基于嵌入式Linux的网络视频监控系统研究

1、武汉理工大学硕士学位论文基于嵌入式Linux的网络视频监控系统研究姓名：郑磊申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：郭顺生20090301摘要和嵌入式系统都是计算机技术领域中的研究热点，两者的结合，为它们开辟了新的发展空间。由于其源代码公开、内核精简、支持多种硬件平台、网络功能强大等特点，是如今嵌入式领域使用比例最高的操作系统，视频监控系统正是其应用之一。随着电子技术，多媒体技术及网络技术快速发展，视频频监控系统正在向嵌入式，数字化，网络化方向发展。嵌入式网络视频监控系统融合传统视频监控技术和现代信息技术为一体，和当前世界信息技术的发展紧密相连，其核心部分就是一个可以直接连入以太网的视频

2、设备，提供实时的视频数据采集、压缩和传输的功能。本文分析总结了视频监控系统的发展历程和研究现状，围绕如何完成网络视频监控的目的，提出了一种以嵌入式和微处理等主流技术为基础的通用性强且成本低的网络视频监控解决方案，具有广泛的应用价值。在硬件方面，采用三星公司的系列嵌入式处理器￥及其外围设备构成系统的硬件核心。在软件方面，建立了系统的软件开发环境，包括交叉编译环境的建立、内核的移植等。在嵌入式平台上实现了摄像头驱动程序的开发，并基于模块提供的编程接口（）完成了视频数据的采集；选取视频压缩标准作为系统的视频压缩算法，以编码器模型为基础实现了视频数据的压缩；基于流媒体传输的基本协议实时传输协议（）和实

3、时传输控制协议（），对服务器端视频流的封包策略进行研究，最后利用库，实现了一个架构，成功用于视频流的实时传输。关键字：视频监控，嵌入式，压缩，实时传输协议【，砧，￥，：，独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：胁峭学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有

4、关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学町以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导币（签名）；嗍渺凡武汉理工大学硕士学位论文第章研究背景与意义绪论在社会数字信息化飞速发展的今天，多媒体技术、宽带网络传输技术以及嵌入式技术己经渗入到我们工作、生活的各个方面，视频监控领域作为其重要应用领域之一，获得了长足的发展。市场调查显示，年中国网络视频监控业务

5、市场规模达到亿元人民币，年中国网络视频监控业务市场规模达到亿元人民币，预计年达到亿元人民币。未来年之内，网络视频监控都将保持约的年增长率，会有越来越多的视频监控系统采用完全数字化的技术，特别是在一些行业市场，如交通、城市监控、工业和零售业等等。此外，以数字化视频监控为基础的智能视频监控技术也将获得长足的发展【】。视频监控系统主要用于完成现场点的数据采集、处理、实时监控等功能。传统的视频监控系统采用自动控制技术、计算机技术，并己广泛地应用于工业自动化、工业控制领域。然而，由于传统的视频监控系统没有或无法解决实时大数据量处理远程通信等问题，或者其成本等原因，其应用受到很大的限制。随着网络通讯技术、

6、嵌入式技术及图像压缩处理技术以及传输技术的快速发展，数字视频通信技术得到越来越广泛的应用，采用这些先进技术的网络视频监控系统开始逐渐替换传统的视频监控系统。目前，基于嵌入式多媒体技术和架构的分布式视频监控系统，已经成为信息网络的一种最普遍应用的信息交互平台。借助以太网和技术，把嵌入式系统连接至上，就可以方便、低廉的把信息传送到世界的任何一个地方，实现资源的共享，从而使人们有能力解决以前在极有限的资源下很难解决的问题，为远程网络视频监控系统的发展提供了有利的条件。由此可见，嵌入式网络视频监控系统必将有良好的应用和发展前景，由它替代当前普遍应用于的视频远程监控系统己成为必然趋势。而目前在我国基于嵌

