不能工作的。第三種方式從 2022 年 版本開始，使用一種 ―timebased‖的方式。 3)虛擬文件系統(tǒng)（ Virtual File System ， VFS）隱藏了各種硬件的具體細(xì)節(jié)，為所有的設(shè)備提供了統(tǒng)一的接口， VFS 提供了多達(dá)數(shù)十種不同的文件系統(tǒng)。它是 Linux 內(nèi)核提供給用戶空間的編程接口，各種的視頻和音頻設(shè)備開發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序后，就可以通過 v4l 提供的系統(tǒng) API來控制視頻和音頻設(shè)備，也就是說 v4l 分為兩層，底層為音視頻設(shè)備在內(nèi)核中的驅(qū)動(dòng)，上層為系統(tǒng)提供的 API，而對(duì)于我們來說需要的就是使用這些系統(tǒng)的 API。 而現(xiàn)在出現(xiàn) Video4Linux2 （ Video for Linux Two），簡稱 V4L2，他是 V4L的改進(jìn)版，修復(fù)了第一代的部分設(shè)計(jì) bug。 Linux 的內(nèi)存管理支持虛擬內(nèi)存，即在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的程序，其代碼，數(shù)據(jù)，堆棧的總量可以超過實(shí)際內(nèi)存的大小，操作系統(tǒng)只是把當(dāng)前使用的程序塊保留在內(nèi)存中，其余的程序塊則保留在磁盤中。 C 代表一些 bug 修復(fù)，安全更新，新特性和驅(qū)動(dòng)的次數(shù)。 通過 USBslave 燒寫到開發(fā)板的 NAND Flash 中。 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁 共 37 頁 該系統(tǒng)中，紅外遙控器發(fā)射出的信號(hào)由 51 單片機(jī)開發(fā)板中的紅外模塊接收，然后由 51 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡，并且轉(zhuǎn)速可調(diào)。 NORMAL MODE：在 NORMAL 模式，所有的外圍設(shè)備以及基本模塊，包括電源管理模塊、 CPU 核、總線控制器、內(nèi)存控制器、中斷控制器、 DMA、以及外部主控都可以完整的操作。三星公司的 S3C2440A為手持設(shè)備和普通應(yīng)用提供了低功耗和高性能的小型芯片微控制器的解決方案。 Linux 是在 GNU 公共許可權(quán)限下免費(fèi)獲得的，是一個(gè)符合 POSIX 標(biāo)準(zhǔn) 的操作系統(tǒng)。沒有提供輸入輸出管理，文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)等額外的服務(wù)。 VxWorks 操作系統(tǒng)是美國 WindRiver 公司 (已被 Intel 收購 )于 1983 年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（ RTOS） ,是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。 ARM 處理器在指令集系統(tǒng)的情況下，通過搭配不同的部件構(gòu)成了功能不同的處理器，這些處理器被分為一下幾個(gè)系列： ARM ARM ARM9E、 ARM10E、 ARM1Cortex、 SecurCore、 OptimoDE Data Engines 等。諾依曼結(jié)構(gòu)。 c) 經(jīng)典 ARM 處理器 ARM 經(jīng)典處理器適用于那些希望在新應(yīng)用中使用經(jīng)過市場驗(yàn)證的技術(shù)組織。 5) 嵌入式軟件開發(fā) 要想走向標(biāo)準(zhǔn)化，就必須使用多任務(wù)的操作系統(tǒng)。具體包括在畢業(yè)設(shè)計(jì)各個(gè)階段的心得及收獲。 (3)在視頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸方面，主要集中在盡量的壓縮視頻數(shù)據(jù)等，以減少在傳輸過程中數(shù)據(jù)包的丟失。這種視頻監(jiān)控方式只適合于短距離范圍的監(jiān)控，應(yīng)用靈中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 37 頁 活性較差，不易擴(kuò)展，錄像質(zhì)量較差。服務(wù)器端首先利用 Video4Linux 接口實(shí)現(xiàn) USB 攝像頭的圖像采集；然后將采集到的圖像數(shù)據(jù)經(jīng) 標(biāo)準(zhǔn)編碼，以減少數(shù)據(jù)流量和帶寬的占 用；接著 將 圖像數(shù)據(jù)采用基于 TCP/IP 協(xié)議的 socket 編程完成 了 在 主機(jī)和開發(fā)板之間的 傳輸。 Then the collected image data encoded by standard to reduce the data traffic and bandwidth usage。 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 現(xiàn)階段，嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)被大家廣泛的研究和重視，研究的重點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面：嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案，在視頻圖像處理方面，視頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸方面等。