【文章內容簡介】 Refresh Cycles/64ms 或 8192 Refresh Cycles/64ms 這樣 的標識 ，這里的 4096 和 8192 是 SDRAM 每個 bank 的行數(shù)，刷新命令只對一行有效，因此發(fā)送刷新命令的間隔也是隨 SDRAM 的每個 bank 行數(shù)來訂的。 SDRAM 是多 bank 結構，這樣在一個 bank 進行預充電時，可以讀取另一個 bank 的數(shù)據(jù)，這樣無等待的讀取大大提高了存儲器的訪問速度。 當系統(tǒng)啟動時， ARM 首先從復位地址 0x0 處讀取啟動代碼，在完成系統(tǒng)初始化后，程序代碼一般應調入 SDRAM 中運行，以提高系統(tǒng)的運行速度；同時系統(tǒng)以及用戶堆棧以及運行數(shù)據(jù)也都放在 SDRAM 中。 SDRAM的控制時序比較復雜， SDRAM 控制器需要完成上電、預充電、自山東輕工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計（論文） 9 動刷 新、初始化、模式寄存器設置、讀寫等功能。對 SDRAM 控制器的初始化是非常重要的，這個過程一般在啟動之后進行，然后就可以使用 SDRAM了。 ARM 內部有一個可編程的 16 位或者 32 位寬的 SDRAM 接口，允許連接兩組 SDRAM。有了 SDRAM 控制器，只要選擇標準的 SDRAM 芯片，就可以按照接口電路連線了。 本系統(tǒng)選用兩片 Hynix 公司的 HY57V561620 芯片來擴展系統(tǒng)的 SDRAM，其管腳描述如表 31： 表 31 HY57V561620管腳描述 此芯片數(shù)據(jù)總線寬度是 16 位寬的字長，選用兩片擴展為 32位字長的，選用 S3C2410 的 nGCS6 作為片選信號，將 S3C2410 的 ADDR2 ADDR25 作為內部 bank 選擇線，與 BA0、 BA1 相連接。其電路原理圖如圖 33： 山東輕工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計（論文） 10 圖 33 SDRAM 電路原理圖 FLASH 電路設計 在嵌入式系統(tǒng)中，有兩種程序運行方式：一種是將程序加載到 SDRAM中運行；另一種是將直接在 ROM/FLASH 中運行。因為在處理器對 FLASH 的讀寫速度小于對 SDRAM 的讀寫速度，因此一般選擇第一種方式。將程序代碼放在 FLASH 中，運行的時候將程序加載到 SDRAM 中運行。一般 Flash 作為一個非易失存儲器件用于存放程序代碼、常量表以及用戶掉電后需要保存的數(shù)據(jù)。 FLASH閃存是非易失存儲器，可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程 。 Flash 有 NORFlash 和 NANDFlash 兩類。兩類存儲器的比較： 性能比較。 任何 flash 器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內進行，所以大多數(shù)情況下，在進行 寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除 。NANDFlash 用擦出速度遠比 NorFlash 擦出速度快，因此 NANDFlash 的寫入速度遠比 NORFlash 快。 NORFlash 的讀取速度比 NANDFlash 要快，NANDFlash 的擦出塊單元比 NORFlash 擦出塊單元要小，因此 NANDFlash擦出電路更加簡單。另外 NANDFlash 的擦寫次數(shù)要遠遠多于 NORFlash的擦寫次數(shù)。 接口差別。 NORFlash 采用 SRAM 接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易的采取其內容的每一字。而 NANDFlash 器件的存取操作相當?shù)膹碗s， NANDFlash 只有 8 個引腳來傳輸控制、地址和數(shù)據(jù)信息。NANDFlash 的讀寫操作采用 512字節(jié)的塊。比較像硬盤的管理操作。因此在使用的難易程度上， NORFlash 更占優(yōu)勢。因為使用 NANDFlash 一般要山東輕工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計（論文） 11 寫其讀寫驅動程序。 在體積和價格方面。 NANDFlash 單元尺寸幾乎只是 NORFlash 的一半，價格也比后者便宜。 NOR主要應用在代碼存儲介質中， NAND 適合于數(shù)據(jù)存儲 。 本系統(tǒng)使用 Samsung 的 K9F1208U0B 芯片 來做為 系統(tǒng)的 NANDFlash 存儲器，該器件的容量為 64MB。