无线可视化智能门禁系统的设计

PAGE大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板PAGEPAGEII本科生(业余)毕业论文（设计）无线可视化智能门禁系统的设计 专业电气工程及其自动化

年级 学号无线可视化智能门禁系统的设计无线可视化智能门禁系统的设计PAGEI中文题目：无线可视化智能门禁系统的设计学生：指导老师：内容摘要目前智能门禁系统是安全监控系统的一个重要组成部分。为了工作和生活的安全，智能门禁控制系统占用人力少、效率高、容易操作的特点被广泛应用。本文结合当前热门的无线视频传输技术设计了一种新型的嵌入式无线可视化门铃系统,从整体上阐述了系统结构与工作原理,然后介绍了服务器端和客户端软硬件部分的设计,并且重点介绍了多媒体数据采集设计和对其码流进行无线收发实现过程。实验结果表明嵌入式无线可视化门铃系统比以往电子门禁装置交互能力和控制能力更强,智能化程度更高,应用前景十分广阔。关键词：嵌入式系统；802.11协议；无线视频传输；楼宇智能化AbstractTheintelligententranceguardsystemsafetymonitoringsystemisoneoftheimportantcomponent.Inordertoworkandlifesafety,intelligentsecurityaccesscontrolsystemoccupieslessmanpower,highefficiency,easytooperationcharacteristicshasbeenwidelyused.Combiningwiththecurrentpopularwirelessvideotransmissiontechnologydesignakindofnewwirelessvisualizationthedoorbellofembeddedsystem,overalldescribesthesystemstructureandworkingprinciple,andthenintroducedtheserverandtheclientsoftwareandhardwarepartofthedesign,andintroducedthedesignofmultimediadataacquisitionandthecodeflowwirelesstransceiverrealizationprocess.Theexperimentalresultsshowthattheembeddedwirelessvisualizationthebellsystemelectronicaccessdevicesthaneverabilitytointeractandcontrolabilitystronger,thelevelofintelligenceandhigher,theapplicationprospect.Keywords:embeddedsystem.802.11agreement;Wirelessvideotransmission;Intelligentbuilding目录内容摘要 I引言 11智能门禁系统的发展 11.1智能门禁系统的发展及特点 21.2智能门禁系统的发展趋势 42系统整体结构设计与工作原理 52.1服务器端工作原理 52.2系统客户端工作原理 63硬件设计 113.1主控芯片 133.2CCD摄像头和A/D转换芯片 133.3多媒体编解码芯片 163.4802.11b芯片 184软件设计 194.1系统引导、内核移植和文件系统的建立 194.2USB摄像头 204.3音视频数据采集 214.4音视频压缩编解码 214.5无线网络模块驱动 224.6无线网络传输控制过程 234.6.1初始化 234.6.2传输控制策略 235此款门禁系统的发展前景 23参考文献 25PAGE33引言门禁系统属于智能弱电系统中的一个安防系统。作为一种新型现代化安全管理系统，集自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术、生物技术等诸多新技术。门禁系统通过在建筑物内的主要管理区、出入口、电梯厅、设备控制中心机房、贵重物品的库房等重要部门的通道口安装门磁、电控锁或控制器、读卡器等控制装置，由计算机或管理人员在中心控制室监控，能够对各通道口的位置、通行对象及通行时间、方向等进行实时控制或设定程序控制，从而实现对出入口的控制。门禁系统常规由门禁控制器、门禁读卡器、卡片、电控锁、门禁软件、电源和相关门禁应用设备几部分组成。1.门禁控制器：门禁控制器是门禁系统的核心部分，其功能相当于计算机的CPU，它负责整个系统的输入、输出信息的处理和储存、控制等。它验证门禁读卡器输入信息的可靠性，并根据出入规则判断其有效性，如若有效则对执行部件发出动作信号。门禁控制器性能的好坏直接影响着系统的稳定，而系统的稳定性直接影响着客户的生命和财产的安全。2.门禁读卡器：读取卡片中的数据与生物特征信息，并将这些信息传送到门禁控制器。3.卡片：门禁系统的开门电子钥匙，这个“钥匙”可以是磁卡、IC卡、ID卡和其他相关功能的卡片（卡片上能打印持卡人的个人照片，开门卡、胸卡合二为一）。4.电控磁锁：门禁系统的执行部件，电控磁锁在断电时呈开门状态，符合消防要求。并配备多种安装结构类型供客户选择使用。