【導(dǎo)讀】統(tǒng)已經(jīng)成為人們?cè)谏a(chǎn)、生活中必不可少的一個(gè)部分。特別是近年來，隨著計(jì)算。透到教育、娛樂、醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)等各個(gè)領(lǐng)域。視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今可視化領(lǐng)。域的一個(gè)新的開發(fā)熱點(diǎn)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)正在向嵌入式、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。巧、性郁穩(wěn)定、通訊便利的監(jiān)控產(chǎn)品。本文以S3C2440為核心硬件平臺(tái)開發(fā)了基。于嵌入式的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述和研究。最后著重論述了嵌入式Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)，編寫了視頻監(jiān)控瀏覽器界面程。序，并最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。和易用性，有利于系統(tǒng)升級(jí)。另外采用嵌入式的方法，系統(tǒng)成本較低。

　　

【正文】 間很短，對(duì)內(nèi)存的占用較小。 YAFFS/YAFFS2 自帶 NAND芯片的驅(qū)動(dòng)， 并且為嵌入式系統(tǒng)提供了直接訪問文件系統(tǒng)的 API，用戶可以不使用 Linux 中的 MTD 與 VFS，直接對(duì)文件系統(tǒng)操作 [16]。 本文選擇 Yaffs 文件系統(tǒng)， Yaffs 文件系統(tǒng)以速度快，效率高，占用內(nèi)存少，其只讀的特點(diǎn)有利于保護(hù)文件系統(tǒng)免受破壞，提高了系統(tǒng)的可靠性。 CMOS 攝像頭驅(qū)動(dòng)以及視頻監(jiān)控應(yīng)用軟件的開發(fā)設(shè)計(jì) 由于我們采用的是 CMOS 攝像頭，該款攝像頭在 linux 系統(tǒng)中沒有為之實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)代碼，所以我們應(yīng)該為其設(shè)計(jì)編寫驅(qū)動(dòng)，好讓其正常工作。首先我們確定將其注冊(cè)為字符設(shè)備，然后為其實(shí)現(xiàn)操作函數(shù)。其中包 含了三個(gè)主要文件：、 、 。 而視頻監(jiān)控軟件則是利用 Linux 系統(tǒng) V4L 接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮，傳輸，連接客戶端瀏覽器來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。具體實(shí)現(xiàn)過程見第 5 章。 本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。首先介紹了嵌入式系統(tǒng)概況，及 ARM 技術(shù)和 S3C2440 體系結(jié)構(gòu)，然后給出了視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)的構(gòu)建及軟件總體框架設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和選型。 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 14 頁 共 61 頁 3 系統(tǒng)硬件平臺(tái)的簡(jiǎn)單介紹 mini2440 開發(fā)板主要 硬件資源介紹 [17] A、 CPU 處理器 Samsung S3C2440A，主頻 400MHz，最高 533Mhz B、 SDRAM 內(nèi)存 在板 64M SDRAM 32bit 數(shù)據(jù)總線 SDRAM 時(shí)鐘頻率高達(dá) 100MHz C、 FLASH 存儲(chǔ) 在板 256M Nand Flash, 掉電非易失 在板 2M Nor Flash，掉電非易失，已經(jīng)安裝 BIOS D、接口和資源 1 個(gè) 100M 以太網(wǎng) RJ45 接口 (采用 DM9000 網(wǎng)絡(luò)芯片 ) 3 個(gè)串行 口 1 個(gè) USB Host 1 個(gè) USB Slave B 型接口 1 個(gè) I2C 總線 AT24C08 芯片，用于 I2C 總線測(cè)試 1 個(gè) mm間距 20pin 