7、入式技术的网络化视频监控系统刚刚起步，所以对基于嵌入式技术的网络视频监控系统进行研究具有很大的实际意义。武汉理工大学硕士学位论文视频监控系统发展动态与研究现状发展动态视频监控系统以其直观、方便、信息内容丰富等特点而广泛应用于许多场合。视频监控系统的发展经历了三个不同阶段：模拟视频监控，数字化图像监控和基于嵌入式技术的网络化数字视频监控。（）模拟监控系统发展较早，目前常称为第一代监控系统，一般是由摄像机、传输电缆、监视器、视频矩阵切换器等组成。在这一代视频监控系统中，由摄像机获得现场的视频，通过电缆的传输，在监视器中对现场进行监控。随着技术的发展，出现了视频矩阵切换器等新技术，可以实现多路信号的

8、切换以及对视频前端的控制。系统特点：视频、音频信号的采集、传输、存储均为模拟形式，质量最高；经过几十年的发展，技术成熟，系统功能强大、完善。存在的问题是：只适用于较小的地理范围；与信息系统无法交换数据，监控仅限于监控中心，应用的灵活性较差不易扩展。（）随着计算机存储和计算能力的不断增强，图像监控迎来了一场技术革命。慢慢从过去的模拟处理方式转向数字处理方式，开始使用处理图像信号。利用计算机的数据处理能力与显示器的高清晰度，将视频信号通过视频采集卡采集到计算机中，在显示器上显示，大大提高了图像的画质，但是控制与切换仍采用传统的方式，只是计算机串口与之相连，完成控制工作。尽管它有良好的人机界面和较好

9、的稳定性，但它不能称为真正的数字图像监控系统。（）随着信息处理技术的不断发展，基于嵌入式技术的网络化数字视频监控近几年异军突起。全数字化网络监控系统以网络为平台，采用全新的设计理念，集成了当今最先进的网络技术、计算机技术以及数字处理技术，以地址来识别所有的监控设备，采用先进的压缩算法以及网络传输协议来进行视频图像、声音等数据的处理与传输。网络数字视频监控系统具有比较明显的优势：利用现有的网络资源，轻而易举地实现远程视频监控；布控区域广阔，系统扩展能力强，只要有网络的地方增加监控点设备就可扩展新的监控点，彻底抛弃了地域的概念；可组成非常复杂的监控网络，采用基于嵌入式服务器为核心的监控系统，在服务

10、器端完成模拟视频到数字视频的转换并压缩，采用统一的协议在网络上传输，支持武汉理工大学硕十学位论文跨网关、跨路由器的远程视频传输：系统的硬件是一个处理器和操作系统捆绑紧密、功能专一的独立的设备，因此不像插卡系统那样易受通用计算机系统中其它软件硬件的影响，性能上更稳定，且便于安装、维护，易于实现系统的模块化设计，便于管理、维护。国内外研究现状在国内，模拟、数字视频监控系统的发展大致经历了孤立的监控系统和联通的监控系统两个阶段【。目前，网络视频监控系统正朝着“统一部署数据共享的监控网络方向发展。据了解，烽火网络、和斯达康等厂商的视频监控解决方案已经实现了统一监控、统一存储、统一管理和资源共享。智能化

11、是网络视频监控系统未来发展的方向之一。例如，中国电信推出的“全球眼业务利用网络监控系统的智能化特性，大大提高了效率。视频监控系统的智能化主要体现在图像智能分析、报警联动和远程管理与控制等方面，包括车牌识别，人脸识别，物体分类，运动检测，越界检测和流量统计等，对于图像智能分析识别出来的特定事物或事件，以及其他报警装置触发的报警事件，系统能够自动报警，包括联动到报警专用处理系统、语音电话、手机短信和其他公共平台等（如、）。随着今年我国网络的大规模商用及其移动终端大规模的普及，用户可以手持移动终端进行移动视频监控。而且，移动和固定的融合为电信运营商开展视频监控增值业务带来了更多的机会。带来的最直接变

