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1、南京理工大学硕士学位论文基于ARM和Linux的嵌入式远程视频监控系统设计姓名：黄恒强申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：张重雄20080601硕上学位论文基于A R M 和L i n u x 的嵌入式远程视频l 监控系统设计摘要本文根据大楼电梯视频监控系统的要求，提出了一种基于嵌入式技术的网络视频监控系统实现方案。系统以嵌入式L i n u x 和嵌入式微处理器$3 C 2 4 1 0 X 为核心平台，通过嵌入式平台建立的基于T C P I P 协议的视频服务器，将U S B 摄像头采集来的图像数据压缩后，经过网络传输，完成对监控现场的网络视频监控任务。论文首先阐述了嵌入式网络视
2、频监控系统的发展、现状以及整体构建，然后介绍了嵌入式L i n u x 操作系统以及A R M 处理器的发展情况，分析了主要外围电路的设计，以及如何在A R M 硬件平台上进行嵌入式L i n u x 内核的编译与移植，介绍了B o o t l o a d e l 的启动原理及运行过程，并对在L i n u x 操作系统下的U S B 驱动程序的开发进行了研究。本文重点讨论了图像采集、编码和网络通信程序的设计原理与实现。最后进行了系统整体测试，并提出进一步开发设想。本文的研究结果具有较大的工程实际意义，对于基于I P 技术的各种视频通信应用具有一定的参考价值。关键词：A R M，S 3 C 2
3、 4 1 0 X，嵌入式，L i n u x，视频监控A b s t r a c t硕J 二学位论文A b s t r a c tI nt h i st h e s i s，ar e s o l u t i o no fn e t w o r kv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mb a s e do nt h ee m b e d d e dL i n u xa n d$3C 2 410 Xh a sb e e ns u c c e s s f u l l yd e v e l o p e d，a c c o r d i n gt ot h
4、er e q u i r e m e n t so fb u i l d i n ge l e v a t o rv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m T h es y s t e mb u i l d sav i d e os e r v e rb a s e do nT C P I Pp r o t o c o lw h i c hc a nc a p t u r ev i d e os i g n a lf r o mU S Bd i g i t a lc a m e r aa n dt r a n s p o r tt h es i g
5、 n a lt oc l i e n tt h r o u g hI n t e m e t F i r s t l yt h ec o n s t r u c t i o no fe m b e d d e dn e t w o r kv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mi sp u tf o r w a r da n dd i s c u s s e d S e c o n d l y，s o m ee m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e m sa n dt h es i t u a t i o
6、n so fA R Mp r o c e s s o ra r ei n t r o d u c e d t h ed e s i g nm e t h o d so fm a i nh a r d w a r ec i r c u i t sa r ea n a l y z e d，t h et h e o r yo fB o o t l o a d e ri Si n t r o d u t e d，t h ed r i v e ro fU S Bd e v i c ei Sr e s e a r c h e d，a n dt h e nt h et r a n s p l a n t a
7、 t i o no fe m b e d d e dL i n u xo nt h eA R Mp l a t f o r mi sa c c o m p l i s h e d F u r t h e rt h i st h e s i sf o c u s e do nd i s c u s s i n gh o wt od e s i g ni m a g ec o l l e c t i n g，i m a g ec o d i n g，a n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o np r o g r a m F i n a l l y，t h
