【正文】 透到城市治安、娛樂場所、醫(yī)院、酒店等多種領(lǐng)域。 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性等有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)[45]。第一階段是以單芯片可編程控制器為核心的系統(tǒng)，同時配置監(jiān)測、顯示設(shè)備等功能。這一階段系統(tǒng)的主要特點是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶接口。 這一階段系統(tǒng)的主要特點是：出現(xiàn)了大量高可靠、低功耗可靠的嵌入式CPU，且系統(tǒng)開銷相對小，效率比第一階段有所提高；操作系統(tǒng)在兼容性和擴展性上面有了很大的提高。這一階段系統(tǒng)主要用來監(jiān)控應(yīng)用程序以及控制系統(tǒng)的正常運行。這一階段系統(tǒng)的主要特點是：兼容性比第二階段有了極大的提高，嵌入式操作系統(tǒng)可以運行于各種不同類型的嵌入式CPU上；操作系統(tǒng)內(nèi)核精簡高效，并且由于其模塊化的設(shè)計使擴展性得到很大的提高；具備文件和目錄管理、設(shè)備支持、多任務(wù)處理、網(wǎng)絡(luò)以及用戶圖形界面等功能；并且提供了大量的應(yīng)用程序API，使開發(fā)應(yīng)用程序變的簡單，豐富了嵌入式應(yīng)用軟件。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與信息處理、多媒體技術(shù)等日益密切的結(jié)合，基于Internet的嵌入式設(shè)備將代表著嵌入式技術(shù)發(fā)展的未來方向。 嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) The embedded system architecture （1）硬件平臺：核心部件是嵌入式微處理器。嵌入式處理器的尋址空間一般從64KB到16MB。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，以微處理器為核心集成多種功能的SOC系統(tǒng)芯片已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)的核心，這些SOC芯片集成了大量外圍模塊，如USB、AD/DA、LAN、I2S、RART等。嵌入式操作系統(tǒng)一般可分為如下幾個層次：與硬件相關(guān)的底層軟件、操作系統(tǒng)核心、圖形界面、通信協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器以及應(yīng)用軟件。嵌入式RTOS(實時操作系統(tǒng))是一段嵌入在目標(biāo)代碼中的軟件，用戶的其他應(yīng)用程序都建立在嵌入式RTOS上。嵌入式操作系統(tǒng)將CPU、中斷、定時器等資源都封裝成一個標(biāo)準(zhǔn)的API，并根據(jù)各個任務(wù)的優(yōu)先級，合理的在不同的任務(wù)之間分配CPU時間。 （3）應(yīng)用軟件系統(tǒng)：運行于操作系統(tǒng)之上，利用操作系統(tǒng)提供的機制完成特定功能的嵌入式應(yīng)用。人們對監(jiān)控產(chǎn)品的需求加上計算機技術(shù)、嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，使視頻監(jiān)控技術(shù)在短短幾十年內(nèi)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段[8]：從上個世紀(jì)九十年代初的本地模擬設(shè)備為主的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)；到九十年代中期基于PC技術(shù)的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)；再到目前以嵌入式技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。傳統(tǒng)模擬監(jiān)視系統(tǒng)主要由攝像機、監(jiān)視器、視頻矩陣、錄像機等組成，由視頻線、控制線纜等連接。但由于國內(nèi)技術(shù)上的限制，這種模擬視頻監(jiān)控目前還廣泛應(yīng)用于安保、樓宇監(jiān)控等場合。多媒體監(jiān)控系統(tǒng)一般采用這樣的結(jié)構(gòu)，在遠端監(jiān)控現(xiàn)場，由若干個攝像機、各種檢測和數(shù)據(jù)處理設(shè)備組成監(jiān)控終端，通過各自的線路連接到監(jiān)控客戶端上，監(jiān)控客戶端一般為PC機或是工業(yè)機箱組成的顯示設(shè)備。