畢業(yè)設計-基于嵌入式linux的圖像監(jiān)控系統(tǒng)設計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 。本系統(tǒng)的核心電路和 SMDK2440 基本一樣，而 內(nèi)核對 SMDK2440 的支持已經(jīng)十分豐富，所以只需根據(jù)我們的目標平臺做細微的差別調(diào)整即可。以下是移植內(nèi)核的步驟 (1)獲取 linux 內(nèi)核源代碼，解壓內(nèi)核源代碼。 (2)指定交叉編譯變量：修改總目錄下的 Makefile 原來為： export KBUILD_BUILDHOST := $(SUBARCH) ARCH ?= $( SUBARCH) CROSS_COMPILE ?= 修改為： export KBUILD_BUILDHOST := $(SUBARCH) ARCH ?= arm CROSS_COMPILE ?= armlinux 其中， ARCH 是指目標平臺為 arm, CROSS_COMPILE 是指交叉編譯器。然后執(zhí)行 : make s3c2410_defconfig make (3)克 隆建立自己的目標平臺： ①修改機器碼：進入 賀州學院本 科畢業(yè)論文 9 碼修改為 1999。 ② 修 改 時 鐘 源 頻 率 ： 進 入 文件中的原 SMDK2440 目標版上的晶振從原來的 改為12MHz。 ③ 修改 Nand Flash 分區(qū)： gedit arch/arm/plats3c24xx/ static struct mtd_partition smdk_default_nand_part[] = { [0] = { .name = supervivi, ；這里是 bootloder 所在分區(qū) .size = 0x00040000, .offset = 0, }, [1] = { .name = param, ；這里是 supervivi 參數(shù)區(qū) .size = 0x00040000, .offset = 0x00020210, }, [2] = { .name = Kernel, .offset = 0x00060000, ；內(nèi)核所在分區(qū)，大小為 5M .size = 0x00500000, }, [3] = { .name = root, ；文件系統(tǒng)分區(qū)，本系統(tǒng)用來存放 yaffs2 文件系統(tǒng)內(nèi)容 .offset = 0x00560000, .size = 1024*1024*1024, } [4] = { .name = nand, ；此區(qū)域代表整片 nand flash,做預留使用 .offset = 0x00000000, .size = 1024*1024*1024, 莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 10 } }。 ④從 SMDK2440 到 MINI2440:使用批處理命令修改 中的字樣為mini2440。 ⑤編譯測試：在根目錄下執(zhí)行： make mini2440_defconfig make zImage 。編譯內(nèi)核，最后生成 zImage。 (4)配置內(nèi)核：針對配置內(nèi)核做主要的作為介紹。 執(zhí)行 make menuconfig General setup ；配置目標版體系 S3C2440 Machines MINI2440 development board Device Drivers ；配置 DM9000 網(wǎng)卡驅(qū)動 Network device support Ether(10 or 100Mbit) DM9000 Device Drivers ；配置 USB 攝像頭 Multimedia devices Multimedia support Video capture adapters （ NEW） V4L USB devices (NEW) GSPCA based webcams 選擇所有的攝像頭類型 把所有結構設備添加到目標平臺設備集中： Static struct platform_device *mini2440_devices[]_initdata = { amp。s3c_device_usb, amp。s3c_device_rtc, amp。s3c_device_wdt, amp。s3c_device_i2c0, amp。s3c_device_iis, amp。mini2440_device_eth, 賀州學院本 科畢業(yè)論文 11 amp。s3c_device_nand, } (5)配置編譯新內(nèi)核：首先以 ROOT 身份進入系統(tǒng)，然后對它進行編譯，得到內(nèi)核映像文件 zImage。 文件系統(tǒng)的制作 嵌入式 linux 系統(tǒng)可使用的文件系統(tǒng)有多種，比如 CRAMFS、 JFFS YAFFS2 等 [6]。