基于ARM的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1.2 USB 主設(shè)備模塊

AT91RM9200 片內(nèi)集成的USB 主機端口集成一個跟集線器，并在下游端口集成收發(fā)器，它提供幾個半雙工高速串行通信端口，速率為12Mbit/s，最多可連接127 個USB 器件。本系統(tǒng)外擴一個USB 主機端口來支持USB 攝像頭的訪問。

系統(tǒng)采用的是應(yīng)用廣泛的選用羅技快看酷訊版攝像頭進行數(shù)據(jù)采集，這種攝像頭可以實現(xiàn)硬件JPEG 編碼，視頻數(shù)據(jù)由攝像頭采集，一旦主控制器獲得視頻數(shù)據(jù)請求，則通過USB接口讀取其緩存的數(shù)據(jù)，并對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮編碼，然后基于socket 編程來發(fā)送這些壓縮后的數(shù)據(jù)到服務(wù)器。

1.3 以太網(wǎng)接口模塊

AT91RM9200 的在片以太網(wǎng)卡端口和網(wǎng)絡(luò)物理層芯片DM9161E 的MII 接口通信。片內(nèi)以太網(wǎng)卡通過DMA 通道進行數(shù)據(jù)的發(fā)送，不影響AT91RM9200 的正常運行。首先正確設(shè)置傳送控制寄存器和傳送地址寄存器的傳送數(shù)據(jù)塊字節(jié)數(shù)、數(shù)據(jù)塊存儲首地址等參數(shù)，隨后依次從指定數(shù)據(jù)存儲區(qū)地址讀取1024b 數(shù)據(jù)，送入內(nèi)部發(fā)送緩沖器中，由MAC 對數(shù)據(jù)進行封裝發(fā)送，同時記錄已傳送字節(jié)數(shù)，直到數(shù)據(jù)塊發(fā)送完畢。當(dāng)發(fā)送完一組數(shù)據(jù)后，發(fā)出DMA中斷請求，由AT91RM9200 進行相應(yīng)的處理。整個網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)電路由AT91RM9200 控制和調(diào)度。

2 嵌入式Linux 開發(fā)環(huán)境的建立

2.1 交叉編譯鏈的建立

嵌入式開發(fā)與普通開發(fā)有個顯著的不同是，普通開發(fā)是在本機開發(fā)、調(diào)試，本機運行，而嵌入式由于資源有限，不能直接在嵌入式目標(biāo)機上運行開發(fā)工具，因此嵌入式開發(fā)一般采用交叉編譯方式，即在開發(fā)主機上編譯目標(biāo)機上運行的程序。交叉編譯鏈可以自己制作，也可以通過網(wǎng)絡(luò)下載別人已制作好的交叉編譯鏈直接使用。本系統(tǒng)所用交叉編譯鏈版本是3.4.3。

2.2 配置并編譯內(nèi)核

系統(tǒng)選用開源的 Linux 2.6.14 版內(nèi)核作為操作系統(tǒng)，以交叉編譯方式編譯，即在普通PC機上運行Fedora 8 環(huán)境下，用交叉編譯鏈編譯在ARM 9 機器上運行的Linux 內(nèi)核。內(nèi)核用tftp 方式下載到開發(fā)板，然后解壓自引導(dǎo)。具體操作如下：

（1） 給內(nèi)核補丁，下載Linux2.6.14 內(nèi)核源碼linux-2.6.14.tar.bz2 和AT91RM9200 補丁2.6.14-at91.patch.gz，然后：

3 視頻采集的實現(xiàn)

3.1 USB 攝像頭驅(qū)動

Linux 對于視頻采集設(shè)備的支持，是通過Video4Linux（V4L）實現(xiàn)的，V4L 為視頻應(yīng)用程序提供了一套統(tǒng)一的API 函數(shù)，視頻應(yīng)用程序通過標(biāo)準(zhǔn)的API 接口實現(xiàn)與內(nèi)核和驅(qū)動的通信，實現(xiàn)視頻設(shè)備的各種功能。對于USB 接口攝像頭，驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)了基本的I/O 接口函數(shù)open、close、read、write，實現(xiàn)了內(nèi)存映射功能函數(shù)mmap 和控制函數(shù)ioctl，并對于中斷進行了處理。

Linux 中視頻采集的實現(xiàn)，可以用read（）函數(shù)直接讀取數(shù)據(jù)，也可以用mmap（）函數(shù)通過內(nèi)存映射工作。內(nèi)存映射方式直接將設(shè)備地址映射到內(nèi)存地址空間，使用方便，效率更高，因此本系統(tǒng)采用內(nèi)存方式獲取視頻數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)的設(shè)備控制函數(shù)ioctl 實現(xiàn)的主要設(shè)備控制命令有獲得攝像頭信息VEDIOCGCAP，判斷獲取圖片是否成功VEDIOSYNC，讀取圖片相關(guān)信息VEDIOCGPIC，以及獲取圖片VEDIOGETPIC。

3.2 視頻數(shù)據(jù)采集

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集程序也是基于 V4l 編寫應(yīng)用程序，其基本流程首先通過open 系統(tǒng)調(diào)用打開攝像頭設(shè)備，如果成功則繼續(xù)通過ioctl 函數(shù)命令（參數(shù)VEDIOCGCAP）獲取攝像頭相關(guān)信息，ioctl 函數(shù)命令（VEDIOGETPIC）獲取圖像數(shù)據(jù)。