【正文】 機訪問一個網(wǎng)頁，您就會像回家了一樣馬上看到您家里的所有情況，每個角落都不會放過。這不是什么高深的技術(shù)，只需在家中安裝一臺攝像頭，實現(xiàn)視頻監(jiān)控的功能。據(jù)統(tǒng)計，人類采集信息的 80%來自視覺。而視頻監(jiān)控技術(shù)因為它方便快捷、生動形象、信息豐富等特點日益受到人們的青睞，并在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。 在攝像機、電視出現(xiàn)后，視頻監(jiān)控就因為其優(yōu)異的特點隨之出現(xiàn)了，并伴隨著實際技術(shù)水平不斷發(fā)展。 接著，數(shù)字技術(shù)出現(xiàn)，它以領(lǐng)先模擬技術(shù)的諸多特點引領(lǐng)著視頻監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展。近些年來，計算機、通信、電子技術(shù)像脫韁的馬一樣把以 前所有的技術(shù)以前所未有的方式極具凝聚力的結(jié)合在一起，視頻監(jiān)控技術(shù)達到了它發(fā)展的頂點。數(shù)字化的視頻監(jiān)控技術(shù)在圖像質(zhì)量、傳輸距離、看干擾性、 傳輸速度、方便快捷等方面遠遠的超過了模擬視頻技術(shù)。 二十一世紀，嵌入式技術(shù)、多媒體處理技術(shù)進一步發(fā)展，為視頻 監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的出路 ——嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部使用嵌入式操作系統(tǒng)，安裝專用的功能軟件。嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)比其他視頻監(jiān)控系統(tǒng)在布局區(qū)域范圍上要廣泛；由于使用 IP 技術(shù)，嵌入式視頻監(jiān)控技術(shù)比其他視頻監(jiān)控系統(tǒng)更具緊密的結(jié)合度 ，能夠充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成果，并能構(gòu)成復(fù)雜的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；性能上，嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)繼承了嵌入式技術(shù)的優(yōu)點，非常適合自動化的環(huán)境。 課題研究 的實際意義 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是在高帶寬網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)模集成電路、高速通信等高科技手段發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。以往 的監(jiān)控系統(tǒng)體積過于龐 大、技術(shù)落后、成本高昂，這直接影響了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的普及程度。 嵌入式早期應(yīng)用于軍事及航天領(lǐng)域，以后逐步廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控 制、儀器儀表、汽車電子、通信和家用消費領(lǐng)域。Consumer）產(chǎn)品方向發(fā)展 ，應(yīng)用嵌入式技術(shù)，只需要 一個手掌大的小盒子，就能實現(xiàn)所有監(jiān)控的功能，這樣的優(yōu)勢促使人們 在視頻監(jiān)控系統(tǒng) 上的需求 持續(xù)增加。T 公司就在美國推出了面向家用的視頻監(jiān)控設(shè)備，用戶可使用手機或者 PC 接收來自家中的警報或?qū)崟r視頻回饋。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在美國一夜之間極受歡迎。 近年來，隨著人們生 活條件的改善，國內(nèi)市場對適合民用的安全監(jiān)控系統(tǒng)的需求變得十分強烈。 不僅如此，在電力系統(tǒng)、電信機房、工廠、城市交通、水利系統(tǒng)、小區(qū)治安等領(lǐng)域，視頻監(jiān)控 系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。 過去，我國的視頻監(jiān)控應(yīng)用主要集中在政府部門和金融、公安、交通、電力等特殊部門及行業(yè)。然而，隨著社會信息化的進步，越來越多的行業(yè)和領(lǐng)域視頻監(jiān)控的需求大量增加，即便是公安這樣的傳統(tǒng)用戶也在 平安城市 方面對城市監(jiān)控提出了全新的格局和功能要求。 此外，視頻監(jiān)控僅 用于企業(yè)行業(yè)的情況也逐漸被打破，公眾家庭也成為 2020年視頻監(jiān)控應(yīng)用的新市場。用戶可以通過在家中安裝攝像頭，利用家庭網(wǎng)關(guān)作為視頻服務(wù)器，用戶在遠程通過 Inter 實時監(jiān)控家庭安全。一份國內(nèi)市場研究報告指出，隨著個人用戶對家庭安全的重視度日益增長，采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)來保障住宅安全的意識明顯加強，將在 2020 年成為新興市場。 本文的內(nèi)容及主要工作 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的初衷，我們需要設(shè)計基于 ARM 的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 論文首先介紹了嵌入式 ARM 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)，方便大家熟悉東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1章 引言 3 ARM 和 Linux 系統(tǒng) ，包括嵌入式設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)，邏輯框圖和 Linux 的基本操作、安裝方法 ；第二， 研究了嵌入式的一些驅(qū)動程序，主要是攝像頭驅(qū)動程序V4L，系統(tǒng)中選用的攝像頭芯片 ——中星微 301；第三， 研究了 視頻監(jiān)控的具體流程和實現(xiàn)方式，讓大家在總體上對整個系統(tǒng)有一個大概的認知；最后， 搭建了視頻服務(wù)器和具 體網(wǎng)站，增加了整個系統(tǒng)的友好程度，讓系統(tǒng)全面的跟高的展示在使用者面前。