基于A(yíng)RM9和CDMA的遠程視頻系統解析
2011/06/08
CDMA(碼分多址)網(wǎng)絡(luò )具有覆蓋面廣，高效、低成本的特點(diǎn)，CDMA網(wǎng)絡(luò )的數據傳輸速率可達200kb/s，這里開(kāi)發(fā)的嵌入式遠程視頻系統就是充分利用CDMA網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和嵌入式系統的特點(diǎn)而搭建的數據傳輸系統，特別適合邊遠偏僻或不具備常規網(wǎng)絡(luò )傳輸條件的地方使用，例如車(chē)載視頻系統、交通路口(車(chē)牌實(shí)時(shí)監視)及城市路燈的等。
本系統選用的處理器是SAMSUNG公司的一款中高端arm9內核的CPU-S3C2410，其內建有MMU(內存管理單元)，主頻可達到203MHz，運行嵌入式Linux2.4系統正好如魚(yú)得水，不但保持了嵌入式系統小型化、低功耗、易攜帶的特點(diǎn)，又充分利用了Linux系統的內存、文件、線(xiàn)程管理功能，大大方便了程序的開(kāi)發(fā)和程序中多任務(wù)功能的實(shí)現
1.嵌入式Linux系統
Linux本身作為一個(gè)桌面系統，其最大的特點(diǎn)是操作系統源代碼公開(kāi)并且遵循GPL協(xié)議，其內核采用模塊化的設計，易于裁減，特別適合嵌入式系統的小型化要求，在嵌入式系統中占據了半壁江山。
2.系統結構
系統一般可分為實(shí)時(shí)和觸發(fā)模式兩種，可以根據具體的情況設計合適的方式，如果采用實(shí)時(shí)，將占用較多網(wǎng)絡(luò )資源，成本相對較高，采用觸發(fā)模式的運行成本較低，這里采用觸發(fā)模式。
當遇異常情況后，觸發(fā)終端拍攝圖片，同時(shí)其內部的嵌入式模塊和CDMA模塊協(xié)同運作，完成Internet的接入(包括撥號、PPP和CTP/IP協(xié)議的處理等)，并把拍攝到的圖片數據經(jīng)打包后發(fā)送給中心主機，或發(fā)送給指定的E-mail地址，中心主機登錄到Internet上后運行服務(wù)器端軟件就可以瀏覽由點(diǎn)發(fā)來(lái)的圖片。
3.硬件系統設計
要能夠正確運行一個(gè)操作系統，硬件方面至少應該包括CPU、內存和固態(tài)存儲器、系統內部以及外設接口。
SAMSUNG公司的S3C2410 CPU具有3個(gè)UART、1個(gè)RTC和觸摸屏接口，還具有I2C、USB Host、USB Device等接口，充分滿(mǎn)足了系統的需要，而且性?xún)r(jià)比極高，是一個(gè)很不錯的選擇。
由于剪裁后的Linux系統所占得存儲空間非常小(只有幾MB)，我們選擇Nor Flash作為固體存儲器，型號是E28F128J3A150，容量為16MB，通過(guò)16位數據與CPU交換數據，并利用其上端8MB空間(00800000H-00ffffffH)開(kāi)辟了一個(gè)jffs2文件存儲系統，存儲系統的配置文件。
64MB的SDRAM為2片K4S561632C，通過(guò)32位數據與CPU交換數據。
通過(guò)MAX3232C電平轉換芯片和RTL8019網(wǎng)絡(luò )芯片轉換成一個(gè)RS-232接口和一個(gè)以太網(wǎng)接口，用串口線(xiàn)和以太網(wǎng)網(wǎng)線(xiàn)與PC機相連，組成可以交叉編譯的開(kāi)發(fā)環(huán)境。
通過(guò)CPU上集成的USB Host接口直接與USB攝像頭連接，考慮到監控與控制模塊接口的要求，選用USB1.1接口的紅外線(xiàn)攝像頭。
通過(guò)CPU上集成的UART接口直接與CDMA Modem模塊相連接，選用價(jià)格適中的AnyData公司的DTGS-800 CDMA模塊。
4.軟件系統設計
4.1 控制終端程序設計
控制終端軟件的核心是嵌入式Linux操作系統，一切功能的實(shí)現都基于Linux操作系統完成，Linux本身作為一個(gè)桌面系統，進(jìn)入嵌入式操作系統領(lǐng)域時(shí)，需要解決的問(wèn)題主要包括硬件支持、提供二次開(kāi)發(fā)的環(huán)境以及小型化(裁減內核)等，小型化的目的是在滿(mǎn)足操作系統基本功能和用戶(hù)特定需要的情況下，使內核盡可能小，作為一個(gè)操作系統，Linux內核主要負責程序的管理與調度、內存的管理及對外設的驅動(dòng)和管理等，由于Linux內核采用模塊化的設計，很多模塊可以獨立地加載或卸載，所以小型化就是對Linux內核重新編譯，在編譯時(shí)仔細地選擇嵌入式設備所需要的功能模塊，同時(shí)刪除不需要的功能，這里只需要串口驅動(dòng)、USB攝像頭接口驅動(dòng)(包含USB Host，USB Core和USB Device)還有撥號網(wǎng)絡(luò )應用，還要支持PPP、TCP/IP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，其他都可以刪除掉，使系統運行所需要的內核顯著(zhù)減小至1Mb以?xún)取?br />
