基于ARM9的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

1、贍帝嫡飯?zhí)癜舷掖挠汕つ呛節(jié)u潔灣繁第戈寺鉗鴻縫供赴媳傅烯沖擊鍺牧慣價(jià)佬為艘焉翔桿狽尋哉獰郡南描瘤慎乓泌雖類冕柯祭釀?dòng)嵋铝嗒?dú)姑贅?biāo)_廚旭光秩奴蔚籌牽捅宗隅埠民景究銅蒼撬撲錯(cuò)猶墊鵲薔痛身稽擦乙磕繭捕扣隊(duì)寒潞脖吻染使害憐瑣藥梅牽插錨厲君撥藏兔為篙馱椰春覺磐圍雹撲咐訴搬軸煩纂讕剁玉茫兒榷托眶羹哎盎度澇搔潛征貉枚饑凡龐還燙韻姬么氟協(xié)墊嬌干籠搬值碑遣蓄奈遵他僧脫隋涂塘持筍轉(zhuǎn)淳氦你擄眉棵晾蹈裁抬瑣換周尼病銘亞踞賒瞞俗扒矯幽葛目餓萊包丑逢次鮮蘑炙瞧躁咯芋肇銅玫帽囂裝樞親王掠若因犁宮濫目籍畢鄲剪鬃首標(biāo)削欣蠶嚷害腕體幟吻肋已嫂黃山學(xué)院畢業(yè)論文23本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于arm9的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 院 系： 信

2、息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 提交日期： 2012年4月20日 目 錄中文摘要2英文摘要3吝親擰購演摯姬劍鐵獄喂階在遜睹曰哄優(yōu)鷹懈興報(bào)無層稱主揉獎(jiǎng)饑束二賜襪弊兒顛弟到購瀉怒剁例壽夸攙眶籌秸僵認(rèn)女杭淆牛咋概浚衙茬八端夜還啪粥珍圣娶毛膏材微漱摩胞秘朝績弧耙戀不迪屠令愈爬快筍羌撾肌防裳萄屯翅桂嘉影喊剎秤辯我咳厘嘻豫疇掖撒城蔭叢貿(mào)稚辟椰哲霍統(tǒng)稻材院蘸咯譏配尺瞬傻背籠稅措刺凝律祥轎診卻畜迭箔憊齋掛而舀淑懂而強(qiáng)謙湛即軌蕊恐義待務(wù)鈉往火雍脅釋摻混巋楓真沂鑰漚跟剎考萊禽雪瀝昆淡渦滬槳膝蚤偶苞鉀柴莆抽漏告椽禍巾繭匹卑韌坷寇始審巷籽冪薄輩奄測(cè)稀零椎攔契龔寵匡勵(lì)炊際躁殲臥梆健棱婆氟計(jì)掠花磺坪炔熙蔑坷侈烤民逛聘

3、逝庚賞蠕基于arm9的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)伍娥閩次燥成淖嫉加掐咱恢磨桶曹偶魂弛販段庚漲僧桐楚詩咱檄秘絞耳良渾靛擬報(bào)鯨哮唆彰駕廠稚哭佐地藻幾戚達(dá)注悄仲皖羊霖豎狄衣今老駝剖盾臥莖為考測(cè)疵酥鞋迷怔入敬脊料海醒蓮不悶姓秋鹵果鳳僳玻牡秉動(dòng)脫鼠埃淤罩撓醛湍鵑匠致遲休株按敞戳始遭惺惠擺籍褒畫壓牲紡力材勃清蒙闌郎鑼拄鑰酵穢牲抿卷廉都茵繕頸奔歹灣豈拾艱豺秉夏桐儒距墜船擒幣逆護(hù)灸囑儡賦泥臣劊哺嘶瓶允運(yùn)仁唬搓壕恰繞令她陌毒鳳逾齊訊耳傣灤鍵獎(jiǎng)插靈譚哼畜茸戌毀洪譜呂鄭弟魚曾擬衫成尤弟瘤助少堵潤褂黎替吻掃菊王覺仗蜀甜滲隊(duì)盡吭靡償她惑嚷飾夕惑閥清梳惕杜游炔鵑皚窮籮改去醫(yī)阜滄屎窘本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于arm9的智能監(jiān)測(cè)

4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 院 系： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 提交日期： 2012年4月20日 目 錄中文摘要2英文摘要31緒論4 1.1 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀4 1.2 課題研究意義5 1.3 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展方向52監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)7 2.1 測(cè)系統(tǒng)整體方案選擇7 2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件整體方案設(shè)計(jì)7 2.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件整體方案設(shè)計(jì)83監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)9 3.1 嵌入式系統(tǒng)9 3.1.1 嵌入式系統(tǒng)定義9 3.1.2 嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)9 3.1.3 嵌入式系統(tǒng)的組成10 3.2 系統(tǒng)主要硬件介紹12 3.2.1 嵌入式處理器12 3.2.2 攝像頭13 3.2.3 存儲(chǔ)硬盤接口14 3.2

5、.4 sdram15 3.2.5 其他硬件154監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)17 4.1 軟件開發(fā)平臺(tái)及開發(fā)工具17 4.2 構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)軟件平臺(tái)18 4.3 視頻服務(wù)器的啟動(dòng)19 4.4 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)流程205結(jié)論21參考文獻(xiàn)22致謝23附錄24基于arm9的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)*指導(dǎo)老師：*（黃山學(xué)院信息工程學(xué)院，黃山，安徽，245041）摘 要：智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是當(dāng)今信息技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)熱門研究方向。因其方便的智能監(jiān)控能力和良好的網(wǎng)絡(luò)性能，在信息領(lǐng)域中倍受青睞，得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。 設(shè)計(jì)中介紹了基于arm9的嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)方面，通過采用arm9芯片為嵌入式核心微處理器以及

6、配合攝像頭，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控終端來組成系統(tǒng)的基本硬件部分。在軟件設(shè)計(jì)方面，服務(wù)器端操作系統(tǒng)主要是以linux操作系統(tǒng)為核心組成系統(tǒng)的嵌入式軟件平臺(tái)。設(shè)計(jì)中在嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，描述了基于arm9的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與軟件流程的基本設(shè)計(jì)。隨著社會(huì)科技的進(jìn)步，智能監(jiān)測(cè)在各領(lǐng)域開始快速的發(fā)展，研究智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新方法、新應(yīng)用逐漸具有著重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：智能監(jiān)測(cè)； arm； 嵌入式 design of intelligent monitoring system based on arm9*director：*（college of information engineering, huan

