【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 序）和應(yīng)用軟件（包括 web 服務(wù)器、 CGI程序、視頻采集等）。 本次設(shè)計(jì)有三個(gè)部分組成，前端是用于視頻采集的 CMOS 攝像頭，中間部分是移植了嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)的 ARM9 開發(fā)板，它的作用是對(duì)采集來(lái)的圖像進(jìn)行處理，并內(nèi)建嵌入式 web 服務(wù)器和視頻流媒體服務(wù)器，從而將視頻傳遞給遠(yuǎn)端用戶。第三個(gè)部分是監(jiān)控端，由帶有瀏覽器的 PC 機(jī)組成，用來(lái)瀏覽遠(yuǎn)端的視頻，同時(shí)也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行控制。如圖 所示。 嵌入式 Web 服務(wù)器器是指將 Web 服務(wù)器引入到嵌入式系統(tǒng)中，在相應(yīng)的硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)的支持下，根據(jù)應(yīng)用的需要實(shí)現(xiàn)通用的 Web 服務(wù)器的全部或者部分功能。嵌入式 Web 服務(wù)器仍然以 TCP/IP 協(xié)議為底層，在該 Web 中使用的應(yīng)用層的通信協(xié)議是 HTTP 協(xié)議，通過(guò) HTTP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)客戶端（一般為瀏覽器）和嵌入式 Web 服務(wù)器的信息交換 [4]。 在嵌入式領(lǐng)域，常用的 Web 服務(wù)器有 td 和 boa， boa 目前用的最多。 boa 是一個(gè)非常小巧的 Web 服務(wù)器，可執(zhí)行代碼只有約 60 KB，占用系統(tǒng)資源少，而且速度快、安全性好 [5]。目前使用的 內(nèi)核還沒有包含 boa 代碼，因此需要移植到本系統(tǒng)中。首先從 下載 boa源代碼 (目前最新版本 )，解壓到 Linux 系統(tǒng)目錄下，用交叉編譯器編譯。這樣在 ，把生成的 boa應(yīng)用程序下載到開發(fā)板上 Linux 系統(tǒng)中的 /bin 目錄下，讓 boa 在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)運(yùn)行，這樣在開發(fā)板上就移植了 boa 服務(wù)器。 ARM9 開發(fā)板 CMOS 攝像頭 監(jiān)控端 網(wǎng)線 串口線 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 3章 監(jiān)控系統(tǒng) 硬件 環(huán)境 智能家居監(jiān)控系統(tǒng) 采用 TQ2440 開發(fā)板，是一個(gè)有高性能、高集成度及強(qiáng)擴(kuò)展功能的一體化開發(fā)板。 TQ2440 由底板和核心板組成。核心板采用的是 S3C2440 嵌入式處理器芯片 [1]，是三星公司研制的一款處理器。 攝像頭采用的是 ov9650 圖像傳感器 [2]。 硬件平臺(tái)總體結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)如圖 所示。該設(shè)計(jì)將硬件系統(tǒng)分成兩部分：核心板和外圍電路。核心板主要由 S3C2440A微處理器、 64MB NAND Flash、 64MB SDRAM、晶振、 轉(zhuǎn) 電壓轉(zhuǎn)換芯片組成。外圍電路則主要為圖 核心板以外的相關(guān)模塊。 圖 系統(tǒng)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖 ARM920T 核心板 LCD 顯示模塊 攝像頭接口電 路 ov9650 移動(dòng)控制模塊 電源模塊 存儲(chǔ)模塊 USB主接口 USB從接口 DM9000 網(wǎng)卡及網(wǎng)絡(luò)接口 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 主控制芯片 本次設(shè)計(jì)采用 Samsung 公司生產(chǎn)的 S3C2440A 微處理器作為主控制芯片。它是 Samsung 公司基于 ARM920T 核，采用 工藝生產(chǎn)的16/32 位 RISC 微處理器。是一款專為手持設(shè)備及低功耗、小尺寸、高性能微控制器解決方案的微處理器。內(nèi)部主要含以下模塊： （ 1） 內(nèi)核， ， 擴(kuò)展 I/O16kB 指令 （ 2） cache（ I— chche） /16kB 數(shù)據(jù) cache（ D— chche） （ 3） 外部存儲(chǔ)控制器（ SDRAM 控制盒片選邏輯） （ 4） 集成 LCD專用 DMA的 LCD控制器（支持最大 4k 色 STN256KTFT）4 路擁有外部請(qǐng)求引腳的 DMA 控制器 （ 5） 3 路 URAT5） 2 路 SPI （ 6） IIC 總線接口（多主支持） （ 7） IIS 音頻編碼接口 （ 8） AC97 編解碼器接口 （ 9） 版 SD 主接口，兼容 版 MMC 接口 （ 10） 2 路 USB 主機(jī)控制 /1 路 USB 期間控制（ ） （ 11） 4 路 PWM 定時(shí)器 /1 路內(nèi)部定時(shí)器 /看門狗定時(shí)器 （ 12） 8 路 10 位 ADC 和觸摸屏接口 （ 13） 具有日歷功能的 RTC （ 14） 攝像頭接口 （ 15） 130 個(gè)通用 I/O， 24 個(gè)外部中斷源 （ 16） 電源控制：正常，慢速，空閑，睡眠模式 帶 PLL 片上時(shí)鐘發(fā)生器 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 Ov9650攝像頭 s3c2440 僅僅提供了一個(gè)攝像接口，因此要實(shí)現(xiàn)其功能，還需要攝像頭。