12、化就是移动网络带宽不再是手机视频业务发展的瓶颈。“运营商积极部署全业务运营，与此同时国民生活水平有了很大提升，这推动了视频监控在手机等移动终端上的应用发展。”融合固网与移动网将是未来视频监控业务的一个发展趋势。同时，视频监控业务自身具有良好的发展前景，如果能和其他视频业务，例如、视频会议、传感器网络等业务进行融合，将为其注入更多的活力。中国整体监控市场已有余年的发展历史相比，网络视频监控市场还是一个相对新兴的市场。然而，随着标准的完善以及监控需求的不断提升，网络视频监控已经做好了准备，它将促使国内网络视频监控市场逐步升温并迎来黄金时代。目前，国内外对基于嵌入式和网络技术的视频监控系统的研究，一

13、般集武汉理工大学硕士学位论文中于嵌入式视频监控系统的设计、嵌入式操作系统的研究、视频图像的网络传输以及视频图像处理等几个方面【：在嵌入式视频监控系统的设计方案上，例如有设计并实现的一种实时优化的小型网络摄像机，系统由图像传感器、嵌入式处理器、图像处理电子卡、网络接口组成，通过压缩优化算法和背景差分算法可以使摄像机实现实时的图像压缩、传输，并能跟踪目标。在嵌入式操作系统方面，例如有对于在建立嵌入式视频监控系统中的应用的研究；关于嵌入式在远程数据采集及服务器中的应用研究；在嵌入式下对视频采集设备驱动程序的研究等。在对视频流网络传输的研究中，有等提出的一种利用多重描述符编码的编程方法，以用来减少在网

14、络传输中造成的丢失数据包，使端到端的网络视频图像传输更为优化；技术在视频网络传输中的应用，在提高网络资源利用率、消除服务器瓶颈方面起到了显著的作用；采用流媒体的格式传送视频图像数据，可以更好的实现视频的传输及播放等。论文的主要研究工作论文以中科院知识创新项目一“融合广播通信的无线宽带多媒体网络研究与应用示范为课题背景，在深入研究了嵌入式操作系统、视频数据的采集、压缩与流媒体实时传输技术的基础上，将上述三者有机结合起来设计了一套基于嵌入式操作系统的网络视频监控系统。论文的研究工作主要集中在以下几个方面：（）系统整体软硬件平台的构建；（）摄像头的选择以及平台上驱动程序的开发；（）基于的视频采集程序

15、的研究与实现；（）基于视频压缩算法的研究与实现；（）视频流的封包策略研究，基于网络协议的实时视频流的传输研究。武汉理工大学硕十学位论文第章嵌入式视频监控系统设计本章提出了一种以嵌入式和微处理等主流技术为基础的通用性强且成本低的网络视频监控方案，对其软硬件方案进行了设计。在开发平台搭建过程中考虑了所选择的器件是否适合应用要求，硬件资源是否足够用以编程调试并保证系统性能优良，同时还要兼顾硬件资源满足系统需求的前提下尽可能降低成本；对于软件开发环境，主要考虑的是所选操作系统的性能、稳定性是否满足应用要求，以及是否支持相应的配套开发工具。系统设计方案硬件设计方案系统的硬件部分包括嵌入式微处理器和外围设

16、备，该系统主要由芯片，芯片、芯片、摄像头等硬件组成，其中采用三星公司的系列嵌入式处理器￥，它是整个硬件系统的核心。为了减少系统设计的成本，方案中视频压缩模块采用软件算法实现，实现将摄像头采集视频数据进行压缩的功能。和芯片是系统存储模块，其中里面存储系统的引导代码、内核和文件系统（其中包括应用程序），提供系统操作系统和应用程序运行的空间，并存储系统在工作时产生的临时数据。对系统硬件部分的详细划分如图所示。图系统硬件平台结构图武汉理二人学硕十学位论文在一般的开发板上都具备上述的硬件部件。奉设计采用的是广州友善之臂有限公司开发板。它采用￥作为微处理器核心，其硬件资源在下节介绍。开发板外观如图所示&#

