基于ARM11嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

摘要：為了更好的降低監(jiān)控成本，提高系統(tǒng)布防的簡(jiǎn)易性;同時(shí)提高傳輸速度，達(dá)到更好的監(jiān)控效果。采用三星公司S3C6410開(kāi)發(fā)板，及其自帶功能強(qiáng)大的ARM11處理器來(lái)設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)，利用開(kāi)源軟件mjpg_stream，GCC編譯工具，搭建windows和linux下的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)采集圖像清晰，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介及應(yīng)用前景：嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控就是本地PC機(jī)，通過(guò)訪問(wèn)http開(kāi)頭的網(wǎng)絡(luò)地址，對(duì)遠(yuǎn)程終端監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行控制，監(jiān)控人員不用親臨被監(jiān)控區(qū)域的一類視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備。嵌入式監(jiān)控設(shè)備避免了惡劣環(huán)境對(duì)人的影響和監(jiān)控的不利因素，同時(shí)也可以做到據(jù)點(diǎn)監(jiān)控，參數(shù)修改，達(dá)到各種災(zāi)害的提前控制。可廣泛用于軍事監(jiān)控，道路監(jiān)控，學(xué)校宿舍監(jiān)控等。傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備有以下一些不足之處：1)普遍采用撥號(hào)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，占用大量網(wǎng)絡(luò)資源，使用成本較高，工作效率低，可靠性不高和傳輸速率低，不適合更廣泛的推廣。2)硬件的要求較高，更新?lián)Q代周期較長(zhǎng)，體積龐大，不適合長(zhǎng)久的發(fā)展線路。3)系統(tǒng)的針對(duì)性也較強(qiáng)，產(chǎn)品的各種技術(shù)手段，參數(shù)都處于半封閉或封閉狀態(tài)，可移植性較差。

嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：1)嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)易于移植，能夠在linux系統(tǒng)和windows下同時(shí)開(kāi)發(fā);2)對(duì)監(jiān)控設(shè)備要求較低，只需要能夠聯(lián)網(wǎng)，并且只需要安裝IE等瀏覽器;3)各種不同版本的監(jiān)控設(shè)備設(shè)備和軟件層出不窮，跟新較快，能夠?qū)崟r(shí)的滿足監(jiān)控要求;4)豐富的人機(jī)交換界面。除了以上幾點(diǎn)外，還有包括能夠克服惡劣環(huán)境，加上紅外模塊能夠?qū)崿F(xiàn)夜晚的監(jiān)控，監(jiān)控設(shè)備圖形界面的豐富，達(dá)到控制的多樣化等不同優(yōu)點(diǎn)。

1 嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成

任何系統(tǒng)設(shè)備，都是由硬件和軟件組成。本文審計(jì)使用的嵌入式系統(tǒng)是由ARM11開(kāi)發(fā)板，攝像頭，開(kāi)源軟件以及PC機(jī)所構(gòu)成。

1)S3C6420開(kāi)發(fā)板：ARM是一款低功耗、高性價(jià)比的RSIC處理器，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話和通用處理等領(lǐng)域;S3C6410為2.5 G和3 G通信服務(wù)提供了優(yōu)化的硬件性能，內(nèi)置強(qiáng)大的硬件加速器：包括運(yùn)動(dòng)視頻處理、音頻處理、2D加速、顯示處理和縮放等;S3C6410集成了一個(gè)MFC(Multi—Format video Codec)支持MPEG4/H.263/H.264編解碼和VC1的解碼，能夠提供實(shí)時(shí)的視頻會(huì)議以及NTSC和PAL制式的CVBS輸出;S3C6410處理器內(nèi)置一個(gè)采用先進(jìn)技術(shù)的3D加速器，支持OpenGL ES 1.1/2.0和D3DM API，能實(shí)現(xiàn)4M triangles/s的3D加速;S3C6410包含了優(yōu)化的外部存儲(chǔ)器接口，該接口能滿足在高端通信服務(wù)中的數(shù)據(jù)帶寬要求。且具有性能優(yōu)越的處理器——ARM11，性能高，處理頻率快，具有強(qiáng)大的ARM指令集體系結(jié)構(gòu)，對(duì)視頻監(jiān)控的速度和畫(huà)面質(zhì)量有著很大的提高。

