基于S3C2410的视频监控系统的设计与实现

基于S3C2410的视频监控系统的设计与实现

姓名：吴军勇申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：张国平

20090501

⑨硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＩｔＥＳＩＳ摘要视频监控系统以其直观、方便等特点广泛应用于诩：多场合。随着嵌入式系统和通信技术的快速发展，传统的基于模拟信号的监控方式已经小能满足ＦＩ益增长的市场需求。本文在深入研究ＡＲＭ体系结构、Ｌｉｎｕｘ设备驱动、Ｖ４Ｌ的基础之上，将基于ＡＲＭ的嵌入式开发方法与网络技术栩结合，实现了基于￥３Ｃ２４１０和嵌入式Ｌｉｎｕｘ的远程图像监控系统。首先，我们对视频监控系统的研究背景、嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统、ＡＲＭ体系结构的基本知识和本文的主要工作进行了简单的介绍。然后，我们介绍了系统的总体结构，在这里我们介绍了系统的各个主要的硬件模块和系统的软件结构，即Ｂ／Ｓ模式的视频监视架构。其次，我们详细讨论了Ｌｉｎｕｘ设备驱动的开发方法，分析了ＵＳＢ摄像头驱动的程序结构，并说明了ＵＳＢ摄像头驱动程序的设计要点。再次，我们详细讨论了视频图像采集的实现过程，阐述了ＪＥＰＧ压缩步骤，并构建了一个ｂｏａ服务器，实现了基于ＴＣＰｓｏｃｋｅｔ的图像传输。我们搭建了系统的开发平台，构建了一个由ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ、Ｌｉｎｕｘｋｅｒｎｅｌ和根文件系统组成的嵌入式软件系统。最后，我们展示了在客户端观看视频监控的结果，对本文］：作进行总结并对未来后续工作提出了展塑。关键词：￥３Ｃ２４１０；嵌入式Ｌｉｎｕｘ；摄像头驱动；Ｖ４Ｌ；视频监控ＡｂｓｔｒａｃｔＶｉｄｅｏｍｉｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ．ｗｉｔｈｔｈｅｆａｓｔｉＳｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎａｌｏｔｏｆｏｃｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｉｔｓｉｎｔｕｉｔｉｏｎａｎｄｓｙｓｔｅｍａｎｄｅｍｂｅｄｄｅｄｏｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｗｈｉｃｈｂａｓｅｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｍａｒｋｅｔａｎｙａｎａｌｏｇｓｉｇｎａｌｃａｎｎｏｔｍｅｅｔｔｈｅｓｔｕｄｙｉｎｇｏｎｍｏｒｅ．Ｉｎ—ｄｅｐｔｈＡＲＭａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＬｉｎｕｘｄｅｖｉｃｅｄｒｉｖｅｒｓａｎｄｖｉｄｅｏｆｏｒＬｉｎｕｘ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＡＲＭｗｉｔｈｎｅｔｗｏｒｋｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｓｒｅａｌｉｚｄｏｎｒｅｍｏｔｅｉｍａｇｅｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄＦｉｒｓｔｏｆａｌｌ，ｗｅｍａｋｅｍｉｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅａＳ３Ｃ２４１０ａｎｄｅｍｂｅｄｄｅｄＬｉｎｕｘ．ｓｉｍｐｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｖｉｄｅｏＬｉｎｕｘｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｂａｓｉｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｏｆｅｍｂｅｄｅｄａｄｖａｎｃｅｄＲＳＩＣＭａｃｈｉｎｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｍａｉｎｗｏｒｋｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｗｅｈａｖｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｔｈｉｓｐａｒｔｗｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｍａｊｏｒｈａｒｄｗａｒｅｍｏｄｕｌｅｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｔｈａｔｉＳ，Ｂ｜Ｓｍｏｄｅｖｉｄｅｏｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｗｅｈａｖｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆＬｉｎｕｘｄｅｖｉｃｅｄｒｉｖｅｒｓｉｎｄｅｔａｉｌ，ａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅＵＳＢｃａｍｅｒａｄｒｉｖｅｒｐｒｏｇｒａｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｄｅｓｃｒｉｂｅｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｃａｍｅｒａＵＳＢｄｒｉｖｅｎＩｎｔｈｅｆｏｕｒｔｈｐａｒｔｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｅｈａｖｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｖｉｄｅｏｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｄｅｔａｉｌ，ｄｅｓｃｒｉｂｅｄＪＥＰＧｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｅｐｓ，ａｎｄｂｕｉｌｄａｂｏａｓｅｒｖｅｒ，ｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｅｉｍａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｖｅｒＴＣＰｓｏｃｋｅｔ．Ａｎｄｔｈｅｎ，ｗｅｓｅｔｕｐｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍ，ａｎｄｂｕｉｌｔｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｓｏｆｔｗａｒｅｓｙｓｔｅｍｓｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｓｔｅｄｂｙｔｈｅｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，Ｌｉｎｕｘｋｅｍｅｌａｎｄｔｈｅｒｏｏｔｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｅｈａｖｅｓｈｏｗｅｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｖｉｄｅｏｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｒｏｍｔｈｅｃｌｉｅｎｔ’Ｓｂｒｏｗｓｅｒ，ａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｗｏｒｋｓｄｏｎｅｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｄｔｈｅｌｌｇｉｖｅｎｓｏｍｅｒｃｓａｒｃｈｐｏｉｎｔｓｔｏｂｅｃｏｎｔｉｎｕｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：￥３Ｃ２４１０；ＥｍｂｅｄｄｅｄＬｉｎｕｘ；ＣａｍｅｒａＤｒｉｖｅｒ；Ｖ４Ｌ；ＶｉｄｅｏＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ⑨硕士学位论丈＾ｌ＾Ｓ丁ＥＲ‘ＳＴＨＥＳ］Ｓ华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做Ｈ｛贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。懒名：灭ｘ２霉多日期。７“月Ⅵ学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使川学位论文的规定，＆｜］：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电二于版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采川影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中陶科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。本人已经认真阅读“ＣＡＭＳ高校学位论文全文数据库发布章程＂，同意将本人的学位论文提交“ＣＡＬＩＳ高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程＂中的规定享受相关权益。回意途室握窆厦溢卮Ｌ旦堂玺ｉ旦二生；旦三生筮鱼！．作者签名：日期：弋参１年６月阳天切导日⑥硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ‘ＳＴｌＩＥＳＩＳ第一章绪论１．１研究背景及意义国内外视频监控技术的发展动力源于对特殊场所安全的需求，出于反恐、国家安全、社会安定和建设和谐社会等多方面的需要，视频监控技术逐渐成为被人们关注的热点和前沿研究领域。近年来视频监控技术发展极为迅速，已经从第一代的模拟视频监控系统发展到第二代的部分数字化视频ｊ｝｛ｉ控系统，目前ｉＦ在朝第三代完全数字化视频监控系统的方向迈进Ｉ¨。目前，视频豁控系统主要应用在以下几个方面：交通安全：如铁路、车站、机场、公路等场所的安全监控。工业领域的安伞和质量监控：如生产车问的一些自动化设备的监控，实时监视其工作状态。居住环境和公共场所安全：如银行、超市、停车场、居民小区等。医院和监狱：如对传染病人ｊｆｌＩ服刑人员等特殊人群的远程监控等。军事领域：如空中监视、战场中对部队移动的监视等。嵌入式系统是以应用为ｔ｝－心，以计算机技术为基础，软、硬件均可裁剪，适用应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求盼专用计算机系统【２Ｊ。ｆｎ器根据美国电子电气工程协会（ＩＥＥＥ）的定义，嵌入式系统是“用来控制、监控、或者辅助操作机器、装置、工Ｊ一等大规模系统的设备（ｄｅｖｉｃｅｓａｓｓｉｓｔｔｈｅｏｐｅｒｍｉｏｎｏｆｅｑｕｉｍｅｎｔ，ｍａｃｈｉｎｅｒｙｏｒｕｓｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌ，ｍｏｎｉｔｏｒ，ｏｒｐｌａｎｔｓ）”１２１。本设计所采用的基于ＡＲＭ的嵌入式技术的视频监控的主要优点是：第一，数字化的视频图像数据可以不受距离限制地通过计算机网络上进行传输，其信号不易受到干扰，这样可以大幅度提高图像的品质和系统的稳定性；第二，数字视频图像可利用计算机网络连接，网络带宽可复用，不需要为此系统进行专门的布线；第三，经过压缩之后的视频图像数据可以存储在磁盘中，查询简便快捷１３Ｊ。基于￥３Ｃ２４１０的嵌入式视频监控系统具有以下特点：监控范围广：本设计中将采集到的视频数据在网络上进行传播，因此只要是有网络可以覆盖的地方，该系统就可进行视频监控。扩展能力强：本设计所采用的浏览器一客户端模式的视频蕊控系统，实现了服务器端采集视频到客户端显示的完整监控过程，对本系统做适当的扩展与修改，可应用于更加复杂的场合，如基于Ｉｎｔｅｍｅｔ的视频监控，多路监控等。⑨１．２硕士学位论文Ｍ＾ＳＴＥＲ‘ＳＴＩＩＥＳＩＳ性能稳定可靠：本设计的服务器端采用的ＡＲＭ９处理器￥３Ｃ２４１０Ａ和Ｌｉｎｕｘ操作系统捆绑紧密，功能更加专一，不像ＰＣ机那样容易受到其他软硬件环境的影响。ＡＲＭ体系结构ＡＲＭ（ＡｄｖａｎｃｅｄＲＩＳＣＭａｃｈｉｎｅｓ）是微处理器行业的一家知名食业。ＡＲＭ处理器以其性能高、功耗低、体积小、代码密度紧凑和多供应源（包括芯片供应商、＝Ｊｌ：发环境供应商、调试工具供应商等）的出色结合而著名。它的ＲＳＩＣ性能业界领先，以小尺寸集成，具有很低的芯片成本，在非常低的功耗和价格下提供了高性能的处理器。目前，ＡＲＭ在移动通信、消费电子等领域拥有很高的市场占有率，它这些领域嵌入式解决方案的ＲＳＩＣ标准。ＡＲＭ体系结构主要由３２ｂｉｔ的逻辑运算单元ＡＬＵ、３１个３２ｂｉｔ的通用寄存器和６个状态寄存器、移位寄存器、乘法器、指令译码器及控制逻辑单元、指令流水线和数据／地址寄存器等单元组成。基于ＡＲＭ体系结构的处理器具有以下特点１４１：（１）因为．‘孑处理器打交道的指令执行时间远远人于在寄存器内操作的执行指令的，，Ｉｆｆ３ｊ，ＡＲＭ采刚了ＲＳＩＣ普遍采用的Ｌｏａｄ／Ｓｔｏｒｅ结构，即多｛有Ｌｏａｄ／Ｓｔｏｒｅ指令可以与存储器打交道，其他指令都不允许进行存储器操作，从而达到了减少功能复杂的指令、使用频度最高的指令，最终达到简化处理器结构的ｆ１的。（２）由于ＲＳＩＣ处理器的指令功能相对较弱，为弥补此不足，在新型ＡＲＭ体系结构定义了１６位的Ｔｈｕｍｂ指令集。Ｔｈｕｍｂ指令集比通常的８位和１６位ＣＩＳＣ／ＲＩＳＣ型处理器具有更好的代码密度，而：卷片面积只增加６％，这样更节约程序存储器空ｆｎｊ。（３）ＡＲＭ可以支持用户、快速巾断、中断、管理、终ＩＩ二、系统乖ｌ未定义等７种处理器模式，除了用户模式外，其他均为特权模式。这也是ＡＲＭ的特色之一，可以大大提高ＡＲＭ处理器的效率。（４）ＡＲＭ体系机构具有协处理器接口，这样，既可以使基本的ＡＲＭ处理器内核尽可能小，又可以方便的扩充各种功能。ＡＲＭ允许接１６个协处理器。（５）由于ＡＲＭ体系结构的处理器多用于手持式嵌入式系统中，所以特别注意低电压低功耗的设计。本系统所用到的￥３Ｃ２４１０处理器是Ｓａｍｓｕｎｇ公司生产的基于ＡＲＭ体系结构的ＡＲＭ９２０Ｔ处理器核，具备上述基本特点。１．３嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统操作系统的基本思想是隐藏底层不同的硬件差异，向在其上运行的应用程序提２⑧＼：：：：／硕士学位论文Ｍ人ＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ供一个统一的调用接口，它主要完成四项任务：内存管理、任务管理、文件管理和外围设备管理。嵌入式操作系统（ＥｍｂｅｄｄｅｄＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）就是工作在嵌入式环境中的操作系统，它负责嵌入式系统全部软、硬件资源的分配、调度、控制、协调，能够通过加载／卸载某些模块来达到系统的功能要求。嵌入式操作系统除了…般操作系统的基本功能外，还有以下特剧＂：（１）其设计目标是为了完成某一项任务或有限项助能，而不像通用型的操作系统那样拥有常见的许多功能；（２）在性能和实时性方面可能有更加严格的限制；（３）功耗、成本和产品可靠性是影响设计的重要因素；（４）占用系统资源少，适合在有限的存储空问内运行；（５）系统功能针对具体的需求进行裁剪，以满足最终产品的设计要求。