在這里，我們使用 OV9650。 OV9650 內(nèi)部有大量的寄存器需要配置，這就需要另外的數(shù)據(jù)接口。 OV9650 的數(shù)據(jù)接口稱為 SCCB（串行攝像控制總線），它由兩條數(shù)據(jù)線組成：一個(gè)是用于傳輸時(shí)鐘信號(hào)的 SIO_C，另一個(gè)是用于傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的 SIO_D。 SCCB 的傳輸協(xié)議與 IIC 的極其相似，只不過(guò) IIC 在每傳輸完一個(gè)字節(jié)后，接收數(shù)據(jù)的一方要發(fā)送一位的確認(rèn)數(shù)據(jù)，而 SCCB 一次要傳輸 9 位數(shù)據(jù)，前 8 位為有用數(shù)據(jù)，而第 9 位數(shù)據(jù)在寫周期中是 Don’ tCare 位（即不必關(guān)心位），在讀周期中是 NA 位。 SCCB定義數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締卧獮橄啵?phase），即一個(gè)相傳輸一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。 SCCB只包括三種傳輸周期，即 3 相寫傳輸周期（三個(gè)相依次為設(shè)備從地址，內(nèi)存地址，所寫數(shù)據(jù)）， 2 相寫傳輸周期（兩個(gè)相依次為設(shè)備從地址，內(nèi)存地址）和 2 相讀傳輸周 期（兩個(gè)相依次為設(shè)備從地址，所讀數(shù)據(jù)）。當(dāng)需要寫操作時(shí)，應(yīng)用 3 相寫傳輸周期，當(dāng)需要讀操作時(shí)，依次應(yīng)用 2 相寫傳輸周期和 2 相讀傳輸周期。因此 SCCB 一次只能讀或?qū)懸粋€(gè)字節(jié)。下面我們就用 s3c2440 的 IIC 總線接口分別與 OV9650 的 SIO_C 和 SIO_D 相連接來(lái)實(shí)現(xiàn) SCCB 的功能。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 硬件的連接 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 4章 嵌入式環(huán)境的配置 嵌入式 操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介 嵌入式操作系統(tǒng)的概念 嵌入式系統(tǒng)（ Embedded system），是一種 “完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用 計(jì)算機(jī) 系統(tǒng) ”，根據(jù)英國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)（ . Institution of Electrical Engineer）的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運(yùn)作的設(shè)備。與 個(gè)人計(jì)算機(jī) 這樣的通用 計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)不同，嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)。由于嵌入式系統(tǒng)只針對(duì)一項(xiàng)特殊的任務(wù)，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)λM(jìn)行優(yōu)化，減小尺寸降低成本。嵌入式系統(tǒng)通常進(jìn)行大量生產(chǎn)，所以單個(gè)的成本節(jié)約，能夠隨著產(chǎn)量進(jìn)行成百上千的放大。 嵌入式系統(tǒng)是用來(lái)控制或者 監(jiān)視 機(jī)器、裝置、工廠等大規(guī)模 設(shè)備 的系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應(yīng)用為中心，以 計(jì)算機(jī) 技術(shù) 為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、 功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通常，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)控制程序存儲(chǔ)在ROM 中的嵌入式 處理器 控制板 。