【文章內容簡介】 視頻監(jiān)控系統(tǒng) 6 圖 芯片的內部結構圖一 表 芯片引腳圖一 管腳模塊 功能簡介 UART 實現(xiàn)串行口數據的輸入輸出 JTAG 支持 ARM 標準的嵌入式在線仿真與下載 LCD CTRL 控制ＬＣＤ模塊編程 圖 芯片的內部結構圖二 表 芯片引腳圖二 管腳模塊 功能簡介 Address 27 路地址總線，地址總線是專門用來傳送地址的，其可尋址空間2^27 位 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 圖 芯片的內部結構圖三 表 芯片引腳圖三 管腳模塊 功能簡介 Data 數據總線，用于實現(xiàn) ARM 板與外界數據信號的傳輸 圖 芯片的內部結構圖四 圖 芯片引腳圖四 管腳模塊 功能簡介 VD 電源接口，本開發(fā)板的電源可選范圍較廣，并且多出用到開發(fā)板電源，所以電源接口相對較為豐富 GPC PC 端口，輸入輸出數據傳輸端口 USB 本開發(fā)板有兩個 USB 接口，可以接 USB 攝像頭、 USB 鍵盤、 USB 鼠標 基于 ARM 的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng) 8 圖 為本系統(tǒng)開發(fā)板的實物圖： 圖 系統(tǒng)開發(fā)板的實際俯視圖 開發(fā)平臺的硬件模塊介紹 本設計中使用的硬件平臺是 Samsung 公司的 S3C2440 開發(fā)板，其主要包含如下幾個模塊： CPU 處理器、 SDRAM 存儲器、 FALSH 存儲器、電源系統(tǒng)及接口、復位系統(tǒng)、網絡接口等，接下來就對以上幾個模塊做簡要介紹。 （ 1） CPU 處理器 本開發(fā)板使用的是 Samsung 公司的 S3c2440A 處理器，主頻 400MHZ，最 高可達到 533MHZ。 S3C2440A 采用了 ARM920t 的內核，其功耗低、結構簡單， 且全靜 態(tài)設計，使它特別適用于對成本和功率敏感型的應用。 S3C2440A 突 出優(yōu)點是其核心處理器是由 Advanced RISC Machines 有限公司設計的 16/32 位 ARM920t 的 RISC 處理器。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 （ 2） 電源系統(tǒng)及接口 本開發(fā)板的電源系統(tǒng)結構相對比較簡單，其直接使用外接的 5V 電源，然后通過降壓芯片來得到所需的 、 、 電壓。具體電路結構如圖 所示 : 圖 圖 基于 ARM 的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng) 10 （ 3） 復位系統(tǒng) 在該設計中用到的開發(fā)平臺其使用的是專用復位芯片 MAX811，來實 現(xiàn)低電平復位，其電路結構如圖 所示： 圖 復位系統(tǒng)電路結構圖 （ 4） 網絡接口 本開發(fā)板在在設計時，拓展了一個 DM9200 網卡芯片，用以實現(xiàn)對網絡的支持，它可適應 10M/100M 網絡，在使用時可以直接用普通的網線連接，即可實現(xiàn)與開發(fā)板的網絡連接。拓展 DM9200 網卡電路結構如圖 所示： 圖 拓展 DM9200 網卡電路結構圖 視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設計 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 本設計系統(tǒng)的硬 件架構大致如圖 所示： 圖 系統(tǒng)的硬件架構圖 在設計中，主要有用到開發(fā)板的 JTAG 接口、 FLASH 存儲器、 SDRAM 存儲器及 DM9200 網卡部分，下面就對這幾個部件做個詳細的介紹。 （ 1） JTAG 接口 在本設計中， JTAG 的主要功能是用來實現(xiàn)對開發(fā)板進行相關 程序的調試與下載。 JTAG 接口主要包括 4 線， TDI、 TDO、 TCK、 TMS 等，分被為數據輸入線、數據輸出線、時鐘線、模式選擇。其電路結構簡圖如圖 所示： 圖 JTAG 接口電路結構簡圖 （ 2） FSLAH 在本設計中選用 FSLAH 型號為 K9F1208， K9F1208 是 Samsung 公司生產的FLASH JTAG CPU S3C2440A 以太網控制器 DM9200 USB SDRAM 數碼攝像頭 遠程客戶端 基于 ARM 的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng) 12 512 Mb(64M8 位 )NAND Flash 存儲器。