【正文】 、網(wǎng)絡(luò)視頻接入器等。可采用流媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻在網(wǎng)上的多路復(fù)用傳輸。嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)況如下[7]:在國外，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)主要為個人用戶提供安全系統(tǒng)方案，基本定位在個人和住宅應(yīng)用方面。比如索尼公司的SVCVLION，松下公司的KXHCM130，三星公司的SNC100P，瑞典的AXIx系列等，這些產(chǎn)品性能普遍較好，但是價格也很昂貴，國內(nèi)用戶大多無法承受。國內(nèi)的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)主要集中在行業(yè)應(yīng)用，如公安、交通、金融、樓宇等領(lǐng)域，行業(yè)應(yīng)用已成為國內(nèi)視頻監(jiān)控市場的主要增長點(diǎn)。尤其在當(dāng)今的社會，平安城市建設(shè)已經(jīng)成為社會治安防控體系的重頭戲之一，也是構(gòu)建“和諧社會”的重要舉措。廣闊的市場前景伴隨著各項(xiàng)新技術(shù)的日益發(fā)展與成熟，這使得嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。在許多安防場合，諸如電力、銀行、交通、鐵路、軍事設(shè)施等安全性較高的企業(yè)生產(chǎn)與管理中，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可方便地監(jiān)測和控制突發(fā)事件的發(fā)生。 基于ARM和Linux的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)正好克服了這些局限性[9]： I．?dāng)?shù)字視頻采用硬件編解碼，大大提高了圖像壓縮質(zhì)量和穩(wěn)定性。 III．?dāng)?shù)字化存儲成為可能，經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲在磁盤上，方便查詢。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)所包含的核心技術(shù)可以歸納為以下三個方面：數(shù)字視頻編解碼技術(shù)，高效大容量存儲技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)．因此研究方向主要集中在以下幾個方面： ?MPEG4視頻壓縮編碼技術(shù)的研究。分別編碼后，再經(jīng)過復(fù)用傳輸?shù)浇邮斩?，然后再對不同的對象解碼，最后組合成所需的視頻和音頻。 ?高效率實(shí)時網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸技術(shù)。 ?網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)需要解決在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)環(huán)境下的視頻編碼數(shù)據(jù)包的可靠傳輸問題，數(shù)據(jù)包定序，低延遲傳輸，音視頻同步，低碼率傳輸，實(shí)時解碼軟件技術(shù)等問題。 本文主要研究內(nèi)容本課題的思路是結(jié)合視頻監(jiān)控的發(fā)展趨勢，開發(fā)一套基于嵌入式ARM的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在嵌入式設(shè)備終端上主要完成CMOS攝像頭驅(qū)動設(shè)計(jì)、視頻圖像采集、圖像壓縮、圖像數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送、嵌入式Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)，并通過客戶端實(shí)時監(jiān)控。最后總結(jié)了本課題將要研究的重點(diǎn)內(nèi)容以及需要實(shí)現(xiàn)的結(jié)果。嵌入式系統(tǒng)是硬件和軟件的有機(jī)結(jié)合體，并以硬件的形式表現(xiàn)出來。嵌入式系統(tǒng)是一種特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有與通用計(jì)算機(jī)不同的特點(diǎn)[11]： i、嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的：嵌入式CPU與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多應(yīng)用在為特定用戶設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把通用CPU中許多由板卡成的功能集成在芯片內(nèi)部。 iii、為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片中，而不是存貯于磁盤等載體中。 嵌入式系統(tǒng)硬件的發(fā)展也提出了對嵌入式操作系統(tǒng)的需求。大量功能強(qiáng)大的RISC嵌入式處理器的出現(xiàn)，多媒體視頻標(biāo)準(zhǔn)的推出都使得嵌入式系統(tǒng)向集成化，網(wǎng)絡(luò)化，多媒體化發(fā)展。 視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件選型設(shè)計(jì) ARM概述ARM(Advanced RISC Machines)，既可以認(rèn)為是一個公司的名字，也可以認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。目前，采用ARM技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)(IP)核的微處理器，即我們通常所說的ARM微處理器，己遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了RISC微處理器75%以上的市場份額，ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個方面。 