17、168;。图开发板外观软件设计方案通过对嵌入式操作系统体系结构的分析，结合处理器及其外围设备的的特性，奉系统中将软件的体系结构分为两层：内核宅问和用户空间。内核窄间：内核以及视频采集、编码的内核代码以及相关协议栈的移植。操作系统内核的主要功能是管理任务、任务排序、提供中断、系统时钟管理以及实现硬件抽象层和视频编码内核问的通信；为了使系统具有网络传输功能必须用到嵌入式操作系统中网络协议如协议，同时为了在低带宽的条件下实时传输视频数据，还须依靠协议对视频流数据打包封装、发送和控制。应片程序的接口由来实现，的实现包括三个部分：一部分作为库来实现与应用程序间的连接，一部分实现与编码内核的连接用以控制编

18、码模块，一部分在协议中实现。用户空间：即麻用层软件，当摄像头驱动加载之后，视频采集模块采集摄像头的视频数据，通过视频压缩模块对视频流进行压缩处理，然后通过流媒体技术通过网络传送到远程客户端。图所示为系统的整体软件设计方案。武汉理大学硕士学位论文用内一数据路径图系统软件体系结构调用路径由于视频流在网络中传输时有着较大的数据吞吐量，因此发送时常常会出现阻塞现象。为了在实际的视频传输应用中避免出现这种情形，提高传输的效率，在设计服务器端应用层软件的时候，采用了多线程技术来进行网络编程。具体多线程方案如下所示：（）服务器端主线程服务器开启之后，启动主线程，主线程开始完成初始化（如系统信息存储缓冲区，建

19、立与初始化等），等待用户命令，选择视频源，启动视频采集线程和编码线程。同时启动瓜实时传输线程，不断检测缓冲区，若缓冲区非空，则读出其中数据打包进行发送。主线程的关闭由服务器端用户来控制，关闭之前应发送对应数据包通知客户端，并利用事件机制，关闭所有子线程，清空所占用系统资源。（）视频采集线程完成从视频设备采集视频数据的功能。武汉理工大学硕十学位论文（）编码线程完成对所采集视频数据进行基于的压缩编码的功能。（）实时传输线程完成视频流的实时传输。下图所示为服务器端的主线程工作流程。是图服务器端的主线程工作流程系统硬件系统概述微处理器嵌入式系统的核心是处理器，传统嵌入式处理器根据应用可分为两大类：一是

20、以单片机为主的微处理器，这一类芯片的产品有位的单片机，如的等，单片机具有体积小，指令系统简单，抗干扰能力强，成本低廉，武汉理工大学硕士学位论文控制能力强等特点。二是注重数字化后的各种快速算法的数字信号处理器，作为高速的数字信号处理器主要的应用在声音、图像等需要大量的数据计算的领域，有着功耗小、运算速度快、吞吐量大的特点。嵌入式系统由于融合了计算机技术、数字通信技术、半导体技术等多种技术，符合当前电子类设备对体积、成本、性能的需求，而得到了高速的发展。嵌入式系统不同于原来的单片机系统，它不仅有自己的操作系统，上层应用程序，而且还具备网络通信和信息管理的功能。体系的处理器是目前嵌入式系统中使用最广

21、泛的处理器，它采用了技术，具有寻址方式简单，寄存器多，指令长度固定等特点，使得它的处理速度快，执行效率高。由于对于技术的支持，具有内核可裁减，网络功能强大，代码开放的特点，把应用到嵌入式系统中，能充分发挥和的优势。体系结构的总体设计思想是在不牺牲性能的同时，尽量简化处理器，同时从体系结构的层面上灵活支持处理器扩展。这种简化和开放的思路使得处理器采用了很简单的结构来实现。所有处理器都共享这一体系结构。体系结构具有以下特点：夺型处理器结构采用结构，在简化处理器结构，减少复杂功能指令的同时，提高了处理器的速度。指令集考虑到型处理器的指令功能相对较弱，新型的体系结构中定义了位的指令集。指令集比通常的位