Ｌｉｎｕｘ是遵循ＧＰＬ协议的开放源码的操作系统，嵌入式Ｌｉｎｕｘ操做系统是将Ｌｉｎｕｘ操作系统进行裁剪修改后使之能运行在嵌入式计算机上的操作系统。使用它作为嵌入式计算机系统有许多优势。第。，Ｌｉｎｕｘ足ｔＪＩ：放源代码的，方便了任何爱好Ｌｉｎｕｘ的软件二［：程师都・叮以在它的基础ｌ二进｛ｊ：＂发，遍斫ｊ全球的Ｌｉｎｕｘ技术社区足Ｌｉｎｕｘ开发者的强人的技术支持；第二，Ｌｉｎｕｘ系统内核较小、效率高，内核的更新速度很快，并且Ｌｉｎｕｘ内核还是是可以定制的，对于开发者来既使用起来更加灵活方便。第三，Ｌｉｎｕｘ是免费的操作系统，柱价格上极具有很强的竞争力。Ｌｉｎｕｘ还有着嵌入式操作系统所需要的很多特色，最突出的地方那个就是Ｌｉｎｕｘ适应于多种ＣＰＵ和多种硬件３Ｆ台，因此具有很好的移植性。到目前为止，它可以支持包括ＡＲＭ体系结构在内的■：、三－｜－种ＣＰＵ。１．４本文的主要工作本文的主要工作包括如下内容：（１）在友善之臂ＳＢＣ２４１０Ｖ６实验板上移植了一套Ｌｉｎｕｘ系统，包括Ｕ．ｂｏｏｔ、ｌｉｎｕｘ一２．６．１１．１内核和根文件系统。（２）在ＡＲＭ．１ｉｎｕｘ下完成了ＵＳＢ摄像头的图像采集工作。（３）将采集到的ＲＧＢ格式图像压缩成成ＪＰＥＧ格式。（４）在开发板上构建ｂｏａ服务器，并通过ｓｏｃｋｅｔ编程实现视频图像的传输。（５）实现视频图像在客户端网页浏览器上的显示。⑧＼二一一硕士学位论文Ｍ＾ＳＴＥＲ‘ＳＴＩｔＥＳＩＳ１．５论文内容安排本设计的最终目的是在相关硬件的基础上构建一个基于ＡＲＭ９处理器￥３Ｃ２４１０Ａ的视频监控系统，主要实现视频图像的在基于ＡＲＭ９的服务器端采集和压缩、基于ＴＣＰ协议的网络传输及在基于ＰＣ机的客户端的鼹示。本设计将传统的监控系统与现代网络通信技术相结合，采用Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ模式进行设计，减小了视频监控中客户端软件的复杂度，更加方便用Ｊ、与服务器的交互。论文的具体内容安排如下：第～章，绪论。介绍了课题研究背景和意义、ＡＲＭ体系结构、嵌入式Ｌｉｎｕｘ概况，以及本文的主要工作和内容安排。第二章，系统的总体结构。介绍了本设计所用到的ＳＢＣ２４１０．Ｖ６丌发板和新视通摄像头的基本情况、本构建本系统所需的硬件资源和构建本系统的软件架构。第三章，ＵＳＢ摄像头驱动。分析了摄像头驱动的结构及关键设计思路。第叫章，视频图像的采集、压缩与传输。介绍了Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ编程、图像采集其体实现的过程、图像ｊ．ｉｉ缩技术、ｂｏａ服务器的构建过程、基于ＴＣＰ的图像传输过程等内容。第血章，嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统的移植。主要介绍了Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ、Ｌｉｎｕｘ内核、ｙａ凰文件系统的编泽和移植。第六章，总结与展望。展示了本系统运行结果，简要总结本论文所做的工作，并对下一阶段的研究工作进行了展望。４第二章系统的总体结构２ｌ系统的硬件结构奉系统采用厂州友善之臂计算机科技公司生产的ＳＢＣ２４１０Ｖ６作为碰件平台ｒ它基于韩霄三星公司的ＡＲＭ９处理器￥３Ｃ２４１０Ａ，采用６屋板设计，具有高性能、低功耗、接ｎ丰富和体积小辞优良特Ｒｉ“。如同２－１所示，魁使用奉系统扣摄ｆ『ＪＳＢＣ２４１０Ｖ６的实物图。华中师范人学光电子信息上程实验室枞颧ｊ‰控系统黢■瓣幽２Ｉ使川奉系统拍摄的ＳＢＣ２４１０Ｖ６扳实物嗤本系统的硬件主要包括以下几个方面。（１１ｃＰｕ处理器为三星￥３Ｃ２４１０Ａ芯片，主频２００ＭＨｚ，最高频率达２６６ＭＨｚ；圆￥ＤＲＡＭ芯片ＨＹ５７Ｖ５６１６２０，包含３２ｂｉｔ数据总线，其时钟频率高达１００ＭＨｚ：ｆ３）６４Ｍ的ＮａａｄＦｌａｓｈ存储器芯片Ｋ９Ｆ１２０９ＤＯＡ．掉电非易失；㈣１个１０Ｍ以太网ＲＪ－４５接口：（５）１个ＵＳＢ｝ｆ皤ｔＡ型接口（遵循ＵＳＢＩ．１协议）：（６）１个标准．［ＴＡＧ接口，主要用束Ｆ载Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ；（７）１个电源接口（５ｖ）：⑧硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＩｔＥＳＩＳ＼：：／（８）新视通摄像头，采用的是中星微Ｚ３０１的：卷片；（９）ＰＣ机，用来通过ＩＥ访问ＡＲＭ９服务器。本系统的硬件总体结构图如图２．２所示。图２—２视频监控系统硬件结构圈ｔｔｔ－Ｉ二本系统是在比较成熟的硬件基础一卜进行设计的，下面仅对系统硬件中最关键的几个部分进行简单的介绍，我们不过多关注硬件实现的细节。２．１．１￥３Ｃ２４１０处理器介绍￥３Ｃ２４１０处理器是韩围三星公ｉｉＪ（Ｓａｍｓｕｎｇ）在美因ＡＲＭ公司的ＡＲＭ９２０Ｔ处理器核的基础上，采用Ｏ．１８ｕｍ制造工艺生产的３２位微处理器。￥３Ｃ２４１０采用２７２脚的ＦＢＧＡ封装，含有非常丰富的片内设１７１：（１）１个ＬＣＤ控制器。（２）ＳＤＲＡＭ控制器。（３１４个通道的ＤＭＡ。“）３个通道的ＵＡＲＴ。（５）４个具有ＰＷＭ功能的计时器和１个内部时钟。（６）１个ＵＳＢ设备接口。（７）１＂２Ｃ总线接口。（８）２个ＳＰＩ接口。（９）８通道的１０位ＡＤＣ触摸屏接口．６⑧硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＩｔＥＳＩＳ（１０）１个ＵＳＢ主机接口。（１１）ＳＤ接口和ＭＭＣ卡接口。（１２）１１７位通用Ｉ／Ｏ口和２４位外部中断源。（１３）８通道１０位ＡＤ控制器。在时钟方面￥３Ｃ２４１０Ｘ也有突出的特点，它芯片集成了～个具有同历功能的实时时钟发生器ＲＴＣ和具有ＰＬＬ（ＭＰＬＬ和ＵＰＬＬ）的：卷片ＩＦｔ－＇０ｌ＇发生器。其中ＭＰＩ。Ｌ单元产生的主时钟能够使处理器的最高工作频率达到２０３ＭＨｚ，这个工作频率能够使处理器轻松运行于Ｌｉｎｕｘ、ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ等操作系统之上以及进行比较复杂的信息处理和运算。ＵＰＬＬ单元则产生实现主从ＵＳＢ功能的时钟，供ＵＳＢ模块使用。￥３Ｃ２４１０Ｘ将系统的存储空间分成８个Ｂａｎｋ，每个Ｂａｎｋ的大小是１２８ＭＢ，共１Ｇ。Ｂａｎｋ０到Ｂａｎｋ５的开始地址是固定的，可以用于ＲＯＭ和ＳＲＡＭ。Ｂａｎｋ６和Ｂａｎｋ７可以用于ＲＯＭ，ＳＲＡＭ或ＳＤＲＡＭ，这两纽Ｂａｎｋ可编程且大小相同。而从Ｂａｎｋ７了ｆ：始的地址是Ｂａｎｋ６结束的地址，它的结束地址灵活可变。所有内存块的访问周ｊ鲥都可编程。￥３Ｃ２４１０Ｘ可以采用ｎＧＣＳｆ７：０１８个通用片选信号选择这些Ｂａｎｋ。￥３Ｃ４１２０Ｘ具有三种启动方式，可通过ＯＭ【１：０ｌ锋脚进行选择。其中包含支持从ＮａｎｄＦｌａｓｈ和ＮｏｒＦｌａｓｈ启动方式，ＮａｎｄＦｌａｓｈ其仃容量大，比ＮＯＲＦｌａｓｈ价格低等特点，在本系统中，我们选择从ＮａｎｄＦｌａｓｈ启动。系统采用ＮＡＮＤＦｌａｓｈ：｛！；片ＦＬＡＳＨｌ２０８ＵＯＭ与ＳＤＲＡＭ芯片Ｋ４Ｓ５６１６３２Ｃ—ＴＣ７５组合，可以获得非常高的性价比。２．１．２存储电路友善之臂＿：｝Ｉ：发板包括三种存储器接口Ｉ乜路，ＮｏｒＦｌａｓｈ接Ｕ、ＮａｎｄＦｌａｓｈ接【＿］和ＳＤＲＡＭ接１］｝乜路。由于本系统是从ＮａｎｄＦｌａｓｈ启动的，我们只考虑ＮａｎｄＦｌａｓｈ接口和ＳＤＲＡＭ接口电路。ＮａｎｄＦｌａｓｈ具有成本低，擦写速度快，支持随歧口存敬，高存储密度等特点，是一种非易失存储器。本文硬件中采用ＳＡＭＳＵＮＧ公司生产的ＦＬＡＳＨｌ２０８ＵＯＭ芯片用于存放Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ、内核文件、根文件系统、应用程序和用户数据。该芯片为８位ＮａｎｄＦｌａｓｈ，容量为６４Ｍ，采用ＴＳＯＰ封装。ＦＬＡＳＨｌ２０８ＵＯＭ的Ｉ／Ｏ口既能接收和发送数据，也能接收地址信息和控制命令。在ＣＬＥ有效时，锁存在Ｉ／Ｏ口上的是控制命令字；在ＡＬＥ有效时，锁存在１／ｏ１３上的是地址；／ＲＥ或／ＷＥ有效时，锁存的是数据１８１。这样一１３多用的方式大大减少了总线的数目。ＮａｎｄＦｌａｓｈ接口电路如图２．３所示。ＳＤＲＡＭ是一种易失存储器，不具备掉电保持数据的特性，其存取速度大大高７⑧＼：一，硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ于Ｆｌａｓｈ存储器，具有读写特性。因此，ＳＤＲＡＭ用来做程序的运行空间、数据和堆栈区。图２４是Ｋ４Ｓ５６１６３２Ｃ—ＴＣ７５的接口电路罔。图２—３ＮａｎｄＦｌａｓｈ接口电路由。尸”王－ｒ图２－４ＳＤＲ／Ｌ～！的接口电路￡了］习ｒ：２．１．３以太网电路基于以太网的网络连接最典型的应用形式是Ｅｈｅｒｎｅｔ和ＴＣＰ／ＩＰ的组合，它的底层是以太网，网络层和传输层采用国际公认的标准ＴＣＰ／ＩＰ协议。本系统中采用的是Ｃｒｙｓｔａｌ公司的ＣＳ８９００，该芯片是一款单１２１的１０／１００Ｍｂｐｓ快速以太网物理层接口芯片１９１。它与￥３Ｃ２４１０的接Ｅｌ电路如图２．５所示。在本系统中，我们使用该接口电路进行ｕｂｏｏｔ．ｂｉｎ、ｚｌｍａｇｅ、ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍ．ｙａｆｆｓ等文件的下载和视频图像的传输。８硕士学位论文Ｍ人Ｓ丁ＥＲ’ＳＴＩ－］ＥＳＩＳ；ｉ；；；囊；；鼍ｉ芎｛ｉ》２耋ｊ每＝～｛＝＝ｆｏＺ７１＜‘‘‘７‘‘‘一量妻量星蔓主三三Ｉ５Ｓ三Ｓ５≤≤暑≤Ｓ≤ｊ量沁。ｎ｝；晰榔搿１Ｉ牛ｊｊ高篙￡器磊ｌ矗矗矗矗矗矗矗矗孟矗舞矗ｌ｝ｌ｛ｌ｝￡ｌｉ景景嚣ｆ＝；｛；；ｌ．ｆ；叁ｅ毫君善匿壹璺．‘一＋时旺罐ＳＳ＝＝５古董；二≤毒＝＝＝＝ｌ：＝＝崔Ｉ盆，‘一彭‘ｊ熏霎ｉ蘑√｜鬻蓁睾穿。Ｊ●６Ｃ站量１捕０。黧／ｖ（１＂４．，．１妻。～；凌藩｝＇ｌｄｊ；誊嚣穹’；”“。广卜＿母童广。ｐ＿！，三曼：§ｌｌ’１ｉｌｚＨｇ≥；盘：§‘一蔷ｊｉ．：。ｉＩＨ石一，叫口卜』基。・警蕾窨量；熏至一‘瓤．雪；奔’｛孑１．了茎龠，１１．ｎ．冲．．。觏。Ｅｔ罕一生；１譬Ｉｇ＝。、，～ｊｇ２锄２—１”ｇ．亳尝§．。。‘Ｉ．．ｐ”Ａｉ§△ｉ墨Ｑ；星Ｑ；高釜～．拶’。‘●暑§．．，§Ｉｌ、ｚ鼍Ｉ考幽２．５以太网接口电路９⑧＼：：／硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ‘ＳＴＨＥＳＩＳ２．１．４串口目前，在国际上最通用的串行通信接口标准是电子工业协会（ＥＩＡ）制定的ＲＳ一２３２Ｃ标准，它采用的是９芯或２５ｊ卷的Ｄ型插头，如图２－６所示。在本系统中，我们使Ｊ｝ｊ串ｒＪ来和ＷｉｎｄｏｗＸＰ下的超级终端进行通信。ＣＯＭｌｌＸＣＯ》Ｎ【）Ｂ９６２７３ｇ４９５ＲＳ’ｌＸＤＯＲＳｃ’ＩＳ０—裟蚺ＴＩＩＮＩＩＩ［、ｏ』避Ｊ叫Ｒｏ帆至Ｊ黑｝婴一Ｔ２１Ｎ蚓塑！｛Ｒｏ垤。叫糍州ｌ——ｏＬ—土当当ＲＳＲⅫ）ｏＲＳＲｌＳ０Ｔ２刚ＯＵ２Ｆ＇—立，７—』Ｒ＆ＳＲ型ＩＳ０＼：／１ａｌｅ）ｃ５∞一¨＋：：：：：：耵ｍｏｌｕ叫ｃ１．三Ｂｒ晓．１４器翟１丁潞图２－６ＲＳ一２３２接口电路２．１．５ＪＴＡＧ接口ＪＴＡＧ（ＪｏｉｎｔＴｅｓｔＡｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐ）是～种国际标准测试协议，通过这个标准可对具有ＪＴＡＧ接【１芯片的硬件电路进行边界扫描和故障检测，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试【ｌＯｌ。ＪＴＡＧ技术也是一种嵌入式调试技术，通过ＪＴＡＧ接口可以对嵌入式系统内部的所有节点进行测试。目前，ＡＲＭ、ＦＰＧＡ、ＤＳＰ等主流嵌入式芯片都支持ＪＴＡＧ协议，ＡＲＭ９微处理器芯片带有ＪＴＡＧ接口。ＪＴＡＧ测试允许多个器件通过ＪＴＡＧ接口串联在一起，形成一个ＪＴＡＧ链，实现对各个器件分别测试和ＩＳＰ（Ｉｎ．ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ）系统编程、对目标存储单元（如ＮａｎｄＦｌａｓｈ进行编程。ＪＴＡＧ接口描述见表２．１所示。在本系统中，我们使用ＪＴＡＧ接口进行ｕ－ｂｏｏｔ镜像文件首次下载到开发板，在ＰＣ机端我们使用并口连接。ＪＴＡＧ接口和并口的转换电路如图２．７所示。１０硕士学位论丈ＭＡＳ下ＥＲ‘ＳＴＩｌＥＳＩＳ表２．１ＪＴＡＧ接口描述・；Ｉ脚１幺弱：Ｖ”ｅｆＶｃｃ‘ｌ脚助隧描述【ｊ轹板参考电艇．拨Ｉ毡灏缓ｆ也源测试系统堑位信呼接地测试数掘｝ｌ｛行输入测试模式选择溯试时钟溯试时钟返Ｉ．“ｌｆｆｌ垮测试教掘书行输：｛｛目珏系统耋乏经信ｔ，未连接ｎＴＲＳＴ４．６。８，１０．１：．１４，１６，１８，２０ＧＮＤ５ＴＤＩ７ＴｈＩＳ９ＴＣＫ１１ＲＴＣＫ１３ＴＤ０１５ｎＲＥＳＥＴ１７．１９ＮＣｌＩ。Ｕｌｌ一ｌ！！Ｇ１Ｇ２ｉ８７６５４能罂；ｉｉ・ｉ岢”ａ宁｝：。，４№川孳７上ｌ２０；…ＶＣＣ………Ｐ嘤１０上３２●一南‰棒亍ｌｌ＝Ｃ５３００ｐｌＦ图２．７并口和ＪＴＡＧ口转换电路２．１．６ＵＳＢ接口￥３Ｃ２４１０芯片带有ＵＳＢ接口管理器，包括ＵＳＢ．ＨＯＳＴ和ＵＳＢ．ＤＥＶＩＣＥ两类，⑨硕士学位论丈Ｍ＾ＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ其中，ＵＳＢ．ＨＯＳＴ是本系统中ＵＳＢ摄像头所要使用的ＵＳＢ主机接口。其接口电路如图２．８所示。其中ＤＮＯ、ＤＰＯ接到￥３Ｃ２４１０Ａ芯片的相应引脚上。‘＝Ｆ图２．８ＵＳＢ接口电路２．２系统的软件结构在一个嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统ｌ｜ｌ，从软件的角度～般可以粗略的分为引导加载稚序、Ｌｉｎｕｘ内核、文件系统和用，、应用程序等３个层次…ｌ，如图２－９所示：Ｉ引导加栽程序ｌ引导参数ｌ内核ｌ根文件系统Ｉ图２－９Ｌｉｎｕｘ系统的总体框架（１）第一部分是引导加载程序，它包括固化在固件内的ｂｏｏｔ代码和Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ代码两个部分。许多ＣＰＵ在运行Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ之前会先运行一段被称之为固件的程序，例如ｘ８６结构的ＣＰＵ就是先运行ＢＩＯＳ中的固件，然后再运行硬盘主引导记录ＭＢＲ（ＭａｓｔｅｒＢｏｏｔＲｅｃｏｒｄ）ｄ？的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ。在系统中本没有固件程序，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ是上电后执行的第一个程序。（２）第二部分是Ｌｉｎｕｘ内核。这一般是为特定于某种体系结构的嵌入式板子定制的内核和内核的启动参数。一般Ｉ面言，内核的启动参数是内核默认的，或是由Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ传递给它的。（３）第三部分文件系统。里面包含了Ｌｉｎｕｘ系统能够运行所必需的应用程序、库等，例如给用户提供操作控制界面的ｓｈｅｌｌ程序，动态连接程序运行时所需要的ｇｌｉｂｅ或ｕＣｌｉｂｃ库等，本设计中我们使用的文件系统是ｙａ舔文件系统。本系统的视频监控，是通过Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ模式来实现的。因此，基于ｗｅｂ的视频图像监控系统包括采集视频图像的服务器端（友善之臂ＳＢＣ２４１０实验板）和进行监控的客户端（ＰＣ机网页浏览器），其系统框架如图２．１０所示【１２１。１２服务器端（友善之臂ＳＢＣ２４１０开发板）Ｓｏｃｋｅｔ监听ＰＣ机客户端浏览器Ｊａｖａｔ流媒体服务进程ａｐｐｌｅｔ用来连接和播放视频图像下载Ｊａｖａａｐｐｌｅｔ程序到本地运行ｂｏａ服务器一视频播旅模块ｔ‘职ｍ掺口中星徽摄像头驱动ｔＬｉｎｕｘ内核接口层图２．