基于TMS320DM365的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)底層軟件應(yīng)用

這種ARM和DSP分開的軟件結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)Davinci框架下的系統(tǒng)的軟件開發(fā)被分成了四個(gè)部分：圖像算法開發(fā)、Codec Server集成開發(fā)、CodecEngine集成開發(fā)和應(yīng)用程序開發(fā)?；A(chǔ)的圖像算法可以通過TI提供的CCS開發(fā)工具，圖像的編碼算法被存儲(chǔ)為．lib的庫文件。而Codec Server的開發(fā)是調(diào)用一系列的．lib算法庫，實(shí)現(xiàn)各種庫文件的對(duì)ARM部分的接口。Ciodec Engine是開發(fā)調(diào)用Codec Server的Stuh和Skelet on，完善整個(gè)圖像處理功能的調(diào)用，而面向廠商或是使用者的應(yīng)用程序的開發(fā)，只需要針對(duì)不同應(yīng)用情況編譯基于Linux的應(yīng)用程序，其中圖像處理算法等內(nèi)容，作為黑箱供這些使用者調(diào)用。

3 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)底層軟件
3．1 Linux系統(tǒng)內(nèi)核
Linux系統(tǒng)內(nèi)核使用的linux-2．6．32，相較于之前的版本增添了虛擬化內(nèi)存、改進(jìn)了文件系統(tǒng)、支持低傳輸延遲時(shí)間模式、內(nèi)存控制器支持softlimits、支持S+Core架構(gòu)、支持Intel Moorestown及其新的固件接口、支持運(yùn)行時(shí)電源管理、以及新的驅(qū)動(dòng)。常用的LINUX操作系RADHAT Enterprise 6，ubuntu-10．04．debian 6．穩(wěn)定版本，這些都是使用linux-2．6．32內(nèi)核。Linux-2．632作為ARM部分所使用的基層操作系統(tǒng)，在TI上也有提供，不過所提供的是一個(gè)非常寬泛的、適用于多種DaVinci框架內(nèi)核產(chǎn)品的一個(gè)完整內(nèi)核，無論是功能還是驅(qū)動(dòng)都非常完善，但是缺點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間長、容量大，所以我們必須存原有的TI系統(tǒng)內(nèi)核的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的修改。整個(gè)修改基于Linux操作系統(tǒng)運(yùn)行。
第一步是系統(tǒng)內(nèi)核的精簡(jiǎn)開始。整個(gè)精簡(jiǎn)過程主要是在內(nèi)核文件中刪除自己不需要使用東西，如平臺(tái)信息、芯片信息和驅(qū)動(dòng)等，并且在Kconfig和Makefile里面將刪除信息屏蔽。首先完成在內(nèi)核系統(tǒng)中平臺(tái)信息和芯片信息的文件刪減，然后通過Makefile文件重新修改編譯方法，經(jīng)過重新編譯以后，內(nèi)核的精簡(jiǎn)已經(jīng)完成，在Linux環(huán)境中使用tar jcf或tar zcf壓縮的Linux內(nèi)核，整個(gè)內(nèi)核的大小下降到了51M，相當(dāng)于原來尺寸的二分之一。當(dāng)然可以化簡(jiǎn)的還可以包括了include和driver里面的一些不需要使用的驅(qū)動(dòng)，但是由于大小并不是很大，所以這里也就沒有去除。
第二步開始內(nèi)核系統(tǒng)的配置。因?yàn)橹耙呀?jīng)修改了內(nèi)核系統(tǒng)文件的內(nèi)容，選項(xiàng)即使都已經(jīng)按照默認(rèn)的方式配置完畢，但是存細(xì)部還需要一定的修改，使用make linux_config進(jìn)入內(nèi)核配置界面。首先需要修改的是“General setup”內(nèi)的晶振，將原本27000000所表示27MHz時(shí)鐘參數(shù)，改為硬件使用的24MHz時(shí)鐘。然后在“Device Drivers”中配置NAND flash的大小、分塊信息；USB的驅(qū)動(dòng)設(shè)置一般設(shè)定為主機(jī)用于，識(shí)別U盤等其他USB設(shè)備；在選擇視頻傳輸?shù)姆绞降臅r(shí)候，需要選擇以太網(wǎng)絡(luò)的“10M or 100M Ethernet MAC support”傳輸方式：并且開啟I2C和串口功能等。
第三步檢測(cè)核對(duì)程序內(nèi)核，確保底層功能程序與硬件設(shè)備的匹配。最重要的machdavinci＼dm365．c，內(nèi)部都是管腳定義包括了I／O口的