2)PC機(jī)：文中采用的是聯(lián)想G470筆記本電腦，安裝了IE瀏覽器。主要是作為顯示設(shè)備。

3)攝像頭：攝像頭的選取一定是要攝像頭支持UVC視頻格式的攝像頭，并非任何一種都可以的，否則將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，本文后面就遇到過(guò)，本文采用的是炫魔攝像頭。

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 整體的框圖設(shè)計(jì)

如圖1所示，該監(jiān)控系統(tǒng)前端采用中星微電子芯片的攝像頭，給開(kāi)發(fā)板加上紅外模塊可以采用專用的紅外攝像頭，采集得到紅外圖像;核心設(shè)備：采用較先進(jìn)的以ARM11為核心處理器的S3C6410開(kāi)發(fā)板，ARM11微處理器具有處理數(shù)據(jù)頻率高，傳輸速度快——64位的數(shù)據(jù)通道，可選的浮點(diǎn)運(yùn)算，支持各種不同的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言(C，C++等)等特點(diǎn)。

2.2 ping通開(kāi)發(fā)板和PC機(jī)

保證開(kāi)發(fā)板和PC機(jī)處于同一個(gè)網(wǎng)段，只有在同一個(gè)網(wǎng)段的情況下，雙方才能夠很好的數(shù)據(jù)互通，在這里我們采用開(kāi)發(fā)板和PC在一個(gè)路由器下，運(yùn)用ping這個(gè)命令來(lái)實(shí)現(xiàn)(ping不僅僅是windows下的命令，在unix和linux下也有這個(gè)命令，它是一個(gè)通信協(xié)議，是ip協(xié)議的一部分，也是tcp協(xié)議的一部分，Ping在Windows下是自帶的一個(gè)可執(zhí)行命令。利用它可以檢查網(wǎng)絡(luò)是否能夠連通，用好它可以很好地幫助我們分析判定網(wǎng)絡(luò)故障。應(yīng)用格式：Ping+IP地址)，最終ping通的結(jié)果如圖所示，如果沒(méi)有ping通的話，開(kāi)發(fā)板和PC將不能夠?qū)崿F(xiàn)互通，圖2是ping通的圖像顯示。

2.3 交叉編譯環(huán)境的搭建

GCC編譯器：即不同處理器之間的交叉編譯工具，Linux系統(tǒng)下的GCC(GNU C Compiler)是GNU推出的功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的多平臺(tái)編譯器，是GNU的代表作品之一。GCC是可以在多種硬體平臺(tái)上編譯出可執(zhí)行程序的超級(jí)編譯器，其執(zhí)行效率與一般的編譯器相比平均效率要高20%～30%。GCC編譯器能將C、C++語(yǔ)言源程序、匯程式化序和目標(biāo)程序編譯、連接成可執(zhí)行文件，如果沒(méi)有給出可執(zhí)行文件的名字，GCC將生成一個(gè)名為a.out的文件。在Linux系統(tǒng)中，可執(zhí)行文件沒(méi)有統(tǒng)一的后綴，系統(tǒng)從文件的屬性來(lái)區(qū)分可執(zhí)行文件和不可執(zhí)行文件。而GCC則通過(guò)后綴來(lái)區(qū)別輸入文件的類別，一般情況下windows下編譯出來(lái)的后綴名為.c文件。

宿主機(jī)上安裝的fedora發(fā)行版的Linux內(nèi)核，這里使用的是ARM—linux—gcc 4.3.0.

2.4 mjpg—stream庫(kù)的移植

根據(jù)mjpg_stream源代碼，默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)輸出端口：output[0]=“output_http.so—port 8080”;默認(rèn)的輸入端口：char*input=“in put_uvc.so--resolution 640x480--fps 5--device/dev/video0”;而不是每一個(gè)開(kāi)發(fā)板的活動(dòng)端口都是video0，因此我們需要重新進(jìn)行編譯。采用之前的編譯工具GCC編譯器，利用make和makefile(make和makefile定義了一系列的規(guī)則來(lái)指定，哪些文件需要先編譯，哪些文件需要后編譯，哪些文件需要重新編譯，甚至于進(jìn)行更復(fù)雜的功能操作)命令進(jìn)行編譯，形成可執(zhí)行文件也就是如圖所示的mjpg_streamer文件格式，即是開(kāi)發(fā)板當(dāng)中的可執(zhí)行文件。前面我們已經(jīng)提到，所采用的攝像頭一定要支持UVC格式的攝像頭，圖3就是不支持UVC和活動(dòng)端口不連接的時(shí)候的錯(cuò)誤提示，圖4就是正確的提示信息。