按单向的木门、玻璃门、金属防火门和双向对开的电动门等不同技术要求可选取不同类别的电控磁锁。5.门禁软件：负责门禁系统的监控、管理、查询等工作。管理人员可通过门调整扩展完成巡更、考勤、人员定位等功能。6.电源和相关门禁应用设备：电源是负责整个门禁系统的能源，是一个非常重要的组成部分（门禁系统如若无电源，整个门禁系统如同成瘫痪状态）。其他门禁应用设备如出门按钮，按一下打开开门设备，适用于对出门无限制的情况。7.门磁：运用于检测门的安全/开关状态等。门禁系统是随着自动识别技术的发展而迅速发展的，目前，国内外研制和使用的门禁系统主要集中在感应门禁系统和生物识别门禁系统。在生物识别门禁系统中又以指纹门禁系统应用最为广泛。随着计算机图像处理和模式识别理论以及大规模集成电路技术的不断发展与成熟，指纹自动识别系统的体积不断缩小，其价格也不断降低。据国际生物认证团（IBG）的预测：美国生物认证市场2002年突破7亿美元，其中指纹识别占近50%，虹膜识别占8%。美国生物认证市场到2005年将达到19亿美元，指纹识别占近40%，虹膜识别占10%左右。美国生物谁市场在未来几年中仍将会保持高速增长的趋势，纵观门禁市场发展，据预计未来1－3年中国门禁市场的平均增长比例将达到20％以上。国外生产的门禁系统安全性较高，但是价格昂贵，感应式门禁系统控制器的价格从4000到3万元不等，包括读卡器、门锁、控制器、软件在内的一套系统报价在万元左右。国内生产的感应式门禁系统和指纹门禁系统价格较国外同类产品价格低大约10%-50%左右。但系统的可靠性稍差。目前国内楼宇门禁装置大多为一个简单的可控电子开关,一般采取语音对话的有线控制方式,不具备可视化能力和无线控制能力,其存在交互效果差、有线网络布线繁琐、智能化程度不够高的缺点。随着视频编、解码技术和无线传输技术的快速发展,智能化楼宇系统也得到了快速的发展。嵌入式无线网络产品以其体积小、成本低、使用灵活方便等优点,得到了越来越广泛的应用。本文研究介绍的智能小区无线可视化门铃系统正是在这样的应用前景下,基于802.11无线网络协议进行设计的。1.智能门禁系统的发展1.1智能门禁系统的发展及特点当今社会是科学技术日新月异、飞速发展的信息时代。人们正感受着高科技给他们带来的极大方便和益处，同时，人们对于高科技服务于生活的要求也越来越高。但随着科技的发展，也带来了许多不安全的方面。怎样才能使人们的安全防范措施跟得上科技的发展、更有效的阻止这些犯罪行为的侵犯呢?仅仅依靠普通的门锁、防盗门或者监控、报警等系统是不够的，于是，智能门禁系统在千呼万唤中应运而生。智能门禁系统是一种综合性的多学科的高科技技术集合，它涉及电子、机械、光学、计算机技术、通信技术、生物统计学等诸多新技术领域。智能门禁系统是怎样发展起来的并且有哪些特点呢？让我们来看一下门禁系统的发展过程。门禁系统，又称出人口控制系统。在何处放行某些人，拒绝某些人，何时要发出警报，记忆出入的过程，以达到安全的目的，是门禁系统最基本的功能。门禁系统的发展是随着人类社会的发展一起进步的。从原始社会以来，随着剩余价值的产生，人们有了自己的财产和物业，为了保护自己的产业不受他人的侵犯，人们用杠棒或木插将门锁起。于是，人类从有看家护院的意识起，就有了最初的出人口控制概念，门禁也就随之产生了。随着社会的发展和人们安全意识的提高，产生了铁锁和暗锁等门锁设备。但是传统的门锁仅仅是单纯的契合性机械装置，无论它的结构如何复杂坚固，一把在街头就可以配制的钥匙就能打开，并且不留痕迹。如果钥匙遗失连带门锁也要一起更换。为了弥补这些缺点，又产生了磁卡门禁系统。用磁卡控制锁，各种性能均有所提高，但由于磁条存储的信息量小，磁卡与读卡器之间容易产生机械磨损，并且读卡器的刷卡口容易被人为破坏，它的安全性和可靠性便受到限制。1.2智能门禁系统的发展趋势随着现代化经济建设和管理的发展，各种酒店、宾馆、写字楼、智能大厦、政府机关和企事业单位、高级物业管理部门等，对门禁系统的需求正发生着重大的变化，其核心是对门锁及其开启、关闭实现智能化管理。电子门锁是近几年随着电子计算机技术，尤其是智能IC卡应用技术的提高发展起来的，随之而产生的接触式智能IC卡和密码键盘门禁系统也越来越被人们重视和使用。电子计算机作为系统管理主机，通过联接系统的各个读卡器(即开门控制器)管理门锁。智能IC卡具有存储运算功能，经初始化和授权后成为控制门锁开和关的特殊钥匙，从而便构成一个现代化的门禁系统。但是随着接触式智能IC卡门禁系统应用规模的扩大，其本身不可克服的缺点成了它进一步发展的绊脚石，如接触磨损、难以维护、基础设施投入大等。随着信息业和服务业的全球化，社会对信息载体的便携性、高安全性及容易使用等方面提出更高的要求，于是非接触式智能卡以其无机械磨损、容易维护、方便使用等优点，成为智能卡潜力最大的新军而倍受业界瞩目。非接触式门禁系统是当今最具有用在各种场合均有大量应用的机械锁方面；机电一体化控制处理模块，主要应用在各种独立的，安全防范级别要求不高，且无需随时检测系统运行的环境中；全电子型控制处理模块，是当今门禁系统的真实代表。正是由于数字化的大量普及，高性能数字电路的不断完善，各种保护电路的不断改进，各种芯片的大幅降价，使得全世界的设计师有机会设计出性能千姿百态、结构不断推陈出新、性价比极高的优秀产品。门禁系统所有的功能、概念、组态方式均是出自控制处理模块这一门禁系统的灵魂中心，它能充分地表现出门禁系统对安防工作以及对日常管理工作的真实贡献。

