基于ARM嵌入式IPCamera的設(shè)計與實現(xiàn)

　　0 前言

　　隨著社會的發(fā)展，人們對安全防范工作日益重視，監(jiān)控產(chǎn)品也從以前只在重要單位使用發(fā)展到各個領(lǐng)域都在應(yīng)用。監(jiān)控產(chǎn)品的技術(shù)也從模擬向數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控產(chǎn)品使用較多的是硬盤錄像機(jī)，但價格比較高。有些場合對監(jiān)控的要求并不高，也不需要錄像，但有時又要在遠(yuǎn)程了解一下當(dāng)?shù)氐漠嬅?，這時就希望使用一種低價的，又能實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的監(jiān)控產(chǎn)品。所以就計劃設(shè)計IPCamera（網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)），它能夠接受網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)短信發(fā)來的命令進(jìn)行拍照，并將照片發(fā)布到Web服務(wù)器上或手機(jī)上供用戶瀏覽。

　　1 IPCamera系統(tǒng)總體設(shè)計

　　IPCamera系統(tǒng)的總體設(shè)計思路是：采用ARM9作為系統(tǒng)的處理器，利用普通USB攝像頭完成圖像采集。系統(tǒng)設(shè)計一塊網(wǎng)卡和一個GPRS模塊，用戶可以根據(jù)需要決定選用其中的一種、或者二種同時使用。手機(jī)能夠通過GSM網(wǎng)向IPCamera的GPRS發(fā)送拍照控制命令，系統(tǒng)會自動將拍下的照片通過GPRS模塊發(fā)回給手機(jī)；網(wǎng)絡(luò)用戶可以利用telnet協(xié)議向IPCamera發(fā)送拍照控制命令，然后再利用瀏覽器查看IPCamera上的照片。

　　2 IPCamera的硬件設(shè)計

　　在設(shè)計IPCamera時，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和成本等因素，因此將系統(tǒng)硬件設(shè)計為3個部分，即核心板、主板和GPRS模塊，如圖1所示。www.51kaifa.com

　　核心板采用三星公司生產(chǎn)的S3C2410處理器；SDRAM采用2片HY57V561620AT-H構(gòu)成64M；將它連接到系統(tǒng)nGCS6，所以它的起始地址為：0x03000000。NAND FLASH 采用SAMSUNG K9F1208芯片，F(xiàn)LASH芯片連接到系統(tǒng)的nGCS0，所以它的起始地址為：0x00000000。要系統(tǒng)從NAND FLASH啟動，應(yīng)將S3C2410的OM0和OM1引腳都接地。

　　主板主要是一些接口電路。串行接口采用MAX3232芯片，由于本系統(tǒng)只使用一個串口，所以和S3C2410的TXD0和RXD0相連，構(gòu)成第一個串口電路。JTAG接口直接由S3C2410處理器控制，只不過在連接電路上要加上接電阻。USB接口電路直接采用S3C2410內(nèi)部的USB主機(jī)控制器，然后接上限流電阻和保險絲和USB插座。網(wǎng)卡采用AX88796-X86芯片，接在BANK2的位置上，所以片選接處理器的nGCS2信號，其地址為0X200，所以IO_BASE0、IO_BASE1、IO_BASE2三個引腳懸空，中斷選用INT2。網(wǎng)卡的邏輯地址是0x10000200。

　　GPRS模塊采用SIMCOM公司生產(chǎn)的SIM100-E芯片。通過第三個串口信號線TXD2和RXD2和處理器相連接。

　　圖1 IPCamera硬件結(jié)構(gòu)圖

　　3 IPCamera引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)和驅(qū)動程序

　　IPCamera引導(dǎo)程序選用韓國Mizi公司開發(fā)的vivi。vivi必須經(jīng)過裁剪、交叉編譯、下載到IPCamera等幾個過程。首先使用make menuconfig命令裁剪vivi，然后make命令編譯生成vivi的二進(jìn)制鏡像文件，使用的編譯器是armv4l-unknown-linux-gcc和armv4l-unknown-linux-as，最后使用JTAG將vivi燒寫到IPCamera的flash芯片上。

　　考慮到成本，以及系統(tǒng)對實時性的要求不高等因素，所以決定選用Linux操作系統(tǒng)。目前發(fā)行的Linux操作系統(tǒng)都能支持ARM機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，所以只要根據(jù)平臺的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行移植。系統(tǒng)移植主要包括建立交叉編譯環(huán)境、修改內(nèi)核源碼、內(nèi)核裁剪和內(nèi)核編譯4等個環(huán)節(jié)。內(nèi)核裁剪時，要讓系統(tǒng)包括telnet和ftp服務(wù)。telnet服務(wù)主要實現(xiàn)能夠?qū)PCamera遠(yuǎn)程操作，ftp服務(wù)主要實現(xiàn)IPCamera的文件上傳和下載。最后將編譯好的內(nèi)核映象文件利用vivi軟件燒寫到IPCamera的flash芯片上。www.51kaifa.com

　　IPCamera需要串口、USB、視頻設(shè)備和網(wǎng)卡等多個設(shè)備驅(qū)動程序［2］，由于這些設(shè)備都是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，所以可以到廠家去下載相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動源程序，然后交叉編譯成Linux下的驅(qū)動程序，最后通過insmod［3］命令向內(nèi)核加載驅(qū)動程序。如：Linux系統(tǒng)提供了視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動video4linux（簡稱V4L），它為視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供一系列接口函數(shù)，所以USB攝像頭

　　就可以采用V4L驅(qū)動程序。

　　4 IPCamera應(yīng)用程序的設(shè)計

　　IPCamera主要包括3個應(yīng)用程序，即：USB攝像頭拍照、Web服務(wù)和GPRS操作控制等程序。這些應(yīng)用程序都是用C語言來編寫，然后通過交叉編譯生成可執(zhí)行文件。

　　4.1 USB攝像頭拍照程序的設(shè)計

　　USB攝像頭采用video4linux驅(qū)動，V4L圖像采集的方法有兩種，即overlay和mmap。本系統(tǒng)采用mmap，這種方法是通過將設(shè)備文件影射到內(nèi)存的方法，直接通過指針操作內(nèi)存的方式讀取攝像頭采集到的圖像數(shù)據(jù)?？刂婆恼展δ芎瘮?shù)如下：

　　int cap（char * fileName）

　　{┅

　　/***初始化設(shè)備***/

　　if （device_init（DEFAULT_DEVICE， &vd， 0， 3） == -1）www.51kaifa.com

　　{ perror（“device_init： failed.。。”）;

　　return -1; }

　　/***內(nèi)存映射***/

　　if （v4l_grab_frame（&vd， 0））

　　return -1;

　　if （v4l_grab_sync（&vd））

　　return -1;

　　img = device_get_address（&vd）;

　　/***讀取圖像數(shù)據(jù)***/

　　p=img;

　　for （i=0;i《PAL_NC_HEIGHT;i++）

　　for （j=0;j《PAL_NC_WIDTH;j++）

　　{ tmpc=*（p）;

　　*（p）=*（p+2）;

　　*（p+2）=tmpc;

　　p+=3; }

　　/***轉(zhuǎn)換圖像數(shù)據(jù)格式，保存為jpg文件***/

　　if （write_jpeg（fileName， img， 70， 0））www.51kaifa.com

　　return -1;

　　┅

　　}