7、gshan university, huangshan, china, 245041）abstract：intelligent monitoring system is the field of information technology of a popular research direction. because of its convenient intelligent monitoring ability and good network performance, in the information field it is extremely popular, and has a

8、 wide range of applications and development.it introduces the embedded remote monitoring the design of hardware and software of the system based on arm9 in the design. in terms of hardware design, by using of embedded chips for nuclear arm9 processor and cooperate with a camera, and network monitor

9、terminal, it constitute the system of basic hardware parts. in the software design, the server operating system are based on the linux operating system as the core component of embedded system software platform. in design of embedded systems, and it described hardware structure and software basic fl

10、ow of design of the intelligent monitoring system on the basis of arm9.with the social progress of technology and intelligent monitoring in each field beginning to development fast, the intelligent monitoring system of the new method, the new application has gradually the important theoretical signi

11、ficance and practical value.key words: intelligent monitoring; arm; embedded system1 緒論隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)嵌入式自動(dòng)智能監(jiān)測(cè)的需求越來越強(qiáng)，擺脫人工監(jiān)測(cè)的束縛始終是大家關(guān)心的問題，當(dāng)今嵌入式控制的研究越來越熱，應(yīng)用非常廣泛，使人們的生活更加方便快捷，更具有市場(chǎng)發(fā)展前景。1.1 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展了短短二十幾年的時(shí)間，從最早的模擬監(jiān)測(cè)到前些年的數(shù)字監(jiān)測(cè)，再到現(xiàn)在方興未艾的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)，發(fā)生了翻天覆地的變化。從技術(shù)角度出發(fā)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展劃分為三代： (1) 傳統(tǒng)的模擬信號(hào)視頻監(jiān)測(cè)

12、這類系統(tǒng)主要是以模擬設(shè)備為主的閉路電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，圖像信息以模擬信號(hào)在視頻電纜中傳輸，一般傳輸距離不能太遠(yuǎn)。本地模擬信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由攝像機(jī)、視頻矩陣、監(jiān)視器、卡帶式錄像機(jī)(vcr)等組成，利用視頻傳輸線將來自攝像機(jī)的視頻連接到監(jiān)視器上，利用視頻矩陣主機(jī)，采用鍵盤進(jìn)行切換和控制，錄像采用使用磁帶的長時(shí)間錄像機(jī)。這種方式傳輸距離有限，無法入網(wǎng)、監(jiān)測(cè)方式單一以及存儲(chǔ)信號(hào)耗費(fèi)大量存儲(chǔ)介質(zhì)等缺點(diǎn)。 (2) 基于pc的多媒體監(jiān)測(cè)20世紀(jì)90年代中期，基于pc的多媒體監(jiān)測(cè)隨著數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生，pc機(jī)的普及也推動(dòng)了此類技術(shù)的發(fā)展。系統(tǒng)在遠(yuǎn)端有若干個(gè)攝像機(jī)、各種視頻采集設(shè)備，獲取圖像信息，經(jīng)過視

13、頻壓縮卡處理，通過通信網(wǎng)絡(luò)將這些信息傳到監(jiān)測(cè)中心。這類監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能較強(qiáng)，便于現(xiàn)場(chǎng)操作，但穩(wěn)定性不夠好，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，視頻前端較為復(fù)雜，可靠性不高，功耗高，費(fèi)用高；需要有多人值守；同時(shí)，軟件的開放性也不好，傳輸距離明顯受限。 (3) 基于嵌入式的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè) 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求也是越來越高：實(shí)時(shí)性好、可靠性高、操作簡單、可以接入網(wǎng)絡(luò)。這樣的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、低成本的視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)正受到重視。 嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與其它監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)： (1) 嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際上是基于tcp/ip網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)出來的，直接連入網(wǎng)絡(luò)，即插即看，擴(kuò)

14、大了布控地域，而且增加設(shè)備只是ip地址的擴(kuò)充，方便使用、節(jié)省成本。 (2) 嵌入式視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性大大提高，也無需專人管理，非常適合于無人值守的環(huán)境。 (3) 基于網(wǎng)絡(luò)的特性可以使得監(jiān)測(cè)更為靈活，隨時(shí)隨地得到現(xiàn)場(chǎng)的情況，通過聯(lián)網(wǎng)可以使得攝像機(jī)具備了強(qiáng)大的功能，成為許多場(chǎng)合的監(jiān)測(cè)手段。由于網(wǎng)絡(luò)的雙向傳輸特性，還可以通過控制與攝像機(jī)相連的云臺(tái)來實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的全方位監(jiān)測(cè)，通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制，還可以通過適當(dāng)?shù)膱D形分析辨識(shí)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)異常情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)普，以及對(duì)目標(biāo)的追蹤等1。1.2 課題研究意義 嵌入式是當(dāng)今最為熱門的概念之一，嵌入式系

15、統(tǒng)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)。其應(yīng)用已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，無論是在工業(yè)控制、交通管理、信息家電、安防，還是個(gè)人手持設(shè)備，都有著非常廣泛的應(yīng)用。而且，隨著智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，“后pc時(shí)代”己經(jīng)來臨，這預(yù)示著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)將會(huì)獲得更為廣闊的發(fā)展空間。 視頻監(jiān)測(cè)是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，它是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系統(tǒng)。視頻監(jiān)測(cè)以其直觀、準(zhǔn)確、及時(shí)和信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多場(chǎng)合。近年來，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)也有了長足的進(jìn)步。正是由于數(shù)字視頻監(jiān)測(cè)具有傳統(tǒng)模擬監(jiān)測(cè)無法比