8、es y s t e mi st e s t e da n dt h ep l a no ff u r t h e rd e v e l o p m e n ti sp r o p o s e d R e s u l to ft h i sr e s e a r c hw a sp r o v i d e dw i t hg r e a ts i g n a l i t yo fp r a c t i c a le n g i n e e r i n ga n dav a l u a b l er e f e r e n c ef o ra p p l i c a t i o no fv i
9、d e oc o m m u n i c a t o rb a s eo nI Pt e c h n o l o g y K e y w o r d s：A R M，$3 C 2 4 1 0 X，e m b e d d e ds y s t e m，L i n u x，v i d e os u r v e i l l a n c e声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他入已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。
10、研究生签名：2 勰年多月中学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：2 略年锄习曰硕上学位论文基于A R M 和L i n u x 的嵌入式远程视频监控系统设计1 绪论1 1 视频监控系统的发展当今社会是一个信息高速发展的时代，获取信息的方便和快捷可以使我们在信息化的今天领先一步创造出巨大的利益，而我们获取信息的一个重要的途径就是通过眼睛。在人类感官接受的各种信息中约有8 0 来自视觉【l】
11、。图像是对客观事物形象、生动的描述，是直观而具体的信息表达形式，是人类最重要的信息载体。随着科学技术的快速发展和人民物质生活水平的提高，视频监控系统以其直观、方便和信息内容丰富等特点，日益受到人们的青睐，并在各行各业得到了广泛的应用。生活中有小区安全监控，电讯行业有基站监控，银行系统有柜员机监控，林业部门有火情监控，交通方面有违章和流量监控等等。自从摄像机、电视机等出现后，最初的模拟视频监控系统也随之出现了。经过较长时间的发展并在实际工程中得到了非常广泛的应用，发展已经非常成熟，性能也十分稳定，但由于系统中以模拟图象信息为主，对图象的处理和传送均采用模拟技术，不仅图象质量低，而且系统资源浪费严
12、重，不易组成复杂的网络结构，主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络，监控功能可扩展性差。因此系统尽管已发展到很高的水平，已无太多潜力可挖，其局限性依然存在。随着计算机的普及应用，网络通信技术及图像压缩处理技术的快速发展，在视频监控领域中，数字化和网络化成为一种趋势。上世纪末，基于P C 的数字化网络视频监控系统迅速崛起，部分地取代了以视频矩阵图像分割器、录像机为核心，辅以其它设备的模拟视频监控系统。数字化的视频通信在图像质量、传输距离、抗干扰能力等方面都要优越于传统的模拟视频通信，并且数字图像处理更加方便。因此，数字化网络视频监控系统将必然取代传统的模拟监控系统 2】。但随着基于P C
13、 的视频监控系统的发展，在实际工程使用过程中，也暴露出一些不足，主要是系统工作的实时性不高、稳定性较差，而且成本较高；P C 需要专人管理，操作较为烦琐；兼容性差，采用专用的视频压缩卡对数据进行处理，因此系统一般只支持一种编解码格式，无法提供对其他编码方式的支持。进入2 1 世纪，嵌入式技术、多媒体图像处理技术的进一步发展，为嵌入式网络视频监控系统的发展提供了技术条件。嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，具有高可靠性、低成本、严要求、综合性强的专用计算机系统，它主要由嵌入式微处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，集软硬件于一体，能够独立工作。嵌入式系统具有实时性好、稳
14、定性强等特点，在网络视频监控中得到快速发展【3】。嵌入式网络视频监控系统与其它监控系统的比较有如下特点【4】：l1 绪论硕士学位论文(1)布控区域广阔。嵌入式视频监控设备可以直接接入网络，没有线缆长度和信号衰减的限制，同时网络是没有距离概念的，彻底抛弃了地域的限制，扩展了布控区域。(2)系统具有几乎无限的无缝扩展能力。所有设备都以I P 地址进行标识，增加设备只是意味着I P 地址的扩充。(3)可组成非常复杂的监控网络。采用基于嵌入式视频监控设备为核心的监控系统，在组网方式上与传统的模拟监控和基于P C 平台的监控方式有极大的不同，由于嵌入式视频监控设备的输出己完成了模拟到数字的转换并压缩，采