2.系统整体结构设计与工作原理如下图1所示,该系统采用低功耗、高性能的嵌入式IDTRC32434作为主控芯片,使用VW2010芯片进行硬实时编解码以提高编解码效率,采用PHILIPS公司的BGW200无线芯片进行音视频码流的转发控制。整个系统由服务器端和客户端两部分组成,主要实现音频视频数据采集和高质量编解码以及无线网络传输功能。●IDTRC32434：是IDT™因特普赖斯™的PCI处理器集成通信的家庭成员。它集成了一个高perfor-曼斯CPU核心和片上外围设备的数量。综合处理器旨在转移I/O模块的信息主要内存最小CPU干预，采用高尖端直接内存访问(DMA)引擎。通过RC32434所有数据传输，实现了从写一个片上I/O外设数据主存储器，然后到另一个I/O模块。●VW2010的主要特点：

片内集成有3个信号处理／控制单元，其中包括一个视频编码(压缩)器、一个视频解码(解压)器和一个片内CPU(内部扩展了一个音频编码DSP、一个音频解码DSP、一个多路复合单元和一个多路解复合单元)；

具有可编程、高性能和低功耗特点，芯片内的每个信号处理／控制单元都由一个RISC处理器和专用的硬件加速器构成，此外，片内视频编解码器中还集成了一个专用的SDRAM；

在系统上电／复位时，视频编解码器的固件程序可由外部主机(host)载人各自专用的SDRAM，而片内CPU的固件程序则可载人VW2010外挂的SDRAM；

芯片的主机接口采用标准PCI接口，符合PCI局部总线规范2.2；

为了使编解码性能达到最佳，VW2010内部集成有一个双通道DMAC，系统host可直接通过主机接口对VW2010进行控制，MPEG数据流则采用DMA方式传输。

提供有与PHILIPS公司兼容的I2C总线，可方便地对外围芯片进行控制。●PHILIPS公司的BGW200：飞利浦电子推出的802.11b低功耗无线局域网(WLAN)与蓝牙(Bluetooth)半导体单封装系统(system-in-a-package,SiP)解决方案BGW200，使得WLAN与蓝牙技术能同时在智能电话、PDA及其它便携设备等小型系统中工作。并且，飞利浦还开发出可嵌入BGW200中的专用软硬件，以满足这种集成需求。这种SiP技术将一个完整WLAN和蓝牙子系统所需的全部元件集成到单个半导体封装中，从而大幅节省电路空间。BGW200WLANSiP只需三个外部元件，占用空间不足同类产品的一半。而且，其蓝牙SiP将传统上位于蓝牙IC周围的15到20个分立元件集成在一起。这种集合了WLAN与蓝牙的SiP是业界最小的解决方案，易于集成进目前各种先进的小型通信设备中。2.1服务器端工作原理由CCDSensor和音频端口进来的输入信号,经过视频A/D和音频A/D转换后,进行MPEG4视频编码和MPEGMP3音频编码。编码后的视音频码流送到网络复用模块打包后,将压缩编码后的数据流经过802.11x无线网络送到客户端。如下图1所示:CPUCPU控制信号FLASH音频A/D数字音频编码网络复用80211χ无线网络CCDSensor视频A/D数字音频编码RS232SDRAMAudio图11）基于IDTRC32434高性能嵌入式处理器等硬件系统的加电自举BootLoader功能，具有系统硬件初始化和检测，嵌入式操作系统或用户程序的装载启动功能。2）.在嵌入式操作系统环境下，对以VW2010为核心的A/V模块进行初始化配置和VW2010驱动程序加载。3）.对模拟音频视频进行A/D转换，并以MPEG-4的格式进行压缩编码。4）.将压缩编码后的数据流通过无线网络进行转发。5)可以对压缩编码后的数据流/文件进行保存，对输入的压缩编码音频/视频文件进行解码和模拟音频视频播放输出。2.2系统客户端工作原理由无线网络接收的音视频码流数据,经过网络解复用模块解复用后,获得的视频码流和音频码流分别送至视频解码模块和音频解码模块进行MPEG4视频解码和MP3音频解码。解码后的数据经过视频模拟编码、D/A和音频D/A转换后送到可视终端显示。如下图2所示:CPUCPU控制信号FLASH数字音频编码网络解复用数字音频编码RS232SDRAM80211χ无线网络视频A/D视频编码视频A/D可视终端图2●RS232：是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口（下图1）RS-232-C

RS-232C标准（协议）的全称是EIA-RS-232C标准，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表美国电子工业协会，RS（ecommededstandard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969），在这之前，有RS232B、RS232A。。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有EIA�RS-232-C、EIA�RS-422-A、EIA�RS-423A、EIA�RS-485。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。DB25的串口一般只用到的管脚只有2（RXD）、3（TXD）、7（GND）这三个，随着设备的不断改进，现在DB25针很少看到了，代替他的是DB9的接口，DB9所用到的管脚比DB25有所变化，是2（TXD）、3（RXD）、5（GND）这三个。因此现在都把RS232接口叫做DB9。图1针脚定义符号1载波检测DCD2接收数据RXD3发送数据TXD4数据终端准备好DTR5信号地SG6数据准备好DSR7请求发送RTS8清除发送CTS9振铃提示RI1.电气特性

EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。

在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V～-15V

逻辑0(SPACE)=+3～＋15V

在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：

信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V

信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V～-15V

以上规定说明了RS-323C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于-3V，逻辑“0”（空号）的电平告语+3V；对于控制信号；接通状态（ON）即信号有效的电平高于+3V，断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于-3～+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在±(3～15)V之间。