YAFFS2 類似于 JFFS 和 JFFS2 的專為 flash 設計的嵌入式文件系統(tǒng)。雖然功能少，但速度快，占用內(nèi)存少，并自帶 nand flash 芯片驅(qū)動 。其移植過程為： (1)解壓 YAFFS2。 (2)建立 YAFFS2 目錄，復制解壓后的代碼到目錄下。 (3)修改 fs/Kconfig,添加： source “ fs/yaffs2/kconfig” 。 (4)修改 fs/Makefile,添加： obj$(CONFIG_YAFFS2_FS) +=yaffs2/。 (5)配置內(nèi)核時選中 MTD支持和 YAFFS2 支持。 (6)編譯內(nèi)核并將下載到開發(fā)板的 flash。 本章小結 在本章中，簡單敘述了系統(tǒng)基于 嵌入式 linux 系統(tǒng)平臺的搭建 ，包括 交叉編譯環(huán)境的建立和 Bootloader 的移植 ，還有 以 Linux 內(nèi)核 作為視頻服務器核心 的配置和移植，最后介紹了 根 文件系統(tǒng)的制作 流程。這樣，就構建好了系統(tǒng)所需的 linux 系統(tǒng)平臺。 4 系統(tǒng)設備的驅(qū)動程序的編寫和移植 在嵌入式系統(tǒng)中，設備驅(qū)動充當了硬件和應用軟件之間的紐帶。對于功能較簡單，控制不復雜的系統(tǒng)，并不需要多任務、文件系統(tǒng)和內(nèi)存管理等復雜功能，用單任務構架可以很好地支持。對于本系統(tǒng)相對復雜的軟件 系統(tǒng)，需要具有操作系統(tǒng)的設備驅(qū)動來完成多任務并發(fā)。 系統(tǒng)軟件設備 架構 錯誤！鏈接無效。 圖 41 系統(tǒng)軟件設備架構 本系統(tǒng)軟件設備架構如圖 41 所示，詳細模塊功能如下： (1)前臺功能 :在網(wǎng)絡上的客戶端進行對服務器的視頻數(shù)據(jù)請求，通過通用的瀏覽莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 12 器進行圖 片監(jiān)控，視頻監(jiān)控。 (2)應用層功能：在應用層上，主要負責處理網(wǎng)站發(fā)布接收訪問等基于 HTTP 協(xié)議的活動。基于 HTTPD 服務器發(fā)布的數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)業(yè)務中的 文件夾中，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，成為客戶端真正能瀏覽到的圖片和視頻。 (3)數(shù)據(jù)業(yè)務層功能：該層主要使用開源軟件 mjpgstreamer 模塊，該軟件利用共享庫來處理輸入輸出， 處理文件輸入，可輸入圖片和視頻文件， 和 等是以 HTTP 視頻數(shù)據(jù)服務流形式輸出，為高層圖像提供較友好的數(shù)據(jù)接口 。 mjpgstreamer 軟件依賴 libjpeg 和 libjpegdevel 庫的支持。利用 文件接收攝像頭，利用 YUV格式，適當減少圖片幀數(shù)讓視頻流暢，該模塊會讓數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)緩沖器進行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，由輸出模塊 模塊進行 HTTP 數(shù)據(jù)流的處理。 文件夾存放網(wǎng)頁開發(fā)包，為了與應用層交換，內(nèi)嵌有本系統(tǒng)瀏覽數(shù)據(jù)的頁面。 (4)驅(qū)動層功能：在此主要是驅(qū)動 USB 攝像頭和網(wǎng)絡芯片 DM9000。為上述功能提供可能。 網(wǎng)絡驅(qū)動程序 網(wǎng)絡設備驅(qū)動程序的體系結構 Linux網(wǎng)絡設備驅(qū)動程序的體系結構從上到下分為 4層 [3]，一次為網(wǎng)絡協(xié)議接口層、網(wǎng)絡設備接口層、設備驅(qū)動功能層和網(wǎng)絡設備與媒介層 ，其流程圖如圖 42 所示。 (1)網(wǎng)絡協(xié)議接口層 :向網(wǎng)絡層協(xié)議提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包收發(fā)接口，通過dev_queue_xmit()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，并通過 if_rx()函數(shù)接收數(shù)據(jù)。 (2)網(wǎng)絡設備接口層 :向協(xié)議接口層提供 _device，用來描述具體網(wǎng)絡設備屬性和操作的結構體。 (3)設備驅(qū)動功能層：各函數(shù)是網(wǎng)絡設備接口層 _device 數(shù)據(jù)結構的具體成員，驅(qū)使網(wǎng)絡設備硬 件完成相應的動作，通過 hard_start_xmit()函數(shù)啟動發(fā)送操作，通過網(wǎng)絡設備上的中斷觸發(fā)接收操作。 (4)網(wǎng)絡設備與媒介層 ：完成數(shù)據(jù)包發(fā)送和接收的物理實體。包括網(wǎng)絡適配器和具體的傳輸媒介等。 錯誤！鏈接無效。 圖 42 網(wǎng)絡設備驅(qū)動程序的體系結構 賀州學院本 科畢業(yè)論文 13 DM9000 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包過程 (1)DM9000 發(fā)送數(shù)據(jù)包過程 ，如圖 43 所示： ①向控制寄存器 TXCMD 寄存器寫入發(fā)送命令。 ②將發(fā)送數(shù)據(jù)長度寫入 TXLENG 寄存器。 ③讀取 PacketPage 空間內(nèi)的 BUSST 寄存器，配置其狀態(tài)為準備發(fā)送狀態(tài)。 ④在 PORT0 寄存器循環(huán)寫入要發(fā)送的數(shù)據(jù)。 錯誤！鏈接無效。 圖 43 DM9000發(fā)送數(shù)據(jù)包過程圖 圖 44 DM9000接收數(shù)據(jù)包過程圖 (2)DM9000 接收 數(shù)據(jù)包過程 ，如圖 44 所示： ①接收到網(wǎng)絡適配器產(chǎn)生的中斷，查詢中斷狀態(tài)隊列端口，判斷中斷類型是否為接收中斷。 ②讀 PORT0 寄存器依次換得接收狀態(tài) rxStatus，接收數(shù)據(jù)長度 rxLength。 ③循環(huán)繼續(xù)對 PORT0 寄存器讀取 rxLength 次，直到獲得整個數(shù)據(jù)包 USB 攝像頭的驅(qū)動 在 linux 系統(tǒng)中，提供了主機側(cè)和設備測的 USB驅(qū)動框架 [3]。從主 機側(cè)的角度而言，需要編寫的 USB 驅(qū)動程序包括主機控制器驅(qū)動和設備驅(qū)動兩類， USB 主機控制器驅(qū)動程序控制插入其中的 USB 設備，而 USB 設備驅(qū)動程序控制設備如何作為從設備與主機通信。本系統(tǒng)研究的是主機側(cè) USB 驅(qū)動。在 內(nèi)核中配置和修改開源驅(qū)動spca5xx/gspca，就基本實現(xiàn)了通用的主流 USB 攝像頭的支持。為了識別不同的 V4L1和 V4L2 芯片的攝像頭，安裝 GSPCAV1 來支持 V4L1，用 UVCVIDEO 來支持 V4L2。 主機側(cè) USB 驅(qū)動總體結構 錯誤！鏈接無效。 圖 45 主機側(cè) USB驅(qū)動總體結構圖 USB采用樹形拓撲結構，總體結構圖如圖 45所示。要實現(xiàn)的 USB 驅(qū)動包括兩類：USB 主機控制器驅(qū)動和 USB 設備驅(qū)動，前者控制插入其中的 USB 設備，后者控制 USB設備如何與主機通信。 USB 核心負責 USB 驅(qū)動管理和協(xié)議處理的主要工作，包括：通 過定義一些數(shù)據(jù)接口、宏和功能函數(shù)，向上為設備驅(qū)動提供編程接口，向下為 USB 主機控制器驅(qū)動提供編程接口；通過全局變量維護整個系統(tǒng)的 USB 設備信息；完成設備熱插拔控制、總線數(shù)據(jù)傳輸控制等。 urb 處理流程 在 USB 設備的邏輯組織中，包含設備、配置、接口和端點 4個層次 [3]。設備通常有莫炳全 基于嵌入式 Linux 的圖像監(jiān)控系統(tǒng) 14 一個或多個配置；配置通常有一個或多個接口；接口通常有一個或多個設置；接口有零或多個端點。 而 USB 設備中的每個端點都處理一個 urb 隊列，在隊列被清空之前，一個 urb 的生命周期如下，如圖 46 所示： (1)被一個 USB設備 驅(qū)動創(chuàng)建，由 usb_alloc_urb()函數(shù)創(chuàng)建。 (2)初始化，被安排給一個特定 USB 設備的特定端點。 (3)被 USB設備驅(qū)動提交給 USB 核心。在完成第 (1)、 (2)步的創(chuàng)建和初始化后， usr便可以提交給 USB 核心，通過 usb_submit_urb()函數(shù)來完成。 (4)提交由 USB核心指定的 USB 主機控制器驅(qū)動。 (5)被 USB主機控制器處理，進行一次到 USB 設備的傳送。 (6)當 urb完成， USB 主機控制器驅(qū)動通知 USB 設備驅(qū)動。 錯誤！鏈接無效。 圖 46 urb處理流程圖 本章小結 本章首先從整體上描述了 本系統(tǒng)軟件設備架構，然后介紹了架構中各模塊層的功能。接著再詳細介紹了本系統(tǒng)中關于網(wǎng)絡驅(qū)動程序的編寫流程和 USB 攝像頭驅(qū)動程序的移植。