【導(dǎo)讀】題目設(shè)計(jì)以嵌入式系統(tǒng)為核心的圖像采集系統(tǒng)，具有一定的通用性。1．設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體方案。4．部分實(shí)驗(yàn)及調(diào)試。5．撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，答辯。2．趙燕.傳感器原理及應(yīng)用，北京大學(xué)出版社,3．伊拉希(美).網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，科學(xué)出版社，19周-20周：確定總體方案。撰寫并完善開(kāi)題報(bào)告，進(jìn)行開(kāi)題答辯。01周-04周：學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體方案。11周-13周：總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)階段的工作，撰寫畢設(shè)論文，畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。持的硬件平臺(tái)多等特點(diǎn)，linux在嵌入式系統(tǒng)和服務(wù)器上中得到了極其廣泛的應(yīng)用，Linux也是當(dāng)前最熱門的嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式市場(chǎng)占有率最高。的操作系統(tǒng)，并把linux用到更廣泛的領(lǐng)域。雜性與多樣性，極大提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的效率。寫linux驅(qū)動(dòng)代碼的方法，并移植開(kāi)源的gspca驅(qū)動(dòng)到內(nèi)核中。據(jù)采集程序和基于tcp/ip的圖像傳輸程序。

　　

【正文】 并 同時(shí)釋放 分配得到 的主設(shè)備號(hào)。 2. 設(shè)備的打開(kāi)與釋放 通過(guò)調(diào)用定義在 include/linux/ 中的 file_operations 中的 open()函數(shù) 來(lái)完成的 硬件設(shè)備的打開(kāi) ， 本操作 是驅(qū)動(dòng)程序用來(lái)完成初始化工作的。以下是file_operations 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義： struct file_operations { struct module *owner。 loff_t( *llseek) (struct file *,loff_t,int)。 ssize_ t( *read) (struct file *,size_t,loff_t *)。 ssize t( *write) (struct file *,const char *,size_t,loff_t *)。 int( *readdir) (struct file *,void *,filldir_t *)。 unsigned int( *poll) (struct file *,struct poll_table_struct *)。 int( *ioctl) (struct inode *,struct file *,unsigned int,unsigned long)。 int( *mmap) (struct file *,struct vm_ area_struct *)。 int( *open) (struct inode *,struct file *)。 int( *flush) (struct file *)。 int( *release) (struct inode *,struct file *)。 int( *fsync) (struct file *,struct dentry *,int)。 int( *fasync) (int,struct file *,int)。 int( *lock) (struct file *,int,struct file_lock *)。 ssize_t( *readv) (struct file *,const struct iovec *,unsigned long,loff_t *)。 ssize_ t( *writev) (struct file *,const struct iovec *,unsigned long,loff_t *)。 ssize_ t ( *sendpage) (struct file *,struct page *,int,size_t,loff_t *,int)。 unsigned long( *get_unmapped_area) (struct file *,unsigned long,unsigned long,unsigned long,unsigned long)。 int (*check_flags) (int)。 } 當(dāng)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件進(jìn)行諸如 open、 close、 read、 write 等操作 時(shí) ， linux內(nèi)核將通過(guò) file_operations 結(jié)構(gòu)訪問(wèn)驅(qū)動(dòng)程序提供的函數(shù)。如應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件執(zhí)行讀操作 時(shí) ，內(nèi)核調(diào)用 file_operations 結(jié)構(gòu)中的 read 函數(shù)。 一般在 驅(qū)動(dòng)程序中， open()需要完成 如下 工作：首先檢查設(shè)備的相關(guān)錯(cuò)誤，如設(shè)備尚未準(zhǔn)備就緒等； 對(duì)于 第一次打開(kāi) 的設(shè)備 ，則需要 對(duì)硬件設(shè)備 初始化；識(shí)北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 別次設(shè)備號(hào)； 若 有必要 的話需 更新讀寫操作的當(dāng)前位置 f_ops 指針； 對(duì)fileprivate_data 里的數(shù)據(jù) 進(jìn)行分 配和填寫 ； 引用 計(jì)數(shù) 值 增加一。 同樣，一般 通過(guò)調(diào)用 file_operations 結(jié)構(gòu)中函數(shù) release()來(lái)完成 釋放設(shè)備 ，這個(gè)方法一般 等同于 close()，作用正好與 open()相反 ，通常需要完成一下工作：使用計(jì)數(shù)減一，釋放 fileprivate_data 中分配的內(nèi)存；如果 被釋放 設(shè)備 是最后一個(gè) ，則設(shè)備 關(guān)閉 。 讀寫 字符設(shè)備的 操作使用函數(shù) read()和 write()。對(duì)于塊設(shè)備， 使用 函數(shù)block_read()和 block_write()來(lái) 對(duì) 數(shù)據(jù) 進(jìn)行 讀寫 。 4. 