嵌入式專業(yè)課程設(shè)計方案報告

嵌入式課程設(shè)計報告一、課程設(shè)計目1.1掌握linux開發(fā)環(huán)境搭建；1.2鞏固嵌入式交叉編譯開發(fā)思想；1.3掌握嵌入式GUI軟件設(shè)計技。,.

課程設(shè)計規(guī)定輸入信號為1路AV視頻信號,規(guī)定系統(tǒng)能對1路輸入信號進行實時采集,數(shù)字化解決,壓縮,存儲,要保證一定錄像質(zhì)量.依照設(shè)計題目規(guī)定,選取擬定ARM芯片型號,視頻采集芯片型號,完畢系統(tǒng)硬件設(shè)計和程序設(shè)計.課程設(shè)計內(nèi)容

設(shè)計原理ARM10系列微解決器為低功耗32位RISC解決器,最合用于對價位和功耗要求較高消費類應(yīng)用.ARM10系列微解決器重要應(yīng)用領(lǐng)域為:工業(yè)控制,Internet設(shè)備,調(diào)制解調(diào)器設(shè)備,移動電話等各種多媒體和嵌入式應(yīng)用.視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計一方面需要對系統(tǒng)進行總體規(guī)劃,將系統(tǒng)劃提成幾種功能模塊,擬定各個模塊實現(xiàn)辦法.整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S構(gòu)造,從主體上分為兩某些:服務(wù)器端和客戶端.服務(wù)器端重要涉及S3C4510平臺上運營采集,壓縮,傳播程序,客戶端是PC機上運營接受,解壓,回放程序.視頻監(jiān)控終端從攝像頭捕獲實時視頻信息,壓縮之后通過以太網(wǎng)傳播到視頻監(jiān)控服務(wù)器上.視頻圖像采集和打包發(fā)送在服務(wù)器端完畢,圖像接受解包和回放將在客戶端完畢.采集圖像數(shù)據(jù)壓縮打包發(fā)送接受系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方案,重要涉及如下幾種模塊:主控制器模塊,儲存電路模塊，外圍接口電路模塊,電源和復(fù)位電路,S3C4510主控器模塊主控器模塊是整個系統(tǒng)核心,采用S3C4510B解決器.Samsung公司S3C4510B是基于以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)高性價比16/32位RISC微控制器,內(nèi)含一種由ARM公司設(shè)計16/32位ARM7TDMIRISC解決器核,ARM7TDMI為低功耗,高性能16/32核,系統(tǒng)存儲電路模塊主控器還需某些外圍存儲單元如NandFlash,和SDRAM.NandFlash中包括LinuxBootloader,系統(tǒng)內(nèi)核,文獻(xiàn)系統(tǒng),應(yīng)用程序以及環(huán)境變量和系統(tǒng)配備文獻(xiàn)等;SDRAM讀寫速度快,系統(tǒng)運營時把它作為內(nèi)存單元使用.