１０ＢＩＳ模式的视频播放架构１３⑥硕士擘位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＩｌＥＳＩＳ第三章ＵＳＢ摄像头驱动ＵＳＢ是通用串行外部总线（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）的简称，它接ｌ：ｌ简袍，只有５ＶＩ乜源和地，两根数据线Ｄ＋署ｌｌＤ一，支持热捅拔，其接ｒｌ标准统一，可以同时挂接多个ＵＳＢ设备，广泛应用在嵌入式设备中【ｌ引。现有的ＵＳＢ总线规范有１．１版和２．０版。￥３Ｃ２４１０的ＵＳＢ控制器只支持ＵＳＢＩ．１版本。ＵＳＢＩ．１规范可以支持两种传输速率：低速１．５Ｍｂｐｓ和全速１２Ｍｂｐｓ。３．１Ｌｉｎｕｘ设备驱动程序Ｌｉｎｕｘ外设一般可以分为字符设备，块设备和网络设备等三类。字符设备是指可以像字节流…样被访问的设备。块设备上的数据以块的形式存放，块设备与字符设备不同的是，它通常按照一定的存储格式存放数据。网络设备同时具有字符设备和块设备的一些特点，例如在网络传输中的报文，包，帧等，它们的输入和输出都是成块的，有结构的；但是块的大小又是不刚定的，可以大到几千字节，小到几个字节。由・ｌ二ＵＳＢ设备足通过快速耳；口通信来完成数据的读写，因此我们～般将ＵＳＢ设备当作字符设备来进行处理１１４１。Ｌｉｎｕｘ内核就的很大部分是由各种驱动程序构成的，内核中高达８５％的代码是各种驱动程序的代码。Ｌｉｎｕｘ软件的伟大之处在于ＧＰＬ（ＧＮＵＰｕｂｌｉｃＬｉｃｅｎｓｅ）协议，我们要站在前人的基础上作进一步的开发，避免霞复的工作。所以编写驱动的难点并不是硬件的具体操作，而是弄清现有驱动程序的框架，在这个框架的基础上加入这个硬件。一般说来，编写一个Ｌｉｎｕｘ设备驱动程序的大致流程如下『Ｊ５Ｊ：（１）查看电路原理图、数据手册，了解设备的操作方法；（２）在内核中找到相近的驱动程序，弄清它的框架结构，以它为基础进行开发；（３）实现驱动程序的初始化，向这个内核注册这个驱动程序，这样应用程序传入文件名时，内核才能找到相应的驱动程序。（４）编写需要实现的操作，如ｏｐｅｎ，ｃｌｏｓｅ，ｒｅａｄ，ｗｒｉｔｅ等函数；（５）编译该驱动到内核中。Ｌｉｎｕｘ操作系统将所有的设备都看成文件，然后以操作文件的方式进行访问。应用程序不能直接对硬件进行操作，而是使用一些统一的函数接口来调用硬件的驱动程序，这些在库函数中定义的函数接口叫作系统调用接口ＳＣＩ（Ｓｙｓｔｅｍ备驱动程序，这些函数集合在一个ｓｔｒｕｅｔ１４ＣａｌｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ）。对于每个系统调用，驱动程序中都有一个与之对应的函数，对于字符设ｆｉｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ的数据结构中，因此我们可ｓｎｏｉｔａｒｅｐｏ＿、⑧＼：１：．／硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＩＩＥＳＩＳ以认为这个数据结构的实质就是函数跳转表【１６Ｊ。我们可以在内核ｌｉｎｕｘ／ｆｓ．ｈ文件中找到关于它的详细声明。因此，编写没备驱动程序的一个非常重要的工作就是为具体硬件的ｆｉｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ结构编巧各个函数。例如，当应用程序使用ｏｐｅｎ函数打丌某个设备时，系统就会调用ｆｉｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ结构叶Ｉ的ｏｐｅｎ函数，如果它返网０就表示成功打开了设备文件，否则就表示代开失败。在ｆｉｌｅ这个结构巾定义了例如ｒｅａｄｗｒｉｔｅ、ｉｏｃｔｌ、ｌｏｃｋ等多个成员函数，而且随着Ｌｉｎｕｘ内核不断发展，实现符种功能的函数不断增加，其函数功能意义我们不一一列出。ｆｉｌｅ结构是另外的一个重要的数据结构，由于它是一个内核结构，因此不会出现在用户空问，它…般由Ｌｉｎｕｘ内核在执行ｏｐｅｎ操作的时候创建，代表的是一个被打丌的设备文件。Ｆｉｌｅ结构实际代表的是设备的一个实例句柄，当一个设备文件同时被多个进程打丌时，具有多个ｆｉｌｅ句柄而ｉｎｏｄｅ只有一个１１７Ｉ。在内核中，我们通常ｆ｛ｊｆｏｐｓ表示指向ｆｉｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ结构的指针，用ｆｌｉｐ表示指向ｆｉｌｅ结构的指针。内核使用ｉｎｏｄｅ结构在内部表示文件，凶此它和ｆｉｌｅ结构有所不同。对单个文件而言，可能会有多个表示打开的文件设备的ｆｉｌｅ数据结构，但他们郝指向单个的ｉｎｏｄｅ结构。ｉｎｏｄｅ结构Ｉ卜的字段ｄｅｖｆｉｌｅｔｉｒｄｅｖ包含了真ｊＥ的设备编号。ｏｐｅｒｍｉｏｎｓ、ｆｉｌｅ、ｉｎｏｄｅ等三个结构体是Ｌｉｎｕｘ设备驱动巾的ｉ个重要数据结构，我们在后面将会川到他们。３．２ＵＳＢ摄像头驱动程序结构ＵＳＢ接口分为主机从机方式，多个设备连接成一个树状网络结构，所以ＵＳＢ主机必须具备能够对连接在总线上的所有ＵＳＢ从机设备进行管理功能，所有ＵＳＢ动作都由ＵＳＢ主机发起１喁Ｊ。ＬｉｎｕｘＵＳＢ主机的驱动部分由ＨＣＤ，ＵＳＢＤ，ＵＳＢ等设备类驱动三部分组成，如图３一ｌ所示【１９１。下面分别对ＵＳＢ驱动结构中重要的模块进行介绍：（１）主机控制器驱动ＨＣＤ（ＨｏｓｔＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＤｒｉｖｅｒ）是主机驱动中与硬件部分进行直接交互的软件模块。我们用ｕｓｂｈｃｄ结构体来描述主机控制器，可以在Ｌｉｎｕｘ内核的ｄｒｉｖｅｒｓ／ｕｓｂ／ｅｏｒｅ／ｈｅｄ．ｈ文件中找到关于它的定义，它包含了ＨＣＤ的基本信息、硬件资源、状态描述，负责主机控制器的初始化、并为ＵＳＢＤ层提供相应的函数接口。ＨＣＤ支持ＵＨＣＩ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＨｏｓｔＩｎｔｅｒｆａｃｅ）、ＥＨＣｌ（ＥｎｈａｎｃｅｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ）、ＯＨＣｌ（ＯｐｅｎＨｏｓｔＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＨｏｓｔＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ）等三种规范。⑥硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴ１１ＥＳＩＳ应用软件八｛ｒＵＳＢ伎昝麦马匹功打Ｅｐ机驱动摄像头驱动．卜一奇储娄驱动…ｒ—ｊｒ－７’Ｖ１．．…ＵＳ廿ＵＩｊ芏ＵＳＢ内核ＵＳＢＩｈｕｂ驱动程序Ｉｊ芏ＨＣＬ）ＵＨｃＩ驱动０ＨＣＩ驱动ＥＨＣＩ驱动ｊ∑ＩＴ拣Ｂ龋件辖口｝ｌ。Ｊ。。“”３“。｝ｔ＿ｔＨｃＩ马勖¨ＯＨＣＩ驱动ｌＩＩｔｌ图３－１ＵＳＢ驱动结构ＥＨＣＩ驱动．（２）ＵＳＢＤ驱动是整个ＵＳＢ主机驱动的核心，它实现的功能主要分为这几个方面：ＵＳＢ总线管理、ＵＳＢ总线设备管理、ＵＳＢ总线带宽管理、ＵＳＢ的四种类型传输、ＵＳＢＨＵＢ的驱动、为ＵＳＢ设备类驱动提供相关函数接口、提供应用程序访问的ＵＳＢ系统的文件接口等。（３）ＵＳＢ设备类驱动是最终与上层用户应用程序进行交互的软件模块，其功能主要是实现访ｆｕＪ特定的ＵＳＢ设备、为应用程序提供访问ＡＰＩ等１２０ｌ。Ｌｉｎｕｘ还定义了一个统一的数据传送块即ＵＲＢ（ＵｒｆｉｖｅｒｓａｌＲｅｑｕｅｓｔＢｌｏｃｋ）用来在ＵＳＢ设备类驱动、ＵＳＢＤ和ＨＣＤ问进行数据的传输。应用程序则通过操作系统接口ＰＯＳｌＸ（ＰｏｒｔａｂｌｅＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＩｎｔｅｒｆａｃｅｆｏｒＵＮＩＸ）来访问相应的ＵＳＢ设备类驱动程序和ＵＳＢＤ驱动；ＵＳＢ设备类驱动程序则通过ＵＳＢＤ驱动层提供的相关函数接口将数据请求包传递给ＵＳＢＤ：ＵＳＢＤ通过ＨＣＤ层提供的函数接口将数据包传递给ＨＣＤ；ＨＣＤ层最终将请求数据包发送到ＵＳＢ总线上。当有设备接入到ＵＳＢ总线的时候，ＵＳＢＨｕｂ驱动会通过中断数据传输来获得当前设备连接信息，通过调用ＵＳＢ内核模块的相关函数来完成对ＵＳＢ设备的有关配置工作，同时ＵＳＢＤ层会为新的设备分配ＵＳＢＤ层所需要的各种资源和ＨＣＤ层的各种资源。接着ＵＳＢＤ层通过调用所有的ＵＳＢ设备类驱动程序都提供了的ｐｒｏｂｅ函数来查找适合该设备的设备类驱动程序。当设备１６⑨硕士学位论丈ＭＡＳＴＥＲ‘ＳＴｔｔＥＳＩＳ断开的时候，ＵＳＢＨｕｂ会通过中断数据传输来获得当前设备断开的有关信息，然后通过调ＵＳＢ内核模块所提供的相关函数来释放ＵＳＢＤ层和ＨＣＤ层为其分配的资源。同时调用给设备的驱动程序所提供的ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ函数来通知设备驱动样序它已经断）Ｉ：。数据传输过程见图３—２。ＵＳＢ设备类驱动的一个最主要的功能就是向ＵＳＢＤ层提供一个函数接口，并向ｕｓｂｄｅｖｉｃｅ数据结构注册这个设备。ＵＳＢＤ层是整个ＵＳＢ主机系统的核心，它主要通过ｕｓｂｂｕｓ、ｕｓｂｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ、ｕｓｂｄｒｉｖｅｒ、ｕｓｂｄｅｖｉｃｅ等四个数据结构来实现了对ＵＳＢ总线、ＵＳＢ主机控制器、ＵＳＢ设备驱动和所有ＵＳＢ设备的管理。图３－２ＵＳＢ数据传输过程ＵＳＢＤ层通过ｕｓｂｄｅｖｉｃｅ这个数据结构来保存与每个ＵＳＢ设备相关的信息，并对总线上的所有ＵＳＢ设备进行资源分配等管理。下面对ｕｓｂｄｅｖｉｃｅ中的各个主要成员进行简单的介绍。这个结构体中的ｄｅｖｎｕｍ指挂接在ＵＳＢ总线上的每个设备唯一的设各地址；本系统所使用的ＵＳＢｌ．１协议支持低速设备和全速设备，ＵＳＢＵＳＢＳＰＥＥＤＳＰＥＥＤＬＯＷ字段指低速设备，而ＵＮＫＮＯＷＮ字段则是指无法ＦＵＬＬ字段则指全速设备，ＵＳＢＳＰＥＥＤ识别的非法的传输速率；ｂｕｓ指ＵＳＢ设备所连接的总线；结构体中的ＣＨＩＬＤＲＥＮ则表示了连接在ＵＳＢＨＵＢ下行端口设备的信息１２¨。在ｕｓｂｄｒｉｖｅｒ结构体中实现了设备驱动程序和设备之间的连接与断丌等函数的声明。结构体中的船ｍｅ字段表示驱动程序的名字，ｐｒｏｂｅ函数和ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ函数分别表示设备挂接和断开时所调用的函数。ｉｄｔａｂｌｅ则记录了该驱动程序所支持的设１７⑥３．３硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ备的标示。当设备驱动程序被加载时，就会调用ｕｓｂｒｅｇｉｓｔｅｒ函数向ＵＳＢ子系统注册该设备的驱动程序；当设备驱动程序被卸载时，就会调用ｕｓｂｄｅｒｅｇｉｓｔｅｒ函数向ＵＳＢ子系统注销此设备的驱动程序。当设备挂接到ＵＳＢ总线ｔ米时，ｕｓｂｄｒｉｖｅｒ结构中的ｐｒｏｂｅ函数将会被调用；而当设备断丌连接时，ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ函数被调Ｊ｛Ｊｆ２叭。ＵＳＢ摄像头驱动设计从上面的分析我们知道，视频设备驱动层是处于上层应用和ＵＳＢ子系统之ｆｆｊ【Ｊ的一个中问层，各种不同的ＵＳＢ设备软件上的差异主要体现在这一层。该层主要完成两个部分的工作：第一是实现相应的接口函数供上层应片ｊ调用，第二是实现相应的接口函数供ＵＳＢ子系统回调。ＵＳＢ系统的层次结构如图３．３所示，在本设计的视频设备驱动函数中，供上层调用的函数接口包括ｏｐｅｎ函数，ｒｅａｄ函数，ｃｌｏｓｅ函数和ｉｏｃｔｌ函数等；供ＵＳＢ子系统回调的函数是ｐｒｏｂｅ函数和ｉｓｏｅｉｒｑ函数１２２Ｊ。上层应用囤叵圃囤囤嚣嚣团曰ｌ巨ｉｏｃｔｌ接口．Ｑ］—ｃｌｏｓｅ］扣—］叵亘习Ｅ垂亘］ＵＳＢ子系统图３—３ＵＳＢ系统层次结构当上层应用使用ｏｐｅｎ、ｒｅａｄ、ｉｏｃｔｌ、ｃｌｏｓｅ等系统调用的时候，相应的，ＵＳＢ视频设备驱动中的ｏｐｅｎ、ｒｅａｄ、ｉｏｃｔｌ、ｃｌｏｓｅ等接口等将会被调用。通俗的讲，回调函数为系统提供一个函数接口，系统会自动记录下这个函数的地址，当某个事件发生的时候，系统就会调用你所提供的这个函数做你定义的事情，可以把它看做是一个下层调用上层的过程。当ＵＳＢ子系统检测到总线上存在有ＵＳＢ摄像头时，ｐｒｏｂｅ回调函数被调用；当ＵＳＢ视频设备驱动提交给ＵＳＢ子系统的ＵＲＢ完成的时候，ｉｓｏｅｉｒｑ函数会被调用。下面具体来说明这几个接口函数的实现过程１２３１。１．ｐｒｏｂｅ函数ｐｒｏｂｅ函数是驱动程序调用的第一个函数，当驱动程序检测到有ＵＳＢ视频设备⑨ｓｔａｔｉｃｉｎｔ硕士学位论文Ｍ人Ｓ下ＥＲ’ＳＴＩｌＥＳＩＳ存在时，该函数被调用。它的声明及实现逻辑如下：ｐｒｏｂｅ（ｓｔｒｕｃｔｕｓｂ—ｉｎｔｅｒｆａｃｅ｝ｉｎｔｅｃｏｎｓｔｓｔｒｕｃｔｕｓｂ—ｄｅｖｉｃｅ—ｉｄ掌ｉｄ）｛获取ＵＳＢ的一些通用信息；分配一个企局的数据结构；检测到摄像头信息并保存到全局数据区中去；把设备注册位视频设备；）该函数首先根据参数ｉｎｔｆ得到ＵＳＢ的～些通用的信息，例如ＵＳＢ设备有多少个配：旨．（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ），以及每个配置有多少个接Ｅｌ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等信息。然后为这个设备分配一个全局的数据结构来保存全局信息，如图片格式，数据缓冲区大小等。最后检测摄像头的基本信息，如该摄像头的公司号、产品号等。最后调用ｖｉｄｅｏ＿ｒｅｇｉｓｔｅｒｄｅｖｉｃｅ函数把设备注册为视频设备。２．ｏｐｅｎ函数当应用程序调用ｏｐｅｎ系统函数时，这个函数被渊用。它的声明及实现逻辑如下：ｓｔａｔｉｃｉｎｔｏｐｅｎ（ｓｔｒｕｃｔｉｎｏｄｅ车ｉｎｏｄｅ，ｓｔｒｕｃｔｆｉｌｅ拳ｆｉｌｅ）｛分配全局内存空问；打开摄像头；初始化２个ＵＲＢ；提交２个ＵＲＢ；）３．ｒｅａｄ函数ｒｅａｄ函数的主要功能是将全局数据结构中的缓存中的视频图像数据用ｃｏｐｙｔｏｕｓｅｒ函数拷贝到用户空间中去。其函数声明为：ｓｔａｔｉｃｓｓｉｚｅ＿ｔｒｅａｄ（ｓｔｒｕｃｔｆｉｌｅｃｎｔ，ｌｏｆｆ＿ｔ・ｐｐｏｓ）誊ｆｉｌｅ，ｃｈａｒ事ｂｕｒ，ｓｉｚｅ＿ｔ４．ｉｏｃｔｌ函数当用户调用ｉｏｃｔｌ函数对视频设备进行控制时，这个函数被调用。它包括两项工作，一是读取摄像头参数，即把全局数据结构中的对应项复制到ａｒｇ参数中；二是修改摄像头参数，即调用ｕｓｂｃｏｎｔｒｏｌ＿ｍｓｇ函数对摄像头控制端点发送数据和对全局全局数据结构的修改。其函数声明为：１９⑥ｓｔａｔｉｃｉｎｔ硕士学位论丈ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＩＩＥＳＩＳｉｏｃｔｌ（ｓｔｒｕｃｔｉｎｏｄｅ卑ｉｎｏｄｅ，ｓｔｒｕｃｔｆｉｌｅ宰ｆｉｌｅ，ｕｎｓｉｇｎｅｄｉｎｔｃｍｄ，ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇａｒｇ）５．回调函数ｉｓｏｃｊｒｑ回调函数ｉｓｏｃｉｒｑ是驱动样序中的一个非常匝要的函数，它从，｝ｊ户调用ｏｐｅｎ函数打开摄像头丌始一直处于运行状态直到用户调用ｃｌｏｓｅ函数关闭摄像头为止。其函数声明为：ｓｔａｔｉｃｖｏｉｄｉｓｏｅ＿＿ｉｒｑ（ｓｔｒｕｃｔｕｒｂ毒ｕｒｂ．ｓｔｒｕｃｔｐｔ＿ｒｅｇｓ木ｒｅｇｓ）其执行逻辑如图３．４所示。图３－４ｉｓｏｃｉｒｑ函数流程图⑨４．１．１硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ‘ＳＴＨＥＳＩＳ第四章视频图像的采集、压缩与传输４．１图像采集Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ编程Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ是Ｌｉｎｕｘ内核为电视捕获卡和并口及ＵＳＢ的摄像头提供的统一编程的接口。配合适当的视频采集设备和驱动程序，可以实现影像采集、ＡＭ／ＦＭ广播、频道切换等功能，在远程会议、可视电话和视频监控系统中有着广泛的应用１２４，２５１。Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ视频图像采集所使用的一些主要参数和函数定义在Ｌｉｎｕｘ内核代码ｉｎｃｌｕｄｅ／ｌｉｎｕｘ／ｖｉｄｅｏｄｅｖ．ｈ文件中。下面是ｖｉｄｅｏｄｅｖ．ｈ中定义的几个重要的数据结构的简单说明。（１）ｓｔｒｕｃｔｖｉｄｅｏｃａｐａｂｉｌｉｔｙ包含设备的一些基本信息，如ｎａｍｅ字段表示设备名称、ｔｙｐｅ字段表示接口种类、ｃｈａｎｎｅｌｓ字段表示信号源信息、ｍａｘｗｉｄｔｈ、ｍａｘｈｅｉｇｈｔ和ｍｉｎｗｉｄｔｈ、ｍｉｎｈｅｉｇｈｔ字段则表示的足所支持的最大和最小分辨率等。（２）ｓｔｒｕｃｔｖｉｄｅｏｐｉｃｔｕｒｅ结构中包含了视频设备采集剑的图像的各种属性，如ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ字段表示亮度、ｈｕｅ字段表示灰度、ｃｏｎｔｒａｓｔ字段表示对比度等属性信息。（３）ｓｔｒｕｃｔｖｉｄｅｏｃｈａｎｎｅｌ结构包含信号源的各种属性，例如如接ｌ：ｌ的种类，ＶＩＤＥＯＴＹＰＥＴＶ表示电视接口，ＶＩＤＥＯＴＹＰＥＣＡＭＥＲＡ则表示摄像头接口，ｌｌＯｒｌｌｌ字段表示信号源的制式等。（４）ｓｔｒｕｃｔｖｉｄｅｏｗｉｎｄｏｗ结构中包含了有关图像采集的一些基本信息，如用ｘ，ｙ字段表示图像的坐标，ｗｉｔｄｈ字段表示图像的宽度、ｈｅｉｇｈｔ字段表示图像的高度等。（５）ｓｔｒｕｃｔｖｉｄｅｏｍｂｕｆ结构包含了利用ｍｍａｐ方法进行映射的帧信息，例如ｓｉｚｅ字段表示映射内存的大小，ｆｒａｍｅｓ字段表示图像帧的数目，ｏｆｆｓｅｔｓ数组则表示的是图像帧的偏移地址。另外，由于ｖｉｄｅ０４１ｉｎｕｘ中对视频采集部分涉及到的变量和参数很多，我们把与视频采集有关的的参数和结构封装在一个名为ｖｄＩｎ的结构体中，便于处理。在ｖｄｌｎ结构体中ｆｄ字段表示打开视频设备文件所返回的描述符：ｖｉｄｅｏｄｅｖｉｅｅ为图像设备文件名的指针；ｖｉｄｅｏｍｂｕｆ，ｖｍｍａｐ、ｖｉｄｅｏｅａｐ、ｖｉｄｅｏｍｂｕｆ，ｖｉｄｅｏｐｉｃｔ、ｖｉｄｅｏｗｉｎ、ｖｉｄｅｏｅｈａｎ、ｖｉｄｅｏｐａｒａｍ等为Ｖ４Ｌ中几个重要的数据结构，在本节前半部分已有介绍；ｃａｍｅｒａｔｙｐｅ字段表示摄像头的类型；ｃ御ｎｅｒａｎａｍｅ字段表示摄像头的名称：ｂｒｉｄｇｅ字段表示为摄像头芯片类型：ｐａｌｅｔｔｅ字段表示视频流的格式；ｇｒａｂＭｅｔｈｏｄ字段为图像采集方式，有两种方式可用，我们在下一节进行介绍；ｐＦｒａｒｎｅｂｕｆｆｅｒ字２１⑥ｆｒａｍｅ硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ段表示内存映射后指向设备映射地址指针；ｆｒａｍｅｓｉｚｅｌｎ字段代表每个数据帧的大小；ｐｔｆｒａｍｅ字段则表示为指向待发送数据缓冲区的指针数组；ｆｒａｍｅｌｏｃｋ字段表示等待发送数据缓冲区的锁标志；ｇｒａｂｍｕｔｅｘ字段表示视频图像采集线程的互斥锁；ＣＯＵＩ＂字段代表正在传送的ｐｔｆｒａｍｅ；ｂｐｐｌｎ字段表示为像素点的位深，即。‘个像素点可以用几个比特位来表示；ｈｄｒｗｉｄｔｈ字段代表像素的宽度；ｈｄｒｈｅｉｇｈｔ字段则是像素的高度；ｆｏｒｍａｔｌｎ字段代表ｐａｌｅｔｔｅ的格式；ｓｉｇｎａｌｑｕｉｔ则表示退出采集信号。４．１．２图像采集的具体实现在本设计中，我们所使用的是ＵＳＢ摄像头设备文件／ｄｅｖ／ｖｉｄｅ００，据此来进行视频图像采集部分的应用程序设计。视频图像采集部分的主要功能包括设定参数、摄像头Ｉ／Ｏ控制、视频图像的读取显示等几个部分，其工作流程如图４．１所示１２６１。图４－１图像采集流鞋图因此，我们的图像采集程序必须包含这样的几个部分：（１）打．丌视频设备⑧ｆｏ、．硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＩＩＥＳＩＳ打开视频设备的操作是通过这样的语句实现的：ｉｆ（（ｖｄ一＞ｆｄ＝ｏｐｅｎ（ｖｄ一＞ｖｉｄｅｏｄｅｖｉｃｅ，０～ＲＤＷＲ））一一１）ｅｘｉｔ—ｆａｔａｌ（”ＥＲＲＯＲｏｐｅｎｉｎｇＶ４Ｌｉｎｔｅｒｆａｃｅ”）；其中ｆｄ是通过ｓｔｒｕｃｔｖｄｌｎ＊ｖｄ定义的，ｖｄｌｎ这个结构体我们在上面已经介绍过；ｏｐｅｎ为Ｌｉｎｕｘ内核中的一个函数，在ｓｙｓ／ｔｙｐｅｓ．ｈ中声明，用于对文件的打开操作，其函数原型为：ｉｍｏｐｅｎ（ｃｏｎｓｔｃｈａｒ宰ｐａｔｈｎａｍｅ，ｉｎｔｆｌａｇｓ）参数ｐａｔｈｎａｍｅ是被打开的文件名；ｆｌａｇｓ是文件打开的方式，如Ｏ—ＲＤＷＲ这种方式是以可读写的方式打开。ｖｉｄｅｏｄｅｖｉｃｅ是一个文件名，对应视频设备为“／ｄｅｖ／ｖｉｄｅ００”。如果成功的打开了视频设备，将得到的文件描述符赋给ｖｄ－＞ｆｄ；如果得到的文件描述符为．１，表示打开设备时｝ｌ；错，并报告“ＥＲＲＯＲｏｐｅｎｉｎｇＶ４Ｌ（２）读取设备信息读取设备信息主要包括这样几个方面的内容。首先是读取ｖｉｄｅｏ＿ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ中有关摄像头的信息，并保存到ｖｄ一＞ｖｉｄｅｏｃａｐ中。我们可以通过下面的语句实现：ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”。ｉｆ（ｉｏｃｔｌ（ｖｄ一＞ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣＧＣＡＰ，＆（ｖｄ－＞ｖｉｄｅｏｃａｐ））一一１）ｅｘｉｔ—ｆａｔａｌ（＂Ｃｏｕｌｄｎ’ｔｇｅｔｖｉｄｅｏｄｅｖｉｃｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙ”）；其次是读取ｖｉｄｅｏｐｉｃｔｕｒｅ图像信息，保存到ｖｄ．＞ｖｉｄｅｏｐｉｃｔ中，可以通过这样的语句来实现：ｉｆ（ｉｏｃｔｌ（ｖｄ一＞ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣＧＰＩＣＴ，＆ｖｄ－＞ｖｉｄｅｏｐｉｃｔ）＜０）ｅｘｉｔ—ｆａｔａｌＣＣｏｕｌｄｎｔｇｅｔｖｉｄｅｏｐｉｃｔｐａｒａｍｓｗｉｔｈＶＩＤＩＯＣＧＰＩＣＴ”）；还有就是读墩ｖｉｄｅｏｃｈａｎｎｅｌ中关于设备通道的信息，保存剑ｖｄ．＞ｖｉｄｅｏｃｈａｎ中，可以通过下而的语句实现。ｉｆ（ｉｏｃｔｌ（ｖｄ一＞ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣＧＣＨＡＮ，＆ｖｄ一＞ｖｉｄｅｏｃｈａｎ）＝＝一１）｛ｉｆ（ｄｅｂｕｇ）ｐｒｉｎｔｆ（”Ｈｍｍｄｉｄｎｏｔｖｄ－＞ｃａｍｅｒａｔｙｐｅ２ｓｕｐｐｏｒｔＶｉｄｅｏ．＿ｃｈａｎｎｅｌ协”）；ＵＮＯＷ；）ｅｌｓｅ｛ｉｆ（ｖｄ－＞ｖｉｄｅｏｃｈａｎ．ｎａｍｅ）｛ｉｆｆｄｅｂｕｇ）ｐｒｉｎｔｆ（”Ｂｒｉｄｇｅｆｏｕｎｄ：％ｓ、ｎ”，ｖｄ－＞ｖｉｄｅｏｃｈａｎ．ｎａｍｅ）；ｓｎｐｒｉｎｔｆ（ｖｄ－＞ｂｒｉｄｇｅ，９，”‰”，ｖｄ－＞ｖｉｄｅｏｅｂａｎ．ｎａｍｅ）；ｖｄ－＞ｃａｍｅｍｔｙｐｅ２ＧｅｔＳｔｒｅａｍｌｄ（ｖｄ－＞ｖｉｄｅｏｃｈａｎ．ｎａｍｅ）；⑧＼：：：：／硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳｓｐｃａＰｒｉｎｔＰａｒａｍ（ｖｄ一＞ｆｄ，＆ｖｄ一＞ｖｉｄｅｏｐａｒａｍ）；｝ｅｌｓｅ｛ｉｆｆｄｅｂｕｇ）ｐｒｉｎｔｆ（”Ｂｒｉｄｇｅ）（３）设置设备参数接下来就是为摄像头数据采集前的最后准备工作，即对摄像头参数进行设咒，主要包括图像参数和分辨率，可以通过ｉｏｃｔｌ函数实现。设置图像参数主要是对ｖｄ－＞ｖｉｄｅｏｐｉｃｔ的各个属性例如亮度、对比度等进行设置，可以通过下面的语句来实现：ｉｆ（ｉｏｃｔｌ（ｖｄ－＞ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣＳＰＩＣＴ，＆ｖｄ一＞ｖｉｄｅｏｐｉｃｔ）＜ｏ）ｅｘｉｔ—ｆａｔａｌ（＂ＣｏｕｌｄｎｔｓｅｔｖｉｄｅｏｐｉｃｔｐａｒａｍｓｗｉｔｈｎｏｔｆｏｕｎｄｎｏｔａＷｅｂｃａｍＰｒｏｂｉｎｇｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ！！＼ｎ”）；ｖｄ－＞ｃａｒｎｅｒａｔｙｐｅ＝ＵＮＯＷ；ＶＩＤＩＯＣＳＰＩＣＴ”）；设置分辨率主要是对ｖｉｄｅｏｗｉｎ的两个分量进行设置，可以通过这样的语句来实现：ｖｄ－＞ｖｉｄｅｏｗｉｎ．ｈｅｉｇｈｔ＝ｖｄ－＞ｈｄｒｈｅｉｇｈｔ；ｖｄ一＞ｖｉｄｅｏｗｉｎ．ｗｉｄｔｈ＝ｖｄ－＞ｈｄｒｗｉｄｔｈ；ｉｆ（ｉｏｃｔｌ（ｖｄ一＞ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣＳＷⅢ，＆（ｖｄ一＞ｖｉｄｅｏｗｉｎ））＜０）ｐｅｒｒｏｒ（＂ＶＩＤＩＯＣＳＷＩＮｆａｉｌｅｄ、Ｉｌ”）；（４）进行视频采集在Ｖ４Ｌ中视频数据的采集有两种方法，第一种是商接读取没备的方法，即通过调用ｒｅａｄ函数来实现对视频设备的访问。第一种是内存映射法，它通过调用内存映射（ｍｍａｐ）奁ｆｉ数使得进程之问通过映射到Ｉ＿寸一个普通文件实现内存的共享，普通文件被映射到进程地址空问后，进程可以像访问普通内存一样对文件进行访问，不必再调用ｒｅａｄ，ｗｒｉｔｅ等操作。由于内存映射的方法可以对内存进行直接的读写操作，不需要任何数据的拷贝，因此具有更高的采集效率。在本系统中，我们采用的是内存映射的方法。具体步骤为：首先设置ｐｉｃｔｕｒｅ的属性。可以通过下面的语句实现：ｖｄ－＞ｖｍｍａｐ．ｈｅｉｇｈｔ＝ｖｄ－＞ｈｄｒｈｅｉｇｈｔ；ｖｄ－＞ｖｍｍａｐ．ｗｉｄｔｈ＝ｖｄ－＞ｈｄｒｗｉｄｔｈ；ｖｄ－＞ｖｍｍａｐ．ｆｏｒｍａｔ＝ｖｄ－＞ｆｏｒｍａｔｌｎ；然后，通过这样的语句实现图像的采集：ｉｆ（（ｉｏｅｔｌ（ｖｄ－＞ｆｄ，ＶＩＤＩＯＣＭＣＡＰＴＵＲＥ，＆（ｖｄ－＞ｖｍｍａｐ）））＜Ｏ）２４⑨｛）硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＩＩＥＳＩＳｐｅｒｒｏｒ（＂ｃｍｃａｐｔｕｒｅ”）；ｉｆ（ｄｅｂｕｇ）ｐｒｉｎｔｆ（”＞＞ｃｍｃａｐｔｕｒｅｅｒｒ＿＼ｎ”）；ｅｒｒｅｕｒ２—１；（５）对采集的视频图像进行处理，由于采集到的原始图像冗余量大，不利于在网络上的传输，这里主要是对原始ＲＧＢ图像压缩编码，我们在４．２节另作介绍。（６）关闭视频设备。主要是释放内存空间，可以通过调用下面的函数实现。ｆｒｅｅ（ｖｄ－＞ｐＦｒａｍｅｂｕｆｆｅｒ）；ｆｒｅｅ（ｖｄ－＞ｖｉｄｅｏｄｅｖｉｃｅ）；ｆｒｅｅ（ｖｄ－＞ｃａｍｅｒａｎａｍｅ）；ｆｒｅｅ（ｖｄ－＞ｐｔｆｒａｍｅ［ｉ］）；４．２图像压缩在奉系统中，摄像头采集到的视频图像信息通过网络传输厉在客户端的浏览器上通过ＪａｖａＡｐｐｌｅｔ容器中显示出来。考虑到远程传输的问题，需要埘图像进行压缩，减少网络传输的负荷，这里我们将ＲＧＢ格式压缩为ＪＰＥＧ格式。ＪＰＥＧ是ＪｏｉｎｔＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ的缩写，即ＩＳＯ和ＩＥＣ联合图像专家组，它主要负责静态图像压缩标准的制定，由这个专家组开发的ＪＰＥＧ图像压缩算法已经成为了一个通用的标准，即ＪＰＥＧ标准。／ＰＥＧ压缩是有损压缩，它的基本思想是利用了人眼对计算机色彩中的高频信息部分不敏感的特点，因此高频部分所损失的内容是入的视觉不容易察觉到的，这样就大大节省了需要处理的数据信息。一个最原始视频图像信息，要对其进行ＪＰＥＧ瞧缩编码，可以分为下面三个步骤１２¨。首先，把在空问域当中表示的视频图像转换成在频率域表示的图像。ＪＰＥＧ图像压缩的理论依据是，一般而言，在同～幅图像内，包含了各种频率的分量，而且图像信号的频谱线在０到６ＭＨｚ的范围内。但大多数为低频频谱线，只在占图像区域比例很低的图像边缘的信号中才含有高频的频谱线。因此在对图像做数字处理时，可根据频谱因素来分配各个频率区间的比特数，例如对包含信息量大的低频谱区域分配较多的比特数，而对包含信息量较低的高频谱区域则分配较少的比特数，这样人眼就察觉不到图片质量的损伤，达到了数据压缩的目的。将原始视频图像从时间域转换到频率域有多种方法，其中应用最为广泛的是余弦变换（ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ）。⑨硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＩｔＥＳＩＳ其次，使用加权函数对ＤＣＴ系数进行量化，它利用了人眼对高频部分信息不敏感的特性来实现图像数据的大幅简化。量化过程是图像质量下降的主要原因，因为它实际上是简单地把频率域一卜每个成份，除以一个对于该成份的常数，然后四舍五入取最接近的整数，因此这是整个ｌ丘缩过程ｒｆｌ的乇要有损运算。最后，使用Ｈｕｆｆｍａｎ可变长编码器前一步骤中的量化系数进行编码。这样就实现了原始ＲＧＢ图像到ＪＰＥＧ图像的压缩编码过程。ＪＰＥＧ解压缩的过程与压缩编码的过程Ｊ下好相反。４．３嵌入式ｗｅｂ服务器４．３．１嵌入式ｗｅｂ服务器的技术分析随着Ｉｎｔｅｍｅｔ技术的快速发展，在不同的计算机系统结构上运行着不同的ｈｔｔｐ服务器。ｂｏａ是一个运行在Ｌｉｎｕｘ系统上的小型ｈｔｔｐ服务器。它是一个单任务的ｈｔｔｐ服务器，如果有两个用户同时访问它，其中一个Ｊ｛ｊ户必须稍作等待【２８１。它产生独立的进程来处理ＣＧＩ程序，因此占用较少的系统资源，这样就保证了访问的可靠性和快速性，因此特别适合在嵌入式场合中的应用。在本设汁中，我｛ｌ、Ｊ在客户端的通过浏览器访问ＡＲＭ板上的服务器，ｂｏａ是一个很好的选择。ｂｏａ服务器处理来自用户的请求并返Ｍ数据给用户端的浏览器。图４．２是ｂｏａ服务器的体系结构图。图４－２ｂｏａ服务器体系结构图ｂｏａ服务器首先进行一些初始的基本配置，然后再建立ｓｏｃｋｅｔ连接。调用ｓｅｌｅｃｔ函数来监视文件描述符的状态，再调用相应函数来处理用户请求。如图４．３所示是其工作流程图。幽４－３ｂｏａ服务器一Ｉ：作流挂图４．３．２Ｂｏａ服务器的移植在这一一节晕，我们介绍ｂｏａ服务器的移植和配冠。首先，我们可以从ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｏａ．ｏｒｇ上下载到ｂｏａ程序的最新版本ｂｏａ一０．９４．１４ｒｃ２１．ｔａｒ．ｔａｒ。（１）解压：群ｔａｒｘｚｆｂｏａ－Ｏ．９４．１４ｒｃ２１．ｔａｒ．ｔａｒ（２）直接运行ｓｒｃ／ｃｏｎｆｉｇｕｒｃ文件，生成Ｍａｋｅｆｉｌｅ文件。（３）修改Ｍａｋｅｆｉｌｅ文件修改ＣＣ＝ｇｃｃ为ＣＣ＝ａｒｎｌ－ｌｉｎｕｘ—ｇｃｃ，修改ＣＰＰ２ｇｅｅ—Ｅ为ＣＰＰ＝ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ—ｇｅｃ－Ｅ（４）编译：群ｍａｋｅ接下来进行ｂｏａ的配置。ｂｏａ需要在／ｅｔｃ目录下建立一个ｂｏａ目录，里面放入ｂｏａ的主要配置文件ｂｏａ．ｃｏｌｌｆ，在ｂｏａ源码目录下已经有一个实例ｂｏａ．ｃｏｎｔ＇，因此我们可以在它的基础上进行修改即可。在本设计中，配置文件ｂｏａ．ｃｏｒｄ＂的内容为：⑥Ｐｏｒｔ８０硕士学住论丈ＭＡＳＴＥＲ‘ＳＴｔｔＥＳｌＳＵｓｅｒｒｏｏｔＧｒｏｕｐｒｏｏｔＥｒｒｏｒＬｏｇ／ｄｅｖ／ｅｏｎｓｏｌｅＡｃｃｅｓｓＬｏｇ／ｄｅｖ／ｎｕｌｌＤｏｃｕｍｅｎｔＲｏｏｔ／ｗｗｗＤｉｒｅｃｔｏｒｙｌｎｄｅｘｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌＫｅｅｐＡｌｉｖｅＴｉｍｅｏｕｔ１０ＫｅｅｐＡｉｉｖｅＭａｘ１０００ＭｉｍｅＴｙｐｅｓ／ｅｔｃ／ｍｉｍｅ．ｔｙｐｅｓＣＧＩＰａｔｈ／ｂｉｎＤｅｆａｕｌｔＴｙｐｅｔｅｘｔ／ｐｌａｉｎＡｄｄＴｙｐｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ／ｘ—ｈｔ印ｄ—ｃｇｉｃｇｉ以上各项分别解释如下：ｐｏｒｔ是ｂｏａ运行的端口号。默认的ｈｔｔｐ服务器的端１３号为８０；Ｕｓｅｒ和Ｇｒｏｕｐ分别为运行服务器时的用户名和组名；ＥｒｒｏｒＬｏｇ为错误Ｆｌ志文件的保存位置；ＡｃｃｅｓｓＬｏｇ为访问ｆ：１志文件的保存路径；ＤｏｃｕｍｅｎｔＲｏｏｔ为ＨＴＭＬ文档的根１１录；Ｄｉｒｅｃｔｏｒｙｌｎｄｅｘ为首页ＨＴＭＬ文档的名称；ＫｅｅｐＡｌｉｖｅＭａｘ为每个连接的最大请求次数；ＫｅｅｐＡｌｉｖｅＴｉｍｅｏｕｔ为等待连接的时问；ＭｉｍｅＴｙｐｅｓ资源的媒体类型；ＤｅｆａｕｌｔＴｙｐｅ为资源的默认媒体类型；ＣＧＩＰａｔｈ为赋给ＣＧＩ程序环境变量路径；ＡｄｄＴｙｐｅ为资源媒体的附加类型ｌ矧。