15、用统一的协议在网络上传输，支持跨网关、跨路由器的远程视频传输。(4)性能稳定可靠，无需专人管理。嵌入式视频监控设备实际上基于嵌入式计算机技术，采用嵌入式多任务操作系统，又由于视频采集和数据处理功能都集中到一个体积很小的设备内，直接连入局域网或广域网，即插即看，系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高，也无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。因此，加强对嵌入式网络视频监控系统的研究，对我国监控行业今后的发展有着重要意义。1 2 课题背景课题来源于江苏省广播监测中心的视频监控系统项目。由于安全的需要，江苏省广播监测中心准备在其大楼电梯内安装视频监控系统。根据项目的实际需求和视频监控系统的发展趋势，确
16、定项目方案为基于嵌入式技术的网络视频监控系统。电梯网络视频监控系统由位于控制柜中的信号采集处理计算机(也称为服务器)、负责信号传输的以太网络和向维护人员提供监控界面的服务中心计算机(也称为客户端)这三部分组成，实现一个具有实时视频采集压缩及传输功能的可以直接接入以太网的网络摄像机，其基本工作过程是：在电梯发生故障时，维护人员在客户端上拨号接通服务器，由服务器实时采集电梯内的视频图像，并通过以太网络传送给客户端，维护人员通过客户端上的监控窗口可以直观地观察到电梯内的各种情况。1 3 论文主要内容及结构安排针对监控系统中的关键技术进行分析，本文将着重研究以下内容：(1)嵌入式操作系统的实现在A R
17、 M 微处理器上运行嵌入式操作系统，可以为上层软件的丌发提供统一的接口，方便系统功能的进一步扩展升级。嵌入式L i n u x 系统是丌源的操作系统，自身带有T C P I P协议，具有强大的网络功能，方便用户进行网络编程。(2)图像信号的采集与压缩通过摄像头采集视频数据后，再进行视频图像压缩。选用合适的视频图像压缩方式硕上学位论文基于A R M 和L i n u x 的嵌入式远程视频监控系统设计对远程监控的效果有很大的影响。M J P E G 视频压缩方式对视频数据信号采用帧内压缩，而不进行帧间压缩，其过程容易实现，成本较低，图像的压缩率也相对较低，视频图像效果完全满足监控要求。考虑到本系统
18、主要应用于局域网络，因此对运动图像信号采用M J P E G 视频压缩方式。(3)视频数据的网络传输嵌入式L i n u x 系统具有完整的T C P I P 协议栈，因此，可以采用s o c k e t 编程建立一个基于T C P I P 的嵌入式视频服务器，为视频数据的传输和网络控制信息的收发提供网络服务，远程客户端通过接收视频数据来实施对现场的视频监控。全文结构安排如下：第1 章综合论述了视频监控系统的现状和发展情况。第2 章提出了本系统的整体结构，介绍了$3 C 2 4 1 0 X 的体系结构，并对其主要外围电路进行设计。第3 章研究了嵌入式L i n u x 在A R M 上的剪裁和
19、移植，包括交叉编译环境的建立、B o o t L o a d e r 和内核的分析与移植，以及文件系统的建立。第4 章研究了在嵌入式L i n u x 操作系统下U S B 摄像头驱动程序的开发。第5 章详细介绍了基于V 4 L 的视频采集程序设计，以及视频图像的压缩方法。第6 章介绍了建立T C P 连接的必要函数和程序流程，并对服务器程序、客户端程序进行了设计。第7 章对该系统的整体功能进行测试。第8 章对本文的工作进行总结，并提出对今后工作的展望。2 嵌入式系统硬件设计硕七学位论文2 嵌入式系统硬件设计2 1 视频监控系统结构设计基于嵌入式技术的监控系统前端采用摄像头不断采集视频图像，并
20、压缩编码成视频流，然后通过网络发送到视频需求者。视频的使用者可利用软件进行解码，在P C 机上进行显示和处理，也可通过硬件解码，解压出模拟视频信号输出到监视器，利用其他类型的网络存储设备根据需要进行录像。系统整体结构如图2 1 1 所示。图2 1 1 嵌入式视频监控系统结构框图该系统中主控C P U 采用基于A R M 9 2 0 T 内核的$3 C 2 4 1 0 X 微处理器，通过在处理器上运行L i n u x 操作系统，构建嵌入式服务器，接收来自摄像头的视频信号，进行压缩编码，再由C S 8 9 0 0 A 以太网控制器发送至远程监控端，实现视频数据的传输以及对网络控制信号的解释执行。
21、2 2A R M 处理器简介A R M 嵌入式微处理器是全球领先的1 6 3 2 位R I S C 处理器芯片知识产权设计供应商A R M(A d v a n c e d R I S C M a c h i n e s)公司的产品。A R M 公司本身不直接从事芯片生产，而是靠转让设计许可，由合作公司生产各具特色的芯片。A R M 处理器以其完整的体系结构发展系列，极小的体积、极低的功耗、极低的成本、极高的性能，及时根据嵌入对象的不同进行功能上的扩展的优势，在众多种类的嵌入式微处理器中脱颖而出。基于A R M 技术的微处理器应用占据了3 2 位R I S C 微处理器7 5 以上的市场份额，A
