【正文】 進(jìn)行遠(yuǎn)程拍照，通 過(guò) U 盤或 SD 卡讀出照片及其他數(shù)據(jù)。將機(jī)器人控制融入日常生活的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，隨著服務(wù)性機(jī)器人進(jìn)入千家萬(wàn)戶，將極大地改變?nèi)藗兾磥?lái)的生活模式。隨著 3G 網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的普及開發(fā)出一種基于 3G 手機(jī)終端控制的智能機(jī)器人符合當(dāng)今機(jī)器人發(fā)展的方向。 機(jī)器人問(wèn)世以來(lái) ， 在救災(zāi) ， 核武器水下探測(cè)等危險(xiǎn)領(lǐng)域機(jī)器人發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用 。很多國(guó)內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)都開展基于網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控機(jī)器人方面的研究工作。機(jī)器人遠(yuǎn)程控制技術(shù)研究重點(diǎn) ， 主要集中在兩個(gè) ： 一是遙現(xiàn) ，又被稱為臨場(chǎng)感技術(shù) ； 二是網(wǎng)絡(luò)控制的可靠性與穩(wěn)定性以及無(wú)線傳輸問(wèn)題 。如果把這項(xiàng)技術(shù) 用于 軍方 ， 就可制作遠(yuǎn)程偵察機(jī)器人 ， 實(shí)現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)各種信息的收集和傳輸。如何消除遠(yuǎn)程控制所帶來(lái)的動(dòng)作延遲影響控制精度問(wèn)題。 未來(lái)的幾年內(nèi)，隨著信息化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化 的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也將獲得廣闊的發(fā)展空間。美國(guó)著名未來(lái)學(xué)家尼葛洛龐帝 99 年 1 月訪華時(shí)預(yù)言， 4～ 5 年后嵌入式智能（電腦）工具將是 PC 和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)明，嵌入式系統(tǒng)是這個(gè)后 PC 時(shí)代的擎天之柱。 課題的現(xiàn)實(shí)意義 本課題來(lái)源于本人 在華清學(xué)習(xí)后做的項(xiàng)目，通過(guò)該項(xiàng)目可以使自己對(duì)嵌入式開發(fā)有新的理解，也提高了自己的興趣， 3G智能機(jī)器人的開發(fā)可以在一些比較高檔的小區(qū)中得到廣泛的使用，可以利用機(jī)器人在些特殊環(huán)境下作為安 保的角色，那樣可以很大程度的減少人力資源，在生活中了也可以得到廣泛的使用，使用者可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)攝頭來(lái)實(shí)時(shí)拍攝下來(lái)房間中不同角度下的視頻，主人可以通過(guò)在局域網(wǎng)或者是利用 WiFi（ wireless fidelity） 來(lái)控制機(jī)器人，那樣可以為房子的主人實(shí)時(shí)反映出房子的一些智能設(shè)備的工作情況，如果有陌生人進(jìn)入房間，攝像頭拍攝下來(lái)的圖片可以通過(guò)終端看到，那樣就起到了安保的作用。嵌入式 Linux系統(tǒng)是開源的操作系統(tǒng)，自身帶有 TCP／ IP協(xié)議，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，方便用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程。 （ 3） 在手機(jī)終端實(shí)現(xiàn)控制機(jī)器人和電燈 用戶可以通過(guò)在網(wǎng)頁(yè)中通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕來(lái)控制機(jī)器人方向，可以通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) LED的控制，在網(wǎng)頁(yè)中可以實(shí)時(shí)反映攝像頭拍攝出來(lái)的視頻。最后闡明了本課題 的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容 。 第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與分析 本章詳細(xì)的介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，闡述了 完成這個(gè)項(xiàng)目要完成的任務(wù)，主要介紹了一些服務(wù)器的移植， cgi 和 web 網(wǎng)頁(yè)的設(shè)計(jì)，介紹了對(duì)機(jī)器人控制的代碼，分析了怎么在網(wǎng)頁(yè)上顯示攝像頭拍攝的視頻，和在 LCD 顯示攝像頭拍攝的視頻，最后介紹了利用 WiFi 實(shí)現(xiàn)在手機(jī)端如何對(duì)機(jī)器人和攝像頭 的控制。 第五章 總結(jié)與展望 本章總結(jié) 論文結(jié)果 、不足之處以及展望。 Linux 從問(wèn)世至今，短短 10 年間己發(fā)展成為一個(gè)功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)完善的操作系統(tǒng)。