22、处理器有更好的代码密度，而芯片面积只增加，却可以使程序存储器更小。夺多处理器状态模式体系结构定义了种处理器模式：用户（）、快中断（、中断（、管理（）、终止（）、系统（）和未定义（），大大提高了处理器的效率。两种处理器工作状态处理器有两种工作状态：状态（执行位指令）和状态（执行位指令）。嵌入式在线仿真调试体系结构的处理器芯片都嵌入了在线仿真逻辑，便于通过来仿真调试芯片，省去了价格昂贵的在线仿真器。武汉理工大学硕士学位论文令灵活方便的接口体系结构具有协处理器接口，允许接个协处理器。这样，既可以使基本的处理器内核尽可能小，也可以方便地扩充各种功能。低电压功耗的设计考虑到体系结构的处理器主要用于手持式

23、嵌入式系统中，体系结构在设计中就十分注意功耗的设计。的应用领域有开发式应用平台，包括无线设备、消费产品以及成像设备等；实时嵌入式应用，包括存储设备、汽车、工业和网络设备；安全系统，包括信用卡和卡等。这些应用领域都是控制复杂、信息量大、算法相对复杂、存储数据量大、功耗低。￥微处理器￥是三星公司推出的位对微处理器，为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。为了降低整体系统成本，￥提供了一些丰富的内部设备。￥采用了的内核，的标准宏单元和存储器单元。其低功耗，简单，优雅，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构（）。￥内部结构较复杂，提供可

24、扩展的功能模块较多，主要由内核（一），独立的指令和数据缓存，虚拟内存管理单元，控制器，系统管理单元（控制器等），个，通道，通道具备功能的定时器，口，（实时时钟），通道精度和触摸屏控制器，总线接口，数字音频总线接口，主机，设备，卡控制器，通道和数字锁相环组成。￥提供了一套比较完整的通用系统的外围设备，并且使得整个系统功耗最小，片上集成的功能主要包括如下几个方面【：（）“内核，存储器，外部，具有指令缓存数据缓存和；（）外部存储控制器（控制和片选逻辑）；武汉理大学硕士学位论文（）控制器，通道专用；（）具有外部请求引脚的通道；（）通道，通道（，字节和“字节）；（）通道总线控制器，通道总线控制器；（）兼

25、容主机协议版和卡协议兼容版；（）个主机，个设备（）（）通道计时器，通道内部计时器；（）看门狗电路；（）个通用口，通道外部中断源；（）电源控制：普通、缓慢、空闲和断电模式；（）通道位和触摸屏接口；（）具有日历功能的实时时钟；（）具有片上时钟发生器；（）相机接口。软件开发环境的建立基于嵌入式开发环境一般由目标系统硬件开发板和装有桌面版的主机平台组成。主机上操作系统采用版本。目标系统硬件开发板用来运行嵌入式操作系统、用户系统应用程序等，而主机平台用来进行嵌入式操作系统内核编译，文件系统的制作和系统应用程序开发和调试等。双方通过串口、并口或者以太网口等建立连接。嵌入式操作系统类似于，是免费的，源代码开

26、放的，符合标准规范的操作系统。近几年在嵌入式领域获得了飞速发展，已开发的嵌入式系统中，的项目选择作为嵌入式操作系统。之所以有能在嵌入式系统市场上取得如此迅速的发展，与自身的优良特性有着不可分割的关系。（）作为嵌入式操作系统的优势【】正在嵌入式开发领域稳步发展，是由于其自身具有非常适合于作为嵌武汉理工大学硕士学位论文入式操作系优点，主要表现在：使用成本低几乎所有的商业用操作系统如公司的系列，都需要为每一个拷贝支付数量的费用。但是是免费软件，只要遵守的规定，就可以免费获得拷贝。同样遵循规定的、等等一系列的软件工具开发包，从功能角度上看并于商用开发包，同时可以极大的降低开发成本。这点优势是其他商用操

27、作系统无法比拟的。源代码公开可以随意地配置不需要任何的许可证或商家的合作关系，任何人可以修改并在下发行。带有用户熟悉的完善的开发工具，几乎所有的系统的应用软件都己移植到了上。其强大的语言编译器、斗斗等也是开源的，可以很容易得到，并在不断完善与成熟。支持多种硬件平台拥有了一个庞大的支持者群体，其中许多人都编写驱动程序和其它的更新程序并且免费的通过网络进行分发。现在已经被移植到多种硬件平台，支持包括、等现有的绝大部分微处理器体系结构中。这对受开销和时间限制的研究与开发项目是很有吸引力的，原型可以在标准平台上开发然后移植到具体的硬件上，加快了软件与硬件的开发过程。强大的网络功能操作系统最突出的是网络

