【導讀】材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。實際的生產(chǎn)和生活中，無線傳感網(wǎng)絡就是一個很好的應用實例。統(tǒng)和后臺系統(tǒng)組成。前臺系統(tǒng)就是由一些小型的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，而這些嵌入式。成信號采集、數(shù)據(jù)存儲和信息轉(zhuǎn)發(fā)功能，相互之間也可以交換信息。濕度、噪音和各種化學成分濃度等參數(shù)。硬件部分主要有各種傳感器，如微音監(jiān)聽器、USB攝像頭，TQ2440. 用程序和Linux驅(qū)動程序的開發(fā)，簡單介紹了USB協(xié)議的一些內(nèi)容。

　　

【正文】 進行的交叉調(diào)試，杭州電子科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 19 調(diào)試器仍然運行在宿主機上，但被調(diào)試的代碼卻是在嵌入式平臺上運行，兩者通常通過串口或網(wǎng)絡通信。 交叉編譯工具 在嵌入式開發(fā)過程中，我們往往使用現(xiàn)成的交叉編譯器，這樣大大縮短了開發(fā)周期。我們使用的交叉編 譯器是 armlinuxgcc,交叉連接器是 armlinuxld，我們只需要將它們解壓，并將它們的目錄添加到環(huán)境變量中，就可以在任何地方使用相關(guān)工具。 解壓： tar –zxvf –C / 將安裝目錄添加到 /etc/profile 文件中： pathmunge /opt/EmbedSky/使 /etc/profile 文件生效 ： source /etc/profile 交叉 調(diào)試工具 我們使用的交叉調(diào)試工具 [6]是 armlinuxgdb： ? 解壓： tar –jxvf ? 配置 armlinuxgdb： ./configure –target=armlinux –prefix=/armlinuxgdb –programprefix=armlinux ? 編譯安裝： make。make install ? 配置 gdbserver:./configure –target = armtq2440linuxgnu ? 編譯 gdbserver： make CC=armlinuxgcc 之后將 gdbserver 下載到開發(fā)板上。 在宿主機上運行的是 armlinuxgdb 程序，而在開發(fā)板上運行的程序師 gdbserver，兩者通過串口或者網(wǎng)口通訊，完成調(diào)試工作。 Qtopia 開發(fā)環(huán)境 首先是解壓源碼包到根目錄下： tar –jxvf –C / 執(zhí)行特定平臺的配置文件： source 設(shè)置環(huán)境變量： source setARM_QteEnv 環(huán)境搭建好就可以開發(fā) qt 程序了。 應用程序開發(fā) 本 課題設(shè)計到的應用程序開發(fā) [1,5]主要有以下兩方面：在 Qtopia 環(huán)境下實現(xiàn)多通道 A/D 采樣及波形顯示和視頻采集及顯示。 多通道 A/D 采樣及波形顯示 這部分程序設(shè)計的程序流圖如下，我們只選擇數(shù)據(jù)采樣和顯示波形界面的程序設(shè)計實現(xiàn)進行分析 。 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 20 圖 61 A/D 采樣流程圖 在線程中每隔一定的時間從 A/D 接口采集數(shù)據(jù)，并賦值給 ADC 結(jié)構(gòu)中的 data變量供顯示模塊訪問 ，源碼見附錄 1。 顯示模塊主要是調(diào)用 QT 提供的 API 函數(shù)進行劃線以及不斷的重繪 界面，從 而產(chǎn)生動態(tài)的波形顯示效果，源碼見附錄 2。 視頻采集及顯示 程序流程圖如下所示： 圖 62 視頻流程圖 采樣攝像頭數(shù)據(jù) 啟動主程序 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為所需要的格式 顯示采集的視頻 初始化 設(shè)置采集的通道及預分頻值 創(chuàng)建線程池并顯示主界面 激活一個線程，在線程中采樣 顯示波形界面 采樣的數(shù) 據(jù) 初始化 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 21 視頻采集過程主要是運用 Linux 內(nèi)核本身提供的 Video4linux 編程接口來訪問USB 設(shè)備，由于從攝像頭讀取的數(shù)據(jù)是 YUV4:2:2 格式的，因此還要轉(zhuǎn)化為 QT 支持的圖像格式，程序中是將它轉(zhuǎn)化為 jpeg 格式的圖片數(shù)據(jù)進行顯示 ，源碼見附錄3。 驅(qū)動程序開發(fā) Linux 系統(tǒng)中包含字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡設(shè)備三類基本的設(shè)備驅(qū)動 。所謂設(shè)備驅(qū)動程序 [2]就是控制與管理硬件設(shè)備數(shù)據(jù)收發(fā)的軟件，它是應用程序與硬件設(shè)備溝通的橋梁。從本質(zhì)上講設(shè)備驅(qū)動程序主要負責硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)讀寫、參數(shù)配置與中斷處理 ，本節(jié)主要介紹 A/D 驅(qū)動程序的設(shè)計以及對 USB 設(shè)備驅(qū)動程序的框架做一個簡單的介紹，下圖說明了 Linux 驅(qū)動程序的運行原理。 