由于 Linux 的源碼開放，內(nèi)核精簡(jiǎn)且性能強(qiáng)悍，不依賴于具體廠商，能廣泛適用于各種硬件設(shè)備，系統(tǒng)二次開發(fā)成本極低，因此在 IT 業(yè)界已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，即采用嵌入式 Linux 作為嵌入式操作系統(tǒng)是大勢(shì)所趨。目前正在開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)中， 49％ 的項(xiàng)目選擇嵌入式 Linux 作為操作系統(tǒng)。由于在目前的主流嵌入 式 ARM（ Advanced RISC Machines） 中大多不具有 MMU（ Memory Management Unit） ，因此只用 1M 左 右的內(nèi)核就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能和任務(wù)調(diào)度 Linux 系統(tǒng)就可以適用于從高端服務(wù)器到嵌入式應(yīng)用的各級(jí)平臺(tái) 。從便攜式消費(fèi)品、網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線設(shè)備，到自動(dòng)化設(shè)備、醫(yī)療 設(shè)備和存儲(chǔ)產(chǎn)品，這一應(yīng)用列表與同俱增。 交叉編譯環(huán)境的建立 我們寫程序后調(diào)試，肯定要有調(diào)試代碼的工具，我們?cè)?vc 下面都是自帶工具鏈的，但是在嵌入式開發(fā)中要自己配置合適的工具鏈，現(xiàn)在在 Linux 后的版本可 5 信息科 學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 以 使用 armnoneLinuxgnueabigcc ，只有建立好了工具鏈，我們才能開始進(jìn)行項(xiàng)目的開發(fā)。編譯是在宿主機(jī)，一般為桌面主機(jī)；執(zhí)行是在目標(biāo)機(jī)，即嵌入式系統(tǒng)的硬平臺(tái)。這旱所說(shuō)的跨平臺(tái)編譯器和一般的編譯器功能類似，都是把源代碼通過(guò)編譯器編譯成目標(biāo)文件，然后通過(guò)鏈接器、可重定位器程序和定位器把目標(biāo)文件重新定位成 可執(zhí)行文件。所以一般來(lái)說(shuō)每種 CPU都對(duì)應(yīng)有不同的跨平臺(tái)編譯器。成功建立好開發(fā)環(huán)境后便可以運(yùn)用這些工具進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)了 [1]。一般只是在啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行很短的時(shí)間，然而對(duì)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這一部分卻是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)無(wú)比重要的組成部分，不可缺少。通過(guò)這段程序，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)，以便為最終加載操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。 初始化處理器：這個(gè) 動(dòng)作都是用匯編語(yǔ)言完成的，稱為重置碼（ reset code 或者稱為 boot code） ，而且對(duì)于每個(gè) CPU 都不一樣的，當(dāng)電源接通后就會(huì)執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作，通常只有兩三個(gè)匯編指令，目的是將 CPU 的控制權(quán)轉(zhuǎn)給硬件初始化的程序。這個(gè)動(dòng)作也大都由匯編語(yǔ)言來(lái)完成，主要是初始化 CPU、 SDRAM等，其他的硬件，例如串口，可以由 C 語(yǔ)言等比較高級(jí)的程序語(yǔ)言來(lái)完成后續(xù)動(dòng)作。然后初始化串口，以便后續(xù) 運(yùn)行的程序能夠同 HOST 端進(jìn)行通信，便于調(diào)試。有的 BootLoader 會(huì)先從串口或者網(wǎng)絡(luò)等其他途徑得到內(nèi)核的映像文件，然后把這些文件寫入目標(biāo)系統(tǒng)的 FLASH 或者其它存儲(chǔ)介質(zhì)，最后再把內(nèi)核載入 RAM 執(zhí)行，交出控制權(quán)。從最終用戶的角度看， BootLoader 的作用就是用于加載操作系統(tǒng)，而并不存在 所謂的啟動(dòng)加載模式與下載模式的區(qū)別。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。從主機(jī)下載的文件通常首先被 BootLoader 保存到目標(biāo)機(jī)的 RAM 中，然后再被 BootLoader 寫到目標(biāo)機(jī)上的 FLASH 類固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備中。工作于這種模式下的 BootLoader 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。這個(gè)階段完成的任務(wù) 7 信息科 學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 一般如下： ○ 1 硬件設(shè)備初始化（屏蔽所有的中斷、關(guān)閉處理器內(nèi)部的指令／數(shù)據(jù) cache）。 ○ 3 復(fù)制 BootLoader 的第二階段代碼到 RAM 空間中。 