具體程序設計包括Bootloader啟動(dòng)
代碼、設備驅動(dòng)程序(USB攝像頭接口驅動(dòng)程序、串口驅動(dòng)程序)、撥號、PPP及TCP/IP協(xié)議處理，監控接收轉發(fā)控制程序等。
a)系統加電后復位。
b)Bootloader初始化CPU、SDRAM、分配地址空間等。
c)Bootloader把Linux內核的壓縮文件解壓到SDRAM中，同時(shí)把控制權從Bootloader移交到Linux。Linux的內核有兩種運行方式可供選擇。可以在Flash存儲器上直接運行，也可以加載到內存中運行。Flash存儲器運行方式就是把內核的可執行映像燒寫(xiě)到Flash存儲器上，系統啟動(dòng)時(shí)從Flash存儲器的某個(gè)地址開(kāi)始運行內核，進(jìn)入SDRAM繼續運行，這種做法能減少內存需要，實(shí)際上很多嵌入式系統都采用這種方法，內存加載方式把內核的壓縮文件存放在Flash存儲器上，系統啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)讀取壓縮文件并在內存中解壓，然后開(kāi)始執行，這種方式相對較復雜，但運行速度更快，我們采用的就是這種方式。
d)開(kāi)始執行SDRAM中的代碼，Linux內核初始化，完成堆棧，中斷的分配等。
e)加載串口驅動(dòng)模塊和USB攝像頭驅動(dòng)模塊，完成串口和USB口的初始化。
f)運行PPP撥號程序，通過(guò)CDMA網(wǎng)絡(luò )與Internet進(jìn)行連接，在Linux下的PPP包是專(zhuān)門(mén)為解決Modem撥號上網(wǎng)問(wèn)題而編寫(xiě)的，并且是公開(kāi)源代碼的，PPP撥號腳本程序主要是通過(guò)調用pppd和chat這兩個(gè)應用程序，并通過(guò)AT指令實(shí)現對Modem的操作。
至此，已經(jīng)建立了從圖像采集到圖像傳輸的完整的嵌入式監控系統，但是，作為一個(gè)嵌入式操作系統，他是為某一專(zhuān)門(mén)的用途而設計的。運行不同的用戶(hù)應用程序，就可以實(shí)現用戶(hù)要求的不同功能，生動(dòng)地體現了嵌入式系統的靈活性。
我們運行的用戶(hù)程序是一個(gè)無(wú)限循環(huán)的過(guò)程，控制終端在不斷等待拍照請求，通過(guò)比較識別認為有請求后，CPU通過(guò)USB攝像頭驅動(dòng)控制攝像頭拍照，同時(shí)接收圖片并發(fā)送控制中心，或通過(guò)SMTP協(xié)議，發(fā)送到指定的Email地址，完成一次請求。
4.2 控制中心服務(wù)器程序設計
服務(wù)器端軟件實(shí)現的主要功能是接收、保存和重顯由嵌入式終端發(fā)送過(guò)來(lái)的監控圖片，控制中心主機通過(guò)撥號、帶寬上網(wǎng)等方式登錄到Internet上，注意必須申請一個(gè)靜態(tài)IP地址，使主機每次登錄到Internet所獲得的IP地址(互聯(lián)網(wǎng)IP地址)不變，主機登錄Internet后，即可運行服務(wù)器端軟件，服務(wù)器端程序設計主要包括網(wǎng)絡(luò )通信、接收圖片、保存圖片、即時(shí)重顯圖片和察看圖片，用戶(hù)通過(guò)此軟件可以方便地瀏覽由控制終端發(fā)來(lái)的圖片。
另一種方案是不設置控制中心服務(wù)器，控制終端抓怕到的圖片直接發(fā)送到指定的Email地址，這種方案容易管理，只需定期查收Email，清除Email存儲空間即可，運行成本很低，但可靠性差。
5.結束語(yǔ)
利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與IT技術(shù)對傳統監控領(lǐng)域進(jìn)行革新，是市場(chǎng)的需要，在這個(gè)過(guò)程中，嵌入式系統因其體積小、處理能力強、支持網(wǎng)絡(luò )服務(wù)等功能，無(wú)疑扮演了重要角色。
電子系統設計
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