基于ARM9视频监控系统的设计课程设计论文文档格式.docx
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S3C2440A
图1-1ARM监控系统整体设计原理框图
视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。
视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。
嵌入式视频监控系统是以应用为中心、软硬件可裁减的、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积等综合性严格要求的专用计算机系统，亦即为监控系统量体裁衣的专用计算机系统。
嵌入式视频监控系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。
在视频监控上的嵌入式应用将是视频监控领域的一个重要发展方向。
该系统的处理器采用的是三星公司的ARM9芯片S3C2440,它采用ARM920T内核的32位处理器。
主频为400MHz，最高可频率可达到533MHz，通过在目标机上运行Linux操作系统，搭建嵌入式视频服务器，接收摄像头采集的视频数据，进行数据压缩和编码，再由DM9000E以太网控制器发送至远程客户端，实现视频数据的网络传输。
1.3ARM监控系统所需的硬件及软件
1.3.1硬件配置
1.串行接口：
一个五线异步串行口、一个UART扩展接口
2.SamsungS3C2440A（CPU处理器）
3.在板64MSDRAM
4.一个USBHost接口
5.一个USBSlaveB型接口
6.JTAG接口
7．USB摄像头接口
8.IIC接口
9.DA1961E以太网接口
10.USB摄像头
1.3.2软件配置
1.VWware虚拟机软件
2.linux操作系统
2.交叉编译（cross-compilation）环境
3.linux设备驱动程序
4.bootloader（引导加载程序）
第二章ARM监控系统实现步骤及部分截图
2.1在PC机Windows操作系统下安装VWware虚拟机
虚拟机是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能，并且能运行在一个完全隔离的环境中完整的计算机系统。
通过虚拟机软件，可以在一台物理计算机上模拟出一台或多台虚拟的计算机，这些虚拟机完全就像真正的计算机，可以在虚拟机中安装操作系统、应用程序、也可以通过虚拟机访问网络资源等等。
对于用户而言，它只是运行在个人PC上的一个应用程序，而对于在虚拟机中运行的应用程序而言，它就是一台真正的计算机。
安装宿主机上的操作系统可以有两种方式。
第一种方式是直接在“裸机”上安装FedoraCore10，安装完成后计算机上只有FedoraCore10操作系统。
这种方式下FedoraCore10直接操控计算机的硬件，系统的任何反应都是FedoraCore10的直接反应。
但是，对于习惯Windows的用户而言，这种方式操作起来会有些困难，毕竟FedoraCore10与Windows是两种完全不同的操作系统。
第二钟方式是现在计算机上安装Windows操作系统，再在Windows下安装虚拟计算机软件，如VWware等，然后在虚拟机下安装FedoraCore10。
这种方式安装完成后，FedoraCore10只隶属于Windows下的一个软件，启动虚拟机之前的所有操作与Windows下的其他操作都是一样的。
鉴于Windows的盛行，本文选择后一种方式。
具体步骤：
新建虚拟机→自定义→workstation6→linux:
otherlinux2.6.XKernel→命名该虚拟机并选择安装位置→处理器数量：
1→内存大小推荐512M→使用桥接网络→I/O适配器的选择→创建两个新的虚拟磁盘→选择磁盘类型：
IDE→设定磁盘大小：
8G/5G→设定磁盘文件的名字→完成。
此事就完成了VMware[12]的安装。
本文以2.6版本的linux为平台安装fedora10操作系统，安装完成后如图2-2
所示：
图2-1安装虚拟机
图2-2虚拟机安装完成后的界面
2.2安装及配置操作系统FedoraCore10
完成虚拟机安装后，选择Linux平台开发工具包中的文本文档readme并选择如图2-3中的两行粘贴到Redhat9的下载列表中。
启动虚拟机，如图2-4。
向虚拟机中倒入Linux。
如图2-5选择适当linux版本作为目标平台，如图2-6选择适当虚拟机内存，设置网络为桥接。
在虚拟机设置完成后会进行linux自动安装，但要终止安装进行其他设置。
在新建一磁盘用于存放数据如图2-7，之后启动虚拟机进行FedoraCore10的安装。
添加所有系统自带软件，添加完成后会出现如图2-8所示界面。
图2-3选择位置
图2-4启动虚拟机界面
1.将所需要的工具instsrv.exe和srvany.exe放在一个文件夹内，在这我放在d:
\tools中吧。
2.需要了解vmware.exe的安装路径，以本机为例：
D:
\VMwareWorkstation\vmware.exe
要启动的虚拟机配置文件路径，我的2003虚拟机的配置文件windows2003.vmx的路径是D:
\vmare\windows2003\windowsserver2003.vmx
3.新建服务
假设服务名为vm_autostart，所以我的命令行是：
instsrvVM_AutoStartD:
\tools\srvany.exe
4.注册服务
在注册表中，定位到HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\vm_autostart
新建项：
"
Parameters"
在"
项里面，新建字符串"
Application"
，
字符串的值：
\VMwareWorkstation\vmware.exe"
-x"
\vmare\windows2003\windowsserver2003.vmx"
图2-5选择linux:
otherlinux2.6版本
本系统选择linux:
otherlinux2.6版本，如图2-5，点击下拉菜单，找到linux:
otherlinux2.6版本，选择该版本。
图2-6设置虚拟内存
图2-6用于设置虚拟机管理的磁盘大小。
为了给虚拟机留出足够的磁盘空间，我们设定磁盘大小为20G，设置情况如图2-6.