EIA-RS-232C与TTL转换：EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑

状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTL←→EIA双向电平转换，图1显示了1488和1489的内部结构和引脚。MC1488的引脚(2)、(4,5)、(9,10)和(12,13)接TTL输入。引脚3、6、8、11输出端接EIA-RS-232C。MC1498的14的1、4、10、13脚接EIA输入，而3、6、8、11脚接TTL输出。具体连接方法如图2所示。图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片UART，它是TTL器件，右边是EIA-RS-232C连接器，要求EIA高电压。因此，RS-232C●802.11协议作为全球公认的局域网权威，IEEE802工作组建立的标准在过去二十年内在局域网领域内独领风骚。这些协议包括了802.3Ethernet协议、802.5TokenRing协议、802.3z100BASE-T快速以太网协议。在1997年，经过了7年的工作以后，IEEE发布了802.11协议，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。在1999年9月，他们又提出了802.11b"HighRate"协议，用来对802.11协议进行补充，802.11b在802.11的1Mbps和2Mbps速率下又增加了5.5Mbps和11Mbps两个新的网络吞吐速率,后来又演进到802.11g的54Mbps，直至今日802.11n的108Mbps。

利用802.11b，移动用户能够获得同Ethernet一样的性能、网络吞吐率、可用性。这个基于标准的技术使得管理员可以根据环境选择合适的局域网技术来构造自己的网络，满足他们的商业用户和其他用户的需求。

和其他IEEE802标准一样，802.11协议主要工作在ISO协议的最低两层上，也就是物理层和数字链路层(见图1)。任何局域网的应用程序、网络操作系统或者像TCP/IP、NovellNetWare都能够在802.11协议上兼容运行，就像他们运行在802.3Ethernet上一样。

802.11b的基本结构、特性和服务都在802.11标准中进行了定义，802.11b协议主要在物理层上进行了一些改动，加入了高速数字传输的特性和连接的稳定性。

802.11工作方式

802.11定义了两种类型的设备，一种是无线站，通常是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成的，另一个称为无线接入点(AccessPoint,AP)，它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口(802.3接口)构成，桥接软件符合802.1d桥接协议。接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线的接入站聚合到有线的网络上。无线的终端可以是802.11PCMCIA卡、PCI接口、ISA接口的，或者是在非计算机终端上的嵌入式设备(例如802.11手机)。图1:802.11和ISO模型

802.11定义了两种模式:infrastructure模式和adhoc模式，在infrastructure模式中(见图2)，无线网络至少有一个和有线网络连接的无线接入点，还包括一系列无线的终端站。这种配置成为一个BSS(BasicServiceSet基本服务集合)。一个扩展服务集合(ESSExtendedServiceSet)是由两个或者多个BSS构成的一个单一子网。由于很多无线的使用者需要访问有线网络上的设备或服务(文件服务器、打印机、互联网链接)，他们都会采用这种Infrastructure模式。

Adhoc模式(也成为点对点模式peartopear模式或IBSSIndependentBasicServiceSet)