目前常見ARM處理器系列有:ARM7系列、ARM9系列、ARM11系列、 SecureCore SC100、Strong ARM、XScale。 ARM7系列：、3級流水線；其內(nèi)核主要有ARM7TDMI和ARM720T；T支持16位THUMB指令，D支持在片調(diào)試，M增強(qiáng)型乘法器，產(chǎn)生全64位結(jié)果，I嵌入式ICE硬件提供片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)支持。此外，ARM芯片還獲得了許多實(shí)時操作系統(tǒng)(Real Time Operating System)供應(yīng)商的支持，比較知名的有:Windows CE、Linux、VxWorks、Nueleus、uCOS、BeOS等。 為了降低整體系統(tǒng)成本，S3C2440A 提供了一下豐富的內(nèi)部設(shè)備[12] 。其低功耗，簡單，優(yōu)雅，且全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適合于對成本和功率敏感型的應(yīng)用。S3C2440A 的杰出的特點(diǎn)是其核心處理器(CPU)，是一個由 Advanced RISC Machines 有限公司設(shè)計(jì)的 16/32 位 ARM920T 的 RISC 處理器。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的 16KB 指令 Cache 和 16KB 數(shù)據(jù) Cache。綜合對芯片的功能描述，S3C2440A 集成的以下部分片上功能： ? 內(nèi)核供電, ， 外部I/O供電，具備16KB的 ICache和16KB DCache/MMU微處理器 ? LCD 控制器（最大支持4K色STN和256K色TFT）提供1通道LCD 專用DMA ? 3通道UART(, 64字節(jié)Tx FIFO，64字節(jié)Rx FIFO) ? 1通道IICBUS接口（多主支持） ? 1通道IISBUS音頻編解碼器接口 ? 2端口USB主機(jī)/1端口USB 設(shè)備（） ? 4通道PWM定時器和1通道內(nèi)部定時器/看門狗定時器 ? 相機(jī)接口（最大40964096像素的投入支持） ? 130 個通用I/O口和24通道外部中斷源 系統(tǒng)硬件選型設(shè)計(jì)根據(jù)課題的要求，我們選擇了S3C2440ARM處理器，在處理器豐富資源的基礎(chǔ)上，還進(jìn)行了相關(guān)的配置和擴(kuò)展。RAM是2片HY57V561620共64MB的SDRAM。DM9000是一款完全集成的和符合成本效益的，單芯片快速以太網(wǎng)MAC控制器。該DM9000支持8位，16位和32 位接口訪問內(nèi)部存儲器，以支持不同的處理器。其中主要芯片是OV9650。： 系統(tǒng)硬件功能框圖: mini2440開發(fā)板實(shí)物圖 視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)視頻監(jiān)控軟件是工作的核心部分。設(shè)計(jì)軟件應(yīng)遵循軟件工程的方法:首先根據(jù)軟件的功能，對軟件進(jìn)行模塊劃分和抽象，然后逐步求精，由抽象到具體地分析和構(gòu)造出軟件的層次結(jié)構(gòu)，提高軟件的可理解性。 軟件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)軟件主要是服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)軟件主要包括BootLoader的移植、嵌入式Linux操作系統(tǒng)移植、文件系統(tǒng)建立、CMOS攝像頭驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)。 BootLoader選擇簡單地說，BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核或用戶應(yīng)用程序運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。然后跳轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)內(nèi)核的入口。本文采用的BootLoader是vivi，已經(jīng)在嵌入式ARM板上移植成功。 嵌入式操作系統(tǒng)的選擇 嵌入式操作系統(tǒng)主要指支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形界面等。到目前為止，國際上已經(jīng)出現(xiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)多達(dá)十幾種，從市場占有率來看，目前常用的嵌入式操作系統(tǒng)有以下幾種：(l)、嵌入式Linux嵌入式 Linux(Embedded Limix)是指對標(biāo)準(zhǔn)Linux經(jīng)過小型化裁剪處理之后，能夠固化在容量只有幾KB或者幾MB的存儲器芯片或者單片機(jī)中，是適合于特定嵌入式應(yīng)用場合的專用Linux操作系統(tǒng)。這與它自身的優(yōu)良特性是分不開的。(2)、VxWorksVxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)(RTOS)。另外VxWorks提供的多任務(wù)機(jī)制，對任務(wù)的控制采用了優(yōu)先級搶占和輪轉(zhuǎn)調(diào)度機(jī)制，這充分保證了可靠的實(shí)時性，并使同樣的硬件配置能滿足更強(qiáng)的實(shí)時性要求。但是，由于VxWorks的開發(fā)和使用都需要交高額的專利費(fèi)，因此大大增加了用戶的開發(fā)成本。(3)、WindowsCEWindowsCE是微軟開發(fā)的一個開放的、可升級的嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作系統(tǒng)。WindowsCE的圖形用戶界面相當(dāng)出色。