圖 63 驅(qū)動流程圖 A/D 驅(qū)動 設(shè)計 我們將 A/D 接口看成混雜設(shè)備 [8]，其驅(qū)動主要是實現(xiàn)以下幾部分： 實現(xiàn)混雜設(shè)備的結(jié)構(gòu)，也就是構(gòu)造 struct miscdevice 結(jié)構(gòu)； 實現(xiàn)混雜設(shè)備的操作函數(shù)集，也就是填充 struct file_operation 結(jié)構(gòu)，具體的函數(shù)操作集有， open,close,read,write,ioctl 等等；實現(xiàn)相應的中斷處理函數(shù) 由于驅(qū)動是設(shè)計成模塊方式，所以還必須包含 module_init 和 module_exit 函數(shù) ，具體源碼見附錄 4。 USB 設(shè)備 驅(qū)動 分析 由于 USB 攝像頭驅(qū)動非常復雜，在這里 就不分析了，感興趣的讀者可以參閱linux 內(nèi)核源代碼。 用戶進程 文件系統(tǒng)（操作系統(tǒng)） 高層軟件 底層軟件 硬件設(shè)備 I/O 請求 I/O 應答 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 22 7 系統(tǒng)實現(xiàn)及改進 雖然系統(tǒng)最終實現(xiàn)了最初的目標，能夠采 集多通道的 AD 數(shù)據(jù)，并且在界面上實時顯示波形，能夠從 USB 攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)并在界面上顯示視頻，但是系統(tǒng)還有一些地方需要改進或者修改，下面僅列出本人覺得有必要改進的地方及具體改進方法： （ 1）主界面的設(shè)計 由于采用的 qt 版本和虛擬機中安裝 Linux 發(fā)行版之間不能很好的兼容，導致不能直接用 QT Designer直接進行界面的設(shè)計，而只能采用代碼編寫的方法設(shè)計界面，這一方面延長了項目開發(fā)的周期，同時設(shè)計的界面也不是很友好。 解決辦法：安裝更高版本的 qt 軟件和 Linux 發(fā)行版。 （ 2）通道限制 由于開發(fā) 板只能使用四個 A/D 通道，而實際上需要許多的通道，如何擴展通道數(shù)也是需要解決的問題。 解決辦法： 第一，通過通用的 I/O 口，模擬 A/D 接口的邏輯，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采樣； 第二，采用時分復用技術(shù)，將單通道采樣實現(xiàn)為多通道采樣； （ 3）波形顯示效率 因為程序設(shè)計是通過每讀一個數(shù)據(jù)就在界面上顯示，這樣大大的降低了顯示的效率，雖然采樣的速度很快，但是實際上數(shù)據(jù)的更新必須要等到顯示完成之后，因此采樣的數(shù)據(jù)被覆蓋，這導致了有時不能采樣到有效的數(shù)據(jù)，靈敏度不是很好。 解決辦法：可以通過將讀取的數(shù)據(jù)存儲在一個緩沖 區(qū)中，當達到一定的數(shù)據(jù)時，一次顯示在界面上，這樣將大大提高顯示的效率，讀取的數(shù)據(jù)也不會覆蓋，只是顯示的時間有點延遲，但這并不影響最終的結(jié)果，系統(tǒng)的靈敏度也提高了許多。 （ 4）視頻的實時顯示 由于攝像頭輸出的數(shù)據(jù)是 YUV4:2:2 格式的， 而 qt 版本過低，并不支持 RGB格式的數(shù)據(jù)，因此需要先將 YUV 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 RGB 數(shù)據(jù)，然后還需將 RGB 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為特定格式圖片數(shù)據(jù)，實現(xiàn)中是將它轉(zhuǎn)化為 JPEG 格式的文件，視頻采集的數(shù)據(jù)往往很快，但是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化需要耗費很多時間， 導致 最終視頻顯示有將近 1S 的延遲，而且視頻的連續(xù)性也不 是很好。 解決辦法：首先就是升級 qt 的版本，使其支持 RGB 格式的數(shù)據(jù)，這樣就省去了轉(zhuǎn)化為 JPEG 文件的時間，其次可以通過多線程技術(shù)，一個線程采樣數(shù)據(jù)，一個線程顯示數(shù)據(jù)，達到并行執(zhí)行的目的，最后就是購買直接輸出 qt 支持俄數(shù)據(jù)流，這樣就不需要中間的轉(zhuǎn)化過程，使顯示的效率進一步的提高，這樣視頻將更加流杭州電子科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 23 暢，基本無延遲。 這些都是本人現(xiàn)階段覺得系統(tǒng)中存在的一些問題及相關(guān)的解決辦法，由于能力有限，系統(tǒng)中還存在著一些 bug，需要在以后的測試過程中才能發(fā)現(xiàn)，這里就不深入探討。 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 24 致謝 通過畢業(yè)設(shè)計，學會了如何將所學 知識應用于實際的項目開發(fā)中，復習了以前學的知識也接觸到了新的知識和技術(shù)，收獲還是蠻大的。 這次畢業(yè)設(shè)計能夠順利的完成，首先要感謝郭寶峰老師悉心指導和幫助，特別是系統(tǒng)的一些實現(xiàn)方案的選擇，系統(tǒng)改進的一些建議，以及給我提供的各種資料，讓我能夠更快的投入到具體的系統(tǒng)項目實現(xiàn)過程中；其次要感謝學校讓我暑假能夠留校，這是畢業(yè)設(shè)計能夠完成的前提；最后要感謝的是大學期間教育過我的老師以及幫助過我 的同學、及學長學姐，沒有你們的幫助，我就不能完成這篇論文，謝謝你 們！ 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設(shè)計 25 參考文獻 [1] 童永清 .LINUX C 編程實戰(zhàn) [M].北京 :人 民郵電出版社 ,20xx:253321. 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