802.11物理层图2:Infrastructure模式

在802.11最初定义的三个物理层包括了两个扩散频谱技术和一个红外传播规范，无线传输的频道定义在2.4GHz的ISM波段内，这个频段，在各个国际无线管理机构中，例如美国的USA，欧洲的ETSI和日本的MKK都是非注册使用频段。这样，使用802.11的客户端设备就不需要任何无线许可。扩散频谱技术保证了802.11的设备在这个频段上的可用性和可靠的吞吐量，这项技术还可以保证同其他使用同一频段的设备不互相影响。使用FHSS技术，2.4G频道被划分成75个1MHz的子频道，接受方和发送方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送，每次在802.11网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式，采用这种跳频方式主要是为了避免两个发送端同时采同同一个子频段。3.硬件设计系统的硬件设计主要分四个部分:主控制系统、音视频采集系统、多媒体编解码系统、无线网络系统。3.1主控芯片采用IDTRC32434该RC32434是IDT™因特普赖斯系列成员的PCI处理器集成的通信.它集成了一个高perfor-曼斯CPU核心和片上外设数量.综合处理器旨在转移从I/O模块的信息主以最小的CPU干预内存，使用一个高度复杂的直接内存访问(DMA)引擎.通过所有的数据传输RC32434是记录数据实现了从一个片上的I/O外设主存储器，然后输出到另一个I/O模块.特点x32-bitCPU核心–MIPS32指令集–缓存大小：8KB指令和数据高速缓存，4-Way集联想，高速缓存行锁，无阻塞预取–16双项JTLB页面大小可变–3-entry指令TLB–3-entry数据TLB–最大一个32x16率乘以每个时钟问题–最大一个32x32问题每隔一个时钟周期乘法–CPU与启动控制，停止和单步–软件断点支持–硬件断点的虚拟地址–ICE的接口，与EJTAG规格v2.5兼容MIPS通过内部的FlashC和SDRAMC实现对外围Flash和SDRAM的控制，其中SDRAM的数据地址线要与外部总线控制接口(EBUSI)连接，Flash的数据地址线连接到对应的FlashC的数据地址端口。MIPS通过PCI总线控制器(PCIC)控制其他PCI接口设备。PCI接口–32-bitPCI修订2.2兼容–支持主机或卫星运行在主机和目标模式–支持同步和异步操作–PCI支持时钟频率从16MHz66MHz–PCI在主机模式判优电路：支持6外部的主人，固定优先或循环仲裁–I2O“象”喔消息股PCIx以太网接口–10和100Mb/s的ISO/IEC8802-3:1996兼容–支持MII或RMIIPHY接口–支持64项的哈希表为基础的多播地址过滤–512字节的发送和接收FIFO–支持流量控制在IEEEStd.802.3x-功能概述1997xDDR内存控制器–支持高达256MB的SDRAM的DDR–1芯片选择支持4银行内部DDR–支持一16-bit范围内的数据端口使用x8或x16位宽DDRSDRAM器件–支持64Mb,128Mb,256Mb,512Mb,和1GbDDRSDRAM器件–数据总线复用接口标准支持允许DDRDIMM和的SODIMM–代自动刷新内存和外围设备控制器–提供“无缝”连接到标准SRAM,闪光，ROM,双端口存储器和外围设备–解复用的地址和数据总线：8-bit数据总线，26-bit地址总线，4芯片选择，外部数据的控制总线缓冲区自动收集和散射字节–灵活的协议配置参数：可编程等待状态的数目(0到63),可编程postread/post-write延迟(0到31),支持外部等待状态的产生，支持英特尔和摩托罗拉风格外设–写保护每个片选能力–可编程总线交易定时器产生热复位当计数器到期–支持高达64每片选内存MBxDMA控制器–6DMA通道：两个渠道PCI(PCI存储器和内存来PCI),以太网接口的两个通道，并两个内存通道内存DMA行动–化运作提供灵活的描述–支持非对齐传输(i.e.,源或目的地地址可能在任何字节边界）与任意字节长x通用异步收发器(UART)–兼容于16550和16450个UART–16-byte发送和接收缓冲区–可编程baud率产生程序从系统中导出时钟–完全可编程的串行特点：–5,6,7,或8位字符–偶，奇或无奇偶校验位的产生和检测–1,1-1/2或2停止位代–换行的产生和检测–错误起始位检测–内部环回模式x2IC总线–支持标准100Kbps模式以及400Kbps快模式–支持7-bit和10-bit解决–支持四种模式：主发送，主接收器，从属发射器，接收器从属x额外的通用外设–中断控制器–系统完全功能–通用I/O控制器–串行外围接口(SPI)x计数器/定时器–三个通用定时器计数器32-bit–定时器可级联–可选计数器/定时器的时钟源xJTAG接口–兼容IEEEStd.1149.1-1999该32-bitCPU核心是100%兼容指令与MIPS32集架构(ISA).具体来说，这种装置采用了4KcCPU核心技术开发的MIPSInc.().这个核心每发出一个单指令周期，包括五个阶段的管线，并优化的应用程序的需要整数运算.该内核包括CPU8KB指令和数据高速缓存8KB.两个缓存4-way设置关联，可以在每行的基础上锁定，这使得在这个宝贵的片上存储器的编程控制资源.该内核还具有内存管理单元(MMU).该CPU核心还集成一个增强联合测试访问组（EJTAG）接口，用于连接在电路仿真器的工具，提供访问内部寄存器和使部分为外部控制，简化了系统调试过程.这一核心的使用允许IDT的客户能够充分利用广泛的软件和开发工具的MIPS建筑导可供tecture，包括操作系统，编译器和在线emula-tors.PCI接口对PCIRC32434接口与版本2.2兼容在PCI规范.片上判优电路支持多达六个外部总线主人，同时支持固定优先级和旋转优先仲裁计划.该器件可支持卫星和主机PCI组态系统蒸发散，使RC32434充当从属控制器设计PCI外接卡应用或作为初级PCI系统中的控制器.该PCI接口可以同步或异步操作的其他I/O接口设备RC32434.以太网接口该RC32434有一个以太网通道和配套10Mbps100Mbps速度提供了一个标准的媒体独立接口(MII或RMII),允许的范围广泛的外部设备连接效率.双倍数据速率存储器控制器该RC32434集成了高性能的双数据速率(DDR)内存控制器，内存配置了支持x16到256MB.此模块提供所需的所有接口的信号到离散存储设备，包括一个片选，微分定时输出和数据选通信号.I/控制器内存和I/O控制器一个专用的RC32434uses本地内存/IO控制器包括一解复用8-bit数据和26-bit地址总线.它包括了所有的信号所需的接口直接与英特尔或最多四个摩托罗拉风格的外围设备。DMA控制器该DMA控制器由6独立DMA渠道，所有而其使用的方式完全相同.该DMA控制器减轻了从行驶中的片上接口的数据，外部CPU核心外设和内存.该控制器支持分散/聚集DMA没有对齐限制，使其适合通信和图形系统.UART接口该RC32434包含一个串行通道(UART)相兼容与业界标准16550UART.I2C接口标准I2C接口允许连接到RC32434标准外围设备数目更完整的系统解决方案.该RC32434支持主机和从属操作.通用I/O控制器该RC32434已14通用输入/pins.每个管脚输出可作为一个积极活跃的高或低级别的中断或不可屏蔽中断输入，每个信号可以被用来作为一个位输入或输出端口.系统完全功能该RC32434包含一个可编程看门狗定时器，根儿，ates非屏蔽中断(NMI)计数器到期时，也包含一个地址空间监测，报告的错误响应对未解码解决地区访问.3.2CCD摄像头和A/D转换芯片电荷耦合器件（ChargeCoupleDevice，简称CCD）是一种金属氧化物半导体（MOS）集成电路器件。它以电荷作为信号,基本功能是进行电荷的存储和电荷的转移。CCD自1970年问世以来,由于其独特的性能而发展迅速,广泛应用于自动控制和自动测量,尤其适用于图像识别技术。CCD它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面.ccd摄像头工作原理：CD表面被覆的硅半导体光敏元件捕获光子后产生光生电子，这些电子先被积蓄在CCD下方的绝缘层中，然后由控制电路以串行的方式导出到模数电路中，再经过DSP等成像电路形成图像。fastscan和slowscan最大的区别就在于光生电子导出的速度和电路系统上不同。fastscan导出电子的频率非常快，以便能达到视频级的刷新率，但这将导致电子丢失、噪声增多、光生电子清空不彻底；而slowscan则相反，它的电路设计重在对光生电子积蓄的保护上，导出的频率不高，但保证传出过程中电子丢失和损耗降到极小，它的模数转换器动态范围和灵敏度极高，保证了信号转换过程不失真，同时为了减低热效应产生的噪声，一般使用Cooling系统降温。视频解码器ＳＡＡ７１１０：是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司生产的可编程前端视频解码器。与ＳＡＡ７１１１相比，两者尽管有些管脚信号相似，但仍有较大的差别，需要在实际应用中给予足够的重视。国内做视频采集或图像采集的大多用ＳＡＡ７１１１，而提到较多的ＳＡＡ７１１０则未见多少资料对其进行详细论述。在产品生产上，只有个别国内公司（如北京嘉恒中自图像技术有限公司）使用该芯片。基于科研和实践需要，以下对ＳＡＡ７１１０的主要特点、结构功能、等作一详尽论述。