注意：
内存：
为虚拟机设置的内存大小不要小于实际的物理内存大小。
图2-7磁盘分区
图2-8操作系统安装完成
重新登陆后修改系统文件，如图2-8
图2-8修改系统文件
之后重新登录进行虚拟机的工具安装，如图2-9，以完成FedoraCore10与Windows之间的信息传递
图2-9虚拟机的工具安装
按如图2-9进行FedoraCore10网络功能的测试，测试完成后出现如图2-10界面，即完成FedoraCore10的安装。
图2-9网络功能的测试
图2-10FedoraCore10安装完成
2.3建立交叉编译环境
交叉编译是指在某个主机平台上（比如PC上）生成可在其他平台上（比如ARM上）运行的可执行代码
而要进行交叉编译，就必须要在宿主机平台上安装对应的交叉编译工具链（crosscompilationtoolchain），然后用安装好的交叉编译工具链编译源代码，最终生成可在目标机上运行的可执行程序。
本系统是在LinuxPC上，使用arm-linux-gcc编译器，编译出针对Linux内核的ARM平台上的可执行文件。
下面是建立交叉编译环境的步骤：
在LinuxPC上，打开终端，使用命令#tarxvfjEABI_4.3.3_EmbedSky_.tar.bz2将下载好的交叉编译工具解压，然后使用#gedit/etc/profile打开并修改profile文件，添加如图2-11的第21句，使用#source/etc/profile使交叉编译器生效：
图2-11建立交叉编译环境
2.4移植引导加载程序
bootloader（引导加载程序）是系统加电后运行的第一段代码。
嵌入式系统中的bootloader相当于PC机中的BIOS。
通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。
大多数bootloader都包含两种不同的操作模式，一种是启动加载（bootloading）模式，在这种模式下，bootloader从目标机上的某个固态存储器设备上将操作系统加载到RAM中运行，整个过程并没有用户的介入。
这种模式是boot-loader的正常工作模式，另一种是下载（downloading）模式。
在这种模式下，目标机上的bootloader将通过串口或网络等通信手段从开发主机（host）上下载内核映像和根文件系统映像等到RAM中。
然后可以再被bootloader写到目标机上的固态存储介质上。
#tarxvfj/mnt/hgfs/Linux/u-boot-1.1.6.tar.bz2-C/解压u-boot源码，
在U-Boot的顶层目录的Makefile文件中定义了所有开发板的配置选项，首先应该为开发板添加新的配置选项，参照TQ2440的配置，加入如下语句：
tq2440_config:
unconfig
@$（MKCONFIG）$（@:
_config=）armarm920ttq2440NULLs3c24x0
开发板配置选项中各项的含义如下：
arm：
表示CPU的架构是ARM体系结构。
arm920t：
表示CPU的内核类型，对应cpu、arm920t子目录。
NULL：
这位用于表示开发商者或经销商。
S3c24x0：
片上系统定义。
使用#maketq2440_config配置u-boot。
配置好后使用makeCROSS_COMPILE
=arm-linux-命令编译得到u-boot.bin的镜像文件，将其烧写到开发板。
2.5移植linux内核
嵌入式操作系统Linux用C语言写成，技术上说Linux是一个内核。
“内核”指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。
一个内核不是一套完整的操作系统。
一套基于Linux内核的完整操作系统叫作Linux操作系统
Linux内核移植：
执行#tarxvfj/mnt/hgfs/Linux/Linux-2.6.30.4.tar.bz2-C/解压下载好的内核文件，其中/mnt/hgfs/Linux是虚拟机与PC的共享文件。
解压后进入到内核源码，修改Makefile文件添加对ARM的支持，具体如下：
ARCH=arm
CROSS_COMPILE=arm-linux-
CC=arm-linux-gcc
使用#makemenuconfig命令进入配置单添加对EABI的支持，修改后保存为.config文件，修改完成后执行#makezImage编译内核源码，编译完成后，在内核源码的arch/arm/boot/目录下会生成镜像文件zImage,将这个文件烧写到开发板。
Linux内核移植完成后将出现如图2-12所示界面。
图2-11Linux内核移植
2.6配置驱动程序
TQ2440开发板支持市面上常见的中芯微芯片的USB摄像头，当接入USB摄像头后。
终端会显示出如图2-12信息，同时在“/dev”目录下会出现设备名“/dev/v4l/video0”
但应该注意：
操作系统Linux使用虚拟文件系统作为统一的操作接口来处理文件和设备。
与普通的目录和文件一样，每个设备也使用一个VF-Sinode来描述。
对设备的操作也是通过对文件操作的file-operation结构体来调用驱动程序的设备服务子程序。
所以，在进行Linux内核配置时应修改相应设备管理目录下的摄像头文件，使其处于可见状态。
图2-12接入USB摄像头后出现的界面
摄像头属于视频设备，在Linux内核中，VideoforLinux（简称V4L）是关于视频设备的驱动标准[18]。
这个标准为应用程序定义了一系列的接口函数，内核、驱动和应用程序都是依靠这个标准来进行交流。
摄像头的I/O控制是依靠V4L提供的read、open、ioctl[19]等应用程序接口实现。