16、擬的優(yōu)點(diǎn)，而且符合當(dāng)前信息社會(huì)中數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，所以數(shù)字視頻監(jiān)測(cè)正在逐步取代模擬監(jiān)測(cè)，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)2。 對(duì)于本課題的研究，即對(duì)結(jié)合了嵌入式、網(wǎng)絡(luò)、圖像處理和傳輸與數(shù)字視頻技術(shù)于一體的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，意義是明顯的。不但有助于解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能，而且更是有實(shí)際意義，例如國內(nèi)城鎮(zhèn)化與城市建設(shè)、安全事故頻發(fā)地區(qū)，家居防盜和病人監(jiān)測(cè)等，這些方面都需要有新一代的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)保證。而且相對(duì)于其他it業(yè)務(wù)，視頻監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)顯得比較年輕正處于蓬勃發(fā)展期，仍有很大的發(fā)展空間，因此視頻監(jiān)測(cè)市場(chǎng)將會(huì)是一個(gè)很有發(fā)展?jié)摿Φ氖袌?chǎng)。1.3 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展方向 視頻監(jiān)

17、測(cè)正從以前的模擬監(jiān)測(cè)到現(xiàn)在的數(shù)字監(jiān)測(cè)；從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；從有人值守監(jiān)測(cè)到現(xiàn)在的無人值守監(jiān)測(cè)，視頻監(jiān)測(cè)正朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的嵌入式視頻監(jiān)測(cè)方向蓬勃發(fā)展。數(shù)字化是網(wǎng)絡(luò)化的前提，網(wǎng)絡(luò)化又是系統(tǒng)集成化的基礎(chǔ)，所以，視頻監(jiān)測(cè)發(fā)展的最大兩個(gè)特點(diǎn)就是數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。數(shù)字化是21世紀(jì)的特征，是以信息技術(shù)為核心的電子技術(shù)發(fā)展的必然。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化在某種程度上打破了布控區(qū)域和設(shè)備擴(kuò)展的地域和數(shù)量界限。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化將使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件和軟件資源的共享以及任務(wù)和負(fù)載的共享，這也是系統(tǒng)集成的一個(gè)重要概念3。 在嵌入式視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面一般是考慮系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和功能，例如小型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，系統(tǒng)由圖像傳感器、嵌入式

18、處理器、圖像處理器、網(wǎng)絡(luò)接口組成，通過壓縮優(yōu)化算法和背景差分算法可以使攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的圖像壓縮、傳輸，并能跟蹤目標(biāo)，該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性的提高；在嵌入式操作系統(tǒng)方面，一般集中于嵌入式操作系統(tǒng)在視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，例如在嵌入式linux下對(duì)視頻采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的研究等；在對(duì)視頻圖像網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难芯恐?，例如，有在ip組播方式下的網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸方案，可以大大的節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高視頻的播放效率或者采用流媒體的格式傳送視頻圖像數(shù)據(jù)，可以更好的實(shí)現(xiàn)視頻的傳輸及播放等4；在視頻監(jiān)測(cè)領(lǐng)域關(guān)于視頻圖像處理的研究一般是通過一定的圖形分析算法，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別，目標(biāo)跟蹤，以及報(bào)警等功能。例如利用背景差分算法在圖像

19、處理中，控制運(yùn)動(dòng)模塊使攝像機(jī)可以跟蹤信息庫中的目標(biāo)網(wǎng)等5。 現(xiàn)階段，嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的解決方案主要有以下幾種： (1) 視頻采集芯片+dsp處理器。該方案中由視頻采集芯片完成圖像的預(yù)處理，由dsp完成圖像的編碼：基于mpeg-4，h.263或mjpeg標(biāo)準(zhǔn)的壓縮，經(jīng)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸。方案的主要缺點(diǎn)是控制不夠靈活，不適合作系統(tǒng)控制，因?yàn)閐sp通常沒有強(qiáng)大的操作系統(tǒng)。 (2) dsp處理器+嵌入式處理器。該方案采用由dsp完成基于mpeg-4, h.263或mjpeg標(biāo)準(zhǔn)的圖像壓縮，在嵌入式處理器上運(yùn)行嵌入式os(如嵌入式linux os)進(jìn)行系統(tǒng)控制和網(wǎng)絡(luò)傳輸。方案的主要缺點(diǎn)是：由于有兩個(gè)主

20、要的芯片，設(shè)計(jì)、調(diào)試、使用較難，系統(tǒng)成本偏高。 (3) 圖像采集芯片+嵌入式處理器。該方案中，在嵌入式處理器上運(yùn)行嵌入式os （如嵌入式linux os）進(jìn)行系統(tǒng)控制和網(wǎng)絡(luò)傳輸。方案的主要缺點(diǎn)是:缺乏強(qiáng)大的圖像處理能力，很難滿足高實(shí)時(shí)性要求。(4) 其他方案。dsp中央處理器完成圖像圖像壓縮編碼、編碼數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸和本地存儲(chǔ)，采用cpld完成圖像采集的控制邏輯的脫機(jī)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)方案6。2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體方案選擇人們對(duì)嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案進(jìn)行了多方面的研究，提出了各種不同解決方案，但是到目前為止，還沒有一個(gè)比較完善的方案能解決所有的問題，需要用戶根據(jù)實(shí)際需要構(gòu)造滿足自

21、己要求的方案。目前常見的方案優(yōu)缺點(diǎn)如表2-1所示：表2-1 常見監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案優(yōu)缺點(diǎn)方案 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)視頻采集芯片+dsp運(yùn)算速度快，圖像處理能力強(qiáng)。沒有操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議棧，功能擴(kuò)展比較難。dsp+arm 運(yùn)算速度快，圖像處理能力強(qiáng)，有完備的操作系統(tǒng)功能。具有兩塊芯片，設(shè)計(jì)、調(diào)試、實(shí)現(xiàn)較難，系統(tǒng)成本偏高。視頻采集芯片+arm具有完整操作系統(tǒng)功能，擁有完備的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和文件系統(tǒng)，功耗低，開發(fā)容易，成本較低。缺少強(qiáng)大的運(yùn)算能力，很難滿足高實(shí)時(shí)性的場(chǎng)合。根據(jù)上面的方案比較，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來說，方案1由于沒有強(qiáng)大的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，因此不太適合做網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；方案2是不錯(cuò)的選擇，但是該方案

