ARM芯片嵌入式視頻監(jiān)控終端設(shè)計(jì)

摘要：本文以ARM芯片作為控制中心，利用ARM控制板從端口獲取視頻信息，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測功能。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)有良好的可靠性，而且有較好的可擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；驅(qū)動程序；視頻采集

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007—9599 （2012） 14—0000—02

視頻監(jiān)控是安全防范系統(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)控以其直觀、準(zhǔn)確、及時和信息內(nèi)容豐富而廣泛應(yīng)用于許多場合。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字圖像壓縮技術(shù)的迅猛發(fā)展而誕生的基于嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)是高智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要發(fā)展方向。

一、系統(tǒng)主要參數(shù)

（一）S3C2440 處理器基本功能

S3C2440是韓國三星公司的一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器，標(biāo)準(zhǔn)工作頻率：400MHz，主要面向手持設(shè)備以及高性價比，低功耗的應(yīng)用。該處理器具有：1個LCD 控制器、SDRAM 控制器、3個通道的UART、4個具有PWM 功能的計(jì)時器和一個內(nèi)部時鐘、觸摸屏接口、攝像頭接口。

三星S3C2440開發(fā)板提供了一套較完整的通用外圍設(shè)備，使整個系統(tǒng)的功耗最低，從而免去了添加、配置外圍接口的麻煩，有效縮小了線路板的面積，這也是該系統(tǒng)采用該處理器的重要原因。

（二）USB攝像頭模塊的基本參數(shù)

USB是英文Universal Serial Bus的縮寫，中文含義是“通用串行總線”。它是一種應(yīng)用在PC領(lǐng)域的新型接口技術(shù)。主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

具有即插即用功能，能廣泛支持軟硬件，而且低功耗，可選擇的多種速度模式，同時具有完備的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和硬件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化。

該設(shè)計(jì)中用到了S3C2440芯片的一個USB主機(jī)接口，主要用來接USB攝像頭。該系統(tǒng)采用網(wǎng)眼PC350攝像頭作為終端模塊，該模塊采用的是OV511視頻芯片，具體參數(shù)如表1所示。

二、加載USB攝像頭驅(qū)動

在Linux下，所有外設(shè)都被看成是一種特殊的文件，稱為設(shè)備文件。系統(tǒng)調(diào)用是內(nèi)核和應(yīng)用程序之間的接口，而設(shè)備驅(qū)動程序則是內(nèi)核和外設(shè)之間的接口。其中設(shè)備驅(qū)動程序完成了設(shè)備的初始化和釋放、對設(shè)備文件的各種操作和中斷處理等功能，為應(yīng)用程序屏蔽了外設(shè)硬件的細(xì)節(jié)，使得應(yīng)用程序可以像普通文件一樣對外設(shè)進(jìn)行操作。因此，這給應(yīng)用程序的編寫帶來了極大的好處，只需調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動文件就能夠訪問相應(yīng)的設(shè)備。

對于USB攝像頭，驅(qū)動程序提供了基本的I/O操作接口函數(shù)，中斷的處理，內(nèi)存映射以及I/O通道控制接口函數(shù)ioctl等，并把他們定義在file_operations結(jié)構(gòu)中。這樣當(dāng)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用時，Linux內(nèi)核將通過file_operations結(jié)構(gòu)訪問驅(qū)動程序提供的函數(shù)。

在內(nèi)核目錄下輸入make menuconfig命令，進(jìn)入原內(nèi)核配置文件，進(jìn)入主菜單操作，選擇Multimedia devices子菜單，為內(nèi)核加入V4L內(nèi)核模塊。選中

其中OV511是支持基于OV511芯片的攝像頭，目前市場上大部分?jǐn)z像頭都是使用該芯片設(shè)計(jì)的。如圖1所示，選擇返回Device Drivers 菜單，再選擇返回到主菜單。

