嵌入式收費(fèi)車道遠(yuǎn)程控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫少瑾

摘 要：該文對(duì)嵌入式收費(fèi)車道系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了探討和實(shí)現(xiàn)并經(jīng)過實(shí)際測試表明，該系統(tǒng)能夠滿足并達(dá)到各項(xiàng)監(jiān)控需求，已經(jīng)可以投入到實(shí)際的工程應(yīng)用中。希望該系統(tǒng)的應(yīng)用在提高維護(hù)及監(jiān)管技術(shù)的基礎(chǔ)上，為監(jiān)管的可視化及更深層的需求提供便利。

關(guān)鍵詞：嵌入式 遠(yuǎn)程控制 開源Linux VNC

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（a）-0137-02

目前高速公路車道收費(fèi)系統(tǒng)，大都采用的是P C核心+整體集成的硬件結(jié)構(gòu)，由于其軟件成本及故障率等問題，現(xiàn)逐漸被更節(jié)能、維護(hù)簡單、可靠性高、效率佳的嵌入式系統(tǒng)所替換，嵌入式被稱為“后PC時(shí)代”的擎天之柱，已經(jīng)廣泛滲透到人們的工作生活中，單純由PC機(jī)帶領(lǐng)電子產(chǎn)業(yè)蒸蒸日上的時(shí)代已經(jīng)成為歷史。嵌入式設(shè)備采用ARM架構(gòu)，具有體積小、功耗?。ㄅ_(tái)式計(jì)算機(jī)的1/5～1/20）、成本低、開源、低收費(fèi)、運(yùn)行速度高、防病毒能力強(qiáng)等特點(diǎn)，目前根據(jù)公路收費(fèi)行業(yè)的自身特點(diǎn)，以嵌入式技術(shù)為核心，量身打造的專業(yè)化嵌入式收費(fèi)機(jī)，已經(jīng)在遼寧高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中得到廣泛運(yùn)用。由于嵌入式系統(tǒng)并不支持VNC for Linux版本，所以對(duì)于收費(fèi)員的操作審核、系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)等帶來了諸多不便之處，為了提高遠(yuǎn)程維護(hù)能力，方便解決系統(tǒng)問題，就需要在嵌入式系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

1 設(shè)計(jì)思路

VNC，全稱為Virtual Network Computing，它是一個(gè)桌面共享系統(tǒng)。它的功能類似于Windows中的遠(yuǎn)程桌面功能。VNC使用了RFB（Remote Frame Buffer，遠(yuǎn)程幀緩沖）協(xié)議來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它把鍵盤、鼠標(biāo)動(dòng)作發(fā)送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，并把遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的屏幕發(fā)回到本地。

VNC技術(shù)與平臺(tái)無關(guān)，VNC Viewer可以和VNC Server在不同的操作系統(tǒng)上。VNC幾乎支持所有的操作系統(tǒng)，也支持Java，甚至可以通過支持Java的瀏覽器來訪問VNC Server。多個(gè)VNC客戶端可以同時(shí)連接到一個(gè)VNC Server上。

1.1 實(shí)現(xiàn)方式

（1）嵌入式車道作為服務(wù)器端（VNCServer）。

（2）采用RFB協(xié)議（RFB為VNC的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，采用此協(xié)議增強(qiáng)其兼容性及擴(kuò)展性）。

（3）采用普通的VNCViewer為客戶端。

服務(wù)器端可以分為設(shè)備層和網(wǎng)絡(luò)傳輸層。

設(shè)備層在設(shè)計(jì)中被分為完全獨(dú)立的模塊：圖像截取和鍵盤模擬。

圖像截取模塊負(fù)責(zé)從嵌入式設(shè)備里面讀取當(dāng)前屏幕的像素點(diǎn)信息。利用Framebuffer直接對(duì)內(nèi)存數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。該模塊在用戶空間進(jìn)行操作，直接讀取各個(gè)像素點(diǎn)的RGB值。如果需要調(diào)色板的話，需要另外讀取掉色板信息。根據(jù)RFB協(xié)議，僅刷新屏幕變化部分。RFB 1.0版本僅支持1個(gè)RECT的變化量，效率并不高。

對(duì)于采用標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的車道應(yīng)用，采用鍵盤模擬模塊負(fù)責(zé)模擬給定的鍵盤消息。并發(fā)送給內(nèi)核中input_device的緩沖區(qū)隊(duì)列。該內(nèi)核可加載模塊模擬一個(gè)的物理設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤消息的傳遞。

對(duì)于采用USB口或串口的專用鍵盤，需要編寫專用的agent提供車道應(yīng)用調(diào)用，實(shí)現(xiàn)鍵盤的模擬。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層：負(fù)責(zé)發(fā)送屏幕圖像信息，接收遠(yuǎn)程鍵盤消息，并與設(shè)備層交互數(shù)據(jù)。

基于局域網(wǎng)內(nèi)傳輸和對(duì)系統(tǒng)性能的考慮，傳輸層采用RFB協(xié)議。壓縮算法采用VNCTight協(xié)議，固定分辨率800×600，顏色深度16bit。

1.2 實(shí)時(shí)圖像的處理

一般車道應(yīng)用，均有一個(gè)可以查看實(shí)時(shí)車道圖像的窗口，對(duì)于此窗口要單獨(dú)設(shè)計(jì)、單獨(dú)處理并疊加到RFB流中，實(shí)現(xiàn)客戶端的準(zhǔn)實(shí)時(shí)圖像瀏覽。

（1）單獨(dú)設(shè)計(jì)：Framebuffer里可能截取不到攝像頭的信息（直接顯存操作），需要讀取攝像頭設(shè)備的設(shè)備流才能實(shí)現(xiàn)攝像頭信息的采集。

（2）單獨(dú)處理：視頻流數(shù)據(jù)量較大，如果每幀都傳輸?shù)娇蛻舳?，需要的CPU及網(wǎng)絡(luò)帶寬很高，影響車道應(yīng)用運(yùn)行。建議每秒采集2幀或3幀即可達(dá)到監(jiān)控目的。壓縮方法先采用JPEG壓縮，再疊加到Framebuffer中，采用RFB協(xié)議指定的方法進(jìn)行壓縮傳輸（圖1）。

2 測試

實(shí)測結(jié)果：CPU占用率29.1%～31.2%；內(nèi)存占用16M；客戶端每秒大約12～14幀；視頻2～3幀。完全滿足實(shí)際應(yīng)用（圖2）。

3 結(jié)語

在嵌入式收費(fèi)系統(tǒng)中使用嵌入式設(shè)備來替代現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，使用嵌入式Linux操作系統(tǒng)來代替Windows平臺(tái)。其中，嵌入式設(shè)備采用ARM架構(gòu)，具有體積小、功耗?。ㄅ_(tái)式計(jì)算機(jī)的1/5～1/20）、成本低等特點(diǎn)；嵌入式操作系統(tǒng)大多具有開源、低收費(fèi)、運(yùn)行速度高、防病毒能力強(qiáng)等特點(diǎn)。該文所實(shí)現(xiàn)的嵌入式VNC系統(tǒng)，擴(kuò)展了嵌入式設(shè)備的功能，有效地提高了維護(hù)及監(jiān)管技術(shù)，提供了維護(hù)及監(jiān)管的可視化。

總體測試表明，該擴(kuò)展功能滿足用戶需求，達(dá)到對(duì)車道系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及管理，后續(xù)可在此框架上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程更新，及集中管理等更深層次的需求。

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