嵌入式和码分多址实现远程视频监控系统.docx

嵌入式和码分多址实现远程视频监控系统引言嵌入式远程视频监控系统就是充分利用CDMA无线网络技术和嵌入式系统的特点而搭建的数据传输系统，例如车载视频监控系统、交通路口(车牌实时监视)及城市路灯的监控等。1 嵌入式Linux系统嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机系统，目前嵌入式系统已经无处不在，从汽车、家用微波炉、PDA(个人数字助理)、电视机、到工控生产现场、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品方面，都能发现嵌入式系统的踪影。Linux本身作为一个桌面系统，其最大的特点是操作系统源代码公开并且遵循GPL协议，其内核采用模块化的设计，易于裁减，特别适合嵌入式系统的小型化要求，在嵌入式系统中占据了半壁江山。本监控系统选用的处理器是SAMSUNG公司的一款中高端ARM9内核的CPU-S3C2410，其内建有MMU(内存管理单元)，主频可达到 203MHz，运行嵌入式Linux2.4系统正好如鱼得水，不但保持了嵌入式系统小型化、低功耗、易携带的特点，又充分利用了Linux系统的内存、文件、线程管理功能，大大方便了程序的开发和程序中多任务功能的实现。2 监控系统结构监控系统一般可分为实时监控和触发模式监控两种，可以根据具体的情况设计合适的监控方式，如果采用实时监控，将占用较多网络资源，成本相对较高，采用触发模式的运行成本较低，这里采用触发模式，监控系统结构见图1。当遇异常情况后，触发监控终端拍摄图片，同时其内部的嵌入式控制模块和 CDMA模块协同运作，完成Internet的接入(包括拨号、PPP和 CTP/IP协议的处理等)，并把拍摄到的图片数据经打包后发送给控制中心主机，或发送给指定的E-mail地址，控制中心主机登录到Internet上后运行服务器端软件就可以浏览由监控点发来的图片。3 硬件系统设计要能够正确运行一个操作系统，硬件方面至少应该包括CPU、内存和固态存储器、系统内部总线以及外设接口，具体硬件系统结构见图2。SAMSUNG公司的S3C2410 CPU具有3个UART、1个RTC和触摸屏接口，还具有I2C总线、USB Host、USB Device等接口，充分满足了系统的需要，而且性价比极高，是一个很不错的选择。由于剪裁后的Linux系统所占得存储空间非常小(只有几MB)，我们选择Nor Flash作为固体存储器，型号是E28F128J3A150，容量为16MB，通过16位数据总线与CPU交换数据，并利用其上端8MB空间(00800000H-00ffffffH)开辟了一个jffs2文件存储系统，存储系统的配置文件。64MB的SDRAM为2片K4S561632C，通过32位数据总线与CPU交换数据。通过MAX3232C电平转换芯片和RTL8019网络芯片转换成一个RS-232接口和一个以太网接口，用串口线和以太网网线与PC机相连，组成可以交叉编译的开发环境。通过CPU上集成的USB Host接口直接与USB摄像头连接，考虑到监控与控制模块接口的要求，选用USB1.1接口的红外线摄像头。通过CPU上集成的UART接口直接与CDMA Modem模块相连接，选用价格适中的AnyData公司的DTGS-800 CDMA模块。4 软件系统设计 4.1 控制终端程序设计控制终端软件的核心是嵌入式Linux操作系统，一切功能的实现都基于 Linux操作系统完成，Linux本身作为一个桌面系统，进入嵌入式操作系统领域时，需要解决的问题主要包括硬件支持、提供二次开发的环境以及小型化(裁减内核)等，小型化的目的是在满足操作系统基本功能和用户特定需要的情况下，使内核尽可能小，作为一个操作系统，Linux内核主要负责程序的管理与调度、内存的管理及对外设的驱动和管理等，由于Linux内核采用模块化的设计，很多模块可以独立地加载或卸载，所以小型化就是对Linux内核重新编译，在编译时仔细地选择嵌入式设备所需要的功能模块，同时删除不需要的功能，这里只需要串口驱动、USB摄像头接口驱动(包含USB Host，USB Core和USB Device)还有拨号网络应用，还要支持PPP、TCP/IP网络协议，其他都可以删除掉，使系统运行所需要的内核显著减小至1Mb以内。具体程序设计包括Bootloader启动代码、设备驱动程序(USB摄像头接口驱动程序、串口驱动程序)、拨号、PPP及TCP/IP协议处理，监控接收转发控制程序等。控制流程如图3所示。a)系统加电后复位。b)Bootloader初始化CPU、SDRAM、分配地址空间等。c) Bootloader把Linux内核的压缩文件解压到SDRAM中，同时把控制权从Bootloader移交到Linux。Linux的内核有两种运行方式可供选择。可以在Flash存储器上直接运行，也可以加载到内存中运行。Flash存储器运行方式就是把内核的可执行映像烧写到Flash存储器上，系统启动时从Flash存储器的某个地址开始运行内核，进入SDRAM继续运行，这种做法能减少内存需要，实际上很多嵌入式系统都采用这种方法，内存加载方式把内核的压缩文件存放在Flash存储器上，系统启动时自动读取压缩文件并在内存中解压，然后开始执行，这种方式相对较复杂，但运行速度更快，我们采用的就是这种方式。d)开始执行SDRAM中的代码，Linux内核初始化，完成堆栈，中断的分配等。e)加载串口驱动模块和USB摄像头驱动模块，完成串口和USB口的初始化。f)运行PPP拨号程序，通过CDMA网络与Internet进行连接，在Linux下的PPP包是专门为解决Modem拨号上网问题而编写的，并且是公开源代码的，PPP拨号脚本程序主要是通过调用pppd和chat这两个应用程序，并通过AT指令实现对Modem的操作。至此，已经建立了从图像采集到图像传输的完整的嵌入式监控系统，但是，作为一个嵌入式操作系统，他是为某一专门的用途而设计的。运行不同的用户应用程序，就可以实现用户要求的不同功能，生动地体现了嵌入式系统的灵活性。我们运行的用户程序是一个无限循环的过程，控制终端在不断等待拍照请求，通过比较识别认为有请求后，CPU通过USB摄像头驱动控制摄像头拍照，同时接收图片并发送控制中心，或通过SMTP协议，发送到指定的Email地址，完成一次请求。4.2 控制中心服务器程序设计服务器端软件实现的主要功能是接收、保存和重显由嵌入式终端发送过来的监控图片，控制中心主机通过拨号、带宽上网等方式登录到Internet上，注意必须申请一个静态IP地址，使主机每次登录到Internet所获得的IP地址(互联网IP地址)不变，主机登录Internet后，即可运行服务器端软件，服务器端程序设计主要包括网络通信、接收图片、保存图片、即时重显图片和察看图片，用户通过此软件可以方便地浏览由控制终端发来的图片。另一种方案是不设置控制中心服务器，控制终端抓怕到的图片直接发送到指定的Email地址，这种方案容易管理，只需定期查收Email，清除Email存储空间即可，运行成本很低，但可靠性差。5 结束语利用无线网络与IT技术对传统监控领域进行革新，是市场的需要，在这个过程中，嵌入式系统因其体积小、处理能力