外圍電路模塊外圍電路重要是如下幾種電路,復(fù)位電路圖,電源電路圖以及JTAG電路,三、課程設(shè)計設(shè)備及工具硬件：UP-NETARM2410-S嵌入式實驗儀、PC機、ov511攝像頭；軟件：PC機操作系統(tǒng)REDHATLINUX9.0、MINICOM、AMR-LINUX開發(fā)環(huán)境。四、設(shè)計方案本次課程設(shè)計采用arm10開發(fā)平臺。該平臺采用Samsung公司解決器S3C2410。該解決器內(nèi)部集成了ARM公司ARM920T解決器核32位微控制器，資源豐富，帶獨立16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache、LCD控制器、RAM控制器、NAND閃存控制器、3路UART、4路DMA、4路帶PWMTimer、并行I/O口、8路10位ADC、TouchScreen接口、I2C接口、I2S接口、2個USB接口控制器、2路SPI，主頻最高可達(dá)203MHz。在解決器豐富資源基本上，還進行了有關(guān)配備和擴展，平臺配備了16MB16位Flash和64MB32位SDRAM。通過以太網(wǎng)控制器芯片DM9000E擴展了一種網(wǎng)口，此外引出了一種HOSTUSB接口。通過在USB接口上外接一種帶USB口攝像頭，將采集到視頻圖像數(shù)據(jù)放入輸入緩沖區(qū)中。然后，對緩沖區(qū)中視頻數(shù)據(jù)進行壓縮成幀，并把每一幀圖片在網(wǎng)頁中顯示出來，每秒鐘刷新兩次，得到一種動態(tài)視頻界面，然后通過局域網(wǎng)訪問該主機網(wǎng)頁，得到網(wǎng)絡(luò)視頻信息。本次課程設(shè)計重要是完畢得到視頻圖片及網(wǎng)頁刷新過程。本次設(shè)計規(guī)定在局域網(wǎng)環(huán)境中進行。五、開發(fā)環(huán)境配備5.1攝像頭驅(qū)動加載在Linux下，設(shè)備驅(qū)動程序可以當(dāng)作Linux內(nèi)核與外部設(shè)備之間接口。設(shè)備驅(qū)動程序向應(yīng)用程序屏蔽了硬件實現(xiàn)了細(xì)節(jié)，使得應(yīng)用程序可以像操作普通文獻(xiàn)同樣來操作外部設(shè)備，可以使用和操作文獻(xiàn)中相似、原則系統(tǒng)調(diào)用接口函數(shù)來完畢對硬件設(shè)備打開、關(guān)閉、讀寫和I/O控制操作，而驅(qū)動程序重要任務(wù)也就是要實現(xiàn)這些系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。本系統(tǒng)平臺使用嵌入式arm-Linux系統(tǒng)在內(nèi)核重要功能上與Linux操作系統(tǒng)沒本質(zhì)區(qū)別。Video4Linux(簡V4L)是Linux中關(guān)于視頻設(shè)備內(nèi)核驅(qū)動，它為針對視頻設(shè)備應(yīng)用程序編程提供一系列接口函數(shù)，這些視頻設(shè)備涉及現(xiàn)今市場上流行TV卡、視頻捕獲卡和USB攝像頭等。ov511驅(qū)動，2.4內(nèi)核中就有，因此咱們只需重新編譯內(nèi)核，將下邊選項都選上，然后重新燒寫內(nèi)核就可以了。也就是直接靜態(tài)加載。