在编译器部分，将Linux下的摄像头驱动程序中Makefile文件中相关行修改为CC=／opt／host／armv41／bin／armv41．unknown．gcc．1inux，修改Con-fig．in文件，这样在配置内核的时候才可以看见驱动程序的名称。
同时对下列与处理器相关的部分进行修改，即可实现对S3C2440A的USB驱动的移植。
在PC的终端执行#makemenuconfig命令添加对ZC301P摄像头的支持：
<
*>
ZC3XXUSBCameraDriver
USBZC301PImagesProcessionandControlChipsupport
修改后使用#makezImage重新编译内核镜像，将内核镜像移植到开发板。
实现视频采集后，还需要把采集到的图像数据压缩后经由网络传送出去，所以还要在此基础上建立基于socket的网络服务器，用来完成客户端与服务器二者之间的数据通信。
该系统中视频数据的网络传输是基于TCP协议来实现，前端嵌入式机作为视频服务器负责视频采集并建立好TCP服务器，等待客户端的连接；
客户端做好一系列初始化工作后，主动连接服务器，得到应答后建立连接接收压缩视频数据并实时显示，同时可以根据用户的要求进行实时或定时保存图像或者视频文件。
最后，在虚拟机中打开用户终端，输入设备驱动程序后将会启动摄像头采集视频信息，即完成视频监控，如图2-13所示。
图2-13监控系统采集到的视频信息
第三章设计总结
通过历时两周的《生产实习》这门课程的学习，给我最大的感受就是要在老师的指导下学会学习。
刚开始我觉得ARM对于我们这一组来说纯粹是零基础，以前都没有学习过。
但是在我们不断到图书馆查找相关知识和网上学习后，我们逐渐学会了嵌入式操作系统和TQ2440A的使用，并可以完成视频监控。
本文将嵌入式系统技术应用到网络视频监控系统中，设计了一款基于Linux和S3C2440A的低成本的网络视频采集传输系统，主要完成了arm开发板外围电路的设计；
Bootloader的启动分析以及在开发板上的移植；
嵌入式Linux在arm9平台上的剪裁和移植；
USB摄像头在Linux下的驱动配置；
基于V4L的视频采集程序的设计。
服务器程序和客户端程序的设计；
实现了数据的网络传输；
对视频数据进行编解码，并进行连续播放；
对系统在实验环境下进行整体测试。
Internet的发展为嵌入式系统的发展提供了一个良好的机会,也提出了许多严峻的挑战。
网络能力将会成为未来嵌入式系统的必需。
各种嵌入式的网络应用软件将会广泛使用。
嵌入式系统的发展又为嵌入式操作系统的发展提供动力[10]。
基于Internet的视频图像传输系统现在在各个领域正发挥着重要的作用,并有来越多的厂商投身于这个领域,随着视频压缩技术的发展、网络传输能力的不断增强,网络视频的优越性会逐步体现,相信嵌入式网络视频服务器的应用会更为广泛。
参考文献
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航空航天大学出版社,
[12]天嵌科技．基于linux的视频采集[M]．2006
附录
程序源代码：
mjpg_streamer.c
#include<
stdio.h>
stdlib.h>
unistd.h>
string.h>
linux/videodev.h>
sys/ioctl.h>
errno.h>
signal.h>
sys/socket.h>
arpa/inet.h>
sys/types.h>
sys/stat.h>
getopt.h>
pthread.h>
dlfcn.h>
fcntl.h>
syslog.h>
#include"
utils.h"
mjpg_streamer.h"
/*globals*/
staticglobalsglobal;
/******************************************************************************
Description.:
Displayahelpmessage
InputValue.:
argv[0]istheprogramnameandtheparameterprogname
ReturnValue:
-
******************************************************************************/
voidhelp（char*progname）
{
fprintf（stderr,"
-----------------------------------------------------------------------\n"
）;
Usage:
%s\n"
\
"
-i|--input\"
input-plugin.so>
[parameters]\"
\n"
-o|--output\"
output-plugin.so>
[-h|--help]........:
displaythishelp\n"
[-v|--version].....:
displayversioninformation\n"
[-b|--background]...:
forktothebackground,daemonmode\n"
progname）;
Example#1:
ToopenanUVCwebcam\"
/dev/video1\"
andstreamitviaHTTP:
%s-i\"
input_uvc.so-d/dev/video1\"
-o\"
output_http.so\"
Example#2:
ToopenanUVCwebcamandstreamviaHTTP
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