執(zhí)行make zImage命令，編譯內(nèi)核，這樣系統(tǒng)就加載了OV511攝像頭的驅(qū)動程序，攝像頭就可以正常工作了。

三、V4L視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

攝像頭屬于視頻類設(shè)備，遵循的標(biāo)準(zhǔn)為Video for Linux（V4L）標(biāo)準(zhǔn)。這個標(biāo)準(zhǔn)定義了一套統(tǒng)一的API接口、內(nèi)核、驅(qū)動、應(yīng)用程序都以這個接口為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行交流。視頻采集工作開始之前要定義Video4Linux數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含視頻采集的重要信息，接下來對v4L結(jié)構(gòu)中包含的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其用途作簡要說明。

四、視頻采集

視頻采集都是圍繞vdIn定義的幾種重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，完成基于v4l的USB視頻采集，就要獲得相關(guān)的視頻采集設(shè)備的信息和圖像信息，并對采集窗口、顏色模式、幀狀態(tài)初始化，然后才能進(jìn)行視頻的采集工作。

從上面視頻采集流程圖可以看出，實(shí)現(xiàn)基于v4l的USB視頻數(shù)據(jù)采集，先要打開視頻設(shè)備并獲得相關(guān)的視頻采集設(shè)備的信息和圖像信息，并對采集窗口、顏色模式、幀狀態(tài)初始化，然后才能進(jìn)行視頻圖像的采集。

五、視頻顯示

完成視頻采集后，需要編寫顯示程序把圖像信息顯示在液晶屏上，下面完成顯示程序函數(shù)的編寫。

（一）fb_init（）――初始化液晶屏函數(shù)

使用/dev/video0作為液晶的設(shè)備文件，如果可以正常打開設(shè)備文件，那么系統(tǒng)將回傳的文件描述符放到dev_fp中，以后系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)就可使用對設(shè)備文件進(jìn)行操作；mmap（）函數(shù)是一個映射函數(shù)，通過它完成將屏幕緩沖區(qū)映射到用戶空間。之后用戶就可以通過讀寫這段虛擬地址訪問屏幕緩沖區(qū)。實(shí)際上，使用幀緩沖設(shè)備的應(yīng)用程序都是通過映射操作來顯示圖形的。

（二）調(diào)用close（fb_fp）函數(shù)關(guān)閉顯示設(shè)備

應(yīng)用程序編寫完后，需要在linux操作系統(tǒng)交叉編譯環(huán)境下對此文件進(jìn)行編譯，生成板子的可執(zhí)行文件。取圖像采集顯示程序文件名為cam.c，在linux操作系統(tǒng)下執(zhí)行以下指令進(jìn)行編譯：

arm—linux—gcc—o cam cam.c

編譯無錯的話就生成名為cam的可執(zhí)行文件，通過usb掛載，把cam拷貝至板子的/bin目錄下，執(zhí)行相關(guān)指令可以實(shí)現(xiàn)圖像采集顯示。

六、視頻存儲

該系統(tǒng)采集的圖像存到SD卡上，這樣方便終端客戶直接拿SD卡到PC機(jī)上讀取相關(guān)信息，同時也滿足系統(tǒng)的易維護(hù)性的設(shè)計(jì)原則。在內(nèi)核目錄下輸入make menuconfig命令，進(jìn)入原內(nèi)核配置文件，進(jìn)入主菜單操作配置SD卡驅(qū)動，在Device Drivers 菜單中，選擇進(jìn)入MMC/SD Card support — — —>，執(zhí)行make zImage命令，編譯內(nèi)核，這樣系統(tǒng)就加載了SD卡的驅(qū)動程序。

在系統(tǒng)加載SD卡驅(qū)動后，要執(zhí)行SD掛載命令，把SD掛載到linux操作系統(tǒng)中，掛載命令如下：

這樣SD卡就可以在linux系統(tǒng)下正常工作了，可以進(jìn)行圖像的存儲了。

七、小結(jié)

完成了系統(tǒng)監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)，在linux系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)OV511攝像頭的圖像采集功能，同時實(shí)現(xiàn)了USB攝像頭驅(qū)動在linux內(nèi)核上加載，基于Video4Linux的視頻采集以及圖像的存儲功能，最終整體實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。

參考文獻(xiàn)

[1]張錦榮，陳岳林.基于GSM的遠(yuǎn)程控制門禁系統(tǒng)的研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2008，35（24）：154～156