（1）在armlinuxkernel目錄下makemenuconfig。

（2）一方面(*)選取Multimediadevice->下Videoforlinux。加載video4linux模塊，為視頻采集設(shè)備提供編程接口；

（3）然后在usbsupport->目錄下(*)選取supportforusb和usbcameraov511support。這使得在內(nèi)核中加入了對采用OV511接口芯片USB數(shù)字?jǐn)z像頭驅(qū)動支持。

（4）保存配備退出。

（5）makedep；makezImage就生成了帶有ov511驅(qū)動內(nèi)核。

接下來就通過uboot將內(nèi)核燒到flash里去。這時你將攝像頭插上，系統(tǒng)就會提示發(fā)現(xiàn)攝像頭-ov511+，這闡明驅(qū)動正常。:-)，驅(qū)動加載就成功了。5.2安裝jpeg庫在地址/graphics/jpeg/jpegsrc.v6b.tar.gz中下載jpeg庫壓縮包。

#tar-zxvfjpegsrc.v6b.tar.gz//解壓庫文獻(xiàn)

#cdjpeg-6b

#./configure--prefix=/usr/local/jpeg6--enable-shared//生成MAKEFILE文獻(xiàn)#make//編譯安裝文獻(xiàn)#mkdir/usr/local/jpeg6#mkdir/usr/local/jpeg6/include#mkdir/usr/local/jpeg#mkdir/usr/local/jpeg/lib#mkdir/usr/local/jpeg/bin#mkdir/usr/local/jpeg/man#mkdir/usr/local/jpeg/man/man1//建立生成安裝文獻(xiàn)目錄#makeinstall-lib/生成安裝文獻(xiàn)#makeinstall//開始安裝文獻(xiàn)設(shè)計過程6.1硬件設(shè)計系統(tǒng)主體設(shè)計思想是將視頻前端和嵌入式Web服務(wù)器整合在一起，攝像頭通過USB接口和嵌入式系統(tǒng)板USBHOST相連，攝像頭采集來視頻信號通過壓縮后，通過內(nèi)部總線傳送到內(nèi)置Web服務(wù)器，客戶端采用瀏覽器/服務(wù)器構(gòu)造（即B/S構(gòu)造），可以通過IE瀏覽器訪問視頻Web服務(wù)器，以便查看所監(jiān)控視頻畫面，并且，顧客還可以控制平臺對鏡頭動作或?qū)ο到y(tǒng)進行配備控制。網(wǎng)絡(luò)視頻采集系統(tǒng)是由視頻監(jiān)控終端和視頻監(jiān)控中心構(gòu)成，終端使用嵌入式系統(tǒng)加上USB攝像頭，在Linux操作系統(tǒng)上運營USB攝像頭驅(qū)動和相應(yīng)視頻采集解決傳播程序，得到視頻監(jiān)控畫面，并畫面通過網(wǎng)絡(luò)傳播，監(jiān)控中心運營監(jiān)控軟件端，通過Internet瀏覽器來瀏覽終端送來監(jiān)控畫面，其硬件連接圖如下所示：網(wǎng)絡(luò)視頻采集硬件連接圖從圖中可以看出，PC機某些可以直接采用IE瀏覽器，不需要在PC機上運營其她軟件，重要設(shè)計工作是開發(fā)板端設(shè)計。視頻監(jiān)控終端重要有兩個某些構(gòu)成，硬件某些涉及攝像頭和開發(fā)平臺選??；軟件某些涉及系統(tǒng)級軟件（BootLoader，嵌入式操作系統(tǒng)，USB驅(qū)動程序）與顧客級軟件（應(yīng)用程序）。6.2軟件設(shè)計Video4linux為應(yīng)用程序提供了一系列接口函數(shù)，通過這些函數(shù)，可以執(zhí)行打開、讀寫、關(guān)閉等基本操作。設(shè)備驅(qū)動提供了read、write、open、close等函數(shù)詳細(xì)實現(xiàn)，在內(nèi)核這些函數(shù)都可以調(diào)用。視頻采集流程圖如下所示：視頻采集流程圖運用V4L編寫視頻采集程序重要代碼如下，下列代碼包括采集編碼程序某些核心函數(shù)。程序中定義數(shù)據(jù)構(gòu)造struct_v4l_struct{intfd；//保存打開視頻文獻(xiàn)設(shè)備描述符structvideo_capabilitycapability;structvideo_picturepicture；structvideo_mmapmmap；structvideo_mbufmbuf；unsignedchar*map；//用于指向圖像數(shù)據(jù)指針intframe_current；intframe_using[VIDEO_MAX_FRAME]；//這兩個變量用于雙緩沖}；typedefstruct_v4l_structv4l_device；這些數(shù)據(jù)構(gòu)造都是由Video4Linux支持，它們用途如下：*video_capability包括攝像頭基本信息，例如設(shè)備名稱、支持最大最小辨別率、信號源信息等；*voide_picture包括設(shè)備采集圖像各種屬性，如brightness(亮度)、hue(色調(diào))、contrast(對比度)、whiteness(色度)、color(深度)等；*video_mmap用于內(nèi)存映射；*voido_mbuf運用mmap進行映射幀信息，事實上是輸入到攝像頭存儲器緩沖中幀信息，涉及size（幀大小）、frames（最多支持幀數(shù)）、offsets（每幀相對基址偏移）。