28、部分，基本上所有的网络协议和网络接口都可以在上找到，内核比标准的能够更加高效地处理网络协议，系统的网络吞吐性能非常好，这也是为什么在网络服务器市场上占据越来越大市场份额的一个原因。微内核模块化体系结构操作系统本身的微内核体系结构相当简单，网络和文件系统以模块形式置于微内核的上层，驱动程序和其它部件可在运行时作为可加载模块编译到或者是添加到内核，这为构造定制的可嵌入系统提供了高度模块化的构件方法，使添加部件非常容易。系统小巧一个功能完备的内核要求大约内存。而微内核只占用其武汉理工大学硕士学位论文中很小一部分内存，包括虚拟内存和所有核心的操作系统功能在内，只需占用系统的内存。只要有的内存，一个有网

29、络栈和基本实用程序的完全的系统就可以在一台位总线（）的微处理器上运行的很好了。由于内存要求常常是根据需要的应用所决定的，系统甚至可以仅使用和进行工作，完全适合于资源有限的嵌入式硬件平台。（）多线程技术【】线程技术早在年代就被提出，但真正应用多线程到操作系统中去，是年代中期。现在，多线程技术已经被许多操作系统所支持，包括和操作系统。线程就是操作系统分配处理器时间的最基本单元。在一个多线程的应用程序中，每一个线程都有它自己的堆栈，并且可以独立地对在同一程序中运行的其它线程进行操作。采用多线程结构的优点是：第一，可以同时处理多个不同的事务，且各个事务的处理模块相互独立；第二，良好的可扩展性，可以方便

30、的在有新的需求时添加对应的处理模块。在系统中提供了几种同步对象，即临界区（），互斥量（），信号量（）和事件（）等。这些同步对象能够让不同的线程之间实现同步和协调它们的行为。正是考虑到嵌入式具有以上众多优点，本论文选取操作系统作为系统的软件核心。为了使操作系统能在所用的开发板上运行，必须进行操作系统的移植。在移植操作系统之前先建立系统编译环境。建立交叉编译环境交叉编译是嵌入式开发过程中的一项重要技术，主要特征是某机器中执行的程序代码不是在本机编译生成，而是由另一台机器编译生成。采用交叉编译的主要原因在于，多数嵌入式目标系统不能提供足够的资源供编译过程使用，因而只好将编译工程转移到中进行。当前交叉

31、编译器有多种版本，本设计中使用版的。在网上下载该版本的交叉编译器包：，在宿主机的目录下建一个的目录，将拷贝到某个目录下，然后进入该目录，执行解包命令即可，之武汉理大学硕士学位论文后可编辑：文件，在最后增加路径器。：￥，以后编译内核或其他应用程序均可用的前缀来指定交叉编译的移植图是一个典型的嵌入式应用系统固态存储设备的空间分配示意图。是系统一加电所执行的第一个程序，在操作系统内核或用户应用程序运行之前运行。通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，为最终调用操作系统内核或用户应用程序准备好正确的环境【。启动参数一卜核根文件系统图以及系统各

32、个部件所处的层次是依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式系统中建立一个通用的几乎是不可能的，不同的体系结构需求的是不同的。除了体系结构，还依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。也就是说，对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们基于相同的构建，运行在其中一块电路板上的，未必能够运行在另一块电路开发板上，因此我们必须对其进行移植，这也是我们开发的第一步。通常都是对己有的进行移植工作，如和等。本系统中，采用作为处理器的。是韩国的公司开发的，适用于处理器。有两种工作模式：启动加载模式和下载模式。启动加载模式可以在一段时间后（这个时间可更改）自行启动内核，这时的默认模式。在下载模式下，为用户提供一个命令行接口，通过

