【正文】 S3C2440A 有 4 種電源模式，分別為正常、慢速、空閑和掉電模式，下面將詳細敘述每個電源管理模式，各個模式之間轉換需要滿足一定條件。 NORMAL MODE：在 NORMAL 模式，所有的外圍設備以及基本模塊，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。 SLOW 模式 (非 PLL 模式 )：這個模式可以減少電源消耗，通過提供一個慢速時鐘且關閉了 PLL 模塊電源供應。 IDLE MODE：在 IDLE 模式中， CPU 核的時鐘被關閉了，而總線控制器、內(nèi)存控制器、中斷控制器和電源管理模塊除外。 SLEEP 模式：電源管理模塊關閉內(nèi)部電源，因此， CPU 和內(nèi)部邏輯模塊都沒有電源消耗，除了此模式下的喚醒模塊。 圖 s3c2440 芯片結構圖 中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 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、電腦眼等，它作為一種視頻輸入設備，在過去被廣泛的運用于視頻會議、遠程醫(yī)療及實時監(jiān)控等方面。近年以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，網(wǎng)絡速度的不斷提高，再加上感光成像器件技術的成熟并大量用于攝像頭的制造上，這使得它的價格降到普通人可以承受的水平。普通的人也可以彼此通過攝像頭在網(wǎng)絡進行有影像、有聲音的交談和溝通，另外，人們還可以將其用于當前各種流行的數(shù)碼影像、影音處理 [14]。 USB 攝像頭的工作原理大致為：景物通過鏡頭（ LENS）生成的光學圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉為電信號，經(jīng)過 A/D（模數(shù) 轉換）轉換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號，再送到數(shù)字信號處理芯片（ DSP）中加工處理，再通過 USB 接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過顯示器就可以看到圖像了。 注 1：圖像傳感器（ SENSOR）是一種半導體芯片，其表面包含有幾十萬到幾百萬的光電二極管。光電二極管受到光照射時，就會產(chǎn)生電荷。 注 2：數(shù)字信號處理芯片 DSP（ DIGITAL SIGNAL PROCESSING）功能：主要是通過一系列復雜的數(shù)學算法運算，對數(shù)字圖像信號參數(shù)進行優(yōu)化處理，并把處理后的信號通過 USB 等接口傳到 PC 等設備。 DSP結構框架 : 1. ISP（ image signal processor）（鏡像信號處理器） 2. JPEG encoder（ JPEG 圖像解碼器） 3. USB device controller（ USB 設備控制器）。 紅外遙控器工作原理 遙控器由紅外接收及發(fā)射電路、信號調(diào)理電路、中央控制器 據(jù)存儲器、鍵盤及狀態(tài)指示電路組成。 遙控器有兩種狀態(tài)：學習狀態(tài)和控制狀態(tài)。當遙控器處于學習狀態(tài)時，使用者每按一個控制鍵，紅外線接收電路就開始接收外來紅外信號，同時將其轉換成電信號，然后經(jīng)過檢波、整形、放大，再由 CPU 定時對 其采樣，將每個采樣點的二進制數(shù)據(jù)以 8 位為一個單位，分別存放到指定的存儲單元中去，供以后對該設備控制使用。當遙控器處于控制狀態(tài)時，使用者每按下一個控制鍵， CPU 從指定的存儲單元中讀取一系列的二進制數(shù)據(jù)，串行輸出（位和位之間的時間間隔等于采樣時的時間間隔）給信號保持電路，同時由調(diào)制電路進行信號調(diào)制，將調(diào)制信號經(jīng)放大后，由紅外線發(fā)射二極管進行發(fā)射，從而實現(xiàn)對該鍵對應設備功能的控制。 中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 21 頁 共 37 頁 該系統(tǒng)中，紅外遙控器發(fā)射出的信號由 51 單片機開發(fā)板中的紅外模塊接收，然后由 51 單片機控制步進電機做出相應的運轉軌跡，并且轉速可調(diào)。 系統(tǒng)開發(fā)的軟件平臺 交叉編譯環(huán)境的搭建 交叉編譯是指在 PC 平臺上編寫出目標平臺的代碼進行編譯。嵌入式系統(tǒng)在設計的時候考慮到體積、功耗的要求，往往不允許獨立的開發(fā)，它的程序由宿主機開發(fā)編譯，然后移植到目標平臺。 下載開源的 編譯器，拷貝到文件系統(tǒng)中如~/dirname ， 并 進 入 該 目 錄 。 在 PC Linux 終端里 , 輸入 tar –xvzf –C /，安裝交叉編譯器（注意需要 root 權限）。輸入命 令vi ~/.bashrc 來配置當前用戶的環(huán)境變量，可以在文件最后加入一行 export PATH=$PATH:/opt/FriendlyARM/toolschain/。