程序中用到重要系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)有：open("/dev/voideo0",intflags)、close(fd)、mmap(void*start,size_tlength,intprot,intflags,intfd,off_toffset)、munmap(void*start,size_tlength)和ioctl(intfd,intcmd,…)。前面提到Linux系統(tǒng)中把設(shè)備當(dāng)作設(shè)備文獻(xiàn)，在顧客空間可以通過原則I/O系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)操作設(shè)備文獻(xiàn)，從而達(dá)到與設(shè)備通信交互目。固然，在設(shè)備驅(qū)動中要提供對這些函數(shù)相應(yīng)支持。這里闡明一下ioctl(intfd,intcmd,…)函數(shù)，它在顧客程序中用來控制I/O通道，其中，fd代表設(shè)備文獻(xiàn)描述符，cmd代表顧客程序?qū)υO(shè)備控制命令，省略號普通是一種表達(dá)類型長度參數(shù)，也可沒有。（2）采集程序?qū)崿F(xiàn)過程一方面打開視頻設(shè)備，攝像頭在系統(tǒng)中相應(yīng)設(shè)備文獻(xiàn)為/dev/video0，采用系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)grab_fd=open("/dev/video0",O_RDWR),grab_fd是設(shè)備打開后返回文獻(xiàn)描述符（打開錯誤返回-1），后來系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)就可使用它來對設(shè)備文獻(xiàn)進行操作了。接著，運用ioct1（grab_fd,VIDIOCGCAP,&grab_cap）函數(shù)讀取structvideo_capability中關(guān)于攝像頭信息。該函數(shù)成功返回后，這些信息從內(nèi)核空間拷貝到顧客程序空間grab_cap各成員分量中，使用printf函數(shù)就可得到各成員分量信息，例如printf("maxheight=%d",grab_fd.maxheight)獲得最大垂直辨別率大小。不規(guī)則用ioct1(grab_fd,VIDIOCGPICT,&grab_pic)函數(shù)讀取攝像頭緩沖中voideo_picture信息。在顧客空間程序中可以變化這些信息，詳細(xì)辦法為先給分量賦新值，再調(diào)用VIDIOCSPICTioct1函數(shù)，例如：grab_fd.depth=3;if(ioct1(grab_fd,VIDIOCSPICT,&grab_pic)<0){perror("VIDIOCSPICT");return-1;};完畢以上初始化設(shè)備工作后，就可以對視頻圖像截取了，有兩種辦法：一種是read()直接讀?。淮送庖环Nmmap()內(nèi)存映射。Read()通過內(nèi)核緩沖區(qū)來讀取數(shù)據(jù)；而mmap()通過把設(shè)備文獻(xiàn)映射到內(nèi)存中，繞過了內(nèi)核緩沖區(qū)，最快磁盤訪問往往還是慢于最慢內(nèi)存訪問，因此mmap()方式加速了I/O訪問。此外，mmap()系統(tǒng)調(diào)用使得進程之間通過映射同一文獻(xiàn)實現(xiàn)共享內(nèi)存，各進程可以像訪問普通內(nèi)存同樣對文獻(xiàn)進行訪問，訪問時只需要使用指針而不用調(diào)用文獻(xiàn)操作函數(shù)。由于mmap()以上長處，因此在程序?qū)崿F(xiàn)中采用了內(nèi)存映射方式，即mmap()方式。運用mmap()方式視頻裁取詳細(xì)進行操作如下。①先使用ioct1(grab_fd,VIDIOCGMBUF,&grab_vm)函數(shù)獲得攝像頭存儲緩沖區(qū)幀信息，之后修改voideo_mmap中設(shè)立，例如重新設(shè)立圖像幀垂直及水平辨別率、彩色顯示格式?？蛇\用如下語句grab_buf.height=240;grab_buf.width=320；字串8grab_buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;②接著把攝像頭相應(yīng)設(shè)備文獻(xiàn)映射到內(nèi)存區(qū)，詳細(xì)使用grab_data=(unsignedchar*)mmap(0,grab_vm.size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,grad_fd,0)操作。這樣設(shè)備文獻(xiàn)內(nèi)容就映射到內(nèi)存區(qū)，該映射內(nèi)容區(qū)可讀可寫并且不同進程間可共享。該函數(shù)成功時返回映像內(nèi)存區(qū)指針，挫敗時返回值為-1。下面對單幀采集和持續(xù)幀采集進行闡明：*單幀采集。在上面獲取攝像頭存儲緩沖區(qū)幀信息中，最多可支持幀數(shù)（frames值）普通為兩幀。對于單幀采集只需設(shè)立grab_buf.frame=0，即采集其中第一幀，使用ioctl(grab_fd,VIDIOCMCAPTURE,&grab_buf)函數(shù)，若調(diào)用成功，則激活設(shè)備真正開始一幀圖像截取，是非阻塞。