而第二階段則通常用 C 語(yǔ)言來(lái)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 [2]。 ○ 2 檢 測(cè)系統(tǒng)內(nèi)存映射。 ○ 4 為內(nèi)核設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)。 2. Linux 內(nèi)核移植 本系統(tǒng)選用嵌入式 Linux 作為目標(biāo)機(jī)操作系統(tǒng)，一方面由 于 Linux 是一款免費(fèi)的操作系統(tǒng)，能很好 的降低成本，同時(shí) Linux 的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)成為 熱門，有大量的資源可用于學(xué)習(xí)與重復(fù)應(yīng)用，并且 Linux 系統(tǒng)具有良好的可移植性和可裁剪性，能自動(dòng)支持多任務(wù)管理。 Linux的開發(fā)工具也都可以很方便的免費(fèi)獲得。根目錄下面只需要修改 Makefile 文件，該 文件主要 任務(wù)是產(chǎn)生 vmLinux 文件和內(nèi)核模塊。具體為添加代碼： if[―SCONFIG_ARCH_S3C241 0‖=y]； then ment?S3C2410 Implementation‘ dep_bool?SMDK(MERITECH boaRD)‘ CONFIG_ARCH_S3C2410 Fi 編譯出來(lái)的內(nèi)核存放在 arm 目錄下的 boot 目錄罩面，該目錄下面的 Makefile 文件也需要添加代碼： ifeq(S(CONFIG_ARCH 一 S3C241O)， Y) ZTEXTADDR=Ox30008000 ZRELADDR=Ox30008000 endif 其它還有一些小的修改 ， 基本上都是添加處理器的信息。編譯內(nèi)核需要?jiǎng)?chuàng)建內(nèi)核依賴關(guān)系、創(chuàng)建內(nèi)核鏡像文件和創(chuàng)建內(nèi)核模塊。內(nèi)核文件傳至開發(fā)板便可以通過(guò)BootLoader 加載運(yùn)行 [2]。文件系統(tǒng)會(huì)在你的存儲(chǔ)器中劃分區(qū)域來(lái)保存文件數(shù)據(jù) ，所以一般采用 FLASH 作為存儲(chǔ)介質(zhì)。嵌入式系統(tǒng)對(duì)文件的操作是通過(guò)層次結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。嵌入式文件系統(tǒng)是嵌入式操作系統(tǒng)的一部分，它的任務(wù)是對(duì)邏輯文件進(jìn)行管理，其工作包括提供對(duì)邏輯文件的操作（復(fù)制、刪除、修改等 ） 接口，方便用戶操作文件和目錄。此外，文件系統(tǒng)要對(duì)管理文件的安全性負(fù)責(zé)。目前 FLASH支持的文件系統(tǒng)技術(shù)主要有 JFFS2， YAFFS2， TrueFFS， FTL／ NTFL， RAMFS，CRAMFS 和 ROMFS 等 等。 CRAMFS 是針對(duì) Linux 內(nèi)核 2． 4 之后的版本所設(shè)計(jì)的一種新型文件系統(tǒng)，是一個(gè)只讀壓縮的文件系統(tǒng)，其主要優(yōu)點(diǎn)是將文件數(shù)據(jù)以壓縮形式存儲(chǔ)，在需要時(shí)進(jìn)行解壓縮。不過(guò)也是由于文件形式是壓縮的格式，所以文件系統(tǒng)不能在 FLASH 上直接運(yùn)行。 YAFFS 類似于 JFFS／ JFFS2，是專門為 NAND閃存設(shè)計(jì)的嵌入式文件系統(tǒng)，根據(jù) NAND 閃存以頁(yè)面為單位存取的特點(diǎn)，將文件組織成固定大小的數(shù)據(jù)段。 YAFFS 采用一種多策略混合的垃圾回收算法，結(jié)合了貪心策略的高效性和隨機(jī)選擇的平均性，達(dá)到了兼顧損耗平均和系統(tǒng)開銷的目的。 YAFFS 文件系統(tǒng)是按層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，分為文件系統(tǒng)管理層接口、 YAFFS 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)層和 NAND 接口層，這樣就簡(jiǎn)化了其與系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)，可以方便地集成到系統(tǒng)中去。 綜合考慮，本系統(tǒng)采用兩種文件系統(tǒng)相結(jié)合的方法，使用 CRAMFS 作為根文件 10 信息科 學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)，并添加對(duì) YAFFS 文件系統(tǒng)的支持。 Ramdisk 的特點(diǎn)之一就是速度快，因?yàn)樗窃?RAM中運(yùn)行的。另外，本系統(tǒng)需要 MTD（ MemoryTechnology Devices，內(nèi)存技術(shù)設(shè)備 ） 的支持。 嵌入式 Linux 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) ARM 處理器簡(jiǎn)介 ARM 嵌入式微處理器是全球領(lǐng)先的 16／ 32 位 RISC 處理器芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)供應(yīng)商 ARM（ AdvancedRISCMachines）公司的產(chǎn)品。 