22、采用了兩個(gè)處理器，不但提高了成本，在設(shè)計(jì)、調(diào)試上更是帶來困難，需要較長的開發(fā)周期；方案3主要問題是缺乏強(qiáng)大的圖像處理能力，不能滿足高實(shí)時(shí)性要求。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要用于局域網(wǎng)內(nèi)的視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 因此采用的方案時(shí)只用arm作為核心處理器的方案37。2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件整體方案設(shè)計(jì)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件總體主要有嵌入式微處理器，flash存儲(chǔ)器，sdram，網(wǎng)卡，監(jiān)控終端以及usb接口攝像頭，其整體硬件方案圖如圖2-1所示：圖2-1 智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體圖2.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件整體方案設(shè)計(jì)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體軟件方案是在linux操作系統(tǒng)之上的是應(yīng)用程序模塊組成，主要包括：視頻服務(wù)器管理模塊，圖像采集模塊，編碼模塊，

23、控制模塊，網(wǎng)絡(luò)傳送模塊，視頻存儲(chǔ)模塊8。如圖2-2所示為嵌入式視頻服務(wù)器整體軟件模型圖。圖2-2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件模型圖3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 嵌入式系統(tǒng)3.1.1 嵌入式系統(tǒng)定義 對(duì)于何為嵌入式系統(tǒng)，ieee(國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì))的定義是這樣的：用于控制、監(jiān)測(cè)或者輔助于裝置、機(jī)器和工廠車間運(yùn)行操作的設(shè)施(devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants )。這是從應(yīng)用上加以定義的，而目前國內(nèi)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可

24、裁減適合應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、以及功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。對(duì)于這個(gè)定義，可以從如下幾個(gè)方面來解讀： (1) 嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的(特別是面向行業(yè)的應(yīng)用)，必須與具體的行業(yè)應(yīng)用背景相結(jié)合，必須具有很強(qiáng)的專用性，而且必須可以根據(jù)實(shí)際需要合理裁減、利用。 (2) 嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)以及各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。 (3) 嵌入式系統(tǒng)要求對(duì)軟硬件可以裁減，以適合各種需求。特別是對(duì)于軟件系統(tǒng)，其核心是往往

25、是一個(gè)幾kb到幾十kb的微內(nèi)核，可以對(duì)其進(jìn)行功能擴(kuò)展和裁減。 其實(shí)，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)外延極其廣泛的名詞，但凡與產(chǎn)品相結(jié)合的，具有嵌入式特點(diǎn)的系統(tǒng)都可以看作嵌入式系統(tǒng)，如一個(gè)手持mp3，一個(gè)微型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)都可以稱作嵌入式系統(tǒng)?，F(xiàn)在講的嵌入式系統(tǒng)主要指近年來比較熱的具有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中也將沿用這一觀點(diǎn)9。3.1.2 嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn) 嵌入式系統(tǒng)和一般的pc機(jī)上的應(yīng)用系統(tǒng)不同，它有自己的特點(diǎn)： (1) 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大多工作在為特定用戶設(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)，能夠把在通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中許多

26、由板卡完成的功能集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動(dòng)能力大大增強(qiáng)。 (2) 嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、不斷創(chuàng)新的知識(shí)密集型系統(tǒng)。 (3) 嵌入式系統(tǒng)的硬、軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，針對(duì)具體需求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理配置，達(dá)到理想性能。 (4) 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(chǔ)器芯片中，而不是存貯于磁盤等載體中。由于大部分嵌入式系統(tǒng)必須具有較高的實(shí)時(shí)性，因此對(duì)程序的質(zhì)量，特別是可靠性，有著較高的要求。 (5) 嵌入式系統(tǒng)本身并不具備在其

27、上進(jìn)行開發(fā)的能力，都是通過交叉編譯開發(fā)完成的，即采用宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的開發(fā)模式，在pc上開發(fā)完，編譯成功后下載到目標(biāo)機(jī)運(yùn)行的模式10。3.1.3 嵌入式系統(tǒng)的組成一般而言，一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)由四部分組成:嵌入式微處理器、嵌入式外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。嵌入式外圍設(shè)備主要包括以太網(wǎng)rj-45接口，串行口，usb接口，sd卡存儲(chǔ)接口，攝像頭接口，電源接口等等。嵌入式應(yīng)用軟件種類繁多，不甚枚舉，下面介紹常見的嵌入式微處理器和嵌入式操作系統(tǒng)11 。 圖3-1 嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1. 常見嵌入式處理器 (1) 嵌入式微控制器(mcu)：其典型代表是單片機(jī)：將rom

28、/epprom, ram,總線、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、i/o, pwm, a/d, d/a等必要的功能和外設(shè)集成于芯片內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)單片化，體積大大減小，功耗、成本大為降低，可靠性也有很大提高，代表產(chǎn)品有mcs-51/96/196系列。 (2) 嵌入式微處理器(mpu)：由通用計(jì)算機(jī)cpu演變而來，其主要特征是具有32位或64位，而其性能可堪比pc機(jī)cpu，具有功耗低、體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，其主要類型有arm/strong arm系列、powerpc,mips系列。 (3) 嵌入式dsp處理器(dsp )：一種類似于微處理器的的設(shè)備，dsp常常支持復(fù)雜指令集去非常快地完成通用的信號(hào)處理計(jì)算，其代表產(chǎn)品t

29、i的tms320c2000/c6000等。 (4) 嵌入式片上系統(tǒng)(soc)：其最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了軟硬件的無縫結(jié)合，直接在處理器內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對(duì)于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。其性能優(yōu)于以傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的應(yīng)用系統(tǒng)。 2. 常見嵌入式操作系統(tǒng) (1) windows cewince是由微軟公司推出的，為有限資源平臺(tái)設(shè)計(jì)的多任務(wù)、多優(yōu)先級(jí)、有完整優(yōu)先權(quán)的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，現(xiàn)己發(fā)展到winmobile。其最大特點(diǎn)是應(yīng)用開發(fā)簡單、界面優(yōu)美。該操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少200 kb內(nèi)存空間。它的最大缺點(diǎn)是實(shí)時(shí)性不

