基于ARM+LINUX的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：本設(shè)計利用S3C2440處理器、中星微的USB攝像頭以配合Linux操作系統(tǒng)和QTE來實現(xiàn)一個視頻的采集、存儲、播放等功能的嵌入式視頻監(jiān)控設(shè)備。本設(shè)計所實現(xiàn)的功能是視頻處理設(shè)備的基礎(chǔ)，可將本設(shè)計擴展成遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)和絕大多數(shù)消費類電子的基礎(chǔ)功能之一。

關(guān)鍵詞：S3C2440；Linux；視頻監(jiān)控設(shè)備

中圖分類號：TP277

嵌入式設(shè)備起源于20世紀(jì)70年代的微型電子計算機，伴隨著更優(yōu)良的RISC體系結(jié)構(gòu)和開源的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，嵌入式設(shè)備已經(jīng)發(fā)展成更高性能、更強實時性多任務(wù)專用計算機。

本文設(shè)計完成一款視頻監(jiān)控系統(tǒng)，首先構(gòu)建嵌入式軟硬件運行環(huán)境，并在環(huán)境上編寫基于QTE的視頻播放器，以便達到視頻監(jiān)控的目的。具體工作有如下幾個部分：（1）針對FL2440開發(fā)板移植具有針對性的Uboot，因為Bootloader是高度依賴硬件的。并根據(jù)需求開啟Uboot額外的部分功能，例如：tftp服務(wù)、nfs服務(wù)等，并設(shè)置相應(yīng)的環(huán)境變量。（2）針對FL2440開發(fā)板移植具有針對性的嵌入式Linux kernel，由于嵌入式Linux對于硬件驅(qū)動支持較為豐富，所以改動較小，工作量集中在裁剪出更小的嵌入式Linux內(nèi)核并加入SD卡驅(qū)動、萬能USB驅(qū)動、串口驅(qū)動等。（3）制作基于QTE的精簡yaffs2文件系統(tǒng)。⑷編寫基于QTE的視頻播放器。

1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)需要各個軟件部分協(xié)調(diào)工作，系統(tǒng)上電后，首先運行Uboot，Uboot將嵌入式Linux kernel引導(dǎo)起來，最后操作系統(tǒng)掛載根文件系統(tǒng)[2]，此時系統(tǒng)已經(jīng)正常運行，最終操作系統(tǒng)調(diào)用視頻播放器，根據(jù)人為控制，可以實現(xiàn)視頻的錄制、存儲、刪除、播放以達到監(jiān)控的目的。當(dāng)進行視頻錄制時，USB攝像頭將采集的視頻壓縮為mjpeg格式并存儲到SD卡中，同時轉(zhuǎn)換為RGB格式的視頻顯示在觸摸屏上；當(dāng)進行視頻播放時，將mjpeg格式的視頻轉(zhuǎn)化為RGB格式的視頻顯示在觸摸屏上；當(dāng)進行視頻刪除時，直接刪除在SD卡中的視頻文件。

下面將給出硬件部分、軟件部分的模塊圖。

2.2 S3C2440嵌入式處理器。三星公司生產(chǎn)的S3C2440是基于ARM920T內(nèi)核的嵌入式處理器[3-4]，內(nèi)部集成著豐富的外設(shè)控制器，例如串口控制器、觸摸屏控制器、NAND FLASH控制器等。0.13μm的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元、存儲器單元和新的AMBA總線架構(gòu)使它成為一款高性價比的通用處理器。優(yōu)良的MMU設(shè)計和哈弗體系結(jié)構(gòu)的高速緩沖器使它成為運行虛擬內(nèi)存操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，例如本設(shè)計所使用的嵌入式Linux操作系統(tǒng)。S3C2440引腳排序如圖所示。

2.3 RS232串口轉(zhuǎn)換芯片。串口是嵌入式設(shè)備中作為最簡單、直接的交互方式，這使得它成為一個系統(tǒng)中必不可少的一部分。但是在嵌入式系統(tǒng)中，串口與桌面電腦所使用的電平規(guī)則并不相同，所以需要串口轉(zhuǎn)換芯片來進行電平間轉(zhuǎn)換。

2.4 SD卡。SD卡是一種小巧、高速、大容量、成本低的輔助存儲器，這使得SD卡成為人們生活中隨處可見的存儲設(shè)備。SD卡有完整的協(xié)議規(guī)定，它有兩種工作方式，其中最為常用的是SPI模式，在SPI模式中引腳功能如表2所示。

2.5 K4S561632C-TC75主存儲器芯片。K4S561632C-TC75是三星公司所生產(chǎn)的告訴SDRAM存儲器，與S3C2440處理器可以完美的配合以提高系統(tǒng)性能。在設(shè)計時使用兩片K4S561632C-TC75作為主存儲器，不僅在容量上進行擴大，而且這使得處理器在存取時效率更高。

2.6 USB攝像頭。隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，人們漸漸的追求高清晰度、高流暢度的視頻體驗，但是卻受著總線極限速率的影響而止步不前。在此時，一種即插即用、方便快捷的新型串行總線漸漸走入了人們的生活，這就是USB高速串行總線[5]，USB攝像頭便是多媒體技術(shù)和高速總線技術(shù)的產(chǎn)物。隨著人們的需求不斷增加，USB串行總線也在不斷的進步，目前USB3.0已經(jīng)問世。本次設(shè)計采用S3C2440處理器外接USB HUB擴展電路來接入USB攝像頭。

2.7 觸摸屏。觸摸屏作為一種新型人機交互設(shè)備而深受喜愛，是目前手持嵌入式設(shè)備中基本必備的。觸摸屏可以分為電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏等，電容式觸摸屏以其穩(wěn)定、方便而占據(jù)著絕大部分觸摸屏市場，而電阻式觸摸屏以其價格低廉也占據(jù)著部分的市場。在本次設(shè)計中，采用3.5寸電阻式觸摸屏來充當(dāng)本系統(tǒng)的主要輸入/輸出設(shè)備。

3 軟件設(shè)計

在嵌入式系統(tǒng)中，硬件部分是軟件運行的平臺、是系統(tǒng)的骨架，軟件部分是實現(xiàn)功能的核心、是系統(tǒng)的靈魂。在嵌入式系統(tǒng)中，軟件部分又分為不同的邏輯層次，需要以此移植到開發(fā)板上才能進行具體的軟件開發(fā)，操作過程如圖3所示。

4 結(jié)束語

此系統(tǒng)采用從頂向下的思維方式，確定每部分功能所需要的應(yīng)用的技術(shù)，并根據(jù)性能、價格的比較，對芯片、板子和器件進行選型。在軟件設(shè)計上，按照每部分程序所處的層次進行分模塊設(shè)計，動手移植Bootloader、kernel、文件系統(tǒng)的制作和頂層應(yīng)用程序的編寫。最終經(jīng)過測試，視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定且具有實用性和良好的功能擴展性。

參考文獻：

[1]關(guān)永.ARM嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)及匯編語言編程設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010：43-48.

[2]袁文菊，孫天澤.嵌入式設(shè)計及Linux開發(fā)指南-基于Arm9處理器[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006：67-72.

[3]杜春雷.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003：212-214.

[4]李珊珊，王緒國.基于V4L2的遠程視頻采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院，2008：6-8.

[5]姜璐.基于ARM的嵌入式移動視頻監(jiān)控的設(shè)計[D].上海：華東師范大學(xué)，2008：12-14.

作者單位：大慶師范學(xué)院，黑龍江大慶 163712

基金項目：黑龍江省教育廳科學(xué)研究項目：基于物聯(lián)網(wǎng)的無線監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計（No.12523004）。