１主要特点

ＳＡＡ７１１０的主要特点如下：

●具有６路模拟输入（４×ＣＶＢＳ、３×Ｙ／Ｃ或二者相结合）；

●带有３路模拟处理通道；

●内置３路抗混叠滤波器；

●可将２路通道模拟信号相加；

●内含２路８位ＣＭＯＳ视频Ａ／Ｄ转换器；

●对所选择的ＣＶＢＳ／Ｙ通道可编程为静态增益控制或自动增益控制；

●可进行白峰控制；

●可对ＰＡＬＢ／Ｇ、ＮＴＳＣＭ、ＳＥＣＡＭ制式进行亮度和色度处理；●可全程ＨＵＥ控制；

●可自动进行５０／６０Ｈｚ场频检测以及标准ＰＡＬ和ＮＴＳＣ、强制ＳＥＣＡＭ之间的自动转换；

●对所有制式可实现行、场同步检测；

●对于ＰＡＬ制式可用ＵＶ信号延迟线来校正色度信号的相差；

●ＹＵＶ总线支持以下数据率：

—７８０×ｆｈ＝１２．２７２７ＭＨｚ,６０Ｈｚ(ＮＴＳＣ)；

—９４４×ｆｈ＝１４．７５ＭＨｚ,５０Ｈｚ(ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭ)；

●数据输出格式有ＹＵＶ４:１:１(８ｂｉｔ)和ＹＵＶ４:２:２(８ｂｉｔ)两种；

●用户可编程进行亮度峰值孔径修正；

●所有制式可用同一频率电路晶振（２６．８ＭＨｚ）；

●具有实时状态信息输出（ＲＴＣＯ）；

●可对ＹＵＶ总线进行亮度、对比度、饱和度（ＢＣＳ）控制；

●输出引脚有一个用户可编程通用转换开关；

●在片可进行时钟产生电路（ＣＧＣ）和外部ＣＧＣ（ＳＡＡ７１９７）之间的转换；●具有上电控制功能；

●带有可控制的Ｉ２Ｃ总线；

●与ＣＣＩＲ６０１标准兼容。

２结构原理及引脚功能

２．１结构原理

ＳＡＡ７１１０的功能框图如图１所示。下面对方框图中的主要部分进行功能说明。

（１）模拟输入处理

ＳＡＡ７１１０有６路模拟信号输入，２个模拟主通道有箝位电路、模拟放大器、抗混叠滤波器、视频ＣＭＯＳＡ／Ｄ转换器组成。另一路模拟通道也含有箝位电路、模拟放大器、抗混叠滤波器，且能被加到或在Ａ／Ｄ转换前直接转换到两个主通道上。（２）模拟控制电路

箝位控制电路控制着模拟输入信号的正确箝位。高频耦合电容器用于存储和过滤箝位电压。对于亮度或ＣＶＢＳ信号，通常的数字箝位标准是６４，而色度信号则是１２８。增益控制电路通过总线产生３路模拟放大器的静态增益标准，也可以通过内置的自动增益控制（ＡＧＣ）电路控制其中的一路。ＡＧＣ的作用是将ＣＶＢＳ或Ｙ信号放大到所需的信号幅值，以使之与ＡＤＣ输入电压范围相同。抗混叠滤波器要适合于时钟频率。垂直消隐控制电路用于产生总线可编程垂直消隐脉冲。在垂直消隐期间，增益和箝位控制无效。

（３）色度电路

８位数字色度信号经过输入接口后可通过色度带通滤波器来减少直流分量，然后送到正交解调器的乘法输入端。在来自局部振荡器ＤＴＯ１（离散时间振荡器）的２个副载波信号中，副载波信号的相位偏移为９０°，频率则由当前所输入视频信号的色彩制式所决定。对于所有ＰＡＬ和ＮＴＳＣ信号，乘法器可作为正交解调器来使用；而对于ＳＥＣＡＭ信号，乘法器则作为降频混频器来使用。两个乘法输出信号转换为连续的ＵＶ数据流后，可用于２个低通滤波器级，然后再加到增益可控放大器。最后的一个多路复用低通滤波器将与前级一起用来设置所需的带宽。ＰＡＬ和ＮＴＳＣ原始信号流入梳状滤波器。ＳＥＣＡＭ原始信号则通过钟形滤波器（中心频率为０Ｈｚ）、相位解调器和微分器来馈送以获得频率解调的色差信号。将ＳＥＣＡＭ信号去加重后馈送到交叉转换中，可产生连续传输的色差信号。这些信号送到ＢＣＳ（亮度、对比度、饱和度）处理后，它们将最终到达输出格式级和输出接口。图２所示是色度电路的工作过程图。