復(fù)用。sound＼soc＼codecs有tlv320aicxx．c等音頻芯片驅(qū)動(dòng)：soc＼davinci里有PCM、I2S等驅(qū)動(dòng)。完成所有檢測(cè)核對(duì)之后，用make指令編輯linux內(nèi)核，生產(chǎn)一個(gè)bin文件，燒錄到DM365處理器中，即可運(yùn)行系統(tǒng)內(nèi)核。
3．2 啟動(dòng)程序
Bootloader是嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)之后加載的第一段程序，也就是俗稱的啟動(dòng)程序，這段代碼一般用于初始化處理芯片，映射內(nèi)存空間，完成系統(tǒng)基本硬件設(shè)置，為之后的操作系統(tǒng)內(nèi)核提供運(yùn)行環(huán)境及。所以這段程序的長度和運(yùn)行時(shí)間都非常短，但對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說是非常重要的。文中使用u-boot作為Bootloader程序，作為一種通用程序，它支持多種體系結(jié)構(gòu)的處理器。其功能涵蓋了flash燒寫、操作系統(tǒng)內(nèi)核啟動(dòng)等功能。整個(gè)u-boot的軟件流程如圖6所示。

整個(gè)u-boot的啟動(dòng)過程可以分為三個(gè)階段。首先在flash中啟動(dòng)代碼，設(shè)置異常的入口地址和異常處理函數(shù)、配置系統(tǒng)主頻、I／O寄存器初始化、初始化存儲(chǔ)空間，然后將之后的程序加載到RAM中，起始地址設(shè)定，并在RAM中運(yùn)行，設(shè)置硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型、啟動(dòng)參數(shù)地址、打開芯片外圍設(shè)備的使能端、設(shè)置內(nèi)核參數(shù)、復(fù)制鏡像文件和設(shè)置入口函數(shù)。最后運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核鏡像。
將u-boot系列文件導(dǎo)入攝像機(jī)后開啟電源，通過RS232串口，可以讀取系統(tǒng)的啟動(dòng)信息。整個(gè)啟動(dòng)過程可以分為三個(gè)不同階段。第一階段首先u-boot驅(qū)動(dòng)先確定啟動(dòng)的ubl版本和啟動(dòng)方式，檢測(cè)Flash和總線狀態(tài)，一般傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式為NANDFlash啟動(dòng)。第二階段確認(rèn)RAM等基本傳輸硬件狀態(tài)，檢測(cè)時(shí)鐘信號(hào)，接下來開始將Flash中的u-boot啟動(dòng)程序轉(zhuǎn)入RAM中。最后一階段檢測(cè)所有的硬件信息，并將這些信息傳給Linux內(nèi)核，然后運(yùn)行Linux內(nèi)核，當(dāng)硬件信息有錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)跳出錯(cuò)誤報(bào)告。所檢測(cè)的硬件信息主要有：CPU內(nèi)核和狀態(tài)、PLL狀態(tài)、RAM存儲(chǔ)器、TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、I／O口等。這一步驟結(jié)束后，系統(tǒng)地控制權(quán)將完全轉(zhuǎn)交給Linux。啟動(dòng)一系列內(nèi)核文件后，會(huì)出現(xiàn)Linux的用戶登錄界面。
完成所有硬件檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)安裝以后，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的所有硬件都開始工作，并且擁有最基本的功能，能夠傳輸模擬視頻信號(hào)，并且可以登錄網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)獲得IP地址。但是通過游覽器進(jìn)行圖像的獲取，需要進(jìn)一步燒錄應(yīng)用程序。同時(shí)，還可以通過串口實(shí)時(shí)地設(shè)置攝像機(jī)內(nèi)Linux內(nèi)核的設(shè)置。
3．3 驅(qū)動(dòng)程序移植