至此，完成了ｂｏａ服务器的配置。４．４基于ＴＣＰｓｏｃｋｅｔ的图像传输ＴＣＰ是面向连接的全双工的传输协议，可以提供一个可靠的、可流控的、全双工的流传输服务。连接一旦建立，发送端主机的应用程序就不断地把数据写入ＴＣＰ发送缓存（ＴＣＰＳｅｎｄＢｕｆｆｅｒ），ＴＣＰ就把数据流分块再装上ＴＣＰ协议首部以形成ＴＣＰ报文段【３０１。这些报文段封装成数据报之后发送到网络上。当对方接收到报文段之后就把它存放到ＴＣＰ接收缓存（ＴＣＰＲｅｃｅｉｖｅＢｕｆｆｅｒ）ｑｂ，目的端主机的应用程序就不断地从这个缓存中读取数据【３ＩＪ。本文中服务器端与客户端通过ＴＣＰｓｏｃｋｅｔ建立连接，发送／接受数据口。服务器端用Ｃ语言实现ｓｏｃｋｅｔ服务程序；客户端用ｊａｖａ语言实现，采用ｊａｖａａｐｐｌｅｔ与服务器建立ｓｏｃｋｅｔ连接，传送数据并显示在客户端的网页浏览器上。⑥硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＩＩＥＳＩＳ４．４．１服务器端编程分析本文中使用ｓｏｃｋｅｔ建立一个服务器释序【３２捌，主要步骤为：（１）初始化Ｖｄｉｎ结构，可以Ｊ１ｊ这样的语句实现：ｉｆ（ｉｎｉｔｖｉｄｅｏｌｎ（＆ｖｉｄｅｏｌｎ，ｖｉｄｅｏｄｅｖｉｃｅ，ｗｉｄｔｈ，ｈｅｉｇｈｔ，ｆｏｒｍａｔ，ｇｒａｂｍｅｔｈｏｄ）！＝ｏ）Ｖｄｉｎ中描述了摄像头设备的完整信息，包括Ｖ４Ｌ标准中定义的所有的函数接口和数据结构和一些用于视频图像采集的参数。关于Ｖｄｉｎ结构体的介绍存４．１．１节了进行了说明。（２）创建图像采集线程在主线程中创建图像采集线程，可以使用这样的语句：ｐｔｈｒｅａｄ＿ｅｒｅａｔｅ（＆ｗ１，ＮＵＬＬ，（ｖｏｉｄ幸）ｇｒａｂ，ＮＵＬＬ）；其中ｐｔｈｒｅａｄｃｒｅａｔｅ创建的ｇｒａｂ线程是图像采集的实现部分。（３）初始化ｓｏｃｋｅｔ连接在进行ｓｏｃｋｅｔ通信阿，必须进行ｓｏｃｋｅｔ初始化，可以用这样的语句实现：ｓｅｒｖ—ｓｏｃｋ２ｏｐｅｎ＿ｓｏｃｋ（ｓｅｒｖｅｒｐｏｒｔ）；其中，ｓｅｒｖｓｏｃｋ是一个整型变量，用来保存山ｏｐｅｎｓｏｃｋ创建的一个套接１－１的文件描述符。Ｓｅｒｖｅｒｐｏｒｔ参数表示通信的端口号，在之前的程序巾，已经赋值为７０７０。在ｏｐｅｎｓｏｃｋ函数首先创建ｓｏｃｋｅｔ：ｉｆ（（ｓｅｒｖｅｒ＿ｈａｎｄｌｅ２ｓｏｃｋｅｔ（ＡＦ＿ＩＮＥＴ，ＳＯＣＫ＿ＳＴＲＥＡＭ，０））一一１）ＩＮＥＴｅｘｉｔ—ｆａｔａｌ（”ＥｒｒｏｒｏｐｅｎｉｎｇｓｏｃｋｅｔＡｂｏｒｔ！ｔＩ）；上面的语句中，ｓｏｃｋｅｔ函数的第一个参数为套接Ｉ二ｌ的地址家族，这晕的ＡＦ表示使用的是ＩＰＶ４协议族，第二个参数为套接口的类型，这避的ＳＯＣＫＳＴＲＥＡＭ表示使用于ＴＣＰ协议，第三个参数表示套接口的通信协议，对于给定的协议族，只有单一的协议支持特定的套接口类型，这时只需将这个参数设置成０即可【３４１。接下来，使用ｓｅｔｓｏｃｋｏｐｔ函数来设置ｓｅｒｖｅｒｈａｎｄｌｅ所指定的ｓｏｃｋｅｔ的状态。用这样的语句来实现：ｉｆ（ｓｅｔｓｏｃｋｏｐｔ（ｓｅｒｖｅｒｈａｎｄｌｅ，ＳＯＬ＿ｓＯＣＫＥＴ，ＳＯ＿ＲＥＵＳＥＡＤＤＲ，＆ｏ＿．ｏＩｌ，ｓｉｚｅｏｆ（ｉｎｔ））一－１）ｅｘｉｔ—ｆａｔａｌ（”ＳｅｔｔｉｎｇｒｅｕｓｅｄａｄｄｒｅｓｓｆａｉｌＡｂｏｒｔ！”）；初始化端口地址：ｉｎｉｔａｄｄｒ（＆ｓｅｒｖａｄｒ，ＮＵＬＬ，ｐｏｒｔ）；绑定ｓｏｃｋｅｔ和端口号：ｉｆ（ｂｉｎｄ⑨硕士学位论文Ｍ人ＳＴＥＲ’ＳＴＩｌＥＳＩＳ（ｓｅｒｖｅｒｈａｎｄｌｅ，（ｓｔｒｕｃｔｓｏｃｋａｄｄｒ幸）＆ｓｅｒｖａｄｒ，ｓｉｚｅｏｆ（ｓｔｒｕｃｔｓｏｃｋａｄｄ０）一－１）ｅｘｉｔ—ｆａｔａｌ（”ｅｒｒｏｒｂｉｎｄｓｏｃｋｅｔ”）；丌始监听：ｉｆ（１ｉｓｔｅｎ（ｓｅｒｖｅｒｈａｎｄｌｅ，ＭＡＸＣＯＮＮＥＣＴ）一－１）ｅｘｉｔ—ｆａｔａｌ（＂Ｄａｍｎｅｄｅｒｒｏｌ＇ｓｗｈｅｎ（４）创建ｓｏｃｋｅｔ服务线程ｌｉｓｔｅｎＡｂｏｒｔ！”）；当监听产生后，服务进程负责不断的循环ｊ｜：ｉ听接收到的请求并建立新的ｓｏｃｋｅｔ连接，通过以下的语句实现：ｉｆ（（ｎｅｗ＿ｓｏｃｋ＝ａｃｃｅｐｔ（ｓｅｒｖ＿ｓｏｃｋ，（ｓｔｒｕｃｔｓｏｃｋａｄｄｒ毒）＆ｔｈｅｉｒ＿＿ａｄｄｒ，＆ｓｉｎ＿ｓｉｚｅ））＝＝一１）（５）创建网络通信进程通过ｓｏｃｋｅｔ的ｗｒｉｔｅ函数向客户端写图像数据帧，通过下面的语句实现：ｒｅｔ－训ｔｅ＿ｓｏｃｋ（ｓｏｃｋ，（ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒ车）ｈｅａｄｅｒｆｒａｍｅ，ｓｉｚｅｏｆ（ｓｔｒｕｃｔｆｒａｍｅ＿ｔ））；其中，ｈｅａｄｅｒｆｒａｍｅ为等待发送的帧。４．４．２客户端编程分析当我们从客户端的网页浏览器连接到服务器时，访问过程将会按以下顺序进行操作‘３５Ｉ。（１）将一个简化的视频播放器（一个ｊａｖａａｐｐｌｅｔ程序）下载到客户端；（２）启动客户端机器上的ＪａｖａＶｉｒｔｕａｌＭｅｃｈｉｎｅ，运行这个播放器ａｐｐｌｅｔ；（３）播放器连接到ｗｅｂ服务器，，ｉ：始访问视频图像。在客户端浏览器输入视频服务器的ｌＰ地址后，默认访问ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ。在这个ｈｔｍｌ文件中，＜ａｐｐｌｅｔ＞…＜／ａｐｐｌｅｔ＞部分嵌入的是ｊａｖａａｐｐｌｅｔ小程序，其主要功能为与服务器端视频采集模块进行通信，接收视频图像数据，另外，还把接收到的图像数据显示出来。ｊａｖａａｐｐｌｅｔ中实现的网络通信流程图如图４．４所示。（１）初始化，可以使用下面的语句实现初始化。ｒｎ—ｓｔｒＣｏｌｏｒ＝ｇｅｔＰａｒａｍｅｔｅｒ（”Ｃｏｌｏｒ”）；ｉｆ（ｒｎ＿ｓｔｒＣｏｌｏ同ｕｌｌｌＩｍ＿ｓｔｒＣｏｌｏ严¨”）ｍ＿ｓｔｒＣｏｌｏｒ．．’＃ＦＦＦＦＦＦ”；ｓｔｒＳｅｒｖｅｒ－一－ｎｕｌｌｎｍ—ｓｔｒＳｅｒｖｅｒ＝ｇｅｔＰａｒａｍｅｔｅｒ（”Ｓｅｒｖｅｒ”）；ｉｆ（ｒｎｍ＿ｓｔｒＰｏｒｔ＝ｇｅｔＰａｒａｍｅｔｅｒ（”Ｐｏｒｔ”）；ｉｆ（ｍ＿－ＳｔｒＰｏ怍＝ｎｕＵ０ｍ＿ｓｔｒＳｅｒｖ萨帅）ｍ＿ｓｔｒＳｅｒｖｅｒ＝什１２７．０．０．１”；ｍ＿ｓｔｒＰｏ忙””）ｍ—ｓｔｒＰｏｒｔ＝¨７０７０”；⑨硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ劁４—４客户端释序流程图在初始化过程中，主要是实现米白嘲页的Ｃｏｌｏｒ、Ｓｅｒｖｅｒ、Ｐｏｒｔ等参数的传递。如果没有对这些参数进行设置，其默认值分别为＃ＦＦＦＦＦＦ、１２７．０．０．１和７０７０。需要说明的是，Ｓｅｒｖｅｒ是指视频图像采集端的地址，本系统中视频图像采集模块和ｂｏａ服务器模块都是在实验板上实现的，所以其ＩＰ地址为本地主机地址１２７．０．０．１。（２）创建ｓｏｃｋｅｔ对象，可以通过这样的语句实现：Ｓｏｃｋｅｔ（ｍ—ｓｔｒＳｅｒｖｅｒ，ｐｏｒｔ）；（３）创建输入流和输出流对象ｉｎ＝ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．ｇｅｔｌｎｐｕｔＳｔｒｅａｍ０；ｏｕｔ２ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．ｇｅｔＯｕｔｐｕｔＳｔｒｅａｍ０；ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ＝ｎｅｗ（４）分配接收视频流缓冲区ｂｙｔｅｆ】ｂｕｆｆｅｒ＝ｎｅｗｂｙｔｅ【５１２｝１０２４］；（５）读取图像数据。视频流缓冲区内接收的是一幅静态的ｊｅｐｇ图像数据流，其中包含有图像的头信息，为了单独使用图像数据，把图像数据拷贝到另外一个缓冲区即ｂｕｆｆｅｒ２内。可以用这样的语句实现：ｂｙｔｅ【】ｂｕｆｆｅｒ２＝ｎｅｗｂｙｔｅ【ｎ】；ｆｏｒ（ｉｎｔｉ＝０；ｉ＜ｎ；ｉ＋＋）ｂｕｆｆｅｒ２［ｉ】＝ｂｕｆｆｅｒ［ｉ＋ＨＤＲＬＥＮ］；（６）视频播放。定义一个Ｂｕｆｆｅｒｅｄｌｍａｇｅ对象ｉｍａｇｅ，把ｂｕｆｆｅｒ２中的数据保存在其中。３ｌ㈤＼∥矗、．硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ／用这样的语句实现：Ｂｕｆｆｅｒｅｄｌｍａｇｅｉｍａｇｅ＝ＩｍａｇｅｌＯ．ｒｅａｄ（ｎｅｗＢｙｔｅＡｒｒａｙｌｎｐｕｔＳｔｒｅａｍ（ｂｕｆｆｅｒ２））；然后，以这个ｉｍａｇｅ定义一个图标对象：ｌｍａｇｅｌｃｏｎｉｉ２ｎｅｗＩｍａｇｅｌｃｏｎ（ｉｍａｇｅ）；把这个图标对象显示出来：ｒｅ＿ｌａｂｅｌ．ｓｅｔｌｃｏｎ（ｉｉ）；上述步骤是实现～幅静态图像显示的过程，循环重复这个过程，即可实现连续动态的视频图像了。（７）最后，关闭ｓｏｃｋｅｔ。⑧＼一一硕士学位论文ＭＡＳｌ’ＥＲ’ＳＴＩｔＥＳＩＳ第五章嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统的移植５．１开发环境的搭建嵌入式软件开发与ＰＣ机软件丌发有较大的不同。丌发ＰＣ机上的软什时，可以直接在ＰＣ机上编译、调试软件，开发完成后最终发撕ｉ的软件也是在ＰＣ机．卜运行使用。但对于嵌入式软件开发而言，因为最初的嵌入式设备在软件上是空白的，需要通过ＰＣ机为它构建基本的软件系统，并烧写到嵌入式硬件设备中去，另外嵌入式设备的资源并不足以用来进行软件开发，所以要用到交叉编译开发模式。所谓交叉编译是指在系统资源比较丰富的主机上编译软件，并生成可执行的二进制代码，然后将二进制代码下载到目标板上运行１３６１。于是，我们有必要搭建一个满足开发的软件环境。５．１．１在ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ下安装Ｌｉｎｕｘ虚拟机本系统基于Ｕｂｕｎｔｕ７．１０进行歹ｌ：发，它是一个基于Ｌｉｎｕｘ２．６内核的的操作系统。Ｕｂｕｎｔｕ十分注重系统的安伞性，它采用ｓｕｄｏ：［具，所有系统相关的任务均需使Ｊ｝】此指令并输入密码才能执行，比起传统以登入系统管理员帐号进行管理工作更可靠、更安全。Ｕｂｕｎｔｕ也注重系统的呵用性，它设计为在标准安装完成后即可以让使用者投入使用的操作系统。举例来说，完成Ｕｂｕｎｔｕ安装后，使用者不用另外安装网页浏览器、办公常用软件、多媒体播放软件以及绘图软件等日常应用的软件，因为这些软件大多数在系统中已经安装，用户可以随时使用。我们可以从ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｕｂｕｎｔｕ．ｃｏｒｎ／ｄｏｗｎｌｏａｄ获取Ｕｂｕｎｔｕ光盘镜像文件。Ｕｂｕｎｔｕ的安装方法有好几种，我们可以在ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ系统下通过ＶＭｗａｒｅ来安装它。从ＶＭｗａｒｅ的官方网站ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｖｍｗａｒｅ．ｔｏｍ上可以下载到ＶＭｗａｒｅ工具。Ｕｂｕｎｔｕ的安装方法比较简单，请读者参考其他资料，这里不再赘述。安装完成后，ＰＣ机上就有两个操作系统了，一个是ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ，另一个是运行在ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ上的Ｕｂｕｎｔｕ操作系统虚拟机。５．１．２配置ＳＡＭＢＡ服务器Ｓａｍｂａ是一个工具套件，它在Ｌｉｎｕｘ系统上实现ＳＭＢ（ＳｅｒｖｅｒＭｅｓｓａｇｅＢｌｏｃｋ）协议，可以被Ｗｉｎｄｏｗｓ系统等用来实现磁盘和打印机共享１３７１。在本设计中，我们需要在Ｌｉｎｕｘ和Ｗｉｎｄｏｗｓ两个操作系统上进行相关开发，配罱好ＳａｍｂａＪｉｌｌ务器，可以实现开发过程中两个操作系统下的文件共享，方便我们的开发过程。⑨硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ‘ＳＴＨＥＳＩＳ（１）在Ｕｂｕｎｔｕ虚拟机下运行命令ｓｕｄｏａｐｔ—ｇｅｔｉｎｓｔａｌｌｓａｍｂａ安装ｓａｍｂａ服务器（２）在ｕｂｕｎｔｕ上创建共享文件夹，ｍｋｄｉｒ命令，例女ｌｌ／ｈｏｍｅ／ｓｈａｒｅ（３）编辑ｓｕｄｏｖｉ／ｅｔｃ／ｓａｍｂａ／ｓｍｂ．ｃｏｎｆｏ编辑修改ｓａｍ．ｃｏｎｆ文件的以下儿行：ｗｏｒｋｇｒｏｕｐ＝ＷＯＲＫＧＲＯＵＰｓｅｃｕｒｉｔｙ＝ｕｓｅｒ改为ｓｈａｒｅ（４）在配嚣文件最后，设置ｓｈａｒｅ文件央属性为可读可写，可访问。【ｓｈａｒｅ】ｐａｔｈ＝／ｈｏｍｅ／ｓｈａｒｅｗｉｒｔｅａｂｌｅ＝ｙｅｓｂｒｏｗｓｅａｂｌｅ＝ｙｅｓａｖａｉｌａｂｌｅ２ｙｅｓｐｕｂｌｉｃ２ｙｅｓ（５）设置完成后，用ｓｕｄｏ／ｅｔｃ／ｉｎｉｔ．ｄ／ｓａｍｂａｒｅｓｔａｒｔ命令重肩服务，使设置生效。这样完成后，将Ｌｉｎｕｘ虚拟机的地址设置成与Ｗｉｎｄｏｗｓ柏同的网段并输入Ｌｉｎｕｘ虚拟机的ＩＰ地址就可以在ＸＰ上访问ｕｂｕｎｔｕ了。５．１．３安装交叉编译工具链为了方便丌发，我们直接使用已经制作好的工具链。使用以下命令解压得到ｇｃｃ．３．４．５．ｇｌｉｂｃ．２．３．６目录。ａｒｍ—ｌｉｎｕｘ—ｇｃｃ一３．４．５一ｇｌｉｂｃ一２．３．６．ｔａｒ．ｂｚ２可以从网上下载获得。￥ｔａｒｘｊｆａｒｍ—ｌｉｎｕｘ—ｇｅｅ一３．４．５一ｇｌｉｂｃ一２．３．６．ｔａｒ．ｂｚ２然后在环境变量ＰＡＴｔｔ中增加路径，这样可以直接运行使用ａｎｔｉ—ｌｉｎｕｘ—ｇｃｃ而无需指定ａｒｍ．１ｉｎｕｘ－ｇｃｃ所在目录位置。如下所示：￥ｅｘｐｏｒｔＰＡＴＨ＝￥ＰＡＴＨ：／ｔｏｏｌｓ／ｇｃｃ・３．４．５一ｇｌｉｂｃ・２．３．６／ｂｉｎ接着需要安装ｎｃｕｒｓｅｓ，这是一个能提供快捷键定义、屏幕绘制以及基于文本终端的图形互动功能的动态库。安装它的目的，是为了保证在后续执行ｍａｋｅｍｅｎｕｃｏｎｆｉｇ命令配置程序时不会出错。￥ｃｄ／ｔｏｏｌｓ￥ｔａｒｘｚｆｎｃｕｒｓｅｓ—ｔａｒ．ｇｚ￥ｃｄｎｃｕｒｓｅｓ一５．６￥．／ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ－ｗｉｔｈ－ｓｈａｒｅｄ－ｐｒｅｆｉｘ＝／ｕｓｒ￥ｍａｋｅ・￥ｍａｋｅｉｎｓｔａｌｌ⑨硕士学位论文Ｍ人ＳＴＥＲ’ＳＴＩＬＥＳＩＳ５．２嵌入式系统的引导与启动系统上ｌ乜之后，需要一段程序来完成系统的初始化工作：关闭看门狗、改变系统时钟、初始化存储控制器、将更多的代码复制到内存中等。并＿只，这段程序能够将操作系统内核复ＳＪＪ－至０内存中运行，就称这段程序为Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ！孙】。现在Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ种类较多，比如ｘ８６上有ＬＩＬＯ、ＧＲＵＢ等，对于ＡＲＭ架构的ＣＰＵ，有Ｕ．Ｂｏｏｔ、ｖｉｖｉ、ａｒｍｂｏｏｔ等。ＡＲＭ体系结构的ＣＰＵ上电后从地址０ｘ０００００００丌始运行。在友善之臂ＳＢＣ２４１０开发板中，需要把存储器件Ｆｌａｓｈ映射到这个地址，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ就存放在这个地址的开始处，这样一上电就可以执行。Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ可以分二ｒ：作在两种操作模式下，第一是启动加载模式，系统上电后，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ从板子上的某个固态存储设备如ｎａｎｄｆｌａｓｈ上将操作系统加载到ＲＡＭ中运行，整个过程并都不需要用户的介入。在产品开发完成并发夼后，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ就工作在这种模式下；第二是下载模式，这主要是站在，１：发的角度上看待的，在这种模式下，，｜：发人员可以使用各种命令，通过串口连接或网络连接等通信手段从主机下载文件（比如内核映像、文件系统映像），将它们烧入Ｆｌａｓｈ等ｌ嗣态存储设备中。