這種監(jiān)控系統(tǒng)通常以高性能的嵌入式CPU作為核心處理器，集成了數(shù)據(jù)圖像采集和處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、Web技術(shù)等，利用現(xiàn)有成熟的計算機網(wǎng)絡(luò)進行遠程視頻圖像的傳輸，省去了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)繁瑣的視頻布線以及昂貴的中心設(shè)備，前端設(shè)備具有視頻的采集和處理功能，且任何一臺連入網(wǎng)絡(luò)的計算機都可以通過身份驗證實現(xiàn)對監(jiān)控現(xiàn)場的監(jiān)控，如果監(jiān)控終端具體有無線發(fā)送的功能，甚至手機也可獲得監(jiān)控現(xiàn)場的畫面。 論文主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)本課題利用MINI2440開發(fā)板硬件平臺和嵌入式Linux系統(tǒng)軟件平臺開發(fā)了一套遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。任何一個有權(quán)限的客戶端通過IE瀏覽器，就可以查看監(jiān)控現(xiàn)場的實時視頻圖像。并根據(jù)S3C2440A處理器啟動后內(nèi)存映射特性，增加了Uboot對NAND Flash操作的支持，提出了一種能自動識別NOR Flash和NAND Flash啟動的Uboot的方法。在嵌入式Linux平臺下，利用V4L2模塊以及其提供的API，實現(xiàn)USB攝像頭的視頻采集，并選擇JPEG算法對視頻數(shù)據(jù)進行壓縮編碼。利用Linux下基于TCP/IP的SOCKET網(wǎng)絡(luò)編程，采用B/S架構(gòu)建立嵌入式的Web服務(wù)器，完成網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊的編寫，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的傳輸。論文的組織結(jié)構(gòu)：第一章：緒論。第二章：系統(tǒng)硬件開發(fā)平臺。第三章：系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺的建立。第四章：視頻監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計。第五章：系統(tǒng)的整合和測試。第六章：總結(jié)與展望。第2章 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)硬件是整個監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，后期的軟件開發(fā)都是建立在成功的硬件設(shè)計基礎(chǔ)之上，如果前期的硬件設(shè)計存在缺陷，將對后期的軟件設(shè)計和調(diào)試工作帶來極大的麻煩。硬件設(shè)計的目的就是根據(jù)系統(tǒng)的總體需求，合理的將各種元器件和功能芯片集成到一個電路板上去工作。 ARM處理器介紹ARM是Advanced RISC Machines（高級精簡指令系統(tǒng)處理器）的縮寫，它既是一種微處理器知識產(chǎn)權(quán)（IP）核，也是一個公司的名稱，還可以認為是一種技術(shù)的名字。采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點[12]：l 具有大量寄存器，指令執(zhí)行速度更快；l 保證高性能的同時，減小體積、降低功耗和成本；l 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；l 尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；l 采用固定長度的指令格式。在ARM運行的7種模式中，除了用戶模式以外，其他的模式稱為特權(quán)模式（Privileged Modes），在特權(quán)模式下，程序可以訪問所有的系統(tǒng)資源，也可以在幾個運行模式之間轉(zhuǎn)換。 ARM處理器的7種不同運行模式 Seven different operating modes of ARM processor處理器模式描述用戶模式(usr)一般的程序執(zhí)行在此模式下外部中斷模式(irq)一般用于中斷的處理快速中斷模式(fiq)高速數(shù)據(jù)傳輸和通道的處理數(shù)據(jù)訪問中止模式(abt)用于保護存儲和虛擬存儲管理模式(svc)供操作系統(tǒng)使用的特權(quán)模式未定義指令中止模式(und)主要用于支持協(xié)處理器系統(tǒng)模式(sys)用于管理模式下的操作系統(tǒng)任務(wù)ARM處理器共37個寄存器：31個通用寄存器和6個狀態(tài)寄存器[14]。