接著使用ioct1(grab_fd,VIDIOCSYNC,&frame)函數(shù)鑒定該幀圖像與否截取完畢，成功返回表達(dá)截取完畢，之后就可把圖像數(shù)據(jù)保存成文獻(xiàn)形式。測試與實現(xiàn)（1）仔細(xì)檢查設(shè)備連接，打開電源；（2）在PC機上瀏覽器中地址欄輸入開發(fā)板地址，網(wǎng)頁自動跳到開發(fā)板首頁；（3）在頁面上可見攝像頭采集到視頻信息。經(jīng)驗證，本次設(shè)計基本達(dá)到設(shè)計規(guī)定。設(shè)計心得本次課程設(shè)計通過運用嵌入式技術(shù)，圖形解決技術(shù)等，完畢了網(wǎng)絡(luò)視頻采集過程，進一步熟悉了交叉編譯開發(fā)辦法，在開發(fā)過程中，遇到諸多問題，如驅(qū)動無法加載，程序調(diào)試出錯等，通過重新編譯開發(fā)板內(nèi)核、安裝圖形解決庫等，解決了各種問題，在解決問題過程中，咱們對嵌入式開發(fā)過程多了某些細(xì)節(jié)結(jié)識，為后來持續(xù)學(xué)習(xí)鞏固了基本。在設(shè)計過程中，咱們分工合伙，一起進步，不只從理論上對嵌入式有了更深結(jié)識，同步從實踐中驗證了學(xué)習(xí)理論知識，對嵌入式有了更深一步結(jié)識。源程序清單#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<sys/ioctl.h>#include<sys/mman.h>#include<errno.h>#include<linux/videodev.h>#include<jpeglib.h>#include<unistd.h>#include<math.h>#include<errno.h>#include<string.h>#include<signal.h>#include<pthread.h>#include<sys/time.h>#include<sys/mman.h>#include<getopt.h>#defineWIDTH640#defineHEIGHT480#defineDEFAULT_DEVICE"/dev/v4l/video1"intwrite_jpeg(char*filename,unsignedchar*buf,intquality,intwidth，intheight，intgray){structjpeg_compress_structcinfo;structjpeg_error_mgrjerr;FILE*fp;inti;unsignedchar*line;intline_length;if(NULL==(fp=fopen(filename,"w"))){fprintf(stderr,"grab：can'topen%s：%s\n",filename,strerror(errno));return-1;}cinfo.err=jpeg_std_error(&jerr);jpeg_create_compress(&cinfo);jpeg_stdio_dest(&cinfo，fp);cinfo.image_width=width;cinfo.image_height=height;cinfo.input_components=gray?1：3;cinfo.in_color_space=gray?JCS_GRAYSCALE：JCS_RGB;jpeg_set_defaults(&cinfo);jpeg_set_quality(&cinfo，quality，TRUE);jpeg_start_compress(&cinfo，TRUE);line_length=gray?width：width*3;for(i=0，line=buf；i<height；i++，line+=line_length)jpeg_write_scanlines(&cinfo，&line，1);jpeg_finish_compress(&(cinfo));jpeg_destroy_compress(&(cinfo));fclose(fp);/////////////////////////////////////////////////////////////////////charfn1[30]="/var/www/pic001.jpg";charfn2[30]="/var/www/pic002.jpg";if(NULL==(fp=fopen(fn1,"r"))){fclose(fp);remove(fn1);}rename(fn2,fn1);/////////////////////////////////////////////////////////////////////return0;}//這個函數(shù)很通用，它作用是把buf中數(shù)據(jù)壓縮成jpeg格式。