圍繞它，不管是硬件結(jié)構(gòu)還是軟件流程，都需要學(xué)習(xí)和研究，不斷調(diào)試，決不放棄。無論是從哪個方面，我們都是為這個目標而努力。嵌入式并沒有統(tǒng)一的定義，但目前有一個廣泛而又被認可的規(guī)范：將軟件產(chǎn)品固化到硬件平臺上，完成應(yīng)有的功能既是嵌入式。監(jiān)控系統(tǒng)的使用者可以在遠程實現(xiàn)網(wǎng)頁上的實時監(jiān)控和一些簡單的功能操作。 C P U 單 元I n t e l X s c a l eL C D J T A GS D R A M F L A S H以 太 網(wǎng) 控 制 器攝 像 頭Z C 3 0 1遠 程 P C 客 戶端 圖 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 圖 該系統(tǒng)中 CPU 采用基于 ARM 的 PXA270 微處理器，通過 在其上運行 Linux操作系統(tǒng)，執(zhí)行 Boa 視頻服務(wù)器，接受并處理來自攝像頭的圖像信號，通過以太網(wǎng)控制器發(fā)送至遠端，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的遠程傳輸和接受，達到視頻監(jiān)控的目的[2]。 ARM 嵌入式微處理器是全球領(lǐng)先的 16/32 位 RISK 處理器芯片知識產(chǎn)權(quán)設(shè)計供應(yīng)商 ARM（ AdvancedRISKMachines）公司的產(chǎn)品。 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2章 嵌入式 ARM系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡介 5 ARM 處理器以其完整的體系結(jié)構(gòu) ，極小的 體積、極低的功耗、極低的成本、極高的性能，及時根據(jù)嵌入對象的不同進行功能上的擴展的優(yōu)勢，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： (1) 采用固定長度的指令格式，指令規(guī)整、簡單、基本尋址方式有 2~3 種； (2) 使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行； (3) 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進行操作， 以提高指令的執(zhí)行效率； (4)所有 的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率； (5)可用加載 /存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率； (6)可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理； (7)在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運行效率。每個系列除了具有 ARM 體系結(jié)構(gòu)的共同特點以外，都有各自的特點和應(yīng)用領(lǐng)域 。 ARM 的體系結(jié)構(gòu)是基于 RISK 的， XScale 是 ARM 處理器的一種，所以 XScale 具有 RISK 的基本特性。它的特點有：超流水線、高主頻、存儲體系、分支預(yù)測和指令集 體系結(jié)構(gòu)。 PXA27x 系列處理器是英特爾當(dāng)前最新推出的嵌入式處理器。內(nèi)置了英特爾的無線 MMX 技術(shù)，能夠顯著提升多媒體性能。這 款設(shè)備主要包括核心板與底版兩個部分，核心板主要集成了高速的 PXA270 CPU，配套的存儲器，網(wǎng)卡等設(shè)備；底版主要是各種類型的接口與擴展口。 Net: 10/100M Ether controller (LAN91C111)。 CPLD: XILINX 95144 (117USER IO)。 C P UC P L DS D R A ML D Od r vF L A S HF L A S Hd r v d r v d r vd r vd r v 圖 核心板 正面 圖 E t h e r n e tS D R A MS u p e r I O1 0 0 P I N C O N N E C TO RL D Od r v d r v d r vd r v 圖 核心板背面圖 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2章 嵌入式 ARM系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡介 7 底版（ 4 層 PCB 電路） 如圖 所示。MOUSE） 標準并口： 1 個 PCMCIA: 1 個 IDE： 1 個 SD/MMC: 1 個 SMC： 1 個 CAMERA： 1 個 96PIN 功能擴展口： 2 個 4X5 小鍵盤 CPU_JTAG CPLD_JTAG LED SHARP LQ080V3DG01 8 寸真彩 LCD 640X480 VGA 640X480 LED 8X8 點陣 一組 7 段 LED 數(shù)碼管 4 個 串 口 串 口 串 口 串 口i r d aP C M C I A 卡S M C 卡S DP S P S U S B U S B并 口 V G A音 頻 3音 頻 1音 頻 2L E D點 陣L C D 接 口L C D 接 口L E D 數(shù) 碼 管核心板鍵盤4 8 5 N E T 圖 底版圖 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2章 嵌入式 ARM系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡介 8 主要硬件電路說明 嵌入式設(shè)備除了以 ARM 芯片為主要 控制單元，也有很多周邊電路和外圍設(shè)備，它們有的幫助 ARM 處理信號、有的負責(zé)存儲數(shù)據(jù)、有的進行網(wǎng)絡(luò)連接、有的用來數(shù)據(jù)通信，這些周邊設(shè)備缺一不可，不能替代。 