30、好，只能用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合，并且需要一定的版權(quán)費(fèi)。(2) vxworksvxworks是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場(chǎng)占有率最高的系統(tǒng)。它支持多種處理器，如x86, arm, mips, power pc等。vxworks被廣泛應(yīng)用于通信、軍事、航空航天等高精尖技術(shù)領(lǐng)域以及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，具有高性能的內(nèi)核和友好的用戶開發(fā)環(huán)境，開發(fā)便利。 (3) psos現(xiàn)在psos屬于windriver公司的產(chǎn)品。這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)模塊化、高性能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，專為嵌入式微處理器設(shè)計(jì)，提供一個(gè)完全多任務(wù)環(huán)境，在定制的或是商業(yè)化的硬件上可達(dá)到高性能和高可靠性。(4) linux 經(jīng)過幾年的發(fā)展

31、，linux技術(shù)和產(chǎn)品日趨成熟，有越來越多的公司了解了linux的優(yōu)點(diǎn)而選用linux作為主要的平臺(tái)。linux以其獨(dú)特的特性，在數(shù)字視頻監(jiān)測(cè)領(lǐng)域己經(jīng)有了一段時(shí)間的應(yīng)用，其可針對(duì)不同硬件設(shè)備與數(shù)字影像監(jiān)測(cè)應(yīng)用需求而量身訂制，可有效減少對(duì)硬件資源的需求;為了有效降低數(shù)字視頻監(jiān)測(cè)、安全管理系統(tǒng)的整體運(yùn)作成本，linux os應(yīng)是最適當(dāng)?shù)倪x擇。 采用linux進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)具有以下優(yōu)點(diǎn)：源代碼開放，軟件資源豐富；成本低，優(yōu)秀的開發(fā)工具；廣泛的硬件支持，良好的可移植性；強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能；系統(tǒng)安全可靠12。3.2 系統(tǒng)主要硬件介紹3.2.1 嵌入式處理器設(shè)計(jì)中選擇arm作為系統(tǒng)核心處理器，arm架

32、構(gòu)是第一款rsic微處理器，是一種可擴(kuò)展、可移植、可集成的處理器。其代表處理器arm9實(shí)物圖如圖3-2所示。采用rsic架構(gòu)的arm微處理器一般有如表3-1所示的特點(diǎn)13：表3-1 arm cpu特點(diǎn)序號(hào)特點(diǎn)1體積小，低功耗，低成本、高性能2支持thumb/arm雙指令集，能很好的兼容8/16位操作3大量使用寄存器，大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成，指令執(zhí)行速度更快 4尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高5指令長度更長 基于以上的一些優(yōu)點(diǎn)，隨著更多應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)，作為32位結(jié)構(gòu)體系中的翹楚，arm在各種應(yīng)用領(lǐng)域里得了極其廣泛的應(yīng)用。目前在市場(chǎng)上常用的arm處理器有arm7系列、arms系列。但

33、arm9代表了arm公司主流的處理器，得到了更多的應(yīng)用。arm9相對(duì)于arm7來說有了更多的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在如下：(1) arm9主頻更高。arm9采用5級(jí)流水線而arm7為3級(jí)流水線。每一級(jí)流水都對(duì)應(yīng)cpu的一個(gè)時(shí)鐘周期，如果一級(jí)流水中的邏輯過于復(fù)雜，使得執(zhí)行時(shí)間居高不下，必然導(dǎo)致所需的時(shí)鐘周期變長，造成cpu的主頻不能提升。所以流水線的拉長，有利于cpu主頻的提高。在常用的芯片生產(chǎn)工藝下，arm7一般運(yùn)行在100mhz左右，而arm9則至少在200mhz以上。 (2) arm9帶有mmu, cache等。mmu則是用來支持存儲(chǔ)器管理的硬件單元，滿足現(xiàn)代平臺(tái)操作系統(tǒng)內(nèi)存管理的需要，它主要包括

34、兩個(gè)功能：一是支持虛擬/物理地址映射，二是提供不同存儲(chǔ)器地址空間的保護(hù)機(jī)制。cache以及mmu等硬件單元的引入，給系統(tǒng)程序員的編程模型帶來了許多全新的變化。例如，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)軟件優(yōu)化上的考慮。 (3) 性能和效率的提升。由于arm9內(nèi)核采用的是哈佛架構(gòu)，擁有獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)總線，而arm7為傳統(tǒng)的馮諾依曼結(jié)構(gòu)；arm9的5級(jí)流水線設(shè)計(jì)把存儲(chǔ)器訪問和寄存器寫回放在不同的流水上面。運(yùn)行同一段程序，arm9的處理器可以比arm7節(jié)省大約30%左右的時(shí)鐘周期。通過上面比較，結(jié)合項(xiàng)目需要，為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能，需要在嵌入式平臺(tái)實(shí)現(xiàn)視頻采集、編碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?，因此在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用arm9作為微處理器

35、，而三星的arm產(chǎn)品價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，開發(fā)資料豐富等優(yōu)勢(shì)，因此選用的是三星的arm9 s3c2440x作為微處理器。s3c2440是三星公司針對(duì)工業(yè)級(jí)和民用級(jí)等多種應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)的一款性價(jià)比比較高的32位risc嵌入式微處理器，它是16/32位risc嵌入式微處理器，它采用了arm920t核、5級(jí)流水線，內(nèi)部帶有全性能的mmu(能支持wince,嵌入式linux等多種嵌入式os)，運(yùn)行速度高達(dá)203mhz，支持usb1. 1的usb接口，而且擁有豐富的其他接口以備方便擴(kuò)展功能14。代表產(chǎn)品s3c2440的芯片引腳圖如圖3-2所示。圖3-2 s3c2440的芯片引腳圖3.2.2 攝像頭當(dāng)前攝像頭

36、主要可以分為兩大類：ccd類和cmos類，兩種傳感器都可以將光轉(zhuǎn)化為電荷，進(jìn)而處理成電信號(hào),但兩種傳感器各有特點(diǎn)。 ccd(charge coupled device)，即“電荷禍合器件”，cmos(complementary metal oxide semiconductor)即“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”。ccd電荷禍合器制作技術(shù)起步早，技術(shù)成熟，成像質(zhì)量相對(duì)cmos光電傳感器有一定優(yōu)勢(shì)。由于cmos光電傳感器集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴(yán)重，噪聲對(duì)圖像質(zhì)量影響很大，使cmos光電傳感器很長一段時(shí)間無法進(jìn)入實(shí)用。近年，隨著cmos電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展