，ｆ发板与主机问进行文件传输时，可以使用串口协议如ｘｍｏｄｅｍ等，它们的使用方法简单，但是传输速度比较慢；还可以通过网络使用ｔｒｉｐ、ｎｆｓ协议来传输文件，这时，主机上要相应的开启ｔｆｔｐ、ｎｆｓ服务。５．２．１Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ的结构Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ的结构可以按启动过程可以分为两个阶段。第＋一阶段使用汇编来实现，它的主要工作足完成一些依赖于ＣＰＵ体系结构的初始化，并调用第二阶段的代码。第二阶段通常使用Ｃ语言来实现，这样可以实现更复杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性１３ｗ。一般而言，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ两个阶段完成的工作可以分为如下几个方面１４０１：（１）Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ第一阶段的工作是：≯完成基本的硬件初始化。它的主要目的是为第二阶段以及随后的内核准备好一些基本的硬件环境。它通常是屏蔽所有的中断、设嚣ＣＰＵ的速度和时钟频率、关闭ＣＰＵ内部指令，数据ｃａｃｈｅ、初始化ＲＡＭ等。＞为加载第二阶段的代码准备好合适的ＲＡＭ空问。为了获得更快的执行速度，通常会把Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ的第二阶段的代码加载到ＲＡＭ空间中来执行，因此必须为此准各一段洲空间。⑨硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ》将Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ的第二阶段代码拷贝到ＲＡＭ空间中去。＞由于第二阶段是主要是Ｃ代码，所以还要设置好堆栈。＞跳转到第二阶段代码的Ｃ语言代码入口处继续执行。（２）Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ第＿二阶段的工作。＞进一步完成硬件的初始化：相对于第一阶段而言，这是更高～级层面上的硬件初始化，例如初始化串口以便和ＰＣ机超级终端进行输入输出操作；初始化计时器等。＞检测系统内存映射（ｍｅｍｏｒｙｍａｐ）。所谓内存映射就是指在ＡＲＭ的整个４ＧＢ物理内存地址空问中有哪些地址区间被分配用来对系统的ＲＡＭ单元进行寻址。≯将操作系统内核映像和根文件系统映像加载到内存中去。＞为操作系统内核设置启动参数。＞调用操作系统内核。５．２．２Ｕ—ｂｏｏｔ简介Ｕ．Ｂｏｏｔ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ）即通用Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，是遵循ＧＰＬ条款的开放源代码项目。它的名字“通用”可以从两个方两理解：其一可以引导多种操作系统，它支持的操作系统有Ｌｉｎｕｘ、ＶｘＷｏｒｋｓ、ＮｅｔＢＳＤ、ＱＮＸ、ＲＴＥＭＳ、ＡＲＴＯＳ、ＬｙｎｘＯＳ等多种。其二它支持多种体系结构的ＣＰＵ。例如ＰｏｗｅｒＰＣ、ＭＩＰＳ、Ｘｓｃｆｌｅ、ｘ８６、ＡＲＭ、ＮＩＯＳ等几种。我们可以从ｆｔｐ：／／ｆｔｐ．ｄｅｎｘ．ｄｅ／ｐｕｂ／ｕ．ｂｏｏｔ／获得Ｕ－Ｂｏｏｔ的最新代码。本设计在ｕ．ｂｏｏｂｌ．２．０的基础上进行分析和移植。我们先了解ｕ－ｂｏｏｔ的工作流程，然后对Ｕ—ｂｏｏｔ－Ｉ．２．０根目录进行简煎介绍。图５—１是ｕ－ｂｏｏｔ的工作流程图，跟其他的ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ一样，ｕ－ｂｏｏｔ首先在ＲＡＭ中运行汇编程序，对硬件进行最基本的初始化工作，然后将启动代码复制到ＳＤＲＡＭ中，准备好Ｃ语言的运行环境并跳转到Ｃ入口，对外围硬件设备进行更高层级的初始化，我们注意到，此时ｕ－ｂｏｏｔ会遇到一个分支选择，在ｕ－ｂｏｏｔ启动的时候，我们如果长按空格键将会进入ｕ－ｂ００ｔ执行ｓｈｅｌｌ程序即下载模式，否则将默认为加载内核即启动加载模式１４¨。ｕ－ｂｏｏｔ－Ｉ．２．０根目录下共有２６个子目录，这些子目录可以分为与开发板相关、与ＣＰＵ平台相关、通用的函数、通用的设备驱动程序、文档、示例程序、开发工具等几个部分，其功能与作用描述如表５．１所示。⑨目录Ｂｏａｒｄ硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ‘ＳＴｔｌＥＳＩＳ表５．１Ｕ．ｂｏｏｔ目录介绍特性解释说明对应不同配置的电路板，比如ｓｍｄｋ２４１０、与开发板相关ＣＰＵｓｂｃ２４１０ｘ等对应不同体系结构的ＣＰＵ，比如ａｒｍ９２０ｔ、与平台相关ａｒｍ９２５ｔ、ｉ３８６锋；在相应的子目录一卜．仍可以进一步细分，例如如ａｒｍ９２０ｔ目录下就还有ａｔ９１ｒｍ９２００、ｓ３ｃ２４ｘ０等子目录ｌｉｂｉ３８６ｉｎｃｌｕｄｅ某一架构卜－通Ｊｌｊ的文件通ＪＨ的函数头文件和开发板配置文件，与开发板相关的配置文件都放在ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇｓ目录下，Ｕ—Ｂｏｏｔ没有朋米进行图形化的操作界面，需要手动地修改配置文件中的各个宏定义ｌｉｂｇｅｎｅｒｉｃ通川的库函数，例如ｐｒｉｎｔｆ等通ＪｌＪ的函数，多是对下一层驱动程序的进一步封装ＣｏｍｍＯｎＤｉｓｋ通Ｊ｛ｊ的设备驱动程序硬盘接口程序各类具体设备的驱动程序数字温度测量器或者传感器的驱动有关文件系统的部分支持从ＮＡＮＤＦｌａｓｈ启动，在本系统中就是这种启动方式ｄｒｉｖｅｒｓＤｔｔＦｓＮａｎｄ—．ｓｐｌＮｅｔ各种网络协议例如ｔｃｐ、ｔｆｔｐ等上电自检程序实时时钟的驱动文档示例程序：Ｉ：具ｕ－ｂｏｏｔ相关的开发、使用文档一些示例程序，在使ＪＨｊＵ－Ｂｏｏｔ下载后运行制作Ｕ－Ｂｏｏｔ格式映像的：【具，比如ｍｋｉｍａｇｅＰｏｓｔＲｔｃＤｏｅｅｘａｍｐｌｅｓＴｏｏｌｓ３７⑨硕士擘位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ图５一ｌｕ—ｂｏｏｔ。ｆ：作流样图５．２．３Ｕ－ｂｏｏｔ的移植和下载由于Ｕ．ｂｏｏｔ目前还没有提供类似于Ｌｉｎｕｘ内核那样的图形化的配置界面ｆ例如我们可以使用ｍａｋｅｍｅｎｕｃｏｎｆｉｇ命令进行图形化界面的配置），因此要通过手动的修改配置文件ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇ／＜ｂｏａｒｄｎａｍｅ＞．ｈ来裁剪、设置Ｕ—ｂｏｏｔ。我们可以在ｓｍｄｋ２４１０的基础上进行Ｕ．ｂｏｏｔ的配置和编译１４２Ｊ。（１）新建开发板的相关目录和文件。在ｕ－ｂｏｏｔ．１．２．０／ｂｏａｒｄ／ｔ量ｌ录下新建文件央ｕｔｕ．ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，将ｓｍｄｋ２４１０下的文件全部复制进来，并将ｕ—ｂｏｏｔ－１．２．０／ｂｏａｒｄ／ｕｔｕ－ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ目录下的ｓｍｄｋ２４１０．ｃ改名为ｕｔｕ－ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ．ｅ。在ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇｓ目录下建立一个配置文件ｕｔｕ－ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ．ｈ，可以将ｉｎｃｌｕｄｅｄｃｏｎｆｉｇｓ／ｓｍｄｋ２４１０．ｈ直接复制为ｕｔｕ－ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ．ｈ。在顶层Ｍａｋｅｆｉｌｅ中增加两行：ｕｔｕ－ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒｃｏｎｆｉｇ：ｕｎｃｏｎｆｉｇ＠￥（ＭＫＣＯＮＦＩＧ）￥（＠：－ｃｏｎｆｉ９０ａｒｍａｒｍ９２０ｔｕｔｕ－ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒＮＵＬＬ然后在ｕ－ｂｏｏｔ－１．２．０／ｂｏａｒｄ／ｕｔｕ－ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ／Ｍａｋｅｆｉｌｅ中将ＣＯＢＪＳ：＝ｓｍｄｋ２４１０．Ｏｆｌａｓｈ．Ｏｓ３ｃ２４ｘ０３８⑧修改为：硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴｔｔＥ￥ＩＳＣＯＢＪＳ：＝ｕｔｕ．ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ．ｏｆｌａｓｈ．Ｏ（２）修改ＳＤＲＡＭＳＤＲＡＭ的初始化工作一般足在ｂｏｏｔｉｏａｄｅｒ的第一阶段完成的，我们需要在ｕ．ｂｏｏｔ．１．２．０／ｂｏａｒｄ／ｕｔｕ。ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ／ｌｏｗｌｅｖｅｌｉｎｉｔ．Ｓ文件中设置存储控制器。对于ＢＡＮＫ６主要是修改寄存器ＲＥＦＣＮＴ，对于其他ＢＡＮＫ，原来的设置刚好匹配无需修改。ＳＢＣ２４１０开发板的ＨＣＬＫ是１００ＭＨｚ，需要根据ＳＤＲＡＭ芯片具体参数重新计算寄存器Ｉ垣ＦＣＮＴ的值，并做如下修改：＃ｄｅｆｉｎｅＲＥＦＣＮＴｌｌ１３／＊ｐｅｒｉｏｄ＝１５．６ｕｓ．ＨＣＬＫ＝６０ＭＨｚ幸／修改为：＃ｄｅｆｉｎｅＲＥＦＣＮＴＯｘ４ｆ４／｝ｐｅｒｉｏｄ＝７．８１２５ｕｓ．ＨＣＬＫ＝１００ＭＨｚ幸／（３）支持网卡芯片ＣＳ８９００相对串口而言，使用网络可以大大提高文件的传输速度。Ｕ—ｂｏｏｔ支持网卡芯片ＣＳ８９００，它的驱动为ｄｒｉｖｅｒｓ／ｃｓ８９００．Ｃ。在友善之臂ＳＢＣ２４１０丌发板上，ＣＳ８９００接在￥３Ｃ２４１０的ＢＡＮＫ３上，在ｕ—ｂｏｏｔ．１．２．０／ｂｏａｒｄ／ｕｔｕ．ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ／ｌｏｗｌｅｖｅｌｉｎｉｔ．Ｓ文件中已经对存储控制器做了合理的设置。＃ｄｅｆｉｎｅＢ３ＴａｃＳ＃ｄｅｆｉｎｅＢ３＃ｄｅｆｉｎｅＢ３＃ｄｅｆｉｎｅＢ３＃ｄｅｆｉｎｅＢ３＃ｄｅｆｉｎｅＢ３ＴｃｏｓＴａｃｃＴｃｏｈＴａｂＴａｃｐ０ｘ０｜１０ｃｌｋ毒｜０ｘ３｜聿４ｃｌｋ毒｝０ｘ７／宰１４ｃｌｋ宰／０ｘｌｌｊｌＯｘＯｐｌｃｌｋ’｜０ｃｌｋ｜ｌ０ｘ３｜卑６ｃｌｋ毒｝０ｘ０｜’ｎｏｒｍａｌ’｜＃ｄｅｆｉｎｅＢ３ＰＭＣ另外还需要设置ＣＳ８９００的基地址，这也已经在ｉｎｃｌｕｄｅ／ｅｏｒｔｆｉｇｓ／ｕｔｕ－ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ．ｈ文件中做了正确的配置。ｏｎ－ｂｏａｒｄ・／ｒ＃ｄｅｆｉｎｅＣＯＮＦＩＧＤＲＩＶＥＲＣ：￥８９００ｌ＃ｄｅｆｉｎｅＣ￥８９００ＢＡＳＥ＃ｄｅｆｉｎｅＣＳ８９００ＢＵＳ１６０ｘ１９０００３００产ｗｅｈａｖｅａＣ￥８９００ｌ产ｔｈｅＬｉｎｕｘｄｒｉｖｅｒｄｏｅｓａｃｃｅｓｓｅｓａｓｓｈｏｒｔｓ＊／３９⑨硕士学位论文ＭＡＳｌ’ＥＲ‘ＳＴｔｌＥＳＩＳ最后，还要在ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇｓ／ｕｔｕ．ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ．ｈ中定义ＣＳ８９００的各个默认地址：＃ｄｅｆｉｎｅＣＯＮＦＩＧ—ＮＥＴＭＡＳＫ＃ｄｅｆｉｎｅＣＯＮＦＩＧ—ＩＰＡＤＤＲ＃ｄｅｆｉｎｅＣＯＮＦＩＧ—ＳＥＲＶＥＲＩＰ２５５．２５５．２５５．０１９２．１６８．１．２００１９２．１６８．１．１ｌ由于友善之臂ＳＢＣ２４１０实验板上的以太网与ＳＭＤＫ２４１０完全相同，可以直接使用／ｄｒｉｖｅｒ／ｃｓ８９００．ｃｆｉｌｌ／ｄｒｉｖｅｒ／ｃｓ８９００．ｈ这两个文件，这样就完成了对网卡芯片ＣＳ８９００的基本配置。（４）添加“ｎａｎ”等命令我们这里简要说明添加命令的主要过程。首先要在在ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｍｄｃｏｎｆｄｅｆｓ．ｈ中定义了所有Ｕ—Ｂｏｏｔ命令的标志位，然后在ｃｏｍｍｏｎ／ｃｍｄｃａｃｈｅ．Ｃ文件中实现命令代码，最后在ｉｎｃｌｕｄｅ／ｃｏｎｆｉｇｓ／ｕｔｕ．ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ．ｈ文件中打开ＣＯＮＦＩＧＣＯＭＭＡＮＤＳ选项的命令标志位１４３ｌ。这样就可以添加命令了。如此配置好之后，执行“ｍａｋｅ会生成ｕ．ｂｏｏｔ．ｂｉｎ文件。ｕｔｕ—ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒｃｏｎｆｉｇ＇’、‘＂ｍａｋｅａｌｌ”命令之后，就在本设计中，首次烧写ｕ—ｂｏｏｔ．ｂｉｎ义件是通过ＪＴＡＧ进行的。下面以Ｍｉｚｉ公司的ｓｊｆ２４１０为例，介绍利用ＪＴＡＧ接口对ＮａｎｄＦｌａｓｈ的烧写过程。（１）安装并口驱动ＧＩＶＥＩＯ．ＳＹＳ，具体步骤是将开发板光盘中的ＧＩＶＥＩＯ．ＳＹＳ文件拷贝到ＰＣ机Ｃ：＼ＷＩＮＮＴ＼ｓｙｓｔｅｍ３２ｋｔｒｉｖｅｒｓ目录下，选择控制面板下的“添加硬件”按提示添加一个新的硬件即可。（２）用ＪＴＡＧ接Ｌｉ电路板（有的地方称Ｗｉｇｇｌｅｒ小板，本设计中将此调试接口电路集成在开发板ＡＴ）连接ＰＣ机并口和开发板ＪＴＡＧ接Ｅｌ。（３）如图５—２所示，第一步，在ＸＰ系统的命令行中输入ｓｊｆ２４１０／ｆ：ｕｂｏｏｔ－ｂｉｎ命令，如果没有什么连接问题的话就可以探测到￥３Ｃ２４１０处理器，如图中所示探测到处理器的ＩＤ号为０ｘ００３２４０９ｄ；第二步，由于本系统硬件中的ＮａｎｄＦｌａｓｈ芯片是Ｋ９Ｆ１２０８所以选择０即选择对Ｋ９Ｓ１２０８编程，于是又探测到了Ｋ９Ｆ１２０８芯片；第三步，接着继续选０确认对Ｋ９Ｆ１２０８编程；第四步最后选Ｏ表示从地址０开始编程；约５分钟后，第五步，选择２退出，编程完成，这样ｕｂｏｏｔ．ｂｉｎ文件就成功下载到开发板上的ＮａｎｄＦｌａｓｈ芯片Ｋ９Ｆ１２０８中去了。削５－２迎过ｓｊｒ２４１０Ｆ载ｕ－ｂｏｏｔ刮Ｎ蛐ｄＦｉｓｈ立¨图５—３所示，重新肩动ｔＪ｜＝发板后，ＩＶ以通过超级终端看到如下结果ｌＯ－Ｂｏｏｔ１２０ｕｔｕｌｌｎｕｘｓ３ｃ２４ｉ０ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒＩＦｅｂ２０２０８９—１，１８２３）ｌ噼州６４岫｜Ｆｌａｓｈ．０蚰ｌＩ＊帅：Ｂ耐ｂｌｏｄ【ｔａｂｌｅｎｏｔｆｏ帅ｄｆｏｒｃｈｉｐ０ｌＢａｄｂｌｏｃｋｔａｂｌｅｎｏｔｆｏｕｎｄｆｏｒｃｈｌｅＢ１６‘Ｈ１Ｂｌ…ｈｒ…－ｂａｄｃｎｃｏｆＮ月ＨＤ．ｕｓｉｎｇｄｅｆａｕｌｉｅｎｖｉｒｏｔｉＮｅｎｔｌＩｎ一。。ｌｊＯｕｔｔｓｅｒｉａｌｊＥ丌・讣ｒｉａｌＪＨｉｔ∞ｙｋ…ｔｏｔｏｐａｕｔｏｂｏｏｔ。ｏ１ｕｔｕ—ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ＝＞＞＞圈５－３下载完ｕ－ｈｏｏｔ后通过超级终端显示的运行开发板的结果５，３移植内核到开发板Ｌｉｎｕｘ内核是操作系统的一个庞大而复杂的核心，它采用子系统和分层的思想进行了良好豹组织。如图５－４所示我们可以看到ＬｉｎｔＬｘ内核的系统调用接口、虚拟⑨硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ文件系统、内存管理、网络堆栈、进程管理等５个子系统和设备驱动程序、依赖于体系结构的代码等２个模块Ⅲ１。［二二二苎！二］．图５－４Ｌｉｎｕｘ内核的子系统（１）系统调用接口系统调用接口ＳＣｌ（ＳｙｓｔｅｍＣａｌｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ）层提供了某些机制实现从用户空问到内核空ｌ＇ＩｌＪ的函数调用。