（４）亮度电路

８位亮度信号（数字ＣＶＢＳ格式或亮度格式（Ｓ－ＶＨＳ、ＨＩ８））通过可变换的前置滤波器来馈送。高频分量的增强可以弥补损耗。色度陷波器（ｆｃ＝４．４３ＭＨｚ或３．５８ＭＨｚ，中心频率可选）可消除大多数色彩载波信号，因此，Ｓ－Ｖｉｄｅｏ（Ｓ－ＶＨＳ，ＨＩ８）信号必须正常通过。亮度信号的高频分量能够在两个具有可选传输性质的带通滤波器中得到增强（通过Ｉ２Ｃ总线控制锐度增加）。并能在可选的核心电路中再一次增强信号，然后将该信号加入原始（未提升）信号中。增强的亮度信号通过可变延迟馈送到ＢＣＳ控制和输出接口。

（５）数字ＹＵＶ总线

通过１６ｂｉｔＹＵＶ总线可从输出接口将数字信息传送到场存储体、数字彩色空间转换器（ＳＡＡ７１９２ＤＣＳＣ）或者视频增强模数处理器（ＳＡＡ７１６５ＶＥＤＡ２）。这些输出可由ＦＥＩＮ来控制。ＹＵＶ数据率与ＬＬＣ２相等。输出信号Ｙ７～Ｙ０是数字亮度信号的ｂｉｔ位。输出信号ＵＶ７～ＵＶ０是多路复用色差信号（Ｂ～Ｙ）和（Ｒ～Ｙ）的ｂｉｔ位。格式表中的时间帧是传输一幅完整取样所需的时间。通过ＨＲＥＦ信号可控制该时间帧。通过将ＦＥＩＮ置低可获取快速使能。该信号同时可用来控制数字ＹＵＶ总线的快速切换。而ＦＥＩＮ引脚为高电平时，则会强制将Ｙ和ＵＶ输出变为高阻态。

（６）同步处理

当前置滤波后的亮度信号被送到同步级后。同步脉冲经过切分将送到相位检测器，在这里它们与细分的时钟频率相比较，并将其结果输出到环路滤波器，来储存所有的相差信息。可调节的输出信号ＨＣＬ和ＨＳＹ则由模拟前端的要求来产生。输出信号ＨＳ、ＶＳ、ＰＬＩＮ被锁至时间基准标记可确保其位于输入信号和ＨＲＥＦ信号之间，这是因为电路的更进一步改进可能会改变整个处理延迟，因而并不推荐将它用在对输入信号的定时要求绝对准确的场合。用环路滤波器驱动一个振荡器可产生行频率控制信号ＬＦＣＯ。