在終端輸 armlinuxgcc –v，查看是否有提示信息，顯示出提示信息說明交叉編譯環(huán)境配置成功。 BootLoader 的移植 ? BootLoader 簡介 BootLoader 相當于 PC 機上的 BIOS，在嵌入式系統(tǒng)中通常使用 BootLoader來啟動程序。 BootLoader 依賴于具體的硬件和應用環(huán)境，不同的 CPU 有不同的BootLoader。它的操作模式分兩種：啟動加載模式 amp。下載模式。啟動加載模式是指系統(tǒng)上電后自動地將存儲器中的操作系統(tǒng)拷貝到 SDRAM 中運行，下載模式一般針對開發(fā)人員。 BootLoader 跟硬件有很大的關聯(lián)，它除了依賴于 CPU 的體系結構外，還依賴于嵌入式系統(tǒng)的具體硬件配置，因此不可能有一個 BootLoader支持所有的 CPU和硬件電路板，開發(fā)人員必須根據(jù)板子修改代碼。目前 BootLoader 的種類有很多，在 X86 上有 LILO、 GRUB 等等，在嵌入式系統(tǒng)中有 Uboot、 VIVI、 BOLB等， VIVI 是韓國 MIZI 公司開發(fā)專門針對 Samsung 公司的 ARM 架構的一種BootLoader，基本上可以直接使用，命令簡單方便。 BLOB 是基于 LART 硬件平臺，目前它主要支持 Intel 的 StringARM 和 XScale 體系結構的 ARM 芯片。 ? vivivboot 簡介 這里啟動開發(fā)板 Linux 使用的是又開發(fā)板提供商 FriendlyARM 制作的中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 22 頁 共 37 頁 BootLoader： vboot，也是一款開源軟件，兼容 64MB1GBNand Flash。 通過 USBslave 燒寫到開發(fā)板的 NAND Flash 中。 嵌入式 Linux 內(nèi)核 ? Linux 內(nèi)核版本及特點 操作系統(tǒng)是一個用來和硬件打交道并為用戶程序提供一個有限服務集的低級支撐軟件。一個計算機系統(tǒng)是一個硬件和軟件的共生體，它們互相依賴，不可分割。計算機的硬件，含有外圍設備、處理器、內(nèi)存、硬盤和其他的電子設備組成計算機的發(fā)動機。但是沒有軟件來操作和控制它，自身是不能工作的。完成這個控制工作的軟件就稱為操作系統(tǒng)，在 Linux 的術語中被稱為 ―內(nèi)核 ‖，也可以稱為 ―核心 ‖。 Linux 內(nèi)核的主要模塊（或組件）分以下幾個部分：存儲管理、 CPU和進程管理、文件系統(tǒng)、設備管理和驅 動、網(wǎng)絡通信，以及系統(tǒng)的初始化（引導）、系統(tǒng)調(diào)用等。內(nèi)核就是實現(xiàn)操作系統(tǒng)整體功能最核心的代碼，它是整個操作系統(tǒng)的核心。內(nèi)核處于硬件層和軟件層之間，作用是為底層部件提供服務，為上次應用程序提供運行環(huán)境。不同的硬件平臺對內(nèi)核的要求也不同，所以從一個平臺到另外一個平臺就需要對內(nèi)核進行重新配置和翻譯， Linux 是一款適應性很強且容易裁剪的操作系統(tǒng)。 Linux 內(nèi)核使用三種不同的版本編號方式。第一種方式用于 版本之前（包括 ）。第一個版本是 ,,， ， , 。第二種方式用于 ，數(shù)字由三部分 ―‖，A 代表主版本號， B 代表次版本號， C 代表較小的末版本號。只有在內(nèi)核發(fā)生很大變化時（歷史上只發(fā)生過兩次， 1994 年的 ,1996 年的 ）， A 才變化?？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。 C 代表一些 bug 修復，安全更新，新特性和驅動的次數(shù)。以版本 為例， 2 代表主版本號， 4 代表次版本號， 0 代表改動較小的末版本號。在版本號中，序號的第二位為偶數(shù)的版本表明這是一個可以使用的穩(wěn)定版本，如 ，而序號的第二位為奇數(shù)的版本一般有一些新的東西加入，是個不一定很穩(wěn)定的測試版本，如 。這樣穩(wěn)定版本來源于上一個測試版升級版本號，而一個穩(wěn)定版本發(fā)展到完全成熟后就不再發(fā)展。第三種方式從 2022 年 版本開始，使用一種 ―timebased‖的方式。 版本之前，是一種 ―‖的格式。七年里，前中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 23 頁 共 37 頁 兩個數(shù)字 即 ―‖保持不變， C 隨著新版本的發(fā)布而增加 ,D 代表一些 bug 修復，安全更新，添加新特性和驅動的次數(shù)。 版本之后是 ―‖格式， B 隨著新版本的發(fā)布而增加 ,C 代表一些 bug 修復，安全更新，新特性和驅動的次數(shù)。第三種方式中不使用偶數(shù)代表穩(wěn)定版，奇數(shù)代表開發(fā)版這樣的命名方式。舉個例子： 代表的不是開發(fā)版，而是穩(wěn)定版。 ? Linux 內(nèi)核的組成部分 Linux 內(nèi)核主要由五個子系統(tǒng)組成：進程調(diào)度，內(nèi)存管理，虛擬文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡接口，進程間通信。 1)進程調(diào)度（ SCHED） :控制進程對 CPU 的訪問。當需要選擇下一個進程運行時，由調(diào)度程序選擇最值得運行的進程?？蛇\行 進程實際上是僅等待 CPU 資源的進程，如果某個進程在等待其它資源，則該進程是不可運行進程。 Linux 使用了比較簡單的基于優(yōu)先級的進程調(diào)度算法選擇新的進程。 2)內(nèi)存管理（ MM）允許多個進程安全的共享主內(nèi)存區(qū)域。 Linux 的內(nèi)存管理支持虛擬內(nèi)存，即在計算機中運行的程序，其代碼，數(shù)據(jù)，堆棧的總量可以超過實際內(nèi)存的大小，操作系統(tǒng)只是把當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。必要時，操作系統(tǒng)負責在磁盤和內(nèi)存間交換程序塊。內(nèi)存管理從邏輯上分為硬件無關部分和硬件有關部分。硬件無關部分提供了進程的映射和 邏輯內(nèi)存的對換；硬件相關的部分為內(nèi)存管理硬件提供了虛擬接口。 3)虛擬文件系統(tǒng)（ Virtual File System ， VFS）隱藏了各種硬件的具體細節(jié)，為所有的設備提供了統(tǒng)一的接口， VFS 提供了多達數(shù)十種不同的文件系統(tǒng)。虛擬文件系統(tǒng)可以分為邏輯文件系統(tǒng)和設備驅動程序。邏輯文件系統(tǒng)指 Linux 所支持的文件系統(tǒng)，如 ext2,fat 等，設備驅動程序指為每一種硬件控制器所編寫的設備驅動程序模塊。 4)網(wǎng)絡接口（ NET）提供了對各種網(wǎng)絡標準的存取和各種網(wǎng)絡硬件的支持。網(wǎng)絡接口可分為網(wǎng)絡協(xié)議和網(wǎng)絡驅動程序。網(wǎng)絡協(xié)議 部分負責實現(xiàn)每一種可能的網(wǎng)絡傳輸協(xié)議。網(wǎng)絡設備驅動程序負責與硬件設備通訊，每一種可能的硬件設備都有相應的設備驅動程序。 5)進程間通訊 (IPC) 支持進程間各種通信機制。 ? Linux 內(nèi)核移植與文件系統(tǒng) 中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 24 頁 共 37 頁 這里使用的是 FriendlyARM提供的 zImage_X35內(nèi)核文件，其適用于 mini2440開發(fā)板，配備 x35Sony ?‘LCD 顯示屏。 文件系統(tǒng)為 FriendlyARM 制作的文件系統(tǒng) ，它集成了 ，實現(xiàn)了兩種圖形系統(tǒng)的無縫切換，在 Qtopa 中有一個圖標直接可以 啟動 QtE，非常方便。 中北大學 2022 屆畢業(yè)設計說明書 第 25 頁 共 37 頁 3 嵌入式視頻監(jiān)控應用程序設計 V4L2 視頻圖像采集程序設計 V4L2 簡介 V4L，其全稱是 Video4Linux（ Video for Linux），是在 Linux 內(nèi)核中關于視頻設備的 API 接口，涉及開關視頻設備、采集并處理視頻圖像信息。 V4L 從 版本的內(nèi)核中開始出現(xiàn)。 而現(xiàn)在出現(xiàn) Video4Linux2 （ Video for Linux Two），簡稱 V4L2，他是 V4L的改進版，修復了第一代的部分設計 bug。從 開始， V4L2 就被集成到內(nèi)核里面去了。盡管如此，還是有一部分設備的驅動不支持新版本的 V4L2，所以，有時候我們會看到 V4L 跟 V4L2 同時出現(xiàn)在代碼里面。 它是一些視頻系統(tǒng)，視頻軟件，音頻軟件的基礎，經(jīng)常使用在需要采集圖像的場合，如視頻監(jiān)控， webcam,可視電話，經(jīng)常應用在 embedded Linux 中是 Linux嵌入式開發(fā)中經(jīng)常使用的系統(tǒng)接口。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備開發(fā)相應的驅動程序后，就可以通過 v4l 提供的系統(tǒng) API來控制視頻和音頻設備，也就是說 v4l 分為兩層，底層為音視頻設備在內(nèi)核中的驅動，上層為系統(tǒng)提供的 API，而對于我們來說需要的就是使用這些系統(tǒng)的 API。 圖像數(shù)據(jù)編碼的實現(xiàn) Linux 系統(tǒng)中，視頻設備被當作一個設備文件來看待，設備文件存放在 /dev目錄下，完整路徑的設備文件名為： /dev/video0 視頻采集基本步驟流程如下：打開視頻設備，設置視頻設備屬性及采集方式、視頻數(shù)據(jù)處理，關閉視頻設備 。 打開視頻設備 打開視頻設備非常簡單，在 V4L2 中，視頻設備被看做 是 一個文件。使用 open函數(shù)打開這個設備： 攝像頭設備 int cameraFd。 cameraFd = open(/dev/video0, O_RDWR | O_NONBLOCK)。 ，上述代碼變?yōu)椋?