22、 R M 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。采用R I S C 架构的A R M 微处理器一般具有如下特点【5 j：4硕+学位论文基于A R M 和L i n u x 的嵌入式远程视频监控系统设计(1)支持T h u m b(1 6 位)A R M(3 2 位)双指令集，能很好的兼容8 位1 6 位器件；(2)大量使用寄存器，指令执行速度更快；(3)加载存储结构，数据处理的操作只针对寄存器的内容，而不直接对存储器进行操作；(4)简单的寻址模式，所有加载存储的地址都只由寄存器的内容和指令域决定，执行效率高；(5)统一的和固定的指令域，简化了指令的译码；(6)每一条数据指令都对算术逻辑单元(A
23、 L U)和移位器进行控制，以实现对A L U和移位器的最大利用；(7)地址自动增加和自动减少的寻址模式实现了程序循环的优化；(8)多存储器加载和存储指令实现了最大数据吞吐量；(9)所有指令的条件执行实现了最快速的代码执行。目前，A R M 处理器有A R M 7、A R M 9、A R M 9 E、A R M l 0、A R M l l 和S e c u r C o r e等系列。每个系列除了具有A R M 体系结构的共同特点以外，都有各自的特点和应用领域。2 3$3 C 2 4 1 0 X 体系结构$3 C 2 4 1 0 X 是三星公司生产的基于A R M 9 2 0 T 内核的芯片，采
24、用五级流水线和哈佛结构，提供1 1 M I P S M H Z 的性能，它是专门为手持设备而设计的，功耗低，集成度高。作为$3 C 2 4 1 0 X 芯片的C P U 芯核，1 6 3 2 位A R M 9 2 0 T R I S C 微处理器采用O 1 8 岬C M O S 标准单元结构，具有全性能的M M U、独立的1 6 K B 指令缓存和1 6 K 1 3 数据缓存，以及高速的A M B A 总线接口【6 J【7 J。$3 C 2 4 1 0 X 内部结构复杂，芯片内部集成了以下资源：1 个L C D 控制器(支持S T N和T F T 带有触摸屏的液晶显示屏)，S D R A M
25、控制器，N A N DF l a s h 控制器，3 通道U A R T(串口)，4 通道D M A，4 个具有P W M 功能的计数器和1 个内部时钟，8 通道的1 0 位A D C，触摸屏控制器，1 2 C 总线接1 2 1，1 2 S 数字音频总线接口，2 个U S B 主机接口，1 个U S B 设备接口，2 通道S P I 和P L L 数字锁相环，S D M M C 卡控制器，看门狗计数器，1 1 7 位通用I O 和2 4 位外部中断源嗍 t m】。其内部结构如图2 3 1 所示：2 嵌入式系统硬件设计硕上学位论文钉1 P A【3 1 叫嗵f悠参C a c h e处理瑗；1 6
26、K B1 2 11一r。1+。1。r J J 一1：o】l I D 3 1：o】lc P u 核下_ n，嘲上!b 嚣(I n t e r n a l、：D p 3 1：O：。_a b e d d e dI C E)岬F 一n|丢I”J J 剥古可而百西一据i，C a c h e4 一登T a g-D P A l 31：o】堕碰一jL s 州一w B P。【3 1：厂一L j!N A N D 控制!蔓j 一时麓L 锚L)二二二U A R T 0，1，21 二_ _ U S B 设备 一，系统总线桥&D M A一一一1S D I M M CI 一P；一一一一-1I右门狗西R T CL 一一一j
27、一c 线_ 一lL 一一一一总线控制t 二二_-一二_ 二一-二-A D CS P l 0 1_ n n：；!=掣M图2 3 1$3 C 2 4 1 0 X 内部结构图$3 C 2 4 1 0 X 支持8 个内存块，每个内存块1 2 8 M B，其中6 个用于R O M、S R A M 及其它，2 个用于R O M S I 认M S D R A M，每个内存块都支持8 1 6 3 2 位数据总线编程，1个起始地址和大小可编程的内存块(B a n k 7)，7 个起始地址固定的内存块(B a n k 0 -,B a n k 6)，所有的内存块可编程寻址周期，支持S D R A M 自动刷新模式，