用以標(biāo)識CPU工作狀態(tài)及程序運行狀態(tài)的6個32位狀態(tài)寄存器目前只使用了其中的一部分。在任意的處理器模式下，可見的寄存器包括R0～R14這15個通用寄存器以及一個或兩個狀態(tài)寄存器及程序計數(shù)器（PC）。 S3C2440AS3C2440A是三星公司生產(chǎn)的16/32位RISC微處理器。它采用一種被稱作AMBA(Advanced Micro controller Bus Architecture) 的新的總線架構(gòu)。由于其采用全靜態(tài)設(shè)計，并且具有低功耗、簡單等特點，因此特別適合于對成本和功率敏感型的應(yīng)用。這一結(jié)構(gòu)分別具有獨立的16KB指令Cache和數(shù)據(jù)Cache。通過提供一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)， S3C2440A無需配置額外的組件，減少整體系統(tǒng)成本。 ARM920T的結(jié)構(gòu)圖 The structure of ARM920TS3C2440A有如下一些特性[16]：（1）強大的片上外圍電路。（2）強大的數(shù)據(jù)處理能力。 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架設(shè)計一種應(yīng)用系統(tǒng)，一般要滿足以下兩個原則[17]：一是設(shè)計的系統(tǒng)要滿足最初的設(shè)計要求；另外一方面要降低系統(tǒng)成本且開發(fā)周期要盡可能的短。六層板的開工費用較高且設(shè)計難度較大，為了提高系統(tǒng)的開發(fā)周期降低開發(fā)成本，本文的核心電路模塊采用現(xiàn)成的開發(fā)板——廣州友善之臂的MINI2440。開發(fā)板通過USB接口和攝像頭連接，通過攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)然后回傳到系統(tǒng)中，對視頻數(shù)據(jù)進行相關(guān)處理后通過網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控客戶端。 硬件的總體結(jié)構(gòu) The overall structure of hardware 本章小結(jié) 本章的主要內(nèi)容是對系統(tǒng)的整體硬件結(jié)構(gòu)作簡單的介紹。第3章 系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺的建立 開發(fā)嵌入式Linux系統(tǒng)有三種不同的主機/目標(biāo)板架構(gòu)：連接式設(shè)置、可抽換存儲裝置設(shè)置、獨立式設(shè)置[19]。： 主機/目標(biāo)板架構(gòu) Host/target architecture 在本課題中，目標(biāo)板和主機是通過串口線和網(wǎng)線進行通信的，即以遠程組件來簡化目標(biāo)板的開發(fā)工作。這種設(shè)置在開發(fā)調(diào)試階段能讓開發(fā)者在主機和目標(biāo)板直接快速共享數(shù)據(jù)，而不必每次都直接操作目標(biāo)板。l 在主機上配置編譯Linux內(nèi)核，通過網(wǎng)絡(luò)掛載或下載到目標(biāo)板。 Bootloader的設(shè)計 Bootloader的基本概念嵌入式Linux系統(tǒng)上電后，需要一段程序來進行相關(guān)硬件的初始化工作，如：改變系統(tǒng)的時鐘、關(guān)閉開門狗、初始化存儲設(shè)備、將操作系統(tǒng)內(nèi)核復(fù)制到內(nèi)存中運行等，這樣的一段程序就叫做Bootloader。在以ARM920T為核心的開發(fā)板中，系統(tǒng)在上電或復(fù)位后通常都從地址0x00000000處開始執(zhí)行，通常在這個地址存放一開機就要執(zhí)行的Bootloader。因此對于構(gòu)建嵌入式Linux，編寫移植BootLoader是開發(fā)階段必不可少的工作。 嵌入式Linux系統(tǒng)的典型分區(qū)結(jié)構(gòu) Typical partition structure of embedded Linux system在開發(fā)時，一般需要通過各種命令操作Bootloader，通常是PC機通過串口和開發(fā)板連接，可以在超級終端上輸入各種命令觀察運行結(jié)果。