33、接口可以使用提供的一些命令。在代码的头文件公共目录中，文件定义了该处理器武汉理工大学硕士学位论文的一些寄存器，定义了与开发板相关的资源配置参数，我们只需要修改这些文件就可以配置目标板的参数，如波特率、引导参数、物理内存映射等。的嵌入式移植过程主要有以下六个步骤：（）从公司网站获得源文件，进入根目录执行命令修改文件。（）修改三个宏定义。：更改为交叉编译器的文件夹：更改为交叉编译器的可执行文件的路径：更改为交叉编译器的库文件的路径（）修改，主要是修改的分区信息。（）修改内核启动时使用的命令行初始参数。（）命令配置。（）命令编译源文件。可以获得编译成功的二进制代码，将通过烧写在的地址处，即完成了的编

34、译和移植。内核编译与移植在对内核移植前，需要根据系统硬件资源对内核进行配置和裁剪，以便在实现功能的前提下尽量减小内核，充分利用嵌入式系统有限的资源。在宿主机系统终端下，进入内核源代码的目录，输入可以对内核进行配置。本系统中主要需要对一下参数进行配置：处理器结构、网络功能、设备驱动、可执行文件格式等。内核配置完毕后，即可通过以下命令对内核进行编译：（）：清除之前编译生成的文件。（）建立内核文件之间的联系和依赖关系。（）生成最终所需要的映像文件。运行以上三个命令之后，即可在一目录下生成所需要的映像文件。之后利用终端仿真程序和引导程序通过串口就可以把内核映像移植到目标系统板的存储中了。武汉理工大学硕

35、士学位论文第章视频数据的采集当平台启动并运行后，启用了单元即内存管理单元，在这种模式下系统不能直接对物理地址进行访问。若要对某一硬件外设进行读写，需要通过内核调用该硬件的驱动来实现。因此实现视频数据的处理需要两个步骤，一是编译硬件接口的驱动程序，这部分是作为内核的一部分驻留在内核中，提供对硬件和操作系统的支持；二是根据内核中提供的关于视频处理部分的编写视频采集应用程序。本章将详细讲述这两部分的软件设计和开发。设备驱动开发简介驱动程序层次结构在嵌入式系统中，操作系统是介于应用程序与硬件之间的一个系统软件，其作用是为用户提供统一的接口。操作系统所面对的硬件设备种类非常多，不同型号不同厂家的设备又具

36、有各自不同的特点，因此，要支持某种设备就必须提供这种设备的控制代码，然后把它加载进内核，内核才能使用该设备。从内核的角度来看，驱动程序是一个设备的代表。当内核需要与某个设备交互时，就找到该设备的驱动程序，而后通过标准的接口调用驱动程序的相应函数，控制设备，而内核并不需要知道驱动程序如何工作，也不需要了解设备的细节，设备的细节由驱动程序掌握。驱动程序可以动态地加载和卸载，内核只包含必需设备的驱动程序。的设备驱动程序与外界的接口可分为三部分（如图所示）【】：（）驱动程序与系统引导的接口即自动配置和初始化子程序，负责检测所要驱动的硬件设备是否存在和能否正常工作。如果该设备正常，则对这个设备及其相关的

37、设备驱动程序需要的软件状态进行初始化。这部分驱动程序仅在初始化的时候被调用一次。武汉理工大学硕士学位论文系统引导操作系统内核。硬件没备可三下与系统引导的接口与操作系统内核的接口与硬件设备的接口设备驱动程序图的设备驱动程序与外界的接口（）驱动程序与操作系统内核的接口即操作的子程序，如读写操作。调用这部分是由于系统调用的结果。这部分程序在执行的时候，系统仍认为是和进行调用的进程属于同一个进程，在其中调用（）等与进程运行环境有关的函数。（）驱动程序与设备的接口即中断服务子程序。中断可以产生于任何一个进程运行的时候，因此在中断服务程序被调用的时候，不能依赖于任何进程的状态，也就不能调用任何与进程运行环