其管腳描述如 表 32 所示 ： 表 32 K9F1208U0B 管腳描述 引腳 功能 I/O0~I/O7 數(shù)據(jù)輸入輸出端，芯片未選中為高阻態(tài) CLE 命令鎖存使能 ALE 地址鎖存使能 CE 芯片選擇控制 RE 數(shù)據(jù)輸出控制，有效時數(shù)據(jù)送到 I/O 總線上 WE 寫 I/O 口控制，命令、地址、數(shù)據(jù)在上升沿鎖存 WP 寫保護 R/B 指示器件狀態(tài)， 0 為忙， 1 為閑。 Vcc 電源端 Vss 電源地 由于 S3C2410 有 NANDFlash 控制器，因此我們只需要將對應 的管腳連接起來即可，連線原理圖如圖 34 所示 ： 圖 34 Flash 電路原理圖 山東輕工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計（論文） 12 USB 電路設計 S3C2410 有兩路 接口，其中一路固定為 HOST 接口，另一路可配置為 HOST 或者 DEVICE 接口。這兩個下行口對于芯片的引腳為 DN0、 DP0和 DN DP1，其中 DN DP1 引腳與 USB 設備端（ DEVICE）的引腳復用。 其與 S3C2410 的接口電路如圖 35： 圖 35 USB 電路原理圖 JTAG 電路設計 JTAG（ Joint Test Action Group）是 IEEE的標準規(guī)范， ARM內部 集成了 JTAG型的掃描鏈，可以進行調試和配置嵌入式 ICERT 邏輯。 JTAG仿真器是通過 ARM 芯片上的 JTAG 邊界掃描與 ARM 核進行通信，屬于完全插入式調試，這種調試方法不占用偏上資源。不需要目標存儲器，不占用目標系統(tǒng)的任何端口， JTAG 調試的目標程序是在目標板上執(zhí)行的，仿真更接近于目標硬件仿真結果更接近真實的運行環(huán)境。 JTAG 電路用于仿真和調試，本系統(tǒng)用于下載系統(tǒng)引導程序 BootLoader。本系統(tǒng)采用 20腳 JTAG 仿真調試接口， JTAG 信號的定義及與 S3C2410 的連接如圖 36： 山東輕工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計（論文） 13 圖 36 JTAG 電路原理圖 串口電路設計 S3C2410 有 3個 UART 口，在本系統(tǒng)中只使用了 UART0 口，用于程序的調試，系統(tǒng)使用 MAX232 串口芯片， MAX232 芯片可以驅動兩路 RS232 串口，但是本系統(tǒng)只需要使用一個 RS232 來輔助程序的調試，只使用了其中的一路。其與S3C2410 的連接原理 圖如圖 37： 圖 37 串口電路原理圖 第四 章 監(jiān)控系統(tǒng)服務器端的軟件 設計 監(jiān)控系統(tǒng)服務器端軟件的總體設計 [9] 一個嵌入式 Linux 系統(tǒng)從軟件角度看可以分成四個由下到上的層次：系 統(tǒng)引導加載程序、 Linux 內核、文件系統(tǒng)、用戶應用程序。 山東輕工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計（論文） 14 系統(tǒng)引導加載程序包括固化在固件中的 boot 代碼（可選）和 BootLoader兩大部分。 Bootloader 是嵌入式系統(tǒng)的引導程序，相當于 PC 機中的 BIOS，它是嚴格依賴硬件的，即沒有一個通用 Bootloader 程序，不但不同的嵌入式處理器 Bootloader 不同，相同處理器不同的系統(tǒng)板也不一樣。它一般完成系統(tǒng)板上的主要部件的初始化，將操作系統(tǒng)內核映像加載到內存中去，然后跳轉到操作系統(tǒng)所在的空間，啟動操作系統(tǒng)。 Linux 內核。操作系統(tǒng)部分，根據(jù)板子的 硬件資源和系統(tǒng)功能需要定制的內核以及內核啟動參數(shù)。 文件系統(tǒng)。包括 Linux 根文件系統(tǒng)和其他建立在 Flash 設備之上的文件系統(tǒng)。 用戶應用程序。完成特定功能的應用程序。本系統(tǒng)主要完成這一部分。 本系統(tǒng)采用面向過程升級式模塊化程序設計思想。面向過程的模塊化程序設計是一種嚴格自頂向下，逐步細分的設計模式。主要有三個模塊：數(shù)據(jù)采集與圖像壓縮模塊、網(wǎng)絡傳輸模塊、網(wǎng)絡控制模塊。 每個模塊建立一個線程，數(shù)據(jù)采集線程與網(wǎng) 絡傳輸線程之間使用 互斥鎖進行同步。 各個模塊之間的關系框圖如圖 41： 軟 件 模 塊 關 系 圖客 戶 端網(wǎng) 絡 控 制線 程數(shù) 據(jù) 采 集和 壓 縮 線程網(wǎng) 絡 傳 輸線 程服 務 器 與 客 戶 端 信 息 交 換 ， 包括 客 戶 端 連 接 服 務 器 處 理 、 用戶 登 錄 驗 證 、 監(jiān) 控 質 量 設 置 等設 置 圖 像 壓 縮 質 量讀 取 圖 像 文 件向 登 錄 成 功 的 用 戶 發(fā)送 監(jiān) 控 數(shù) 據(jù)控 制 發(fā) 送41 軟件模塊關系圖 山東輕工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計（論文） 15 Linux 簡介以及交叉編譯環(huán)境的建立 嵌入式 Linux 簡介 Linux 操作系統(tǒng)是一款優(yōu)秀的開源的操作系統(tǒng)，支持多用戶、多線程、多進程，實時性好，功能強大且穩(wěn)定。