struct_v4l_struct{intfd；//保存打開視頻文獻(xiàn)設(shè)備描述符structvideo_capabilitycapability;structvideo_picturepicture；structvideo_mmapmmap；structvideo_mbufmbuf；unsignedchar*map；//用于指向圖像數(shù)據(jù)指針intframe_current；intframe_using[VIDEO_MAX_FRAME]；//這兩個變量用于雙緩沖}；typedefstruct_v4l_structv4l_device；externintv4l_open(char*，v4l_device*)；externintv4l_close(v4l_device*)；externintv4l_get_capability(v4l_device*)；externintv4l_get_picture(v4l_device*)；externintv4l_get_mbuf(v4l_device*)；externintv4l_set_picture(v4l_device*，int，int，int，int，int)；externintv4l_grab_picture(v4l_device*，unsignedint)；externintv4l_mmap_init(v4l_device*)；externintv4l_grab_init(v4l_device*，int，int,int)；externintv4l_grab_frame(v4l_device*，int)；externintv4l_grab_sync(v4l_device*)；intv4l_open(char*dev，v4l_device*vd){dev=DEFAULT_DEVICE；if((vd->fd=open(dev,O_RDWR))<0){perror("v4l_open");return-1;}if(v4l_get_capability(vd))return-1；if(v4l_get_picture(vd))return-1；//這兩個函數(shù)就是即將要完畢獲取設(shè)備信息函數(shù)return0；}intv4l_get_capability(v4l_device*vd){if(ioctl(vd->fd，VIDIOCGCAP，&(vd->capability))<0){perror("v4l_get_capability:");return-1;}return0;}intv4l_get_picture(v4l_device*vd){if(ioctl(vd->fd，VIDIOCGPICT，&(vd->picture))<0){perror("v4l_get_picture:");return-1;}return0;}intv4l_get_mbuf(v4l_device*vd){if(ioctl(vd->fd，VIDIOCGMBUF,&(vd->mbuf))<0){perror("v4l_get_mbuf:");return-1;}return0;}intv4l_set_picture(v4l_device*vd,intbr,inthue,intcol,intcont,intwhite){/*if(br)*/vd->picture.brightness=25000；/*if(hue)*/vd->picture.hue=25000；/*if(col)*/vd->picture.colour=65535；/*if(cont)*/vd->picture.contrast=30000；/*if(white)*/vd->picture.whiteness=25000；if(ioctl(vd->fd,VIDIOCSPICT,&(vd->picture))<0){perror("v4l_set_picture：");return-1;}return0；}intv4l_grab_picture(v4l_device*vd，unsignedintsize){if(read(vd->fd,&(vd->map),size)==0)return-1；return0；}intv4l_mmap_init(v4l_device*vd){if(v4l_get_mbuf(vd)<0)return-1;if((vd->map=mmap(0，vd->mbuf.size，PROT_READ|PROT_WRITE，MAP_SHARED，vd->fd，0))<0){perror("v4l_mmap_init:mmap");return-1;}return0;}intv4l_grab_init(v4l_device*vd，intwidth，intheight,intpal){vd->mmap.width=width;vd->mmap.height=height;pal=vd->picture.palette;vd->mmap.format=pal;vd->frame_current=0；vd->frame_using[0]=FALSE;vd->frame_using[1]=FALSE;returnv4l_grab_frame(vd，0)；}//真正獲得圖像函數(shù)externintv4l_grab_frame(v4l_device*，int)；intv4l_grab_frame(v4l_device*vd，intframe){if(vd->frame_using[frame]){fprintf(stderr，"v4l_grab_frame：frame%disalreadyused.\n"，frame);return-1;}vd->mmap.frame=frame;if(ioctl(vd->fd，VIDIOCMCAPTURE，&(vd->mmap))<0){perror("v4l_grab_frame");return-1;}vd->frame_using[frame]=TRUE;vd->frame_current=frame;return0;}//在截取圖像后還要進行同步操作，就是調(diào)用externintv4l_grab_sync(v4l_device*)；該函數(shù)如下intv4l_grab_sync(v4l_device*vd){if(ioctl(vd->fd，VIDIOCSYNC，&(vd->frame_current))<0){perror("v4l_grab_sync");}vd->fram