攝像頭接口 板載實(shí)時(shí)時(shí)鐘電池 電源接口 (5V)，帶電源開關(guān)和指示燈 主要芯片接口介紹 SDRAM 存儲(chǔ)系統(tǒng) Mini2440 使用了兩片外接的 32M bytes 總共 64M bytes 的 SDRAM 芯片(型號(hào)為： HY57V561620FTP/MT48LC16M16A2)，一般稱之為內(nèi)存，它們并接在一起形成 32bit 的總線數(shù)據(jù)寬度，這樣可以增加訪問的速度；因?yàn)槭遣⒔樱仕鼈兌际褂昧?nGCS6 作為片選，根據(jù) S3C2440 技術(shù)手冊(cè) 52 中的介紹可知，這就決定了它們的物理起始地址為 0x30000000，下面是摘自 mini2440 原理圖中的 SDRAM 部分原理圖。如圖 所示。 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 共 61 頁 圖 SDRAM 原理圖 FLASH 存儲(chǔ)系統(tǒng) Mini2440 具備兩種 Flash。 Nor Flash，型號(hào)為 SST39VF1601，大小為 2Mbyte；另一種是 Nand Flash，型號(hào)為 K9F2G08，大小為 256M。 S3C2440 支持這兩種 Flash 啟動(dòng)系統(tǒng)，通過撥動(dòng)開關(guān)，你可以選擇從 NOR 還是從 NAND 啟動(dòng)系統(tǒng)。 Nand Flash 不具有地址線，它有專門的控制接口與 CPU 相連，數(shù)據(jù)總線為 8bit，但這并不意味著 Nand Flash 讀寫數(shù)據(jù)會(huì)很慢。大部分的優(yōu)盤或者 SD 卡等都是 Nand Flash 制成的設(shè)備。 從下面的原理圖 可以看出， Nor Flash 采用了 A1A22 總共 22 條地址總線和 16 條數(shù)據(jù)總 線與 CPU 連接，請(qǐng)注意地址是從 A1 開始的，這意味著它每次最小的讀寫單位是 2byte，因此根據(jù)原理圖，該設(shè)計(jì)總共可以兼容支持最大 8Mbyte 的 Nor Flash，實(shí)際我們的開發(fā)板上只用了 A1A20 條地址線，因?yàn)榕cA2 A22 相連的 SST39V1601 的相應(yīng)引腳是懸空的。 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 16 頁 共 61 頁 圖 Flash 原理圖 CMOS CAMERA 接口 S3C2440 帶有 CMOS 攝像頭接口，在開發(fā)板上通過標(biāo)稱為 CAMERA 的接口引出。它是一個(gè) 20 腳 間 距的針座，用戶可以直接使用我們提供的 CAM130 攝像頭模塊；其實(shí) CAM130 攝像頭模塊上面沒有任何電路，它只是一個(gè)轉(zhuǎn)接板，它直接連接使用了型號(hào)為 ZT130G2 攝像頭模塊，它們的定義如圖 所示。 圖 CAMERA 攝像頭接口 本章小結(jié) 本章首先詳細(xì)介紹了 mini2440 開發(fā)板的資源。其后重點(diǎn)解析了開發(fā)板上對(duì)與本課題有重要關(guān)系的接口與芯片，包括內(nèi)存、 flash、攝像頭接口等，并提供引腳圖以便之后的軟件設(shè)計(jì)參考。 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 共 61 頁 4 嵌入式 linux 操作系統(tǒng)的構(gòu)建 嵌入式交叉編譯環(huán)境搭 建 在裁減和定制嵌入式 Linux 之前，由于一般嵌入式開發(fā)系統(tǒng)存儲(chǔ)大小有限，通常需要在強(qiáng)大的 PC 機(jī) (宿主機(jī) )上建立一個(gè)用于目標(biāo)機(jī)的交叉編譯環(huán)境。所謂交叉編譯，簡(jiǎn)單地說就是在一個(gè)平臺(tái)上生成另一個(gè)平臺(tái)上的可執(zhí)行代碼。這里所謂平臺(tái)實(shí)際上是體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)的結(jié)合體。程序的編譯是在宿主機(jī)，一般為桌面主機(jī)；執(zhí)行是在目標(biāo)端，即嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。一般是在宿主機(jī)上通過跨平臺(tái)交叉編譯器把源文件編譯成目標(biāo)平臺(tái)上可執(zhí)行的文件，再通過串口、并口或者網(wǎng)絡(luò)下載至目標(biāo)平臺(tái)上的 FLASH 或者其它存儲(chǔ)介質(zhì)，然后由目標(biāo)機(jī)來運(yùn)行這些軟件。 Linux 下的交叉編譯環(huán)境主要包括以下幾個(gè)部分 : ? 