28、支持指令C a c h e、数据C a c h e 和写缓冲，支持从多种类型的R O M 启动，包括N O R N A N DF L A S H、E E R O M，支持A R M 调试结构、片上I C E 支持J T A G 调试方式，支持大端(B i gE n d i a n)d x 端(L i t t l eE n d i a n)模式，支持W i nC E、L i n u x 等操作系统6硕士学位论文基于A R M 和L i n u x 的嵌入式远程视频监控系统设计2。4 主要硬件电路设计2 4 1 存储器嵌入式系统存储器有S D R A M 和F L A S H，在本系统中用到两片3
29、 2 M 的S D R A M 和一片6 4 M 的N A N DF L A S H 和一片2 M 的N O RF L A S H。S D R A M 是嵌入式系统的内存，具有单位空间存储容量大和价格便宜的优点，已广泛应用在各种嵌入式系统中。当系统启动时，C P U 首先从复位地址0 x O 处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入S D R A M 中运行，以提高系统的运行速度。同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在S D R A M 中。S D R A M 的存储单元可以理解为一个电容，总是倾向于放电，为避免数据丢失，必须定时刷新(充电)。因此，要在系统中使用S D R A
30、 M，就要求微处理器具有刷新控制逻辑，或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。$3 C 2 4 1 0 X 芯片在片内具有独立的S D R A M 刷新控制逻辑，可方便地与S D R A M 接口。目前常用的S D R A M 为8 位1 6 位的数据宽度，工作电压一般为3 3 V。主要的生产厂商为H Y U N D A I、W i n b o n d、三星等。它们生产的同型器件一般都具有相同的电气特性和封装形式，可通用【i。在本系统中使用三星公司生产的K 4 S 5 6 1 6 3 2 C，这是一种常用的S D R A M 芯片，其时钟频率1 2 5 M，数据宽度1 6 位，容量4 X 4 X1
31、 6 M b i t(3 2 M 字节)，工作电压为3 3 V，封装为5 4 脚T S O P，兼容I：v 1 盯L 接口，支持自动刷新。由于$3 C 2 4 1 0 X 数据线宽度为3 2 位，因此使用了2 片K 4 S 5 6 1 6 3 2 C，一片连$3 C 2 4 1 0 X 数据线的低1 6 位，一片连数据线的高1 6 位。图2 4 1 为S 3 C 2 4 1 0 X 和S D R A M 的连接电路图。蒸；弱A O嘲2“0 1 6t轴0 7一l”d5“D 8A 2 一”“0 Q 27t,4 D 1 97A 3”38M D 2 0A 4、。D 0 41 0M D 2 IA 5。一
32、D O S1 1D 2 2芦f 8”D c l e1 3M D 2 3瑟：i；。萋。蔗l|7C 哈74 2M D 2 4#嚣“t 瑞“I,“D 2 5阳O 4 5t,4 3 2 b蓊纛。I。t x；&1 3 3 5盎O“一D 0 O4 7M D 2 7A 1 1D 0 1 14 8砌0 盘 2+c 1 0 2S 0D 2 9i 磐?。M 垃2 0。D Q l 35 1D：0：一，蒜=M z 2-52 1e I A OD e q 45 3螂D：1B A l”D 0 1 5：n B C$6娼，扣n w 8 j：，1。5L 喇“n S C S伯h o g U)。Mn S R 鱼S1 8n；R A 5
33、n r，、蝴B 筢J I 3 3 7 9S C U Kr l s C 置S1 7n：C 鲇1 6n W F：n 辘眶 弘扣L S e 搓移)S G t t K艇蛰L1。；，：4 1V 5 S OV D D O 4V S$1一、，D 田毫5 42 7o、，S S 2V D D 2R 用D P 3 vj L、，S S Q 0+：V D 心0王1 294 6V S S C-r I。V I X)卅鳢V S S Q 2，V D D r t l 25 24 9V S S Q 3V D D Q 3。：。：j i：翘s 5 6 1 6 3 2 c：二二：j：图2 4 1S D R A M 连接电路图72 嵌入
34、式系统硬件设计硕士学位论文F L A S H 存储器是一种可电擦写，掉电后信息不丢失的存储器，它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区系统编程(烧写)、擦除等特点，并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。作为一种非易失性存储器，F L A S H 在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。常用的F L A S H 为8 位或1 6 位的数据宽度，编程电压为3 3 V。主要的生产厂商为A T M E L、A M D、H Y U N D A I、三星等，它们生产的同型器件一般都具有相同的电气特性和封装形式，可通用。