同時，它又具有良好的兼容性和可移植性，被廣泛應用計算機以及各種嵌入式平臺上。 Linux 內核開始是由芬蘭人 Linus處于個人愛好編寫的。 Linux 的第一個發(fā)行版本是在 1991 年 9 月 發(fā)布在Inter 上的。 Linux 的版本分為兩類：內核版本和發(fā)行版本。內核版本是在 Linux 的領 導之下，開發(fā)小組開發(fā)出來的版本號，現(xiàn)在最新的版本是 版本。發(fā)行版本是一些組織或者公司將內核與一些應用軟件或者文檔打包在一起，并提供一些安裝界面、系統(tǒng)設置和管理工具，形成一些發(fā)行版本。常見的發(fā)行版本有 Fedora Linux、 Ubuntu Linux、 Mandriva Linux 和國產(chǎn)的紅旗 Linux。 嵌入式 Linux 是以 Linux 為基礎的嵌入式系統(tǒng)，它將日益流行的 Linux 進行裁剪修改，使之能在嵌入式計算機系統(tǒng)上運行的一種操作系統(tǒng)。 嵌入式 linux既繼承了 Inter 上無限的開放源代碼資源，又具有 嵌入式操作系統(tǒng)的特性。嵌入式 Linux 的特點是版權費免費 。購買費用媒介成本技術支持全世界的自由軟件開發(fā)者提供支持網(wǎng)絡特性免費，而且性能優(yōu)異，軟件移植容易，代碼開放，有許多應用軟件支持，應用產(chǎn)品開發(fā)周期短，新產(chǎn)品上市迅速，因為有許多公開的代碼可以參考和移植，實時性能 RT_Linux Hardhat Linux 等嵌入式 Linux支持，實時性能穩(wěn)定性好安全性好。 嵌入式 Linux 與其他嵌入式操作系統(tǒng)有許多優(yōu)越性： 首先， Linux 是開放源代碼的，不存在黑箱技術，遍布全球的眾多 Linux 愛好者又是 Linux 開發(fā)者 的強大技術支持；其次， Linux 的內核小、效率高，內核的更新速度很快 ,linux 是可以定制的，其系統(tǒng)內核最小只有約 134KB。第三，Linux 是免費的 OS，在價格上極具競爭力。 Linux 還有著嵌入式操作系統(tǒng)所需要的很多特色，突出的就是 Linux 適應于多種 CPU 和多種硬件平臺，是一個跨平臺的系統(tǒng)。到目前為止，它可以支持二三十種 CPU。而且性能穩(wěn)定，裁剪性很好，開發(fā)和使用都很容易。很多 CPU 包括家電業(yè)芯片，都開始做 Linux 的平臺移植工作。移植的速度遠遠超過 Java 的開發(fā)環(huán)境。也就是說，如果今天用Linux 環(huán) 境開發(fā)產(chǎn)品，那么將來換 CPU 就不會遇到困擾。同時， Linux 內核的結構在網(wǎng)絡方面是非常完整的， Linux 對網(wǎng)絡中最常用的 TCP/IP 協(xié)議有最完備的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太網(wǎng)絡，以及無線網(wǎng)絡， Toker ring(令牌環(huán)網(wǎng) )、光纖甚至衛(wèi)星的支持。所以 Linux 很適于做信息家電的開發(fā) [10]。 嵌入式 Linux 以其這些 優(yōu)勢，被廣泛應用在移動電話、個人數(shù)字助理（ PDA）、山東輕工業(yè)學院本科生畢業(yè)設計（論文） 16 媒體播放器、消費性電子以及航空航天領域等，并隨著技術的進步嵌入式 Linux應用將會更加廣泛。 構建交叉編譯環(huán)境 交叉編 譯是編譯技術發(fā)展過程中的一個重要分支，就是在另一個平臺上生成另一個平臺的可執(zhí)行程序。兩個不同平臺可以是處理器體系結構的不同，也可以是所運行的操作系統(tǒng)的不同。交叉編譯過程中的兩個平臺分別叫宿主機和目標機。宿主機是編輯和編譯程序的平臺，一般是 PC機，而目標機是開發(fā)的系統(tǒng)，就是這里的嵌入式系統(tǒng)。對于本系統(tǒng)，宿主機就是裝有 Fedora9 操作系統(tǒng)的 PC 機，而目標機就是硬件平臺是 S3C24操作系統(tǒng)是 Linux 的開發(fā)板 [11]。 交叉編譯環(huán)境構建的第一步 —— 安裝交叉編譯器 在 PC 機的 /usr/local 目錄下新建一個文件夾 arm 命令行： mkdir /usr/local/arm 將下載的 拷貝到 /usr/local/arm 目錄下并解壓縮。 命令行： cp – r /tmp/ /usr/local/arm tar jxvf 此 arm 文件夾下 就是交叉編譯器的安裝目錄 導出交叉編譯器的路徑。 命令行： export PATH=$PATH:/usr/local/arm/ 第二步 —— 安裝 linux 內核，編譯內核。 第三步 —— 安裝根文件系統(tǒng) 圖像采集模塊的設計與程序實現(xiàn) Video4Linux 簡介 Video4