38、境有关的函数。因为设备驱动程序一般都支持同一类型的若干设备，所以在系统调用中断服务子程序的时候，都带有一个或多个参数，以唯一标识请求服务的设备。字符设备驱动系统的设备分为字符设备（），块设备（），网络设备（）三种。字符设备是指存取时没有缓存，不能完全像访问普通文件数据流一样前后移动访问指针，以字符流形式发送和接收数据的设备，典型的字符设备包括鼠标，键盘，串行口等；块设备是利用一块系统内存作为缓冲区，能够随机存取，当用户进程对设备进行读写请求时，驱动程序先查看缓冲区中的内容，如果缓冲区中的数据能满足用户的要求就返回相应的数据，否则就调用相应的请求函数来进行实际的操作，主要包括硬盘软盘设备和等；网

39、络设备在系统中做专门处理，常用的有网卡和等。它们都在武汉理工大学硕学位论文目录的子目录下，比如，等【。本系统平台使用的摄像头是字符设备，因此要做的工作是下字符型设备驱动的实现。以下对一般字符设备驱动做出分析，以便后续的研究。在系统内部，设备的存取是通过一组固定的入口点来进行，这组入口点是由每个设备的设备驱动程序提供的。通常来说，字符型设备驱动程序能够提供如下几个入口点【】：（）入口点。对设备特殊文件进行系统调用时，将调用驱动程序的函数：（）（，奎）；其中参数为设备特殊文件的（索引结点）结构的指针，参数是指向这一设备的文件结构的指针。（）的主要任务是确定硬件处在就绪状态、验证次设备号的合法性（次

40、设备号可以用（）取得）、控制使用设备的进程数、根据执行情况返回状态码（表示成功，负数表示存在错误）等；（）入口点。当最后一个打开设备的用户进程执行系统调用时，内核将调用驱动程序的函数：（木）（，木）；函数的主要工作是清理未结束的输入输出操作、释放资源、用户自定义其他标志的复位等。（）入口点。当对设备特殊文件进行系统调用时，将调用驱动程序的（）函数，该函数原型定义如下：（）（掌，幸，宰）；（）用来从设备中读取数据。当该函数指针被赋为值时，将导致系统调用出错并返回（“，非法参数）。函数返回非负值表示成功读取的字节数（返回值为“数据类型，通常就是目标平台上的固有整数类型）。（）入口点。向设备写数据，

41、对于有缓冲区的操作，一般是把数据写入缓冲区里。当设备特殊文件进行系统调用时，将调用驱动程序的函数：（）（，幸，幸）；（）入口点。该函数是特殊的控制函数，可以通过它向设备传递控制信武汉理工大学硕士学位论文息或从设备取得状态信息，函数原型为：硫（幸）（幸，）；对一个硬件设备的驱动有两种方式：一种是直接加载到内核代码中，启动内核时就会驱动此硬件设备；另一种是以模块方式，编译生成一个文件。模块（）是在内核空间运行的程序，实际上是一种目标对象文件，没有链接，不能独立运行，但是可以装载到系统中作为内核的一部分运行，从而可以动态扩充内核的功能。模块最主要的用处就是用来实现设备驱动程序，当应用程序需要它时再加

42、载进内核空间运行。通常一个硬件的驱动程序就是指一个驱动模块。对于任何一个硬件设备，它在下面存在一个对应的逻辑设备节点，即通常所说的设备文件。这个节点是通过命令建立的，其中指定了主设备号和次设备号。主设备号表明了某一类设备，一般对应确定的驱动程序；次设备号一般用于区分不同属性，例如不同的使用方法，不同的位置，不同的操作。这个设备号是从文件中获得的，所以一般是先有驱动程序在内核中，才有设备节点在目录中。图表明了驱动程序与系统之间的关系。图驱动程序与系统关系武汉理工大学硕士学位论文摄像头驱动的设计摄像头的选择当前摄像头大体可以分为两大类【】：（）类和）类，这两种传感器都是利用矽感光二极体（）进行光与电的转换。转换的原理与通常所见的“太阳能电池”电子计算机的“