設(shè)備的控制操作 除了 設(shè)備的 讀 和 寫 以外，有時(shí) 應(yīng)用程序需 對(duì) 硬件 設(shè)備進(jìn)行控制，這 時(shí)需要 函數(shù) ioctl()來(lái)完成。 Ioctl()與具體的設(shè)備 對(duì)象關(guān)系密切 ，需要結(jié)合具體的設(shè)備 來(lái) 分析。 5. 設(shè)備的輪詢與中斷操作 當(dāng)設(shè)備執(zhí)行某個(gè)命令時(shí)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)可以從輪詢或者中斷中選擇一種以判斷設(shè)備是否已經(jīng)完成了此命令。 對(duì)于不支持中斷的設(shè)備，讀寫時(shí)需要輪流查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)，以便決定是否技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。輪詢方式意味著需經(jīng)常對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行讀取，直到設(shè)備狀態(tài)表明請(qǐng)求已經(jīng)完成為止。如果設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序被連接進(jìn)入內(nèi)核，輪詢方式會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果： cpu 將無(wú)所事事，直到設(shè)備完成此請(qǐng)求。 輪詢方式最好的方法就是通過(guò)內(nèi)核定時(shí)器定期對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行查詢 ，使內(nèi)核周期性調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)中的某個(gè)例程來(lái)完成檢查設(shè)備狀態(tài)。 輪詢方式比較消耗內(nèi)核資源 。 中斷是一種更有效的方法，如果硬件支持中斷則可以按照中斷的 方式 進(jìn)行操作。讓硬件在需要的時(shí)候 會(huì) 向內(nèi)核發(fā)出 中斷請(qǐng)求信號(hào)，內(nèi)核負(fù)責(zé)把信號(hào) 傳遞給 對(duì)應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng) 程序 。 [9]此 過(guò)程由內(nèi)核 中設(shè)備驅(qū)動(dòng) 注冊(cè) 的中斷來(lái)協(xié)助完成。系統(tǒng)記錄下 中斷處理 程序 中的地址和中斷號(hào)。在 系統(tǒng)的 proc/interrupts 文件中可以看到驅(qū)動(dòng)程序?qū)?yīng)的中斷號(hào)和類型。 在驅(qū)動(dòng)初始化 一般 已經(jīng)完成 對(duì)中斷資源的請(qǐng)求 。系統(tǒng)中 某些 中斷時(shí)固定的，大多數(shù)中斷需要在啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。設(shè)備驅(qū)動(dòng) 所控制的中斷號(hào) (IRQ)必須在取得對(duì)此中斷的所有權(quán)之前找到 。 體系結(jié)構(gòu)決定了 如何將中斷發(fā)送給 cpu，在大多數(shù)體系結(jié)構(gòu)中，中斷用特殊模式發(fā)送，并且會(huì)阻止 系統(tǒng) 其他中斷 的產(chǎn)生。驅(qū)動(dòng)程序在中斷處理過(guò)程中做得越少越好，這樣 linux 內(nèi)核能夠很快 從中斷 狀態(tài) 返回 。為了在 接收中斷后能夠 完成更多的 工作，設(shè)備驅(qū)動(dòng) 還需要 能夠使用內(nèi)核的底層處理 例程， 或者任務(wù)隊(duì)列來(lái)對(duì)北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 之后 需要調(diào)用的那些 任務(wù)例程 進(jìn)行排隊(duì)。 linux 設(shè)備 模型 1. 設(shè)備模型概要 Linux 內(nèi)核 設(shè)備 模型與具體的設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程是無(wú)關(guān)的，但是對(duì)理解 linux 下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 中設(shè)備 在底層的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。 由于各種熱插拔設(shè)備特別是 usb 設(shè)備的大量使用，內(nèi)核需要處理在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)設(shè)備的動(dòng)態(tài)插入和拔除，以及設(shè)備間復(fù)雜的依賴關(guān)系。為此， 之后引進(jìn)了新的 內(nèi)核設(shè)備模型。 設(shè)備模型提供了獨(dú)立的機(jī)制表示設(shè)備，并表示其在系統(tǒng)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：代碼重復(fù)最??；提供如引用計(jì)數(shù)這樣的統(tǒng)一機(jī)制；列舉系統(tǒng)中所有的 設(shè)備 ，觀察其狀態(tài)，查看其連接總線。用樹(shù)的形式將全部設(shè)備結(jié)構(gòu)完整、有效的展現(xiàn)出來(lái)，包括所有總線和內(nèi) 部連接；將設(shè)備與對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)；將設(shè)備按照類型進(jìn)行分類；從樹(shù)的葉子向根的方向依次遍歷，確保以正確的順序關(guān)閉各個(gè)設(shè)備的電源。 [10] 設(shè)備模型 設(shè)計(jì)的初衷 是為了 節(jié)能，有助于電源管理。通過(guò)建立表示系統(tǒng)設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系的樹(shù)結(jié)構(gòu)，能夠在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)智能的電源管理?；驹砣缦?，當(dāng)系統(tǒng)想關(guān)閉某個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的電源是，內(nèi)核必須首先關(guān)閉該設(shè)備節(jié)點(diǎn)一下的設(shè)備電源。舉例：內(nèi)核需要在關(guān)閉 usb 攝像頭之后，才能關(guān)閉 usb 控制器，再之后才能夠關(guān)閉 PCI 總線。 [11] 設(shè)備模型可以初略劃分為兩個(gè)層次：其中，總線、設(shè)備、 驅(qū)動(dòng) 3 個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成了設(shè)備模型的上層建筑，通常開(kāi)發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)接觸的就是這三個(gè)概念； kobject、kset、 kobj_type 這三個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成了設(shè)備模型的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)， 經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)決定了上層建筑，也就是決定了總線、設(shè)備和驅(qū)動(dòng)的組織關(guān)系。 引入 kobjec 這個(gè) 新的設(shè)備管理機(jī)制，通過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使所有設(shè)備在底層都具有統(tǒng)一的接口， 并 提供基本的對(duì)象管理， kobject 是組成設(shè)備模型的最小單元， 是構(gòu)成 設(shè)備模型的核心結(jié)構(gòu)，它與 sysfs 文件系統(tǒng)緊密相連，每個(gè)在內(nèi)核中注冊(cè)的 kobject 對(duì)象都和 sysfs 文件系統(tǒng)中的一個(gè)目錄 對(duì)應(yīng)。 [12] 設(shè)備模型的首要任務(wù)是把設(shè)備連接起來(lái)，形成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。雖然 設(shè)備種類的千奇百怪， 但是一些公有屬性比如引用計(jì)數(shù)、設(shè)備上鎖、用來(lái)形成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的鏈表指針等，都是放在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) kobject 中。 kobject 定義在 include/linux/ struct kobject { const char * k_name。 /* 指向設(shè)備對(duì)象名稱的指針。 */ char name[KOBJ_NAME_LEN]。 /* 設(shè)備名稱 ，最長(zhǎng)為 20。 */ 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 struct kref kref。 /* 對(duì)象引用計(jì)數(shù) */ struct list_head entry。 /* 列表頭 */ struct kobject * parent。 /* 父對(duì)象 */ struct kset * kset。 /* kobject 集合 */ struct kobj_type * ktype /* kobject 類型 */ struct dentry * dentry。 /* sysfs 的目錄項(xiàng) */ wait_queue_head_t poll。 /* 等待隊(duì)列 */ }。 kset 結(jié)構(gòu) 被設(shè)計(jì)為 kobject 的集合， kobject 通過(guò) kset 組織成層次化的 樹(shù) 結(jié)構(gòu)，kset 是具有相同的類型的 kobject 的集合。 Kobject 相當(dāng)于葉子節(jié)點(diǎn)， kset 相當(dāng)于內(nèi)節(jié)點(diǎn)，兩者的連接形成了一個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。 該結(jié)構(gòu)定義在 include/linux/ struct kset{ struct kobj_type * ktype。 // ksetkobj 所屬的類型。 struct list_head list。// 鏈表頭， 用于 存放 該 kset 中所有 kobject spinlock_t list_lock。 struct kobject kobj。 // 自身的 kobject struct kset_uevent_ops * uevent_ops。 }。 kobj_type 結(jié)構(gòu)關(guān)注的是對(duì)象的類型，它是具有相同操作的 kobject 的集合，負(fù)責(zé)管理這一類 kobject 在 sysfs 下的操作，該結(jié)構(gòu)定義在 include/linux/ struct kobj_type { void (*release)(struct kobject *kobj)。 struct sysfs_ops *sysfs_ops。 struct attribute **default_attrs。 }。 設(shè)備 模型的上層建筑 總線、設(shè)備、驅(qū)動(dòng)在內(nèi)核中的結(jié)構(gòu)， 全 都定義在include/linux/。 Linux中的任一設(shè)備在設(shè)備模型中都有一個(gè) device描述，設(shè)備是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，操作系統(tǒng)就是一個(gè)大的接口，最后溯源都會(huì)到對(duì)于設(shè)備的操作，而對(duì)于設(shè)備的理解的程度則也是和對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)理解程度成正比的。在最底層， linux 系統(tǒng)中的每一個(gè)設(shè)備都用 device 結(jié)構(gòu)的一個(gè) 對(duì)象 實(shí)例來(lái)表示。設(shè)備被抽象為 struct device 結(jié)構(gòu)體。這個(gè)結(jié)構(gòu)體 中每個(gè)項(xiàng)都 是 很重要 的 ，而最基本的要關(guān)注的有以下幾個(gè)： parent,kobj,bus_id,bus_type,device_driver,driver_data,void(*release)(struct device *dev). 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 結(jié)構(gòu)體全部部分在 /usr/src/struct device { . ..... struct device *parent。 //表示父設(shè)備，一般 父設(shè)備是某種總線或者主控制器 . 指針為空 ,則此 設(shè)備是一個(gè)頂層設(shè)備 . struct kobject kobj。 //代表這個(gè)設(shè)備并且連接它到層次中的 kobject. 注意 , 作為一個(gè)通用的規(guī)則 , devicekobjparent 等同于 deviceparentkobj. char bus_id[BUS_ID_SIZE]。 /* position on parent bus */ //唯一確定 此 總線上的設(shè)備的字符串 . ...... struct bus_type *bus。 //type of bus device is on 確定設(shè)備位于哪種總線 . struct device_driver *driver。 // which driver