針對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的編譯器 gcc； ? 針對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的二進(jìn)制工具 binutils，包括 ar, objcopy, strip 工具集； ? 目標(biāo)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù) glibc； ? 目標(biāo)系統(tǒng)的 Linux 內(nèi)核頭文件以及 GNU Make 工具。 可通過兩種方式建立 armlinux 交叉編譯環(huán)境，手動(dòng)方式和使用集成環(huán)境。本文使用從因特網(wǎng)下載已經(jīng)編譯好了的常用的體系結(jié)構(gòu)的工具鏈。交叉編譯工具鏈的安裝步驟如下 : (1)將該壓縮包拷貝到在宿主 PC 機(jī)某一 個(gè)目錄，比如 /tmp 下，然后解壓： cd /tmp tar xf C / 執(zhí)行上面的命令會(huì)將 armlinuxgcc 安裝到 /usr/loca/arm/ 目錄。 (2)把編譯器路徑加入系統(tǒng)環(huán)境變量，運(yùn)行命令 gedit /root/.bashrc 編輯 /root/.bashrc 文件，在最后一行添加： export PATH=$PATH: /usr/local/arm/ 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 共 61 頁 Bootloader 移植 BootLoader 基本概念 BootLoader(引導(dǎo)加載程序 )是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的第一段代碼。通過這段代碼，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。從操作系統(tǒng)的角度看， BootLoader 的總目標(biāo)就是正確地調(diào)用內(nèi)核來執(zhí)行 [18]。 通常 BootLoader 嚴(yán)重地依賴于硬件而實(shí)現(xiàn)，特別是在嵌入式系統(tǒng)。對(duì)移植操作系統(tǒng)到開發(fā)板的人來說，編寫移植 BootLoader 是一個(gè)不可避免的過程。圖 就是一個(gè)同時(shí)裝有 BootLoader、內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)、內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像的固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備的典型空間分配結(jié)構(gòu)圖。 圖 Flash 空間分布圖 一般 BootLoader 都包含兩種不同的操作模式 :“啟動(dòng)加載”模式和“下載”模式，這種區(qū)別僅對(duì)于開發(fā)人員才有意義。但從最終用戶的角度看， BootLoader的作用就是用來加載操作系統(tǒng)，而并不存在所謂的啟動(dòng)加載模式與下載工作模式的區(qū)別 [19]: (1)啟動(dòng)加載模式。這種模式也稱為“自主”模式。也即 BootLoade 從目標(biāo)機(jī)上的某個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備上 將操作系統(tǒng)加載到 RAM 中運(yùn)行，整個(gè)過程并沒有用戶的介入。這種模式是 BootLoader 的正常工作模式，因此在嵌入式產(chǎn)品發(fā)布的時(shí)候，BootLoader 顯然必須工作在這種模式下。 (2)下載模式。在這種模式下，利用 BootLoader 通過串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機(jī)下載文件，比如 :下載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等。 BootLoader的這種模式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時(shí)被使用。此外，以后的系統(tǒng)更新也會(huì)使用 BootLoade 這種工作模式。工作于這種模式下 BootLoader 的通常都會(huì)向它的終端用戶提 供一個(gè)簡(jiǎn)單的命令行接口。 