該存儲器內部存儲結構為塊 大小為 (16 KB+512 字節(jié) )，頁大小為 528 字節(jié)， 528 字節(jié) 32 頁 4 09 塊，可實現(xiàn)程序自動擦寫、頁程序、塊擦除、智 能的讀／寫和擦除操作一次可以讀 /寫或者擦除 4 頁或者塊的內容 ,內部有命令寄存器。其內部有很多寄存器，可以通過控制各類寄存器來實現(xiàn)對 K9F1208 的控制。其電路結構圖如 圖 所示： 圖 FSLAH 電路結構圖 （ 3） SDRAM SDRAM 型號為 HY57V561620BT， HY57V561620B 是一個 268435456 位 CMOS 同步 DRAM,理想情況下適合對于這個主要內存應用哪一個需要大內存密度和高帶寬。 HY57V561620B 是提供完全同步 操作引 用一個積極邊緣的這個時鐘。所有輸入和輸出同步 ——免疫與這個上升邊緣的這個時鐘輸入。這個數據路徑部流水線到實現(xiàn)非常高帶寬。所有輸入和輸出電壓水平是兼容與 LVTTL。其電路結構如圖 所示： 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 圖 SDRAM 電路結構圖 （ 4） DM9200 網卡功能介紹 DM9200 是一款由 DAVICOM 公司生產的高度集成、低功耗的快速以太網控制器，該芯片配有一個標準的 10M/100M 網絡適應功能，物理層支持以太網數據接口。為達到低功耗目的，其支持 供電，根據具體需求可以提供八位、十六位、三十二位三種不同的連接方 式，從而支持多種型號的機器。 DM9200 的主要寄存器包括數據讀寫寄存器、 DM9200 狀態(tài)寄存器、 DM9200狀態(tài)存儲器等。其中數據讀寫寄存器主要用來控制數據的讀寫、 DM9200 狀態(tài)寄存器主要是用來表征 DM9200 的工作狀態(tài)、 DM9200 狀態(tài)存儲器存儲這個時候DM9200 工作狀態(tài)等。下面給出設計中拓展的的 DM9200 芯片的結構圖 。 圖 DM9200 芯片的引腳結構圖 基于 ARM 的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng) 14 第 3 章 視頻 監(jiān)控 系統(tǒng)軟件總設計 視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件總流程圖設計 視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件總流程圖如圖 所 示： 圖 視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件總流程圖 視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺設計 燒寫 Bootloader 內核移植 建立根文件系統(tǒng) 加載攝像頭驅動程序 視頻采集系統(tǒng)的應用程序設 計 視頻編碼程序設計 視頻網絡傳輸程序的設計 Video4Linux設 備 驅 動 加載 視頻采集程序的實現(xiàn)（流程圖以及源程序設計） 視頻編碼流程圖 視頻編碼模塊軟件實現(xiàn) 視頻網絡傳輸流程圖 視頻網絡傳輸軟件實現(xiàn) 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件各模塊功能設計 （ 1） 視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺設計 本文設計的是一個基于 ARM+Linux 平臺下的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在這個過程中合理的去選擇軟件平臺十分重要，這個軟件平臺也為后續(xù)程序的運行提供一個保障。 Linux 操作系統(tǒng)由于其適用平臺廣泛、源代碼開放（用戶可任意修改）、可移植性強 等優(yōu)點而被選作我們軟件平臺，并且后面將要介紹的視頻采集以及視頻編碼、視頻傳輸都將依賴 Linux 操作系統(tǒng)的存在。 要實現(xiàn) Linux 操作系統(tǒng)在 ARM 開發(fā)板上的移植就必須向 ARM 開發(fā)板燒寫B(tài)ootloader 引導程序，在 Bootloader 程序的引導下，可實現(xiàn) Linux 操作系統(tǒng)的移植，最后還需為嵌入式 Linux 添加根文件系統(tǒng)。 （ 2） 視頻采集系統(tǒng)的應用程序設計 該模塊主要功能是實現(xiàn)對視頻采集端數據的采集、存儲本文在這一塊弱化了對硬件的需求，沒有選擇專用的視頻采集卡，而是通過 Linux 系統(tǒng)支持的Video4linux 驅動，用編程軟件來實現(xiàn)整個功能。 （ 3） 視頻編碼程序設計 視頻編碼是視頻圖像處理的一個重要研究領域，其最重要的目的是在保證圖像質量的前提下盡可能少的表征視頻信息。在這個設計中，采用的是 MPEG4編碼器， MPEG4 是一套廣泛用于視頻、音頻的圖像編碼軟件，其中支持 MPEG4編碼標準的編碼軟件重要有 FFmpeg、 OpenDIVX、 Xvidcore 等，在本研究中使用的是基于 linux 操作系統(tǒng)的 FFmpeg 編碼器。 FFmpeg 編碼器是一個基于 Linux 操作系統(tǒng)的開源免費軟件，其包含了非常先進的音頻 /視頻編碼 庫 Libavformat 和 Libavcodec，前者采用常用的音 /視頻格式文件的生成和解析，后者包含了所有的編碼解析函數。 （ 4） 視頻網絡傳輸程序設計 經過采集、處理后的數據，最終需想辦法傳輸到控制機端，本文沒有采取傳統(tǒng)串行傳輸，而是采用了內建視頻流媒體服務器，從而將視頻信號傳遞給遠端用戶，它以 TCP/IP 協(xié)議棧為基礎構建，需要實現(xiàn) TCP 和 UDP 等協(xié)議，有 IP 地址，使任何一個客戶機都能訪問這些數據信息。 基于 ARM 的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng) 16 第 4 章 視頻采集系統(tǒng)軟件設計 視頻采集系統(tǒng)的軟件平臺設計 視頻采集系統(tǒng)軟件平 臺設計主要包括 Bootloader 的選擇，嵌入式 Linux 的編譯，建立根文件系統(tǒng)，加載攝像頭驅動。 Bootloader的選擇 本設計中使用的是韓國 MIZI 公司專門為三星 S3C2440A 芯片設計的一款bootloader，作為一款專門針對特定芯片開發(fā)的 bootloader， vivi 有著其自身的局限性，下面介紹如何將 uboot 在 S3C2440A 芯片上移植： （ 1）在 board 目錄下創(chuàng)建 smdk2440 目錄，主要包括 、 、 和 等； （ 2）在 cpu 目錄下創(chuàng)建 arm920t 目錄，主要包括 、 、 、 和 等文件； （ 3）在 include/configs 目錄下添加 ，它定義了宏定義； （ 4）修改 uboot 根目錄下的 Makefile 文件 。 （ 5）運行 make. 如果沒有錯誤，就可以開始進行與硬件相關的代碼移植工作了。連接開發(fā)板后，就可以得到如下界面圖 ： 圖 連接開發(fā)板后的界面圖 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 17 嵌入式 Linux 的編譯 本文選擇的是 版本內核，其編譯過程主要如下所示： 拷貝 內核壓縮包到 fedora 14 虛擬操作系統(tǒng)中，在命令窗口中執(zhí)行如下命令： : cd desktop tar xvzf C/ 待解壓成功后，進入 內核包中，找到 Makefile 文件，對 Makefile進行如下修改： ARCH ?= $(SUBARCH) 修改為 ARCH ？ =arm CROSS_COMPILE ?= 修改為 CROSS_COMPILE ？ =armlinuxgcc 編譯內核代碼 cd make clean make S3C2410dk_defconfig 以菜單形式配置源代碼，主要包括對個驅動程序的添加于卸除，執(zhí)行如下命令 make menuconfig 內核最終編譯 make uImage 最終得到的 uImage 文件就是我們最終用來下載到開發(fā)板上的內核代碼。下載成功后，給開發(fā)板上電， Linux 編譯成功，即可得到 如下界面 ： 圖 編譯成功界面圖 基于 ARM 的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng) 18 建立根文件系統(tǒng) Linux 內核在系統(tǒng)啟動時的最后操作是加載根文件系統(tǒng)，根文件系統(tǒng)里面裝載有很多我們需要的應用程序、和其它一些用得到的庫函數、服務等。對于嵌入式 Linux 來說，它絕大部分的文件都保存在 flash 中，