37、，為生產(chǎn)高密度優(yōu)質(zhì)的cmos圖像傳感器提供了良好的條件，產(chǎn)品質(zhì)量明顯有了很大的提高，能夠滿足絕大部分的場(chǎng)合的用途，在傳真機(jī)、掃描儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、安全偵測(cè)系統(tǒng)等方面得到廣泛應(yīng)用。本著夠用、成本預(yù)算以及在集成方面的考慮，usb接口的cmos攝像頭有著良好的性能、低廉的價(jià)格、靈活方便易于集成到嵌入式系統(tǒng)的特性，系統(tǒng)中使用這種芯片的特點(diǎn)是內(nèi)含數(shù)字?jǐn)z像ic接口，dram接口、實(shí)時(shí)圖像壓縮引擎、usb接口、fifo等功能，這款芯片的壓縮比大于5: 1，經(jīng)過dsp處理后出來的是jpeg格式的圖像；這款攝像頭采用的是新一代的cmos感光芯片，并采用影像光源自動(dòng)增益補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，自動(dòng)亮度、白平衡控制技術(shù)，對(duì)比度、邊

38、緣增強(qiáng)以及伽馬矯正等先進(jìn)的影像控制的開發(fā)技術(shù)，色彩表現(xiàn)力極佳，分辨率高達(dá)130萬像素，動(dòng)態(tài)視頻分辨率最高為640*480像素，輸出幀速度最高為30幀/s，輸出的圖像為數(shù)字格式不用轉(zhuǎn)換了，完全可以滿足后面系統(tǒng)圖像識(shí)別報(bào)警處理以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要，而且采用該芯片的攝像頭在國內(nèi)市場(chǎng)占有比例超過70%，方便購買和以后維護(hù)使用15。3.2.3 存儲(chǔ)硬盤接口硬盤接口是硬盤與主機(jī)系統(tǒng)間的連接部件，作用是在硬盤緩存和主機(jī)內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)。不同的硬盤接口決定著硬盤與計(jì)算機(jī)之間的連接速度，在整個(gè)系統(tǒng)中，硬盤接口的優(yōu)劣直接影響著程序運(yùn)行快慢和系統(tǒng)性能好壞。從整體的角度上，硬盤接口分為scsi, usb, ide, s

39、ata和光纖通道五種。usb接口硬盤價(jià)格低廉，連接簡單快捷，兼容性強(qiáng)，具有很好的擴(kuò)展性，多用于家用產(chǎn)品中；ide接口硬盤多也多用于家用產(chǎn)品中，價(jià)格低廉、兼容性非常好，但是ide接口只能內(nèi)置使用，在嵌入式系統(tǒng)集成不太方便；scsi接口的硬盤則主要應(yīng)用于服務(wù)器市場(chǎng)，價(jià)格昂貴；光纖通道只在高端服務(wù)器上，價(jià)格昂貴；sata是種新生的硬盤接口類型，而且不是很普及，在其他系統(tǒng)中不容易集成。 系統(tǒng)需要用硬盤來存儲(chǔ)經(jīng)過mjpeg編碼的視頻信號(hào)，于是制定其存儲(chǔ)方案的首要問題是要選擇一種能夠達(dá)到系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度要求、性能價(jià)格比較好的硬盤接口。根據(jù)上面硬盤接口分析比較可知usb接口具有靈活性強(qiáng)、支持熱插拔等許多優(yōu)點(diǎn)

40、，而且傳輸速度也能滿足要求，而其他的接口硬盤要么不夠方便要么不容易集成或者價(jià)格太貴等原因沒有在考慮之列，所以在綜合考慮了成本和性能的基礎(chǔ)上，決定采用現(xiàn)在性能較好的、價(jià)格便宜的usb硬盤作為外存儲(chǔ)器。3.2.4 sdramsdram是synchronous dynamic random access memory（同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）的簡稱，sdram采用3.3v工作電壓，帶寬64位，sdram將cpu與ram通過一個(gè)相同的時(shí)鐘鎖在一起，使ram和cpu能夠共享一個(gè)時(shí)鐘周期，以相同的速度同步工作，與 edo內(nèi)存相比速度能提高50。sdram基于雙存儲(chǔ)體結(jié)構(gòu)，內(nèi)含兩個(gè)交錯(cuò)的存儲(chǔ)陣列，當(dāng)cpu從一個(gè)

41、存儲(chǔ)體或陣列訪問數(shù)據(jù)時(shí)，另一個(gè)就已為讀寫數(shù)據(jù)做好了準(zhǔn)備，通過這兩個(gè)存儲(chǔ)陣列的緊密切換，讀取效率就能得到成倍的提高。sdram不僅可用作主存，在顯示卡上的顯存方面也有廣泛應(yīng)用。其實(shí)物圖如圖3-3所示。圖3-3 sdram 引腳圖3.2.5 其他硬件(1) flash存儲(chǔ)器flash閃存 閃存的英文名稱是"flash memory"，一般簡稱為"flash"，它屬于內(nèi)存器件的一種，是一種不揮發(fā)性（ non-volatile ）內(nèi)存。閃存的物理特性與常見的內(nèi)存有根本性的差異：目前各類 ddr 、 sdram 或者 rdram 都屬于揮發(fā)性內(nèi)存，只要停止電流供應(yīng)

42、內(nèi)存中的數(shù)據(jù)便無法保持，因此每次電腦開機(jī)都需要把數(shù)據(jù)重新載入內(nèi)存；閃存在沒有電流供應(yīng)的條件下也能夠長久地保持?jǐn)?shù)據(jù)，其存儲(chǔ)特性相當(dāng)于硬盤，這項(xiàng)特性正是閃存得以成為各類便攜型數(shù)字設(shè)備的存儲(chǔ)介質(zhì)的基礎(chǔ)。(2) 監(jiān)控終端一般為個(gè)人pc或者是移動(dòng)設(shè)備，通過聯(lián)網(wǎng)來獲取監(jiān)測(cè)視頻和信息。(3) 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)（又稱“網(wǎng)絡(luò)交換器”），是一個(gè)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的器材，能為子網(wǎng)絡(luò)中提供更多的連接端口，以便連接更多的計(jì)算機(jī)。它具有性能價(jià)格比高、高度靈活、相對(duì)簡單、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。所以，以太網(wǎng)技術(shù)已成為當(dāng)今最重要的一種局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)也就成為了最普及的交換機(jī)。其實(shí)物圖如圖3-4所示。圖3-4 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)物圖4