事實(shí)上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表、微波爐、錄像機(jī)、汽車等，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是由單個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)控制邏輯。 嵌入式系統(tǒng)的核心是由一個(gè)或幾個(gè)預(yù)先編程好以用來(lái)執(zhí)行少數(shù)幾項(xiàng)任務(wù)的 微處理器 或者 單片機(jī) 組成。與通用計(jì)算機(jī)能夠運(yùn)行用戶選擇的軟件不同，嵌入式系統(tǒng)上的軟件通常是暫時(shí)不變的；所以經(jīng)常稱為 “固件 ”。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 嵌入式操作系統(tǒng)的分類 (1) VxWorks VxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó) WindRiver公司于 1983 年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 VxWorks 擁有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及良好的用戶開發(fā)環(huán)境，在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)一席之地。 它是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場(chǎng)占有率最高的系統(tǒng)。它支持多種處理器，如 x86， i960， Sun Sparc， Motorola MC68xxx，MIPS RX000， Power PC， ARM ， StrongARM 等。大多數(shù)的 VxWorksAPI是專有的。 (2) QNX QNX是一個(gè)實(shí)時(shí)的、可擴(kuò)充的操作系統(tǒng)；它部分遵循 POSIX 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如 實(shí)時(shí)擴(kuò)展；它提供了一個(gè)很小的微內(nèi)核以及一些可選的配合進(jìn)程。 其內(nèi)核僅提供 4 種服務(wù)：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進(jìn)程在獨(dú)立的地址空間中運(yùn)行。所有其他操作系統(tǒng)服務(wù)都實(shí)現(xiàn)為協(xié)作的用戶進(jìn)程，因此 QNX內(nèi)核非常小巧 (QNX4． x大約為 12KB)，而且運(yùn)行速度極快。這個(gè)靈活的結(jié)構(gòu)可以使用戶根據(jù)實(shí)際的需求，將系統(tǒng)配置成微小的嵌入式操作系統(tǒng)或包括幾百個(gè)處理器的超級(jí) 虛擬機(jī)操作系統(tǒng)。 (3) Palm OS 3Com公司的 Palm OS 在掌上電腦和 PDA 市場(chǎng)上占有很大的市場(chǎng)份額。它有開放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口 (API)，開發(fā)商可以根據(jù)需要自行開發(fā)所需的應(yīng)用程序。 (4) Windows CE 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 Microsoft Windows CE是從整體上為有限資源的平臺(tái)設(shè)計(jì)的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。它的模塊化設(shè)計(jì)允許它對(duì)從掌上電腦到專用的工業(yè)控制器的用戶電子設(shè)備進(jìn)行定制。操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核至少需要 200KB 的 ROM。 (5) LynxOS Lynx Realtime Systems 的 LynxOS 是一個(gè)分布式、嵌入式、可規(guī)模擴(kuò)展的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) ,它遵循 ， 和 標(biāo)準(zhǔn)。 LynxOS 支持線程概念，提供 256 個(gè)全局用戶線程優(yōu)先級(jí)；提供一些傳統(tǒng)的、非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的服務(wù)特征，包括基于調(diào)用需求的虛擬內(nèi)存， 一個(gè)基于 Motif的用戶圖形界面，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及應(yīng)用開發(fā)工具。 Motif 是開放軟件基金（ OSF）于 1989 年推出的一個(gè)圖形用戶界面系統(tǒng)。 (6) 嵌入式 Linux 隨著 Linux 的迅速發(fā) 展，嵌入式 Linux 現(xiàn)在已經(jīng)有許多的版本，包括強(qiáng)實(shí)時(shí)的嵌入式 Linux(如新墨西哥工學(xué)院的 RTLinux 和堪薩斯大學(xué)的KURTLinux)和一般的嵌入式 Linux 版本 (如 uClinux 和 Pocket Linux 等 )。 其中， RTLinux 通過(guò)把通常的 Linux 任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)為最低，而所有的實(shí)時(shí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)都高于它，以達(dá)到既兼容通常的 Linux 任務(wù)又保證強(qiáng)實(shí)時(shí)性能的目的。 由于嵌入式系統(tǒng)越來(lái)越追求數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，因此原來(lái)在某些設(shè)備或領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的軟件系統(tǒng)越來(lái)越難以為繼，因?yàn)橐_(dá)到上述要求，整個(gè)系統(tǒng)必須是開放的、提供標(biāo)準(zhǔn)的 API，并且能夠方便地與眾多第三方的軟硬件溝通。 (7) uC/OS 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 uC/OS 是源碼公開的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。 嵌入式 Linux的簡(jiǎn)介 Linux 是 1991 年由芬蘭人 Linus Torvalds 發(fā)明的，一套免費(fèi)使用和自由傳播的類 Unix 操作系統(tǒng)，是個(gè)基于 POSIX 和 UNIX 的多用戶、多任務(wù)、支持多線程和多 CPU 的 操作系統(tǒng)： Linux 不僅支持 x86 芯片，它可以支持 2030 中 CPU； Linux 是開放源代碼的，不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多愛好者都是 Linux 開發(fā)者的強(qiáng)大技術(shù)支持者， Linux 的源代碼隨處可得，注釋豐富，文檔齊全，易于解決各種問(wèn)題； Linux 在內(nèi)核結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中考慮適應(yīng)系統(tǒng)的可裁剪性的要求。 Linux 主要特點(diǎn)如下： （ 1） Linux 是開放源碼的，不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多 Linux 愛好者又是 Linux 開發(fā)的強(qiáng)大技術(shù)后盾。 （ 2） Linux 的內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、系統(tǒng)健壯、效率高。 （ 3） Linux 易于定制裁剪，在價(jià)格上極具競(jìng)爭(zhēng)力。 （ 4） Linux 不僅支持 x86 CPU，還可以支持其他數(shù)十種 CPU 芯片。 （ 5） 有大量的且不斷 增加的開發(fā)工具，這些工具為嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)提供了良好的開發(fā)環(huán)境。 （ 6） Linux 沿用了 Unix 的發(fā)展方式，遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可以方便地獲得眾多第三方軟硬件廠商的支持 。 （ 7） Linux 內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)方面是非常完整的，它提供了對(duì)十兆 /百兆/千兆以太網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、令牌網(wǎng)、光纖網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等多種聯(lián)網(wǎng)方式的全面支持。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 （ 8） 在圖像處理、文件管理及多任務(wù)支持等諸多方面， Linux 的表現(xiàn)也都非常出色，不僅可以充當(dāng)嵌入式 系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，本身也是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的好工具。 綜上所述，正是由于嵌入式 Linux 具有源碼開放、移植簡(jiǎn)易、資源內(nèi)容豐富、免費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，使它在嵌入式控制領(lǐng)域越來(lái)越流行。更重要的是，由于嵌入式 Linux 與 PC 機(jī)的 Linux 源于同一套內(nèi)核代碼。只是裁剪的程度不同，這使得很多為 PC 機(jī)的開發(fā)的軟件經(jīng)過(guò)了再次的編譯后，也可以直接在嵌入式控制設(shè)備上工作，這使得它的軟件資源極大的豐富