我们可以在．／ｌｉｎｕｘ／ｋｅｒｎｅｌ中找到有关ＳＣＩ的实现代码。（２）进程管理在操作系统内核中，进程可以再细分为线程，代表了单独的处理器虚拟化。在用户空间，通常使用进程这个概念，不过在Ｌｉｎｕｘ中并没有对进程和线程这两个概念进行区分。操作系统内核通过系统调用接口提供了一个应用程序编程接口（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇＩｎｔｅｒｆａｃｅ，ＡＰＩ）来创建一个新进程（可以通过ｆｏｒｋ、ｅｘｅｃ或ＰｏｒｔａｂｌｅＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＩｎｔｅｒｆａｃｅｆｏｒＵＮＩＸ【ＰＯＳＩＸ】函数），停止一个进程（可以通过ｋｉｌｌ、ｅｘｉｔ等函数），并在进程之间进行通信和同步。进程管理还包括活动进程之间对ＣＰＵ的共享。Ｌｉｎｕｘ操作系统内核实现了一种称为Ｏ（１）的调度算法，即不管有多少个线程在同时竞争ＣＰＵ资源，这种算法都可以在固定时间内进行操作，由它调度的多个线程所消耗的时问和调度一个线程所消耗的时问几乎是一样的。（３）内存管理操作系统内核所管理的另外一个重要资源就是系统的内存。内存是一般按照分页的方式进行管理的，对于本系统而言分页粒度是４ＫＢ。Ｌｉｎｕｘ内存管理部分包括了管理可用的内存的方式、物理内存和虚拟内存映射所使用的硬件机制。内存管理包含了为内核进程自身分配内存以及为用户进程分配内存两个方面，可以说，整个４２⑥硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴｔＩＥＳＩＳ系统性能的好坏很大程度上决定于如何有效的管理利用好宝贵的内存资源。内存管理模块需要要管理的不仅仅是４ＫＢ缓冲区，‘Ｌｉｎｕｘ提供了对４ＫＢ缓冲区的抽象，例如ｓｌａｂ分配器。这种内存管理模式使用４ＫＢ的缓冲区为基数，然后从Ｉ｝１分配结构，并跟踪内存页的使用情况，比如哪些内存页是完全使用的，哪些页面还没有完全使用，哪些页面完全为空等。这样就允许在该模式下根据系统需要来动态地调整内存使用。由于可能有多个用户同时使用内存，就可能会出现可用内存被消耗光的情况。为了解决这个问题，内存页面可以通过一定的算法移出物理内存并存放到磁盘中，这个过程就是内存页面的“交换”。Ｌｉｎｕｘ系统中与内存管理相关的源代码可以在．／ｌｉｎｕｘ／ｍｍ目录中找到。（４）虚拟文件系统虚拟文件系统ＶＦＳ（ＶｉｒｔｕａｌＦｉｌｅＳｙｓｔｅｍ）是内核中非常重要的一个方面，它为文件系统提供了一个通用的接Ｕ抽象。如图５．５所示，ＶＦＳ在ＳＣＩ和内核所支持的文件系统之间提供了一个交换层。厂，、＂ｖｉｒｔｕａｌＦｉｌｅＳｙｓｔｅｍ（ＶＦＳ）ｌ・ｌｌＢｕｆｆ矗ＣａｃｈｅｌｌＥｘｔ３。Ｉ．．．ｌ℃卜目ｌ卜ｃｌ／ＩＤ咖ｅ脚叮ｓＩ哪ｉｃ粕眦嚣图５－５虚拟文件系统在用户和文件系统之间提供了一个交换层在虚拟文件系统上面的一层，是对诸如ｏｐｅｎ、ｒｅａｄ、ｃｌｏｓｅ和ｗｒｉｔｅ等的函数的一个通用ＡＰＩ的抽象。而在ＶＦＳ下面则是文件系统抽象，它定义了上层各个函数的实现方式。有关文件系统的源代码可以在．／ｌｉｎｕｘ／ｆｓ目录中找到。在文件系统层之下的是缓冲区，它为文件系统层提供了一个通用的、与具体的文件系统无关的函数集。在这个缓冲区层将数据保留一段时间或者是随即预先读取数据以便在需要时就可用，这样优化了对物理设备的访问。缓冲区之下的是设备驱动程序，它实现了特定的物理设备的函数接口。４３⑧＼：：硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ／．（５）网络堆栈。网络堆栈在设计上沿袭了网络协议本身的分层的思想。ＩｎｔｅｍｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ（ＩＰ）协议是传输控制协Ｊ，．ｑ．（ＴＣＰ）ｑｚ面的核心网络层协议。ＴＣＰ层上面是ｓｏｃｋｅｔ层，它是通过系统调用接口进行调用的。ｓｏｃｋｅｔ层是网络子系统的标准应用程序接口，它为各种网络协议提供函数接口。从原始帧访问到ＩＰ协议数据单元，再到ＴＣＰ和用户数据报，ｓｏｃｋｅｔ层提供了一种标准化的方法来管理网络连接，且在各个终点问传输数据。在本系统的图像传输程序中，我们使用了大量的ｓｏｃｋｅｔ函数。内核中关于网络的源代码可以在．／ｌｉｎｕｘ／ｎｅｔ目录中找到。（６）设备驱动程序。与设备驱动程序相关的代码可以在．／ｌｉｎｕｘ／ｄｒｉｖｅｒｓ目录中中找到。Ｌｉｎｕｘ内核中有大量代码都属于各种设备的驱动程序，它们为各种硬件设备提供了驱动。Ｌｉｎｕｘ源码树提供了一个驱动程序子目录，在这个目录中包含了支持各种设备的驱动子同录，例如ｕｓｂ、ｖｅｄｉｏ、ｓｅｒｉａｌ等。（７）依赖于ＣＰＵ体系结构的代码。与ＣＰＵ体系结构相关的代码可以在Ｊｌｉｎｕｘ／ａｒｃｈ目录中找到。Ｌｉｎｕｘ内核很大程度上独立于所运行的计算机的体系结构，但是有些地方则必须考虑到ＣＰＵ体系结构才能正常操作并实现更高的效率。在．／ｌｉｎｕｘ／ａｒｃｈ子目录中定义了内核源代码中依赖于体系结构的相关代码，其中包含了各种特定于体系结构的子目录。对于本文来说，使用的是ａｒｉａ目录。５．３．１编译内核下面，我们介绍内核的配置和编译的整个过程１４５‘。（１）登陆Ｌｉｎｕｘ内核的官方网站ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｅｍｅｌ．ｏｒｇ下载Ｌｉｎｕｘ内核，本设计所用的是ｌｉｎｕｘ．２．６．１１．１．ｔａｒ．ｂｚ２。（２）解压内核文件，进入内核目录，执行ｍａｋｅｍｒｐｒｏｐｅｒ操作。这步操作的目的是清除原先配置、编译过程中残留在此目录下的．ｃｏｎｆｉｇ和．０文件，因此如果是第一次编译内核，那么这一步就可以省略，但是如果在实验的过程中已经编译过多次内核的话，这一步一定要，不然以后会出现很多小问题。（３）进行ｍａｋｅｍｅｎｕｃｏｎｆｉｇ操作，此步骤为配置内核参数的过程。该步是编译内核过程中最繁琐的一步。要选择诸多参数。我们可以首先使用ｍａｋｅｄｅｆｃｏｎｔｉｇ命令生成默认内核配置选项，然后使用ｍａｋｅｍｅｎｕｃｏｎｆｉｇ修改、添加所需的内核选项１４６１．选择的原则是将与内核其它部分关系较远且不经常使用的部分功能代码编译成为可加载模块，有利于缩减内核，减少内核消耗的内存。与内核关心紧密而且经常使用的部分功能代码直接编译到内核中。我们把本设计中所必须的关键配置进行简要说明，如图５石所示的是执行ｍａｋｅｍｅｎｕｃｏｎｆｉｇ操作后进入的内核参数配置图形界面。⑧砸士学位论文鱼型￡！塑Ｉ銎些鲤蛰：墓§§蛙：地｝型唑矬美！≥蛙自熊姿垒些鹾塑熊划蚕《函８基ｅ卧】ｅＥｄｉｔ坐刚ｌ刊ｌｍＩＴａｂ拦ｐ剐５６内核参数配拦Ｈ＿【＿善界而陶５７足配置山棱使之支持ＶｉｄｅｏｆｏｒＬｉｎｕｘ编羁’的界…削ｓ．７配苜Ｖｌｄｅｏ如ｒＬｉｎｕｘ图５８足配罱内核使之支持ＵＳＢ接口的界面。蚣互譬２兰．！垫鎏鲤幽：幽盥，些鲤些幽！些些堂芝薹固画画Ｈ５８配出２ＵＳＢ接口蚓５９足配置摄像头驱动的界㈨。甘、，ｏ；止曲。＾越蛳，Ｊ刈ｕｕ卫删卫蝴Ⅵ黜ｉｍ”ｋ捌避Ｊｈｂ出ｐ！ｌｌｅ耻ｔｍ吖ｌ卧ｌｍｌＡｒｒｏｗ１∞ｙｓ…髓ｔｅｔＩ∞…＜Ｅｎｔｅｒ＞ｓｅＩ啪ｅｌｂｍ…・＞ｍｌ倒ｅｏ＋７Ｎ＞ｅＭｌ州＊。ｍｚⅫ二ｚｈ鲥１ｅｔｔｅ…Ｉｎｔｌ．ｅ、＊ｅ７肚１日ｄｄａｒｌ２ｅｓｆｅａｔｕｒｅｓ｛ｏｒＳｅａｒｃｈＬｅ辨划。【ｑｒｒ日５ｓ驯＜７３Ｐｒ日Ｅｓ＜Ｅｓｃ＞＜Ｅ％＞㈣ｔ，‘７）ｆｏｒ瞻ｌＰ，“）ＭｕＩ—ｉｎ【】ｅＭＩ础ｄ＜Ｄ－卅ｍｅ（＞＞ｓＢＳＥ４０ｌ髓ＦｅＭ５ｔ∞ｐｏｒｔＫ）ｓＢｓＨｇｃＩｏｘＰＣＣｏｎｔｒｄｌｅｒｓｔｒＪ０ｐｏｒｔＫ＞Ｋ＞ＳＢｓｕｐｐｏｒｔＪＰＥＧＫ＞卯惜９６【昕】ｃＦ星—盏盏显函瓷箍ｋ盈墨匣囝匠衄ｓＢＳ＇Ｐ／６ＲＯ（Ｐ—ｍ）ｃａⅫｅｒａＤ璐ｌ¨ｏ出ｃ…ａ钟ｐｏｎＨｅｔ忡吨自ｄ帅ｔｅｒｓＣ槲ａ譬盏：等：…。ｌＳＢＳｅ““％聃ｒｔ盯婶”卜’幽５－９配置摄像头驱动（５）进行ｍａｋｅｄｅｐ操作。对内核原代码的文件进行完整性和依赖性进行检验，确保关键文件在正确的位置。伯１进行ｍａｋｅｃｌｅａｎ操作，清除一螳不必要的文件。ｆ７１执打ｍａｋｅｕｌｍａｇｅ后，将会在ｋｅｒｎｅｌ／ａｒｃｈ／ａｒｍ／ｂｏｏｔ口求Ｆ‘ｐ成ｕｌｍａｇｃ文什。５．３ｌ下载内核文件ｕｌｍａｇｃ到ＮａｎｄＦａｌｓｈ本节的主要工作是把已经生成的ｕｌｍａｇｃ文件Ｆ载到丌发扳的ＮａｎｄＦｌａｓｈ中去。ｆｉ－先，我们要在Ｐｃ机端开肩ＴＦ『Ｐ服务器软件ｔ邱ｄ州ｎ，可以在刚ｌ。搜索下域，提供有３０天的免费试用。然后把ｕｌｍａｇｅ文件拷贝到Ｄ：＼ｌｄｄｏｗｎｌｏａｄＦ并对ｔｆｌｐｄｗｉｎ进行帕荚设置，图５—１０是ｔｎ口ｄｗｉｎ运行后通过Ｔ盯Ｐ协议ｒ藏镜像３Ｚ｛＇ｔ瑚界面。重肩实验板，＆按键盘ｋ的空格链进入ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒＦ载模式。输入ｒｕｎｉｎｓｔａｌｌ—ｋｅｒｎｅｌ命令，稍等片刻就将｝ｉ｛核下载到ＮａｎｄＦｌａｓｈ中去了。如罔５－１ｌ所示，是在超级终端卜执行Ｆ载命令的界面。图５１１通过超级终端锰示的ｒ载内棱的过胖５５４４移植文件系统到开发板１制作ｙａｆｆｓ文件系统文件系统ｆｌ勺主要作闹是负责存储和管理文件，ｙａｆｆｓ文件系统是专门针对ＮＡＮＤＦＩ。ＡＳＨ设计的嵌入式文件系统，其英文全称为ＹｅｔＡｎｏｔｈｅｒＦｌａｓｈＦｉｌｅＳｙｓｔｅｍｌ４”。在构造一个文件系统的时候，应该遵循ＦＨＳ标准（ＦｉｌｅｓｙｓｔｅｍＨｉｅｒａｒｃｈｙＳｔａｎｄａｒｄ，文件系统层次标准１，在这个标准中定义了文件系统中目录和文件的分类存放的一些砸则””。为了简化Ｊｌ发过程，我们直接使月｛ＳＢＣ２４１０』Ｆ发板光盘上的ＦｒｉｅｎｄｌｙＡＲＭ／ＳＢＣ２４１０／ｒｏｏｔｄｅｆａｕｌｔ作为文件系统模板，略去繁杂的目录构建过程，将本设计需要用到的应用程序及相关文件拷贝到相关的目录叶１。ｆ１１将应用程序ｃｃｎｕ拷贝到ｕｓｒ，ｂｉｎ中去；（２）将ＨＴＭＬ代码ｊａｖａａｐｐｌｃｔ程序及拷贝到ｗｗｗ目录Ｆ；（３）在／ｅｔｃ下创建ｂｏａ目录，里面放入ｂｏａ的相关文件。接着，返回上层目录，运行／ｍｋｙａｆｆｓｉｍａｇｅ图如图５一１２所示。ｒｏｏｔ＿ｄｅｆａｕｌｔｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍｙａｆｆｓ。稍等片刻，便在此目录下生成了ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍｙａｆｆｓ文件。生成ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍｙａｆｆｓ文件的过程截繁盖蔷蔷黔缆皆幽丝些继虬——围ｓｍｂ・ｋｙａｆｆ＊ｉ…∞ｔ№ｆａ㈨ｆｔｔ㈨＊∞ｋ＾；ｎｏ口：／０｜ｇｔ／Ｆｒｉｅｄｌｙ＾ＲⅣｓ雌４１０５ｆｏｒＹＡＦＦ￥ｂａｈｔ％ｐ１７踟－ｋ日ｆｆｓ…岬ｂｍＩｍ《ｔ∞Ｉｙ５ｔ∞Ｎｆｈ｝…ｓｌｗｄ…ｔｏｒ¨忡ｔ—ｄｅｆａｕｌｔＩｎｔ。工Ｈ口ｆｉｌ…ｆｉｌ２５７，ｒｏ¨ｆ㈣ｔ／ｈｉ…ｍ…＂ｙ咖刚％ｒ舭ｆａｍｔｍ…ｎ／ｔ…ｓ州Ｌ＾ｔｏ”ｈ｛衄ｘ№｜Ｅｔｓｙｓｔ∞，ａｆｆｓ邕啦Ｉ刚∞『“ｔ☆ｆ。ｍｔ／ｈｉ删ｆ叫％ｔｓｙｌＩ，ｎ’●～ｕ５如ｗ∞Ｊｅ删．ｒ舢ｆａⅢｔ／ｂｉ√㈨ｉ５ｙ“ｌｍ¨ｂｕ＇灿２咖＊ｔ２６１．ｒ∞ｔ☆ｆａｍｔ／ｂＩ“ｋｎ∞＂…ｓｙ＿ｊｉｍｔｏ≈ｕＥ灿ｘｕｉ￥ａ蚴㈣２６２ｒｏ“☆ｈｍｔｎｌｊ，ｐ“…ｓｙ“１ｄ２祜，ｒ∞ｔ，№ｆａ“ｔｎｉｎ／ｆ…ａｂｕｏ加Ｆｉ…ｍｌ＾“～ｓ灿ｘ［ｕ…２６５…ｄｅｆａ“ｔ／ｈｉｒｄｔ……ｙ㈣ｉｎｋＣｂｊｅｃｔ蛳，ＦＯＯｔ＆ｆａｍｔ／ｈｉ叽｝咖…§ｏｌ】ｉｔ＆ｔｏ’ｂｕｓ＊ｏｘ“ａ．１ｔｏ’ｂⅥ灿ｘｔｏ！一０ｂｊｅｃｔ鲫，ｒ∞Ｌ☆ｆａｕｌｔ／ｈｉｎ／ｄｏ州１ｎ咖㈣．…耐ａｍｔ／ｈｉ“－ｍ…５ｐＩｌｎｋ衄ｘＨｔｏ饥灿ｒ咖蚴．ｒ∞ｔ＾ｆａｍｔ／ｂＬｏ／刊…５ｐＩＩｄ咖Ｋｔ抽，ｒ。。ｔ．ｄｈｆａｕｌｔ／ｈｉⅣＬｐｔｕⅣｄ…＂ｍ蚴∞ｔ抽．ｒｏｏｔ—ｄｅｆａｕｌｔ／ｂｌｎ／ｗａ州ｌ☆ｇｏ、ｕｓＣｏｚｘ咖删２７ｒｄＨＬ＾…”■ｌｎｑ㈣２７２ｒ∞ｔ＿ｄｏｆａｕｌｔｆｏｉａ／……ｉｔｕｓｍｒｔｏ、ｕｓ灿ｆ■ｆ，Ｉ】ｌＬｎｔｏ～ｕｓ＾ｏ＊“ｉｓ呦Ｅｔ拼，ｒ∞ｔ—村ａｍｔｎｌ“刚ｓｔｕ咖ｘ叫ｅｎ∞４．ｒｏｏｔ—ｄ搴ｆａｍ讪Ｉ“ｉＭｄｄｒ４叩Ｉｌ＾ｔｏ’ｕ￥灿ｒｒ。ｏｔ∞ｆａｍｔＡｌ“㈣ｓｇ州ｌ＾ｔｏ’∞灿ｒ１％山ｘ２７６，ｒｏｏｔ＊ｆａｍｔ／ｈｉ∥呲ｓｓⅢｌｎａ。州ｉ＾ｔｏａｒ∞ｔ．ｄｂｆａｕｌｔ／ｈｉｔｏ’∞＊ｏｆｔｏｌ｜１｜ｌ｜ｌ｛１｛ｌ｜ｆ日ｉｓ西Ｊｅｎ２７５ｇｂｊｗｔｔｔＪａＣｔａ叫ｅ“卵．呲＊ｈｍ似“ａｄ打圳＾＃ｄｌｎｔｏ、ｕｓ灿ｘ．ｚ＂．呲ｄｅｆａｕｌｔＡｉⅣｃ培ｐ…ｓ州ｌ“ｔｏ、ｕｓ灿ｘ．咖Ｅｔ［ｂｊＥｔ痂，ｒ。。ｔｄｇｆａｕＩｔ／ｈｉ“…ｓｓｙａｌｉ☆”ｂｍ如ｘ’叫哪∞１．ｒｏｎ自ｆａｍｔ／ｈｉ“ｎ舢ｉｔ∞衄ｘａｇｙ■ｌ＾ｔｏｚ？９，ｒ∞ｔｄｅｆａｕｌｔ／ｈｉⅣｅｃｈｅｉｓａ￥ｙＭｉｎｔｏ、ｍ＊ｏｘ丌ａａＦ州ｌｄｔｏ酗５一１２生成ｆｌｌｅｓｙｓｔｅｍｖａ侬文ｆｌ。的过群⑨硕士学位论丈ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＩＩＥＳＩＳ５．４．２下载文件系统到ＮａｎｄＦａｌｓｈ仿照５．３．１节的步骤，打开ｔｆｉｐｄｗｉｎ软件，把刚生成的ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍ．ｙａｆｆｓ文件拷贝到Ｄ：＼ｔｄｄｏｗｎｌｏａｄ下，重新启动开发板，长按键盘上的空格键进入ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ下载模式。输入ｒｕｎｉｎｓｔａｌｌ．ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍ命令，稍等片刻就将文件系统下载到ＮａｎｄＦｌａｓｈｌ｝ｌ去了。如图５．１３所示的是通过超级终端显示的下载文件系统的过程。ｕｔｕ－ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ＝＞＞＞ｒｕｎｉｎｓｔａｌｌ－ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍＴＦＴＰｆｒｏｌｓｅｒｕｅｒ１９２．１６８．１．２００：ＯＵＰＩＰａｄｄｒｅｓｓｉｓ１９２．１６８．１．１６８Ｆｉｌｅｎａｍｅ’ｆｉｌｅｓｖｓｔｅｍ．ｖａｆｆｓ’．Ｌｏａｄａｄｄｒｅｓｓ：Ｏｘ３０００００００ＬＯａｄ．１『ｌｇＨＨＨＨＨＨＨＨＨ＃ＨＨＨ＃Ｈ抖Ｈ＃ＨＨＨ＊Ｈ特Ｈ＃ＨＨＨ＊ＨＨ＃Ｈ＃ＨＨＨ捧Ｈ＃＊ＨＨ＃ＨＨ＃ＨＨＨＨ＊＃Ｈ抖特ＨＨ＃¨ＨＨＨＨ＃＊ＨＨ＃Ｈ＃＃Ｈ＃＊ＨＨ＃＃Ｈ＊＃ＨＨＨ＃ＨＨ＃ＨＨ＊Ｈ抖＃Ｈ＃Ｈ＃ＨＨＨＨ＃Ｈ＃Ｈ＃Ｈ＊Ｈ＃Ｈ＃ＨＨＨＨＨ＃ＨＨＨＨ抖＃Ｈ＃ＨＨＨＨＨＨＨ＃Ｈ＃件ＨＨＨＨＨ＃ＨＨ特ＨＨＨ抖ＨＨＨ＃ＨＨＨＨ＃ＨＨＨ＃ＨＨＨＨＨ＃ＨＨＨＨＨＨ＃ＨＨ抖ＨＨＨ＃＃ＨＨＨＨＨＨＨＨＨＨＨ＃ＨＨＨＨＨ＃ＨＨ＊ＨＨＨＨ＃Ｈ＊＊ＨＨＨＨ＃ＨＨ＃ＨＨ＃ＨＨＨＨＨ＃Ｈ¨ＨＨＨ＃＃ＨＨＨ¨ＨＨ＊Ｈ¨ＨＨ并ＨＨＨ¨Ｈ＃ＨＨＨＨＨＨＨ＃Ｈ件抖ＨＨ＃ＨＨ＃ＨＨ＃Ｈ¨特ＨＨＨＨ＊ＨＨＨＨ＃＃ＨＨＨＨ＊＃ＨＨＨ＃ＨＨＨ＃ＨＨＨＨＨＨＨＨ＃＃ＨＨ＃＃ＨＨ＃＃ＨＨＨＨ＃Ｈ＊＃ＨＨＨ＃Ｈ＊ＨＨ＃ＨＨ＃ＨＨＨ抖＃ＨＨＨ＃特＊ＨＨ持ＨＨＨＨＨ＃ＨＨＨＨＨ＃＊ＨＨＨＨＨ抖持ＨＨＨＨＨ＃ＨＨ抖ＨＨ＊ＨＨ＃ＨＨ体ＨＨＨ＃ＨＨＨＨＨＲＨ＃ＨＨ＊＊Ｈ＊ＨＨ＃ＨＨ恃ＨＨ＃Ｈ＊抖＃特Ｈ＃＃Ｈ＃ＨＨ＃＃＃＊ＨＨ＃Ｈ＃＃ＨＨＨＨ＃ＨＨＨＨＨ抖Ｈ＃ＨＨ＃Ｈ＃＊ＨＨ＃＃＃Ｈ抖Ｈ抖ＨＨＨ＃＃Ｈ＃Ｈ抖Ｈ＊ＨＨ＊ＨＨＨ＃ＨＨ＃＃Ｈ＃ＨＨ＃特图５－１３通过超级终端显示的＋卜．载文件系统的过样４９第六章总结与展望６１运行结果首先，我们通过超级终端运行服务器上的程序。在超级终端卜执行命令ＣｇＮｌｉ－－Ｓ６４０ｘ４８０－－Ｗ７０７０，如图６－１所示：Ｉ【ｒｏｏｔ勘ｔｕ—ｌｉｎｕｘ／】ＨｈｏｍｅＩｂｉｎｌｉｂｌｄｅｖｌｅｔｃ１ｉｎｕｘｒｃｌｓｌＯＳｔ＊ｆｏｕｎｄｍｎｔｐｒｏｃｒｏｏｔｕｓｒｖａｒｗｗ”ｇｂｉｎｔｍｐ｜【ｒｏｏｔｅｕｔｏ一１ｉｎｕｘ／】＊ＣＣｎＵｓ６＆ｇｘ４８９—ｗ７０７０ＣｌｒｌｃｔｏｓｔｏｐｌＷａｉｒｉｎｇ．ｆｏｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｆｆ”ｌ一蹦６－Ｉ在超级终端Ｐ肩动图像采集其中，ＣＣｎＵ为叮执行的应用程序，ｓ参数指定要输出的视频网像的大小，柯两种大小可以设置，分别为６４０ｘ４８０或３２０ｘ２４０；Ｗ参数为传输过柑Ｉ・要使刚的端¨，这里我们选择７０７０端口。然后，在客Ｊ１端的计算机１．打开ＩＥ浏览器，输入服务器地址１９２将硅示的视频图像截图如图６－２所示：１６８Ｉ１６８，口盈盈罱翟正峦匹岱羞盘墨墨墨基曩翌蜀宴豳赘醴疆暖瞬癌囊■蓝醴盛鲤西瞧菌曩ｉ幽ｊ”ｆ…＿－７＾ｘ…ｗｆ】一。｝●一ｌ－华－｝，州】予人节光ｆｉｉｒｆ，ｉ味Ｉ烈＇、蛤争说频船挣系统—ｏ”～１‘幽６－２监测剖的桃频削像⑨程。硕士学位论炙ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ６．２研究工作总结本文提出了一种基于￥３Ｃ２４１０的视频监控系统的解决方案。包括系统的硬件组成、视频驱动、图像采集与压缩、ｂｏａ服务器的构建、图像传输等软件的设计，并在友善之臂ＳＢＣ２４１０实验板的基础上，重点讨论了相关软件的设计思路和实现过首先我们讨论了基于Ｌｉｎｕｘ操作系统的驱动程序开发，讨论了ＵＳＢ摄像头驱动的层次结构并给出了摄像头驱动的设计要点，这里我们要注意利用可重用的代码，在现有驱动架构的基础上进行进一步的开发。其次，我们讨论了基于Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ的图像采集过程，为了能够让采集到的图像能够在网络上进行传输我们还给出了对原始视频图像进行ＪＥＰＧ压缩的过程，并给出了在网络上传输的思路：在服务器友善之臂ＳＢＣ２４１０实验板端，我们构建一个ｂｏａ嵌入式ｈｔｔｐ服务器：在客户端，我们使用了网页浏览器来进行访问，其中我们使用了平台无关性的ｉａｖａ技术。视频图像在网络上的传输中，我们使用到了ｓｏｃｋｅｔ编程接口。最后，我们讨论了ｕｂｏｏｔ的工作流程、ｋｅｒｎｅｌ的丰要部分和ｙａｆｆｓ的一些特点并构建了一个从ｕｂｏｏｔ、ｋｅｒｎｅｌ到ｙａｆｆｓ文件系统的整个软件系统。在交叉编译生成ｕｂｏｏｔ．ｂｉｎ、ｕｌｍａｇｅ和ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍ．ｙａｆｆｓ等镜像文件之后，首先用并口将ＰＣ机与友善之臂ＳＢＣ２４１０实验板相连，通过ｓｊｆ软件往ＮａｎｄＦｌａｓｈ中下载ｕｂｏｏｔ．ｂｉｎ；然后，在实验板能够运行起ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ之后，就可以通过ｔｆｔｐｄｗｉｎ软件使用ｔＲｐ协议来进行ｕｌｍａｇｅ和ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍ．ｙａｆｆｓ等镜像文件的下载或ｕｂｏｏｔ．ｂｉｎ的再次下载了，这样可以具有更快的下载速度。本系统的实现过程中涉及到了ＡＲＭ体系结构、嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统、图像压缩编码、网络编程及ｊａｖａ编程等多方面的知识内容。由于涉及到的范罔广、技术深，在实现过程中多处借鉴了前人的研究成果。６．３展望本文成功的设计并实现了基于Ｂ／Ｓ模式的视频监控系统，还存在许多不足，需要继续完善。进一步的工作应该包含如下几点：（１）本系统在具体实现的时候让友善之臂ＳＢＣ２４１０视频采集服务器和两台ＰＣ机客户端处于同一个局域网内，视频数据通过网线传输，在两台ＰＣ机上通过网页浏览器均可以直接访问。这样就实现了在小型局域网内的网络视频监控，如果要通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ访问摄像头采集的数据，在数据的传送过程中，需要对视频监控这类敏⑥硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ感信息的安全性作进一步的研究，防止被非法用户窃听、篡改和随意传播。（２）需要进一步实现云台的控制，增加摄像头的空间可视范围。（３）本设计目前只实现了通过网络进行实时视频监控，并没有考虑将视频图像采集后保存到磁盘中，供同后检阅，例如系统监控到了犯罪现场，将视频图像文件保存后作为日后指控罪犯的证据。这是一个重要并且实用的功能，在后续的研究中将会考虑到这点。（４）根据视频监控系统具体的用途来实现更加智能的监控，这是视频监控系统的一个重要的发展方向，它需要与图像识别技术相结合。例如在工业控制领域，如在烟草烘烤控制过程中，烟叶的颜色是烘烤工艺的～个重要参数，我们可以通过监视烟叶的颜色变化来自动实现烤房的通风、加热等相关操作。５２⑨【ｌ】１６５硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴｔｔＥＳＩＳ参考文献杨向东．智能视频监控技术的发展与红外技术的应用．中困公共安全，２００７，（５）：【２】【３】魏洪兴等．嵌入式系统设计师教程．北京：清华大学出版社，２００６许贵娟．有线电视监控系统的发展方向及相关技术．中国有线电视，２００４，（１８）：８１－８２【４】吴学智，戚玉华，林海涛．基于ＡＲＭ的嵌入式系统设计与开发一匕京：人民邮电出版社，２００７【５】熊江．三种嵌入式操作系统的分析与比较．单片机与嵌入式系统应用．２００３，（５）：１４￣１７【６】广州友善之臂科技有限公司．ＳＢＣ一２４１０Ｘ使用手册Ｖｅｒｓｉｏｎ０．９，２００４【７】【８】Ｓａｍｓｕｎｇ．￥３Ｃ２４１０Ｘ３２ｂｉｔＲＳＩＣｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ２００３ｕｓｅｒ’ｓｍａｎｕａｌｓＲｅｖｉｓｉｏｎｓ１．２，于明，范书瑞，曾祥烨．ＡＲＭ９嵌入式系统设计与开发教程．北京：电子工业出版社，２００６【９】ＣＳ８９００ＡＰｒｏｄｕｃｔＤａｔａｓｈｅｅｔｓ，ＣｉｒｒｕｓＬｏｇｉｃ．１９９９Ｓｔｄｌ１４９．１—１９９０．ＴｅｓｔＡｃｃｅｓｓＰｏｒｔａｎｄＢｏｕｎｄａｒｙＳｃａｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ【１０】ＩＥＥＥＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ．１９９０【１１】陈峰，李滨滔，戈志华．基于￥３Ｃ２４１０的嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统的构建．现在电子技术．２００７，（２４）：５５－５７【１２】宋桥，叶念渝，田俊．基于ｊａｖａ的嵌入式网络视频服务器．兵工自动化．２００６，（１１）：１４￣１７【１３】Ｃｏｍｐａｑ，Ｉｎｔｅｌ，Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ，ＮＥＣ．Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ１９９８ＳｅｒｉａｌＢｕｓＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＲｅｖｉｓｉｏｎ１．１．【１４】梁孔科，杨林楠，张丽莲．基于￥３Ｃ２４１０与Ｌｉｎｕｘ的ＵＳＢ驱动的设计．福建电脑．２００８，（４）：２￣４【１５】韦东山．嵌入式Ｌｉｎｕｘ应用开发完全手册．北京：人民邮电出版社，２００８【１６】张玉民，陈定方．Ｌｉｎｕｘ下ＵＳＢ驱动程序的设计与实现．湖北工业大学学报．２００７，（２２）：５３－５５【ｌ７】罗苑棠，嵌入式Ｌｉｎｕｘ驱动程序和系统开发实例精讲．北京：电子工业出版社，２００９【１８】自桦．基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的嵌入式视频监控系统接口设计．燕山大学硕士论文，２００７⑨【２０］Ｄｅｔｌｅｆ【２３１硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ【１９】冯伟，王博．嵌入式Ｌｉｎｕｘ案例开发指南．北京：中国电力出版社．２００８Ｆｌｉｅ９１．ＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇＧｕｉｄｅｆｏｒＬｉｎｕｘＵＳＢＤｅｖｉｃｅ．Ｄｒｉｖｅｒｓ．ｈｔｔｐ：／／ｕｓｂ．ＣＳ．ｔｕｍ．ｅｄｕ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｕｓｂｄｏｃ【２１】商斌．Ｌｉｎｕｘ设备驱动开发入门与编程实践．北京：电子．－Ｅ＿ｑｋ出版社．２００９【２２］ＺＣ０３０ＸＷｅｂｃａｍＬｉｎｕｘＤｒｉｖｅｒＰｒｏｊｅｃｔ，ｈｔｔｐ：／／ｚｃ０３０２．ｓｏｕｒｃｅｆｏ曙ｅ．ｎｅｔ／ｚｃ０３０２．ｐｈｐＪｏｎａｔｈａｎＣｏｒｂｅｔ，ＡｌｅｓｓａｎｄｒｏＲｕｂｉｎｉ，ＧｒｅｇＫｒｏａｈ—Ｈａｒｔｍａｎ．ＬｉｎｕｘＤｅｖｉｃｅＤｒｉｖｅｒｓ，Ⅲｒｄ【２４１ＡｌａｎＥｄｉｔｉｏｎ．Ｏ’Ｒｅｉｌｌｙ，２００６Ｃｏｘ．Ｖｉｄｅ０４ＬｉｎｕｘＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．ａｌａｎ＠ｒｅｄｈａｔ．ｃｏｒｎ，２０００ＫｅｒｎｅｌＡＰＩＲｅｆｅｒｅｎｃｅ．Ｖｅｒｓｉｏｎ０．１，１９９９【２５】Ｎｅｔｓｏｕｒｃｅ．Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ【２６１韩军．基于ＡＲＭ的仓库视频监控系统的设计和实现．现代电子技术．２００８，（２４）：４３－－－４４ｆ２７］林福宗．多媒体技术基础（第２版）．北京：清华大学出版社．２００２【２８］ＬａｒｒｙＤｏｏｌｉｔｔｌｅ，ＪｏｎＮｅｌｓｏｎ．ＢｏａＷｅｂｓｅｒｖｅｒ．Ｆｅｂ０３２０００【２９］李新峰，何广生，赵秀文．基于ＡＲＭ９的嵌入式Ｌｉｎｕｘ开发技术．北京：电子工业出版社．２００８【３０】ＪｅｒｅｍｙＧｒｏｕｐＢｅｎｔｈａｍ．ＴＣＰ／ＩＰＬＥＡＮ．Ｗ曲ｓｅｒｖｅｒｓｆｏｒｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｓ．ＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓＷｅｓｔｉｎＵＳＡ，２００２，１２（０６）：８３—１０２Ｂｏｗｄｅｎ．ＴｈｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＬｉｎｕｘ【３ｌ】ＷｅｎｊｉＷｕ，ＭａｔｔＣｒａｗｆｏｒｄ，Ｍａｒｋ【３２］Ｗ．ＲｉｃｈａｒｄＳｔｅｖｅｎｓ．ＵＮＩＸＮｅｔｗｏｒｋｉｎｇ—Ｐａｃｋｅｔｒｅｃｅｉｖｉｎｇ．ＣｏｍｐｕｔｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００７，３０（２）：ｌ０４４—１０５７ＮｅｔＷｏｒｋＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇＮｅｔｗｏｒｋｉｎｇＡＰＩｓ：ＳｏｃｋｅｔｓａｎｄＸＴＩ．２ｎｄＥｄｉｔｉｏｎ．ＰｒｅｎｔｉｃｅＨａｌｌ．２０００【３３】ＪｏｎＰｏｓｔｅｌ．ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔｏｃ０１．ＲＦＣ７９３，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ１９８１ｆ３４１徐千洋．ＬｉｎｕｘＣ库函数详解词典．北京：机械工业；ｌ｛Ｊ＿；反社．２００８【３５】Ｗｒｏｘｐｒｅｓｓ．创建基于ａｐｐｌｅｔ的播放器．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｂｍ．ｃｏｍ／ｄｅｖｅｌｏｐｅｒｗｏｒｋｓ／ｃｎ／ｊａｖａ／ｊ—ｍｐｅ９４／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ【３６１李超，肖健．嵌入式Ｌｉｎｕｘ开发技术与应用．北京：电子工业出版社．２００８【３７】刘晓辉，张剑宇，张栋．网络服务搭建、配置与管理大全（Ｌｉｎｕｘ版）．北京：电子工业出版社．２００９【３８】詹荣开．嵌入式系统ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ技术内幕ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｂｍ．ｅｏｍ／ｄｅｖｅｌｏｐｅｒｗｏｒｋｓ／ｃｎ／ｌｉｎｕｘ／ｌ－ｂｔｌｏａｄｅｒ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ【３９１阙大顺，杜玮，岳鹏．ＶＩＶＩ在￥３Ｃ２４１０上的移植研究．武汉理工大学学报．２００７，２９（１２）：４７－５０【４０】许信顺，贾智平．嵌入式Ｌｉｎｕｘ应用编程．北京：机械工业出版社．２００７【４１１曲翠翠，田书林．基于￥３Ｃ２４１０Ａ和Ｌｉｎｕｘ引导加载程序的实现．自动化信息，⑧＼：：：：／硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ２００７，（１０）：５８～６０【４２】华清远见嵌入式培训中心．嵌入式应用程序开发标准教程．北京：人民邮电出版社．２００９【４３】孙纪坤，张小全．嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统开发技术详解一基于ＡＲＭ．北京：人民邮电出版社．２００６【４４】Ｌｉｎｕｘ系列教材编写组．Ｌｉｎｕｘ操作系统分析与实践．北京：清华大学出版社．２００８【４５】李晶，赵小强，范九伦．嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统移植技巧．现代电子技术．２００８，（２４）：４０＾叫４２【４６】河秦，王洪涛．Ｌｉｎｕｘ２．６内核标准教程．北京：人民邮电出版社．２００８【４７】ＹＡＦＦＳＤｉｒｅｃｔＵｓｅｒＧｕｉｄｅ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｙａｆｆｓ．ｎｅｔ／ＨｉｅｒａｒｃｈｙＳｔａｎｄａｒｄ．【４８】ＲｕｓｔｙＲｕｓｓｅｌｌ，ＤａｎｉｅｌＱｕｉｎｌａｎ，ＣｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒＹｅｏｈ．ＦｉｌｅｓｙｓｔｅｍＪａｎｕａｒｙ２８２００４⑨多。硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ致谢在本论文完成之际，我也即将告别生活了７年之久的桂子山。我从一个懵懂无知的少年，经过在华中师范大学的麽练，不断成长不断进步，其中要感诩｝的太多太感谢我的导师张国平先生，您严谨的治学态度、深厚的理论功底和踏实的工作作风给了我极大的影响，值得我用…尘的时间去继续品味，继续学习。感谢师兄孔德鹏博士，潘栋学弟，我们一起为项目研究而通宵达旦的经历至今令人难忘。感谢丁玉斌、陈柳、陈明宏、刘洋、李卿、夏洪星等几位博士给我的帮助和支持，特别是丁玉斌和陈柳博士，你们在我的毕业论文写作过程中给了我非常有价值的参考意见。感谢张漫、熊丽萍、张玉姣、王锐等几位同学，我们一起度过了研究生３年这段愉快的时光。感诩｜李小明、陈若兰、陈静、曾程、张文华、吴困燕、潘玲、杨雯、梅小光等师弟师妹，在实验室的学习和生活，让我们结下了深厚的友谊。感谢我的好友胡小勇、黄东、下亮以及更多我无法逐一列ｆＩ｛名字的朋友，三年时间，我们结成了手足般的友谊，感谢你们的帮助和陪伴，让我的研究生生活充满了幸福美好的回忆。感谢我的父母兄长，多年来你们为了培养我成才无私奉献，在物质上支持我，在精神上也给了我莫大的鼓舞。最后，衷心地感谢为评阅本文而付出辛勤劳动的各位评委老师并深深祝福所有关怀和帮助过我的人！吴军勇２００９．５．３于桂子山