它不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且用戶在WindowsCE平臺上可以使用Windows上的編程工具(如VisualBasie、VisualC++等)、也可以使用同樣的函數(shù)、使用同樣的界面風(fēng)格，使絕大多數(shù)Windows上的應(yīng)用軟件只需簡單的修改和移植就可以在 WindowsCE平臺上繼續(xù)使用。(4)、Palm OSPalm OS在PDA和掌上電腦有著很大的用戶群。因此，基于以下原因我們選擇了嵌入式Linux作為開發(fā)平臺的操作系統(tǒng)[13]:l Linux系統(tǒng)是層次結(jié)構(gòu)且內(nèi)核完全開放。l 具有良好的開發(fā)環(huán)境。l 開發(fā)成本低廉。(1)Cramfs：一種只讀的壓縮文件系統(tǒng)，它也基于MTD驅(qū)動程序。Cramfs文件系統(tǒng)以壓縮方式存儲，在運(yùn)行時解壓縮，所以不支持應(yīng)用程序以XIP(片內(nèi)運(yùn)行)方式運(yùn)行，所有的應(yīng)用程序要求被拷到RAM里去運(yùn)行，但這并不代表比Cramfs需求的RAM空間要大一點(diǎn)，因?yàn)镃ramfs是采用分頁壓縮的方式存放檔案，在讀取檔案時，不會一下子就耗用過多的內(nèi)存空間，只針對目前實(shí)際讀取的部分分配內(nèi)存，尚沒有讀取的部分不分配內(nèi)存空間，Cramfs文件系統(tǒng)自動計(jì)算壓縮后的資料所存的位置，再即時解壓縮到RAM中。日志閃存文件系統(tǒng)版本JFFS2主要用于NOR型閃存，基于MTD驅(qū)動層，特點(diǎn)是:可讀寫的、支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮的、基于哈希表的日志型文件系統(tǒng)，并提供了崩潰/掉電安全保護(hù)，提供“寫平衡”支持等。JFFS2不適合用于NAND閃存主要是因?yàn)镹AND閃存的容量一般較大，這樣導(dǎo)致JFFS為維護(hù)日志節(jié)點(diǎn)所占用的內(nèi)存空間迅速增大，另外，JFFSZ文件系統(tǒng)在掛載時需要掃描整個FLASH的內(nèi)容，以找出所有的日志節(jié)點(diǎn)，建立文件結(jié)構(gòu)，對于大容量的NAND閃存會耗費(fèi)大量時間。與JFFS2相比，它減少了一些功能(例如不支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮)，所以速度更快，掛載時間很短，對內(nèi)存的占用較小。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。首先我們確定將其注冊為字符設(shè)備，然后為其實(shí)現(xiàn)操作函數(shù)。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。 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)。3 系統(tǒng)硬件平臺的簡單介紹 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 時鐘頻率高達(dá) 100MHz C、FLASH 存儲 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 100M以太網(wǎng) RJ45 接口(采用DM9000 網(wǎng)絡(luò)芯片) 3 個串行口 1 個 USB Host 1 個 USB Slave B 型接口 1 個 I2C 總線 AT24C08芯片，用于 I2C 總線測試 1 個 mm間距 20pin攝像頭接口 板載實(shí)時時鐘電池 電源接口(5V)，帶電源開關(guān)和指示燈 主要芯片接口介紹 SDRAM 存儲系統(tǒng) Mini2440 使用了兩片外接的 32M bytes 總共 64M bytes 的 SDRAM 芯片(型號為：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仕鼈兌际褂昧薾GCS6 作為片選，根據(jù)S3C2440技術(shù)手冊 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。Nor Flash，型號為 SST39VF1601，大小為 2Mbyte；另一種是 Nand Flash，型號為 K9F2G08，大小為256M。 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)會很慢。 ， 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cA2A22 相連的 SST39V1601的相應(yīng)引腳是懸空的。它是一個 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，它只是一個轉(zhuǎn)接板，它直接連接使用了型號為ZT130G2 攝像頭模塊。其后重點(diǎn)解析了開發(fā)板上對與本課題有重要關(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。所謂交叉編譯，簡單地說就是在一個平臺上生成另一個平臺上的可執(zhí)行代碼。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。Linux下的交叉編譯環(huán)境主要包括以下幾個部分:l 針對目標(biāo)系統(tǒng)的編譯器gcc；l 針對目標(biāo)系統(tǒng)的二進(jìn)制工具binutils，包括ar, objcopy, strip工具集；l 目標(biāo)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)庫glibc；l 目標(biāo)系統(tǒng)的Linux內(nèi)核頭文件以及GNU Make工具。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)某一個目錄，比如/tmp下，然后解壓： cd /tmp tar xf C /執(zhí)行上面的命令會將armlinuxgcc安裝到/usr/loca/arm/。通過這段代碼，我們可