B o o tl o a d e r B o o t p a r a m e te r sK e r n e l R o o t f il e sy st e m 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 共 61 頁 vivi代碼結(jié)構(gòu)分析 vivi 是由韓國(guó) Mizi 公司開發(fā)的一種 Bootloade:適合于 ARM9 處理器，支持S3C2440A 處理器，支持串口、 USB 等傳輸通信手段，體積小，使用方便。其源代碼可以在 網(wǎng)站下載。 vivi 主要包括以下目錄： (1) arch:在 make menuconfig 時(shí)候裝載的配置文件和匯編程序，此日錄包含了所有 vivi支持目標(biāo)板的子目錄； (2) cvs:用于源碼管理； (3) document: vivi的說明文檔； (4) drivers： 包含了引導(dǎo)內(nèi)核需要的設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序 (MTD 和串口 )； (5) include:頭文件的公共目錄， S3C2410 定義了這塊處理器和 NAND Flash的一些寄存器； (6) init:硬件初始化和啟動(dòng)內(nèi)核； (7) lib:處理器體系相關(guān)的文件，和一些平臺(tái)公共的接口代碼； vivi啟動(dòng)過程 vivi 的實(shí)現(xiàn)依賴于 CPU 的體系結(jié)構(gòu)，它分為 stagel 和 stage2 兩大部分。 stagel主要包含依賴于 CPU 體系結(jié)構(gòu)硬件初始化的代碼，通常用匯編語言來實(shí)現(xiàn)；而stage2 則通常用 C 語言實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，而且代碼會(huì)具有更好的可讀性和可移植性。 (1) stagel階段 這一階段的代碼用匯編語言編寫，在 vivi/arch/s3c2410/ 中定義，大小不超過 10 KB，它包括從系統(tǒng)上電后在 0x0000000。地址開始執(zhí)行的部分。這部分代碼運(yùn)行在 Flash 中，它包括對(duì) S3C2410 的一些堆棧、寄存器和時(shí)鐘等的初始化，為第二階段的執(zhí)行準(zhǔn)備硬件環(huán)境，并跳轉(zhuǎn)到第二階段執(zhí)行。具體工 作是： ? 硬件設(shè)備初始化 ? 代碼重定位，為加載 Boot Loader 的 stage2 準(zhǔn)備 RAM 空間 ? 加載第二階段代碼到 RAM 空間 ? 設(shè)置堆棧跳轉(zhuǎn)到第二階段代碼入口 (2) stage2 階段 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁 共 61 頁 這個(gè)階段的代碼用 C 語言編寫，從 main()函數(shù)開始，該函數(shù)在 /init/。文件中。主要進(jìn)行一些開發(fā)板初始化、內(nèi)存映射和內(nèi)存管理單元初始化等工作，最后會(huì)跳轉(zhuǎn)到 boot_or _vivi()函數(shù)中接收命令并進(jìn)行處理。具體主要工作過程： ? 初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備 ? 檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)存映射 ? 加載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng) 映像 ? 設(shè)置內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù) ? 啟動(dòng)內(nèi)核 配置和編譯 vivi vivi 是專門為 ARM9 設(shè)計(jì)的，并且直接提供對(duì)于 S3C2440 的板級(jí)支持。在vivi/arch/目錄下存放的是與處理器相關(guān)的文件，系統(tǒng)使用 S3C2440 處理器，對(duì)應(yīng)的目錄為 S3C2440。 heads 程序是 vivi 啟動(dòng)第一階段的代碼，在該文件中對(duì)處理器的配置均通過調(diào)用外部定義常數(shù)或宏來實(shí)現(xiàn)，因此以針對(duì)不同的平臺(tái)，只需修改外部定義的初始值即可。這部分初始值都在 vivi/include/platform/ 文件中定義，包括處理 器時(shí)鐘、存儲(chǔ)器初始化、通用串口初始化及 vivi 初始配置等。具體配置如下 : (1)設(shè)置編譯環(huán)境 在對(duì) vivi 源代碼進(jìn)行相應(yīng)改動(dòng)，需要對(duì)源代碼進(jìn)行配置和編譯。準(zhǔn)備好交叉編譯環(huán)境和內(nèi)核后，修改 vivi/Makefile 里的一些變量設(shè)置，設(shè)置編譯環(huán)境。 A