CPU 是通過總線信號來控制 SDRAM ,FLASH,網(wǎng)卡， SUPERIO 等外部設(shè)備的，無論是低速還是高速，只要是 與 總線相關(guān)的芯片，都要和 CPU 總線信號有關(guān)。 SDRAM 是嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存，具有單位空間存儲容量大和價格便宜的優(yōu)點，已 廣泛應(yīng)用在各種嵌入式系統(tǒng)中。同時，系統(tǒng)及用戶堆棧、運行數(shù)據(jù)也都放在 SDRAM 中。因此，要在系統(tǒng)中使用SDRAM，就要求微處理器具有刷新控制邏輯，或在系統(tǒng)中另外加入刷新控制邏輯電路。除了 SDRAM， FLASH 也是一種存儲媒介。 NAND 型 FLASH 單元密度 高 ，寫入和擦除速度非常快，而且一般 NAND 型 FLASH 的存儲容量很大。 嵌入式設(shè)備最大的優(yōu)點就是網(wǎng)絡(luò)功能強大，它能像 PC 一樣方便地 連接到互聯(lián)網(wǎng)上，這些功能都是網(wǎng)絡(luò)控制器的作用。它可以工作在兩種速度下， 10M 以太網(wǎng)或者 100M 以太網(wǎng)。就是LAN91C111 完成數(shù)據(jù)包和電信號之間的相互轉(zhuǎn)換。 大多數(shù)情況下，嵌入式 CPU 的串口 0 會作為 CPU 的 一個終端，為用戶與 CPU 交互提供基本的輸出輸入信息。串口 0 終端的交互東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2章 嵌入式 ARM系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡介 9 方式是命令行的模式，在 BOOT 階段，支持簡單的 BOOT 命令。 Linux 從問世至今，短短時間內(nèi) 已 發(fā)展成為一個功能強大、設(shè)計完善的操 作系統(tǒng)。由于 Linux 的源碼開放，內(nèi)核精簡且性能強悍，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)達成共識，即采用嵌入式 Linux 作為嵌入式操作系統(tǒng)是大勢所趨 [5]。 嵌入式Linux 是指對 Linux 經(jīng)過小型化裁剪后，能夠固化在容量只有幾百 K 字節(jié)或幾 M字節(jié)的存儲器芯片或單片機中，應(yīng)用于特定嵌入式場合的專用操作系統(tǒng)。嵌入式Linux 現(xiàn)已成為嵌入式操作系統(tǒng)的理想選擇 [6]。嵌入式 Linux 分為兩種類型：在沒有使用 MMU 的平臺上（無內(nèi)存虛實地址轉(zhuǎn)換和映射）的一般為 uCLinux；而在有 MMU 平臺上，則使用原本地嵌入式 Linux版本。 ARM 技術(shù)和 Linux 成功地結(jié)合，應(yīng)用于數(shù)以千計的商業(yè)產(chǎn)品中。 ARM 和 Linux 的結(jié)合充分滿足了各類應(yīng)用對嵌入式平臺高性能、低功耗和低價格的要求，通過開發(fā)環(huán)境、開源社區(qū)和 ARM的商業(yè)伙伴的優(yōu)勢為嵌入式開發(fā)提供了更靈活的選擇。圖 為虛擬機下 Linux 系統(tǒng)啟動后的情況。編譯是在宿主機，一般為裝有 Linux 的 pc；執(zhí)行是在目標機，即嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺。這里所說的 跨平臺編譯器和一般的編譯器功能類似，都是把源代碼通過編譯器編譯成目標文件，然后通過鏈接器、可重定位器程序和定位器把目標文件重新定位成可執(zhí)行文件。所以一般來說每種 CPU 都對應(yīng)有不同的跨平臺編譯器。要成功構(gòu)建完整的交叉編譯環(huán)境需要在宿主機上創(chuàng)建一系列的工具包括 C/C++編譯器、匯編器、鏈接器、嵌入式系統(tǒng)的標準 C 庫和 GDB 代碼級調(diào)試器。 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3章 嵌入式 ARM系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 12 嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)移植 BootLorder 移植 BootLoader 是系統(tǒng)加電后運行的第一段代碼。在一般嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)復(fù)位或者加電后通常從地址0x00000000 處開始執(zhí)行，而這個地址一般正是存放的 BootLoader 啟動代碼。 BootLoader 一般情況下需要包含以下幾個必備的功能 : (l)初始化處理器。 (2)初始化一些必要的硬件。 (3)設(shè)置處理器的寄存器以及內(nèi)存，關(guān)掉所有的輸入管腳 (包括中斷管腳 )，以防止突然有信號進入妨礙接下來的硬件初始化動作。 (4)從特定的位置把操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)調(diào)入內(nèi)存，并設(shè)置一些操作系統(tǒng)所必需的參數(shù)，然后把 CPU 控制權(quán)交給操作系統(tǒng)。 一般 BootLoader 都包含兩種不同的操作模式 :―啟動加載 ‖模式和 ―下載 ‖模式，這種區(qū)別僅對于開發(fā)人員才 有意義。 (l)啟動加載 (Bootloading)模式 :這種模式也稱為 ―自主 ‖(Autonomous)模式，即BootLoader 從目標機上的某個固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到 RAM 中運行， 整個過程并沒有用戶的介入。 (2)下載 (Downloa