3.3多媒体编解码芯片该系统采用VW2010作为多媒体编解码芯片,VW2010是VWEB公司开发的实时MPEG-4音视频压缩／解压芯片(CODEC)。该芯片具有以下主要特点：1、片内集成有3个信号处理／控制单元，其中包括一个视频编码(压缩)器、一个视频解码(解压)器和一个片内CPU(内部扩展了一个音频编码DSP、一个音频解码DSP、一个多路复合单元和一个多路解复合单元)；2、具有可编程、高性能和低功耗特点，芯片内的每个信号处理／控制单元都由一个RISC处理器和专用的硬件加速器构成，此外，片内视频编解码器中还集成了一个专用的SDRAM；3、在系统上电／复位时，视频编解码器的固件程序可由外部主机(host)载人各自专用的SDRAM，而片内CPU的固件程序则可载人VW2010外挂的SDRAM；4、芯片的主机接口采用标准PCI接口，符合PCI局部总线规范2.2；5、为了使编解码性能达到最佳，VW2010内部集成有一个双通道DMAC，系统host可直接通过主机接口对VW2010进行控制，MPEG数据流则采用DMA方式传输。6、提供有与PHILIPS公司兼容的I2C总线，可方便地对外围芯片进行控制。3.4802.11b芯片无线模块采用的芯片是PHILIPS公司的BGW200,该芯片通过高速串口SPI2与处理器的SPI1口连接。SPI(SeriaPeripheralInterface,串行外设接口)是一种同步外设接口,允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换。当IDTRC32434与BGW200之间互相通信时只能通过BGW200的SPI2口进行,此时IDTRC32434是主(HOST),BGW200是从机(SLAVE),传输的时钟由HOST控制。●802.11b在无线局域网协议中最大的贡献就在于它在802.11协议的物理层增加了两个新的速度：5.5Mbps和11Mbps。为了实现这个目标，DSSS被选作该标准的唯一的物理层传输技术，这个决定使得802.11b可以和1Mbps和2M的802.11bpsDSSS系统互操作。最初802.11的DSSS标准使用11位的chipping－Barker序列－来将数据编码并发送，每一个11位的chipping代表一个一位的数字信号1或者0，这个序列被转化成波形(称为一个Symbol)，然后在空气中传播。这些Symbol以1MSps(每秒1M的symbols)的速度进行传送，传送的机制称为BPSK(BinaryPhaseShiftingKeying)，在2Mbps的传送速率中，使用了一种更加复杂的传送方式称为QPSK(QuandraturePhaseShiftingKeying)，QPSK中的数据传输率是BPSK的两倍，以此提高了无线传输的带宽。在802.11b标准中，一种更先进的编码技术被采用了，在这个编码技术中，抛弃了原有的11位Barker序列技术，而采用了CCK(ComplementaryCodeKeying)技术，它的核心编码中有一个64个8位编码组成的集合，在这个集合中的数据有特殊的数学特性使得他们能够在经过干扰或者由于反射造成的多方接受问题后还能够被正确地互相区分。5.5Mbps使用CCK串来携带4位的数字信息，而11Mbps的速率使用CCK串来携带8位的数字信息。两个速率的传送都利用QPSK作为调制的手段，不过信号的调制速率为1.375MSps。这也是802.11b获得高速的机理。为了支持在有噪音的环境下能够获得较好的传输速率，802.11b采用了动态速率调节技术，来允许用户在不同的环境下自动使用不同的连接速度来补充环境的不利影响。在理想状态下，用户以11M的全速运行，然而，当用户移出理想的11M速率传送的位置或者距离时，或者潜在地受到了干扰的话，这把速度自动按序降低为5.5Mbps、2Mbps、1Mbps。同样，当用户回到理想环境的话，连接速度也会以反向增加直至11Mbps。速率调节机制是在物理层自动实现而不会对用户和其它上层协议产生任何影响。4.软件设计本系统软件设计按层次划分主要分为三层:系统初始化引导和嵌入式系统内核移植、外设驱动程序编写(包括USB摄像头驱动、无线网络模块驱动等)、数据采集与无线传输。4.1系统引导、内核移植和文件系统的建立虽然Linux内核小、效率高,但嵌入式系统的硬件资源毕竟有限,因此不能直接把Linux作为操作系统,要针对具体的应用通过配置内核、裁减shell和嵌入式C库对系统进行定制，使整个系统能够存放到能量较小的Flash中。嵌入式Linux系统主要由4个部分组成:引导内核启动的文件(bootloader)、Linux内核文件(kernel)、虚拟磁盘文件(ramdisk)、用户空间文件(user)。把它们分别放在DataFlash内的4个分区模块中。对于不需要动态改变,使用较节省空间的ROMFS只读文件系统;user模块内需要进行较多的读写操作,所以使用支持动态擦写保存的JFFS2文件系统。在构建完软件平台后,下面就主要涉及到USB摄像头驱动和无线驱动模块设计、视频采集模块和基于802.11无线网络传输模块的程序设计。4.2USB摄像头驱动搭建好嵌入式Linux的开发环境后,下一步就首要完成USB摄像头驱动工作。Video4Linux(V4L)是Linux中关于视频设备的内核驱动,它为针对视频设备的应用程序编程提供一系列接口函数。对于USB口摄像头,其驱动程序中提供了基本的I/O操作接口函数open,read,write,close的实现。当应用程序对设备文件进行系统调用操作时,Linux内核将通过file-operations结构访问驱动程序提供的函数。在编译时选取动态加载模式,确定USB摄像头被正常驱动后,下一步就是使用Video4Linux提供的API函数集来编写视频采集程序。4.3音视频数据采集在完成USB摄像头驱动后,就可以针对设备文件/dev/video进行视频捕捉方面的程序设计。其中用到的主要函数有:Cameraopen():用来开启视频设备文件;Cameragetcapability():取得设备文件的相关信息;Cameragetpicture():获取图像的相关信息;Cameraclose():用来关闭设备文件;Cameragrabimage():用来抓取图像,采用mmap方式,直接将设备文件/dev/video0映射到内存,加速文件I/O操作,还可以使多个线程共享数据。如图4.开始开始打开视频设备获取设备和图象信息内存映射初始化采集窗口帧状态等捕获视频帧数据图象数据处理及应用是否终止视频采集关闭视频设备结束图44.4音视频压缩编解码获取图像数据后,可以直接输出到FrameBuffer进行显示,由于本系统要将采集到的音视频通过无线网络传输出去,所以在传输之前要对原始的图像数据进行压缩编码,在此选用VW2010芯片来实现MPEG-4视频编解码方案。和其他标准相比,MPEG-4压缩比更高,节省存储空间,图像质量更好,特别适合在低带宽条件下传输视频,并能保持图像的质量。对视频流进行压缩编码以后,接下来就要实现网络传输部分的功能。4.5无线网络模块驱动无线驱动模块的软件架构分为三部分:客户驱动(clientdriver)、主机硬件抽象层(HHAL)、主机操作系统抽象层(HOSAL)。设备驱动程序本质上来说就是一组相关函数的集合。它利用结构体file_operations与文件系统联系起来,内核使用该结构体访问驱动程序的函数,该数据结构定义再<linux/fs.h>头文件中。在这个数据类型中,每一个成员变量指向驱动程序中特定操作的函数,对于没有的操作函数,相应的成员函数可以设置位NULL。设备驱动程序通常包含下面3个最主要的部分:(1)驱动程序的注册和注销;(2)设备的打开和释放;(3)设备的读写操作。对于需要动态加载的模块,通过执行Makefile文件,在当前目录会生成目标文件wireless.o。将目标文件wireless.o下载到已经烧写好的文件系统中。当目标板重新启动后,运行命令:insmodwireless.o即可将无线驱动模块链接到内核中。一旦驱动程序被注册到内核表中,对驱动程序的操作就和它的主设备号对应起来了。当应用程序对设备文件进行某种操作时,内核会从file_operations结构中找到并去调用正确的函数。卸载模块可输入下面的命令:rmmodwireless.o。4.6无线网络传输控制过程4.6.1初始化系统初始化包括对SAA7110、VW2010、RC32434、BGW20等芯片的初始化。初始化过程主要包括对一些数据寄存器、地址寄存器、中断服务寄存器等进行相应的操作以形成系统运行环境的初始状态。4.6.2传输控制策略上电开始初始化程序后,服务器端USB摄像头的模拟视频信号在程序控制下通过SAA7110视频解码芯片完成模数