【正文】 /* position on parent bus */ //唯一確定 此 總線上的設(shè)備的字符串 . ...... struct bus_type *bus。設(shè)備被抽象為 struct device 結(jié)構(gòu)體。 }。 }。 struct list_head list。 kset 結(jié)構(gòu) 被設(shè)計(jì)為 kobject 的集合， kobject 通過 kset 組織成層次化的 樹 結(jié)構(gòu)，kset 是具有相同的類型的 kobject 的集合。 /* 父對(duì)象 */ struct kset * kset。 /* 設(shè)備名稱 ，最長(zhǎng)為 20。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、用來形成樹狀結(jié)構(gòu)的鏈表指針等，都是放在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) kobject 中。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。用樹的形式將全部設(shè)備結(jié)構(gòu)完整、有效的展現(xiàn)出來，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；將設(shè)備按照類型進(jìn)行分類；從樹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。 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。 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。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。 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。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。 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()來完成。 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 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。 unsigned long( *get_unmapped_area) (struct file *,unsigned long,unsigned long,unsigned long,unsigned long)。 int( *lock) (struct file *,int,struct file_lock *)。 int( *flush) (struct file *)。 unsigned int( *poll) (struct file *,struct poll_table_struct *)。 loff_t( *llseek) (struct file *,loff_t,int)。 1． 驅(qū)動(dòng)程序的注 冊(cè) 和 注銷 往 系統(tǒng) 注冊(cè) 一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng) 需要 賦予 設(shè)備 一個(gè)主設(shè)備號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)程序初始化時(shí) 調(diào)用定義在 fs/ 中 的 register_chrdev()函數(shù)或者 fs/ 中的北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 register_blkdev() 函數(shù)來完成。 ⑶ 驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備的接口。 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu) Linux 驅(qū)動(dòng)程序與外界的接口可以分成三部 分： ⑴ 驅(qū)動(dòng)程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核的接口。設(shè)備文件的主設(shè)備號(hào)必須與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在登陸該設(shè)備 時(shí)申請(qǐng)的主設(shè)備號(hào)一致，否則設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)o(wú)法被 用戶 程序 訪問到。對(duì)用戶來說，設(shè)備文件和普通文件沒有區(qū)別。用戶一般希望能用同樣的應(yīng)用程序接口和命令來訪問設(shè)備和普通文件。塊設(shè)備主 要針對(duì)慢速設(shè)備，一般采用緩存技術(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)的隨即讀寫，典型的塊設(shè)備是硬盤和 cdrom 等。 [6] Linux 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是可以以模塊的形式加載各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)，因此允許驅(qū)動(dòng)的開發(fā)人員隨著內(nèi)核版本的更新，在最新版本的內(nèi)核上對(duì)各種新的硬件進(jìn)行設(shè)備驅(qū)動(dòng)的編寫和開發(fā)，這對(duì)嵌入式系統(tǒng)非常重要， 因?yàn)?