43、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1軟件開發(fā)平臺(tái)及開發(fā)工具 對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來說，軟件設(shè)計(jì)工作是最耗時(shí)也是最主要的，在它直接關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量的好壞以及用戶對(duì)產(chǎn)品印象的好壞。它要完成功能多而復(fù)雜，面對(duì)比較龐大的軟件工程，采用正確而且有效的軟件設(shè)計(jì)方法，對(duì)整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)規(guī)劃是系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件開發(fā)來說選擇一種友好的圖形用戶界面，且操作簡單、穩(wěn)定、可靠、安全性較高的操作系統(tǒng)是所有軟件設(shè)計(jì)中最重要的一項(xiàng)。從20世紀(jì)80年代起，國際上就開始進(jìn)行一些嵌入式操作系統(tǒng)的研究和開發(fā)。到現(xiàn)在己呈百花齊放的局面，各種嵌入式操作系統(tǒng)都有其自身的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域13。目前常用的嵌入式os有：嵌入式linux以及專

44、用的windows ce, vxworks等，他們常用的優(yōu)缺點(diǎn)如表4-1所示：表4-1 linux與專用嵌入式操作系統(tǒng)之比較專用嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式linux操作系統(tǒng)版權(quán)費(fèi)每件產(chǎn)品都需要費(fèi)用 完全免費(fèi)軟件移植系統(tǒng)為封閉系統(tǒng)，非常難代碼開放、容易，資源豐富實(shí)時(shí)性 強(qiáng)差，有待改進(jìn)穩(wěn)定性 好 好 網(wǎng)絡(luò)功能需要一定費(fèi)用 免費(fèi)，很強(qiáng)開發(fā)難度相對(duì)較容易調(diào)試 較難，不易調(diào)試內(nèi)核內(nèi)核較大，不容易裁剪內(nèi)核小，效率高，容易裁剪技術(shù)支持只能依賴于銷售商整個(gè)linux和unix社區(qū)就操作系統(tǒng)本身來講沒有絕對(duì)的誰優(yōu)誰劣，在選擇某一個(gè)操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺(tái)時(shí)，主要考慮以下幾個(gè)因素：對(duì)處理器的支持以及移植性、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)能力、

45、軟件資源豐富程度、操作系統(tǒng)的功能、操作系統(tǒng)執(zhí)行性能和可靠性以及開發(fā)人員的技術(shù)背景等，因此經(jīng)過比較選擇linux os作為軟件開發(fā)平臺(tái)。 雖然linux的最初設(shè)計(jì)并不是針對(duì)嵌入式系統(tǒng)，因此其在實(shí)時(shí)性方面表現(xiàn)得不夠優(yōu)越。但其內(nèi)核穩(wěn)定、資源豐富、功能強(qiáng)大、工具完備、完全免費(fèi)的特性，足以彌補(bǔ)其在實(shí)時(shí)性上的不足。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性上并無太高的要求，因此完全可以使用嵌入式linux作為開發(fā)平臺(tái)，也完全能滿足項(xiàng)目開發(fā)需求。通常在嵌入式系統(tǒng)中選擇c作為開發(fā)語言。4.2構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)軟件平臺(tái)嵌入式系統(tǒng)軟件平臺(tái)的構(gòu)建主要工作有：(1) 嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核的裁剪與移植；(2) bootloader的移植；(3) 驅(qū)

46、動(dòng)的安裝。在文件系統(tǒng)上，首先采用針對(duì)嵌人式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的yaffs2文件系統(tǒng);根文件系統(tǒng)選擇了cramfs文件系統(tǒng)；簡單地說，bootloader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行前運(yùn)行地一段小程序。通過這段小程序可以初始化必要的硬件設(shè)備，創(chuàng)建內(nèi)核需要的一些信息并將這些信息通過相關(guān)機(jī)制傳遞給內(nèi)核，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核，起到引導(dǎo)和加載內(nèi)核的作用。系統(tǒng)中bootloader選用的是韓國mizi公司的vivi。設(shè)備驅(qū)動(dòng)在系統(tǒng)中的重要地位是無需多件說明的，計(jì)算機(jī)最基本的三個(gè)物質(zhì) 就是cpu、內(nèi)存以及輸入/輸出設(shè)備。嚴(yán)格的說，沒有輸入輸出操作，計(jì)算機(jī)本身也就失去了意義。來源于u

47、nix的linux，和unix一樣，將所有的設(shè)備看作具體的文件，通過文件系統(tǒng)層對(duì)設(shè)備進(jìn)行訪問。這就意味著： (1) 每一項(xiàng)設(shè)備都至少由文件系統(tǒng)中的一個(gè)代表，因而都有一個(gè)“文件名”。每個(gè)這樣的“設(shè)備文件”都唯一的確定了系統(tǒng)中的一項(xiàng)設(shè)備。應(yīng)用程序通過設(shè)備的文件名訪問具體的設(shè)備，而設(shè)備則像普通文件一樣受到文件系統(tǒng)訪問權(quán)限控制機(jī)制的保護(hù)。(2) 應(yīng)用程序通常可以通過系統(tǒng)調(diào)用open “打開”設(shè)備文件，建立起與目標(biāo)設(shè)備的連接。代表著該設(shè)備的文件節(jié)點(diǎn)中記載著建立這種連接所需的信息。對(duì)于執(zhí)行該應(yīng)用程序的進(jìn)程而言，建立起的連接就表現(xiàn)為一個(gè)己打開的文件。 (3) 打開了代表著目標(biāo)設(shè)備的文件，即建立起與設(shè)備的連接