重點(diǎn)敘述了本課題的研究背景，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程以及研究現(xiàn)狀。 嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式硬件平臺(tái)、嵌入式操作系統(tǒng)以及上層的嵌入式應(yīng)用程序三部分組成。 7) 嵌入式系統(tǒng)與具體應(yīng)用有機(jī)結(jié)合在一起，升級(jí)換代也是同步進(jìn)行。每一級(jí)流水都對(duì)應(yīng)CPU 的一個(gè)時(shí)鐘周期，如果一級(jí)流水中的邏輯過于復(fù)雜，使得執(zhí)行時(shí)間居高不下，必然導(dǎo)致所需的時(shí)鐘周期變長，造成 CPU 的主頻不能提升。 4) 支持 MMU MMU 是存儲(chǔ)器管理單元的縮寫，是用來管理虛擬內(nèi)存系統(tǒng)的器件。 通過采用 S3C2440 提供的一套完整的系統(tǒng)外設(shè)資源，可以有效的減 少其他組件的配置，使得整個(gè)系統(tǒng)的成本降低。微軟公司于 1996 年開始發(fā)布 Windows CE 版本， 2022 年 7 月發(fā)布了 Windows CE .NET 版本，目前用得最多的是 Windows CE .NET 版本，其發(fā)展速度也是很快的，功能上自不必描述，它的主要應(yīng)用領(lǐng)域有 PDA 市場、 Packet PC、 Smartphone、工業(yè)控制、醫(yī)療等。與微軟產(chǎn)品不同的是， Symbian 將移動(dòng)設(shè)備的通用技術(shù)，也就是操作系統(tǒng)的內(nèi)核，與圖形用戶界面技術(shù)分開，能很好的適應(yīng)不同方式輸入的平臺(tái)，也可以使廠商可以為自己的產(chǎn)品制作更加友好的操作界面，符合個(gè)性化的潮流，這也是用戶能見到不同樣子的 Symbian 系統(tǒng) 的主要原因。而 Linux 是一款遵循 GPL 協(xié)議的開源操作 系統(tǒng)，用戶使用的時(shí)候不需要繳納任何版權(quán)費(fèi)用，內(nèi)核可以任意的裁剪，幾乎支持所有的 32 位、 64 位 CPU，幾乎可以從網(wǎng)絡(luò)上找到所有的硬件驅(qū)動(dòng)程序；而且 PC 版的 Linux 和嵌入式的 Linux 都是基于一個(gè)內(nèi)核的，這樣使得很多 PC 開發(fā)的軟件經(jīng)過交叉編譯后能夠直接運(yùn)行在嵌入式設(shè)備上，使得開發(fā)周期變短，這可以更加迅速的將產(chǎn)品推向市場，所以Linux 在嵌入式操作系統(tǒng)中，占有重要地位。 S3C2440A 的突出特點(diǎn)是其處理器核心，是一個(gè)由 Advanced RISC Machines（ ARM）公司設(shè)計(jì)的 16/32 位 ARM920T 的 RISC 處理器。近年以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)速度的不斷提高，再加上感光成像器件技術(shù)的成熟并大量用于攝像頭的制造上，這使得它的價(jià)格降到普通人可以承受的水平。輸入命 令vi ~/.bashrc 來配置當(dāng)前用戶的環(huán)境變量，可以在文件最后加入一行 export PATH=$PATH:/opt/FriendlyARM/toolschain/。完成這個(gè)控制工作的軟件就稱為操作系統(tǒng)，在 Linux 的術(shù)語中被稱為 ―內(nèi)核 ‖，也可以稱為 ―核心 ‖。 版本之前，是一種 ―‖的格式。虛擬文件系統(tǒng)可以分為邏輯文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。 圖像數(shù)據(jù)編碼的實(shí)現(xiàn) Linux 系統(tǒng)中，視頻設(shè)備被當(dāng)作一個(gè)設(shè)備文件來看待，設(shè)備文件存放在 /dev目錄下，完整路徑的設(shè)備文件名為： /dev/video0 視頻采集基本步驟流程如下：打開視頻設(shè)備，設(shè)置視頻設(shè)備屬性及采集方式、視頻數(shù)據(jù)處理，關(guān)閉視頻設(shè)備 。 V4L 從 版本的內(nèi)核中開始出現(xiàn)。 2)內(nèi)存管理（ MM）允許多個(gè)進(jìn)程安全的共享主內(nèi)存區(qū)域?？梢酝ㄟ^數(shù)字 B 來判斷 Linux 是否穩(wěn)定，偶數(shù)的 B 代表穩(wěn)定版，奇數(shù)的 B 代表開發(fā)版。 ? vivivboot 簡介 這里啟動(dòng)開發(fā)板 Linux 使用的是又開發(fā)板提供商 FriendlyARM 制作的中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 22 頁 共 37 頁 BootLoader： vboot，也是一款開源軟件，兼容 64MB1GBNand Flash。