嵌入式設(shè)備往往具有大量獨(dú)有的外設(shè)，開發(fā)人員需要把主要的精力放在 設(shè)備驅(qū)動(dòng)方面。 ⑵ 把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)核。 Linux 下驅(qū)動(dòng)程序和 dos 或windows 下的區(qū)別 很大 。有些 YUV 格式的芯片采用 YYUV 的數(shù)據(jù)流格式，而有些則采用 YUVY 數(shù)據(jù)流格式。中星微的 zc301p 和松翰的 sn9c105 采用的是 JPEG 格式；凌陽(yáng)的 spca506 和spca508 采用 YUV 格式；松翰的 sn9c101 和凌陽(yáng)的 spca56la 采用第三格式。如今中星微電子的 “星光 ”系列數(shù)字多媒體芯片成功占據(jù)了全球計(jì)算機(jī)圖像輸入芯片市場(chǎng) 60%的市場(chǎng)份額，更占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的 90%。DSP 芯片類型的不同將直接影響圖片格式的差異。 CCD 的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，噪音小，信噪比大，但是生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、功耗高。 圖 31 USB 數(shù)字?jǐn)z像頭的結(jié)構(gòu)框圖 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 在組成攝像頭的所有重要部件當(dāng)中，最為核心的兩個(gè)部件是圖像傳感器芯片和 DSP 芯片。數(shù)字?jǐn)z像頭可以直接捕捉影像，然后通過串、并口或者 USB接口傳到計(jì)算機(jī)里。攝像頭在人們的日常生活中扮演著越來越重要的角色。另外，在實(shí)時(shí)性和浮點(diǎn)處理等方面， ARM 9 也 可以滿足汽車電子應(yīng)用的需求。 ARM 9 處理器是為了有效地提供高性能處理能力而設(shè)計(jì)的，其實(shí) ARM 公司并不是不能設(shè)計(jì)出運(yùn)行在更高頻率的處理器，但是要同時(shí)保證處理器具有超高性能、低功耗和小面積等特點(diǎn)就不是那么容易了。 S 3C 2440 是韓國(guó)三星電子基于 ARM 920T 內(nèi)核構(gòu)建的高性能多媒體應(yīng)用處理器，采用 5 級(jí)流水線，并集成指令和數(shù)據(jù)緩存以及一個(gè) 32 位 AB MA 接口，具有 MMU 管理單元，能夠支持 S y m bian ， L inux 和 W indow sC E ?；?ARM 技術(shù)的微處理器占據(jù)了 32 位RISC 微處理器 75%以上的市場(chǎng)份額， ARM 技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。 對(duì)于本平臺(tái)的所開發(fā)的系統(tǒng)，直接選用網(wǎng)上配置好的交叉編譯工具鏈，雖然不夠靈活，已經(jīng)滿足本系統(tǒng)的開發(fā)需求。 Shell 中文的意思是外殼，實(shí)際上是操作系統(tǒng)內(nèi)核和用戶進(jìn)行交互的接口， shell 和 windows 下面的 dos 命令行非常相似。 ⑹ gdb 調(diào)試器 GDB 全名是 Gnu Debugger，是 GNU C 自帶的調(diào)試工具， 它是一款非常強(qiáng)大的調(diào)試器，功能上可以與 visual studio 媲美，它支持多種硬件平臺(tái)，目前支持的主要調(diào)試語(yǔ)言有 c/c++、 java 等 ⑺ KDEVELOP IDE KDevelop 的是一個(gè)自由，開放源碼的 Linux， Solaris 和 FreeBSD 的 IDE（集成開發(fā)環(huán)境）， Max OS X 和其他 Unix 系統(tǒng)。 Gcc 編譯器編譯的過程一般分為四個(gè)階段， 分別為預(yù)處理、編譯、匯 編和鏈接。 glibc 是 linux 系統(tǒng)中最底層的 api（應(yīng)北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 用程序開發(fā)接口）， 幾乎其它任何的運(yùn)行庫(kù)都會(huì)依賴于 glibc。在本開發(fā)板中，使用串口和 usb 接 口連接的方式來進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試工作。二是 目標(biāo)板，指的是嵌入式開發(fā)板。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 3 嵌入式 ArmLinux 交叉 開發(fā)環(huán)境 的配置 交叉開發(fā)環(huán)境概述 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和通用計(jì)算機(jī)是大不相同的，從硬件資源上說它有很大的局限性，比如存儲(chǔ)空間小，處理器頻率低，沒有鍵盤和鼠標(biāo)等設(shè)備，這限制了已有的開發(fā)工具的在其上的使用。而此時(shí)，服務(wù)器的狀態(tài)從 close 轉(zhuǎn)換到了 listen 監(jiān)聽 狀態(tài)。采用 套接字 編程，初步利用利用TCP／ IP 協(xié)議基于線程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線傳輸。 Video4Linux(簡(jiǎn)稱 V4L)是 Linux 專門針對(duì)視頻設(shè)備提供的應(yīng)用程序接口，是 Linux 對(duì)視頻設(shè)備的內(nèi)核級(jí)驅(qū)動(dòng)。 ⑴ 嵌入式 Linux 環(huán)境的建立 本文選用的是 FL2440 開發(fā)板，飛凌公司 的開發(fā)板自帶了 建立嵌入式 Linux 環(huán)境所需要的開發(fā)包，依次 將 bootloader， kernel， yaffs 文件系統(tǒng)下載到開發(fā)板 上對(duì)開發(fā)板。內(nèi)置的 ARM920T 內(nèi)核的 32 位 RISC 微處理器 S3C2440，主頻 最高可達(dá) 400MHz， 可以完成 JPEG 圖像壓縮以及 傳輸 的 基本 要求。傳輸模塊使用有線網(wǎng)卡，采用 基于 IEEE 以太局域網(wǎng) 標(biāo)準(zhǔn) ， 對(duì) 數(shù)據(jù) 進(jìn)行發(fā)送和接收 。軟件部分由 linux 標(biāo)準(zhǔn) 內(nèi)核、 gspca usb 攝像頭 、 有線 網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)以及圖像的 v4l 采集程序、 服務(wù)器端和客戶端程序 等構(gòu)成。 本人通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)初步掌 握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全部流程，也掌握了監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和解決方案 。 視頻監(jiān)測(cè)是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分， 是一種用于保護(hù)個(gè)人隱私，以及公共安全等其他用途的技術(shù) 。 嵌入式系統(tǒng) 的定義 是指以應(yīng)用為核心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可剪裁，對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 3. 設(shè)計(jì)圖像采集和存儲(chǔ)的軟件。 實(shí)現(xiàn)嵌入式圖像采集系統(tǒng) 需要作很多的硬件和軟件工作，通過 本畢業(yè)設(shè)計(jì)， 本人參考 閱讀了大量的 linux 源代碼和 USB 的規(guī)范，對(duì) usB 總線協(xié)議有了 一定的理解， 會(huì)熟練使用 嵌入式交叉 開發(fā)環(huán)境， 對(duì) linux c 語(yǔ)言編程開發(fā)， 多線程編程和 跨平臺(tái)的 圖形開發(fā)框架 qt 都有深入的理解 和掌握。監(jiān)控系統(tǒng)作為現(xiàn)代企業(yè)不可或缺的重要組成部分，已廣泛應(yīng)用于交通、醫(yī)院、銀行、家居和教育等諸多領(lǐng)域，可以有效地避免安全隱患，提高工作效率。 [1]因?yàn)榍度胧绞袌?chǎng)遠(yuǎn)大于 pc 市場(chǎng)， Linux 在嵌入式市場(chǎng)的大作為也吸引了許多大公司、科研單 位 和 高校進(jìn)行研究。 在 Ubuntu Linux PC 上編寫客戶端，利用 SDL 顯示圖像。這部分工作完成后，就為上層應(yīng)用程序的開發(fā)屏蔽了硬件平臺(tái)的復(fù)雜性與多樣性，極大提 高了產(chǎn)品開發(fā)的效率。 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。 設(shè)計(jì)圖像傳感器與嵌入式系統(tǒng)的接口 。 19 周 20 周：確定總體方案。 3．設(shè)計(jì)圖像采集和存儲(chǔ)的軟件。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目：基于嵌入式系統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng) 姓 名： 華永奇 學(xué) 號(hào)： 2021080303107 學(xué) 院： 信息學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 同 組 人 ： 指 導(dǎo) 教 師： 高美娟 協(xié)助指導(dǎo)教師： 2021 年 5 月 12 日北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) I 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 任務(wù)書 題目 ： 基于嵌入式系統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng) 專業(yè)： 電子信息工程 指導(dǎo)教師： 高美娟 學(xué)院： 信息學(xué)院 學(xué)號(hào)： 2021080303107 班級(jí)： 0808030301 姓名： 華永奇 一、主要內(nèi)容和基本要求 圖像采集系統(tǒng)作為一種比較通用的圖像采集裝置，在各個(gè)行業(yè)有著廣泛應(yīng)用，本題目設(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。 4．部分實(shí)驗(yàn)及調(diào)試。撰寫并完善開題報(bào)告，進(jìn)行開題答辯。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) II 05 周 08 周： 嵌入式圖像采集系統(tǒng)的 軟件設(shè)計(jì)。 指 導(dǎo) 教 師： （簽字） 專業(yè)負(fù)責(zé)人／系主任： （簽字） 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) III 摘 要 Linux 是 個(gè)開源的操作 系統(tǒng)，由于其 源代