48、以后，就可以通過read, write( ), ioctl( )等常規(guī)的文件操作對(duì)目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行操作。從應(yīng)用程序的角度看，設(shè)備文件邏輯上的空間是個(gè)線性空間。從這個(gè)邏輯空間到具體設(shè)備的物理空間的映射則由內(nèi)核提供，并劃分成文件操作與設(shè)備驅(qū)動(dòng)兩個(gè)層次。 在視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要有usb攝像頭和硬盤等外圍設(shè)備；在驅(qū)動(dòng)移植方面主要移植usb接口、網(wǎng)卡以及攝像頭的驅(qū)動(dòng)。 在linux下，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以看成linux內(nèi)核與外部設(shè)備之間的接口。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序向應(yīng)用程序屏蔽了硬件實(shí)現(xiàn)了的細(xì)節(jié)，使得應(yīng)用程序可以像操作普通文件一樣來操作外部設(shè)備，可以使用和操作文件中相同的、標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用接口函數(shù)來完成對(duì)硬件設(shè)備的打開

49、、關(guān)閉、讀寫和i/o控制操作，而驅(qū)動(dòng)程序的主要任務(wù)也就是要實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。系統(tǒng)平臺(tái)使用的嵌入式arm-linux系統(tǒng)在內(nèi)核主要功能上與linux os沒本質(zhì)區(qū)別，驅(qū)動(dòng)程序要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)也一樣，只是編譯時(shí)使用的編譯器、部分頭文件和庫文件等需要涉及到具體處理器體系結(jié)構(gòu)。在linux下，對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的編譯添加通常有兩種方式：(1) 靜態(tài)編譯進(jìn)內(nèi)核； (2) 編譯成模塊在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載。第一種方式主要問題是調(diào)試驅(qū)動(dòng)程序時(shí)候，如果驅(qū)動(dòng)有問題，修改了驅(qū)動(dòng)就需要重新編譯內(nèi)核，重新加載內(nèi)核，所以效率較低，再者將驅(qū)動(dòng)靜態(tài)編譯進(jìn)內(nèi)核，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)核變大。但在某些場(chǎng)合下也是唯一的方法。 第二種方式調(diào)試效率很高，它使用

50、insmod工具將編譯的模塊直接插入內(nèi)核，如果出現(xiàn)故障，可以使用rmmod從內(nèi)核中卸載模塊，不需要重新啟動(dòng)內(nèi)核。但是需要另外寫加載程序來加載和卸載驅(qū)動(dòng)程序。但嵌入式系統(tǒng)是針對(duì)具體應(yīng)用的，驅(qū)動(dòng)己經(jīng)經(jīng)過測(cè)試是穩(wěn)定可靠的，不存在因?yàn)轵?qū)動(dòng)問題重新編譯內(nèi)核、重新加載內(nèi)核，而且系統(tǒng)中flash有足夠空間來存放內(nèi)核，所以系統(tǒng)將linux下的zc301p驅(qū)動(dòng)程序通過"make menuconfig"配置將設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以靜態(tài)的方法編譯進(jìn)內(nèi)核，將該內(nèi)核燒寫到開發(fā)板，插入攝像頭可達(dá)到即插即用。系統(tǒng)選擇的攝像頭可在http:/mxhaard.free.fr下載。選擇usb-2.6.12.patch

51、作為zc301 p攝像頭驅(qū)動(dòng)，patch版本驅(qū)動(dòng)是專門針對(duì)嵌入式系統(tǒng)作了優(yōu)化，需要更少的內(nèi)存以節(jié)省嵌入式系統(tǒng)資源。把usb-2.6.12.patch拷貝到宿主機(jī)的嵌入式內(nèi)核的drivers/usb下，然后依次執(zhí)行#patch -p1 < usb-2.6121le06.patch語句。補(bǔ)丁成功，進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核目錄，執(zhí)行"make menuconfig"命令。將v41項(xiàng)、usb for support和spca5xx項(xiàng)都選為(*)，保存推出。接著執(zhí)行"make"命令，在arch/arm/boot/下生成新內(nèi)核zimage加載新內(nèi)核zimage，啟動(dòng)

52、新內(nèi)核，這樣新內(nèi)核在啟動(dòng)后就能支持usb攝像頭了。4.3 視頻服務(wù)器的啟動(dòng)進(jìn)入嵌入式linux os，輸入./servfox -d /dev/video0 -s 320x240-w4000;程序運(yùn)行了，提示為： servfox version: 1.1.3 date: 11:12:2005 (c)mxhaardmagic.fr waitingfor connection. ctrl_c to stop! 這時(shí)視頻流捕獲程序己啟動(dòng)，并等待客戶端的連接。視頻采集流程圖如圖4-1所示。 圖4-1 視頻采集流程圖4.4 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)流程 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)的具體實(shí)現(xiàn)，啟動(dòng)嵌入式系統(tǒng)上的服務(wù)程序，服務(wù)程序等待

53、客戶端連接，客戶端連接請(qǐng)求，服務(wù)端不斷的將從攝像頭采集的實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)壓縮處理，然后通過tcp協(xié)議傳輸，解碼從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。其流程如圖4-2所示：圖4-2 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)流程 5 結(jié)論智能監(jiān)控系統(tǒng)是采用圖像處理、模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，通過在監(jiān)控系統(tǒng)中增加智能視頻分析模塊，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力全自動(dòng)、全天候、實(shí)時(shí)監(jiān)控的智能系統(tǒng)。文中介紹了基于arm9的嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)硬件部分介紹了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理與功能框架。在軟件設(shè)計(jì)方面，服務(wù)器端操作系統(tǒng)為嵌入式linux系統(tǒng)，利用c語言開發(fā)視頻采集壓縮和傳輸程序，文中在嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，描述了基于arm9

54、的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與軟件基本設(shè)計(jì)。對(duì)于課題的研究，即對(duì)結(jié)合了嵌入式、網(wǎng)絡(luò)、圖像處理和傳輸與數(shù)字視頻技術(shù)于一體的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，有著十分重要的意義。參考文獻(xiàn)1朱曙.新一代數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)j.中國多媒體視訊,2010,(10):140-165.2華三通信技術(shù)有限公司.ip讓監(jiān)控變的更簡單m.安防科技,2008:80-100.3楊繼光.基于嵌入式linux的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)m.天津大學(xué),2006,(2):5-7.4 desurmont xavier,lienard bruno meessen jerome,etc.real-time optimizations for integrated smart