當(dāng)遙控器處于控制狀態(tài)時(shí)，使用者每按下一個(gè)控制鍵， CPU 從指定的存儲(chǔ)單元中讀取一系列的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，串行輸出（位和位之間的時(shí)間間隔等于采樣時(shí)的時(shí)間間隔）給信號(hào)保持電路，同時(shí)由調(diào)制電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，將調(diào)制信號(hào)經(jīng)放大后，由紅外線發(fā)射二極管進(jìn)行發(fā)射，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該鍵對(duì)應(yīng)設(shè)備功能的控制。 S3C2440A 有 4 種電源模式，分別為正常、慢速、空閑和掉電模式，下面將詳細(xì)敘述每個(gè)電源管理模式，各個(gè)模式之間轉(zhuǎn)換需要滿足一定條件。USBSlave 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 共 37 頁 S3C2440A 芯片 S3C2440A是三星公司研發(fā)的一款 16/32 位精簡指令集（ RISC）微處理器。 Linux 以它的高效性和靈活性著稱， Linux 模塊化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使得它既能在價(jià)格昂貴的工作站上運(yùn)行，也能夠在廉價(jià)的 PC 機(jī)上實(shí)現(xiàn)全部的 Unix 特性，具有多任務(wù)、多用戶的能力。 嚴(yán)格地說 μC/OSII 只是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，它僅僅包含了任務(wù)調(diào)度，任務(wù)管理，時(shí)間管理，內(nèi)存管理中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 共 37 頁 和任務(wù)間的通信和同步等基本功能。目前一些常見的嵌入式系統(tǒng)有： uClinux、WinCE、 PalmOS、 Symbian、 eCos、 uCOSII、 VxWorks、 pSOS、 Nucleus、 ThreadX 、Rtems 、 QNX、 INTEGRITY、 OSE、 C Executive 等等 [15]。 它常常被廣泛應(yīng)用到安全系統(tǒng)、移動(dòng)通信、成像設(shè)備等領(lǐng)域。 ARM9 采用的就是哈佛結(jié)構(gòu)，而 ARM7 采用的則是馮 CortexM 系列 ——面向具有確定性的微控制器應(yīng)用的成本敏感型解決方案； CortexR 系列 ——面向?qū)崟r(shí)應(yīng)用的卓越性能 ； CortexM 系列基本特征：成本低，能耗低可兼容性好，易于使用。而且軟件要求固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度； 軟件代碼 要求高質(zhì)量和高可靠性。 第 6 章： 結(jié)論。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了一種網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，成本低，可以對(duì)異常情況進(jìn)行檢測， 并發(fā)出實(shí)時(shí)的報(bào)警信息。 (1) 模擬視頻監(jiān)控 模擬監(jiān)控系統(tǒng)是一種發(fā)展較早的監(jiān)控方式，主要通過模擬攝像設(shè)備進(jìn)行圖像采集后 .傳到監(jiān)控中心。 該系統(tǒng)釆用基于客戶端 /服務(wù)器的架構(gòu)，以ARMS3C2440 嵌入式 開發(fā)板 為 服務(wù)器端，以監(jiān)控主機(jī)（ PC)作為客戶端。 followed by the image data based on TCP / IP protocol socket programming to plete development board in between the host and the transmission. The client will receive the image data decoded by the standard for display using the SDL library, in order to achieve realtime remote monitoring. The main design and development work includes: construction platform for the system, which involves transplanting UBoot, Linux kernel and root file system to build transplant。具體研究現(xiàn)狀如下： (1)系統(tǒng)的解決方案，基于 ARM 的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案主要有以下三種 [3]： (a)主要是將由攝像頭采集到的圖像經(jīng)過 MPEG4 硬件壓縮芯片 GO7007 壓縮之后由總線傳給 ARM 處理器， ARM 處理器再通過擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)接口，將視頻流進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的傳輸。 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 37 頁 第