ARM 處理器以其完整的體系結(jié)構(gòu)發(fā)展系列，極小的體積、極低的功耗、極低的成本、極高的性能，及時(shí)根據(jù)嵌入對(duì)象的不同進(jìn)行功能上的擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)，在眾多種類的嵌入式微處理器中脫穎而出。采用 RISC 架構(gòu)的 ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn) [5]： （ 1） 支持 Thumb（ 16 位 ） ／ ARM（ 32 位 ） 雙指令集，能很好的兼容 8 位／ 16位器件 ； （ 2） 大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快； （ 3） 加載／存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理的操作只針對(duì)寄存器的內(nèi)容，而不直接對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行操作； （ 4） 簡(jiǎn)單的尋址模式，所有加載／存儲(chǔ)的地址都只由寄存器的內(nèi)容和指令域決 11 信息科 學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 定，執(zhí)行效率高； （ 5） 統(tǒng)一的和固 定 的指令域，簡(jiǎn)化了指令的譯碼； （ 6） 每一條數(shù)據(jù)指令都對(duì)算術(shù)邏輯單元 （ ALU)和移位器進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)ALU 和移位器的最大利用； （ 7） 址自動(dòng)增加和自動(dòng)減少的尋址模式實(shí)現(xiàn)了程序循環(huán)的優(yōu)化； （ 8） 多存儲(chǔ)器加載和存儲(chǔ)指令實(shí)現(xiàn)了最大數(shù)據(jù)吞吐量； （ 9)所有指令 的條件執(zhí)行實(shí)現(xiàn)了最快速的代碼執(zhí)行。每個(gè)系列除了具有 ARM 體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，都有各自的 特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域 [1]。軟件構(gòu)架層次關(guān)系如圖 31 所示。視頻捕捉因?yàn)閷?duì)通訊速率 要求很高，通過(guò) USB 鏈接，所以其設(shè)備對(duì)象與機(jī)器人主體獨(dú)立開。 指令協(xié)議層：這一層是機(jī)器人控制構(gòu)架的核心，指令協(xié)議對(duì)象將進(jìn)行機(jī)器人實(shí)體控制指令的編制以及對(duì)下位機(jī)返回的傳感器數(shù)據(jù)和機(jī)器人狀態(tài)的解析轉(zhuǎn)換。 行為層：這一層是一些抽象類行為的對(duì)象，這些對(duì)象通過(guò)協(xié)議對(duì)象的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行局部的行為規(guī)劃，并操作協(xié)議對(duì)象向機(jī) 器人底層發(fā)送控制指令。機(jī)器人的各種行為切換通過(guò)改變與協(xié)議層連接的行為對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)。 決策層：這一層是機(jī)器人本地的最高層，仲裁對(duì)象通過(guò)本地傳感器數(shù)據(jù)、機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)以及遠(yuǎn)程端發(fā)來(lái)的指令數(shù)據(jù)進(jìn)行各種行為組織。決策層在工程中并不以單獨(dú)的形式出現(xiàn)，是由一系列通訊類和行為替換操作組成。 上面介紹了一種基于 ARM9 嵌入式系統(tǒng)的 3G 智能機(jī)器人的基本組成模塊，軟件層次的設(shè)計(jì)，這種方案較好的做到了在成本和性能上的妥善處理，改善了開發(fā)研究過(guò)程 ,同時(shí)也為其他類型的 3G 機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)參考，如擬人型機(jī)器人。 機(jī)器人控制器硬件設(shè)計(jì) 3G 智能機(jī)器人可以在 Android 手機(jī)上安裝項(xiàng)目開發(fā)的 Android 程序，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制智能機(jī)器人。機(jī)器人和手機(jī)間可以實(shí)現(xiàn)視頻、語(yǔ)音等多媒體通訊。 3G智能機(jī)器人包括傳感器技術(shù) ， RFID 射頻識(shí)別技術(shù)， Wifi 通訊技術(shù)， Android 手機(jī)開發(fā)技術(shù)，音、視頻采集、處理技術(shù)，多媒體傳輸技術(shù)， Linux 驅(qū)動(dòng)編程技術(shù)，電源管理技術(shù)，電機(jī)控制技術(shù) ， Linux 網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)， Linux 其它應(yīng)用編程技術(shù)， ARM 開發(fā)技術(shù) [6]， 由于時(shí)間和條件的限制， 結(jié)構(gòu)還不是非常的晚上，所以 用于實(shí)際工程還需要進(jìn)行 一些功能的完善。 14 信息科 學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 圖 32 硬件框架圖 DFPPRK 是基于 Android 開源項(xiàng)目的全向移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)