驅(qū)動(dòng)程序是硬件運(yùn)行功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。由于所設(shè)計(jì)的DM365網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)配有USB等多功能通用硬件接口，所以即使是成品之后，處于擴(kuò)展的原因，新硬件的添加也會(huì)非常頻繁，這里就必須讓設(shè)備驅(qū)動(dòng)也更新。這里我們想使用一個(gè)最簡(jiǎn)便的GPIO驅(qū)動(dòng)程序來作為一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序移植的范例。
驅(qū)動(dòng)移植的一個(gè)整體流程，是將針對(duì)某一硬件功能的驅(qū)動(dòng)軟件加入Linux嵌入式調(diào)用的特殊語句，并且存放在內(nèi)核操作系統(tǒng)特定的存放位置，修改內(nèi)核配置文件，使這個(gè)驅(qū)動(dòng)能被調(diào)用。完成這些修改之后，就能在應(yīng)用程序?qū)用媸褂眠@個(gè)硬件設(shè)備了。
首先是對(duì)CPIO驅(qū)動(dòng)源碼的修改和放置，GPIO是嵌入式系統(tǒng)最簡(jiǎn)單、最常用的資源了，比如點(diǎn)亮LED，控制蜂嗚器，輸出高低電平，檢測(cè)按鍵，等等。GPIO分輸入和輸出，在linux-2．6．32內(nèi)核中，本來就有有關(guān)GPIO的最底層的寄存器驅(qū)動(dòng)，所以不用另外新建驅(qū)動(dòng)程序，其位置是在＼arch＼arm＼mach-dayrinci目錄下的gpio．c，這個(gè)是寄存器級(jí)的驅(qū)動(dòng)，與一般單片機(jī)MCU一樣，GPIO的設(shè)置都是通過特殊寄存器的數(shù)值決定的。據(jù)DM365的芯片DATASHEET，DM365的CPIO分為3組BANK，BANK01組包括GPIO0～GPIO31，BANK23組包括GPIO32～GPIO63，BANK45組包括GPIO64～GPIO70，由于硬件資源的原因，DM365并不是GPIO管腳就是純粹的GPIO腳，GPIO管腳和其他一些標(biāo)準(zhǔn)接口復(fù)用相同的引腳，比如SPI和GPIO復(fù)用，I2C和CPIO復(fù)用等，到底是使用CPIO還是其他接口，在初始化的時(shí)候，都需要對(duì)PINMUX0和PINMUX1兩個(gè)寄存器進(jìn)行設(shè)置，而這兩個(gè)寄存器的設(shè)置則在＼arch＼arm＼mach-davrinci目錄下mux_cfg.c和對(duì)應(yīng)的mux．h里，當(dāng)然如果只是用一些只作為I／O功能的管腳，則不需要對(duì)著兩個(gè)寄存器進(jìn)行設(shè)置相較于單片機(jī)對(duì)于I／O口的設(shè)置，DM365的GPIO驅(qū)動(dòng)多了一些嵌入式系統(tǒng)特有的功能語句。比如：需要定義一個(gè)設(shè)備名稱用于程序內(nèi)部的調(diào)用，#define DEVICE_NAME“dm365_gpios” ／*定義設(shè)備驅(qū)動(dòng)的名字，或設(shè)備節(jié)點(diǎn)名稱*／并且定義驅(qū)動(dòng)文件的API，在Linux系統(tǒng)當(dāng)中，所有設(shè)備都可以當(dāng)做文件進(jìn)行操作。
static const struct file_operations
davinci_dm365_gpio_fileops={
．owner=THIS_MODULE，
．open=davinci_dm365_gpio_open，
．ioctl=davinci_dm365_gpio_ioctl，
}；
定義內(nèi)核初始化的函數(shù)功能，這一部分是ARM最基礎(chǔ)的IO口這幾方法，這里就不進(jìn)行詳細(xì)介紹。
完整這些內(nèi)容后，這個(gè)GPIO的驅(qū)動(dòng)程序就可以被Linux系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)用了。之后修改內(nèi)核文件的設(shè)置，修改Kconfig文件，加入一段GPIO設(shè)置，說明GPIO驅(qū)動(dòng)功能等。存makefile文件的128行，加入語句：ohi-$(DAVINCI_DM365_GPIOS)+=dm365_gpios．o，輸出之前驅(qū)動(dòng)軟件的．o ut文件，這樣整個(gè)內(nèi)核配置完成。之后這個(gè)I／O口的驅(qū)動(dòng)程序就可以在應(yīng)用程序中利用語句：fd=open(“／dev／dm365_gpios”，0)；來運(yùn)行。
這里使用了一個(gè)較為簡(jiǎn)單常見的GPIO驅(qū)動(dòng)來舉例，是為了更簡(jiǎn)單地描述整個(gè)Linux嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)軟件的移植過程。對(duì)于其他更為專業(yè)的硬件驅(qū)動(dòng)，如usb設(shè)備、