從這個角度來說，Bootloader可以分為以下兩種操作模式（Operation Mode）。也即Bootloader從目標(biāo)機上的某個固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運行，整個過程不需要用戶的介入。（2）下載（Downloading）模式：在這種模式下，開發(fā)人員可以使用各種命令通過串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機（Host）下載文件，比如：下載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等，將它們直接放在內(nèi)存中運行或是寫到目標(biāo)機上的FLASH類固態(tài)存儲設(shè)備中。BootLoader 的啟動過程分為單階段（SingleStage）和多階段（MultiStage）兩種。目前最常用的啟動過程可以分為stage1和stage2兩大階段[21]。而stage2則是一些用C語言寫的功能實現(xiàn)代碼，如下載程序與控制臺程序等，由于C語言具有語法簡單、處理能力強、效率高、可移植性好等特點，因此既實現(xiàn)復(fù)雜的功能，又使代碼具有更好的可讀性和可移植性。其前身是由德國DENX軟件工程中心的Wolfgang Denk基于8xxROM的源碼創(chuàng)建的PPCBOOT工程。增加了ARM架構(gòu)的CPU后改名為Uboot。 Uboot的源碼結(jié)構(gòu)，Uboot的源碼目錄結(jié)構(gòu)比較簡單。 （1）平臺相關(guān)的或開發(fā)板相關(guān)； （2）通用的函數(shù)； （3）通用的設(shè)備驅(qū)動函數(shù)； （4）Uboot工具、示例程序、文檔。表 Uboot頂層目錄說明Table Uboot toplevel directory Description目錄特性解釋說明board開發(fā)板相關(guān)對應(yīng)不同配置的電路板（即使CPU相同）cpu平臺相關(guān)對應(yīng)不同的CPU，比如arm920t、arm925t等；在他們的子目錄下依然可以進一步細分，比arm920t下就at91rm9200、s3c24x0lib_arm類似某一架構(gòu)下的通用文件include通用函數(shù)頭文件和開發(fā)板配置文件，開發(fā)板的配置文件都放在include/configs目錄下，需要修改配置文件的宏定義Lib_generic通用庫函數(shù)，比如printf.mon通用庫函數(shù)，對下一層接口進行的封裝disk通用的設(shè)備驅(qū)動程序硬盤接口程序drivers各類具體設(shè)備的驅(qū)動程序libfdt支持平臺設(shè)備樹的庫dtt溫度測量或者傳感器驅(qū)動程序Fs文件系統(tǒng)nand_spl支持Uboot從Nand Flash啟動的設(shè)備驅(qū)動net各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議post上電自檢rtc實時時鐘doc文檔開發(fā)使用文檔examples示例程序一些測試程序，可以使用Uboot下載后運行tools工具制作SRecord、 Uboot格式映像文件的工具api_examplesAPI 的示例具體的使用API的示例程序api擴展的API一些擴展應(yīng)用的獨立的APIUboot各層目錄之間存在一定的層次結(jié)構(gòu)的，理解層次結(jié)構(gòu)對移植過程會提供一些幫助。例如比如mon/ Flash的各種命令，這些命令通過調(diào)用drivers/nand/、讀寫函數(shù)來實現(xiàn)。而這些宏與外部函數(shù)，如果與平臺相關(guān)，就要在下一層次的cpu/xxx（xxx表示某型號的CPU）中實現(xiàn)；如果與開發(fā)板相關(guān)，就要在下一層次的board/xxx目錄（xxx表示某款開發(fā)板）中實現(xiàn)。Uboot 的stage1通常包括以下步驟(以執(zhí)行的先后順序)[23]：l 硬件設(shè)備初始化。 l 拷貝Uboot的stage2到RAM空間中。 l 跳轉(zhuǎn)到stage2的C入口點。 str rl, [RO]Uboot的stage2通常包括以下步驟(以執(zhí)行的先后順序)： l 初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備。 l 將kernel映像和根文件系統(tǒng)映像從Flash上讀到RAM空間中。 l 調(diào)用內(nèi)核。 //MMU初始化ChangeClockDivider(1,1)。 //FCLK=Port_Init。