35、目前使用的两种主要的F L A S H 为N O R 型和N A N D 型。N A N D 型F L A S H 能够提供极高的单元密度，写入和擦除速度非常快，而且一般N A N D 型F L A S H 的存储容量很大。N O R 的特点是芯片内执行，这样应用程序可以直接在F L A S H 内运行，不必再把代码读到系统R A M 中，N O R 的传输效率很高，在1-4 M B 的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能】。基于两种F L A S H 的不同特点，本系统选用N O RF L A S H 存储启动代码，N A N DF L A S H 存储操作
36、系统和应用程序。N O RF L A S H 选用S T 公司的M 2 9 W 1 6 0，N A N DF L A S H 选用三星的K 9 F 1 2 0 8 U O M。图2 4 2 为S 3 C 2 4 1 0 X 和N A N DF l a s h 的连接电路图：v c C1 0 3 P 3 v W L-ML：J 咄H S VU t 2稚 以。v1砒l 蛇磊4 8,：o。：一=：跚，矬哕。一，髅2 2：j：_ j：”碍 l C7 N ei 一一、诺冬：一若善：浩僦普毒蛳一i N e 1 N cj：已已a邕象二606 e。一1 0 74 3M D 6Z兀天艽Xn7P 挖1 0 B4 2
37、M D 5一、oua、R H 8：j：嚣。N F F：E8 明“?一1 0 54 1M D 4X“1 1 1#1t r。,I,I N F C E9 f 疆“1 0 4o，一v c c-M 刚3 P 3 矿一誊导暖壑=一掣M 贬3 87 R 2 3 1 邺KiI“1 2h l cP R E3 77”T 1 3、C。+“一、i t 3 6专一姥VjoV 3 3爹j i 皇h l C附e+以，r l c、C L E，1 6l 钆阢，；7：=n 虬E1 7E”_ c嚣：，。“F 距H1 8 A L E I。33 1b,I D 2盖：乳嚣。(H w P。1 9。V I f E 1 0 23 0M 0?j
38、”，。，。，2 0。忡。_ I。12 9M D 0嗽。1 0 0N C 一”、蛇鍪2 8 _ j0c：。*一n 一_。-一，?i 8i一u一P?一j一，。_ _：一h l e“N CN C”“7 做，一l 兵L。N c糟F 1 2 0 S U O M。_十。，“”图2 4 2N A N DF l a s h 连接电路幽2,4 2L C D 接口$3 C 2 4 1 0 X 支持T F T S T N 型的L C D 及触摸屏，L C D 驱动板一般都有固定标准，硕士学位论文基于A R M 和L i n u x 的嵌入式远程视频监控系统设计只需按接口标准从C P U 引出L C D 控制信号，接
39、上标准的L C D 驱动板就可以使用L C D了。图2 4 3 是L C D 的接口电路图。J 1：忱C V；1I 一J234 8 H Dl l磊、H 口打fk S8，。，撑，j78，：X(o=?：，。打咭L，Y91 01 羰 淄：Z：!=7-=：(；1 1 11 2：(黑：支案撩!；1 4-淤 篡：X j-2：黧。燃1 l b 71 6)X ，掣w i 0，。、芷。凸n J 亡。、or3 8)y 翼一|j 7气；罩，4、1i!：甾碧4 0挎冀：瞥 J 74 2G N D 一“一u 7秘扎 配 I F 9 著+o4 4，一?鸽 l 电篓篙4 54 6F 3 N D、。p r u nx j 7鬈
40、。躲。黎4 74 8，I。!。i一塞“删蔽4 9。5 0G N D、H T F V 弭1一W 7，彩舶辐r 1Y一一：；C O N NS O C K E T2 5 段图2 4 3I X S D 接口电路图2 4 3 网卡控制器C S 8 9 0 0 A 是C I R R U SL O G I C 公司生产的1 6 位以太网控制器，芯片集成了片上R A M、1 0 B A S E T 收发滤波器，以及带2 4 m A 驱动的直接I S A 总线接口。该芯片的突出特点是使用灵活，其物理层接E l、数据传输模式和工作模式等都能根据需要而动态的调整，通过内部寄存器的设置束适应不同的应用环境。它最大的工
41、作电流为5 5 m A，支持广泛的软件驱动，3 V 供电电压，工业级温度范围，全双工通信方式，可编程发送功能，数据碰撞自动重发，自动打包及生成C R C 校验码，可编程接受功能，数掘流降低C P U 消耗，自动切换于D M A 和片内R A M，提前产生中断便于数据帧预处理，自动阻断错误包，可跳线控制E E P R O M 功能，启动编程支持无盘系统，L E D 驱动用于指示连接状态和网络活动情况，待机和睡眠模式，1 0 0 P T Q F P封装。C S 8 9 0 0 A 可以在内存模式和I O 模式下操作。当配置成内存模式操作时，C S 8 9 0 0 A的内部寄存器和帧缓冲区映射到主机
42、内存中连续的4 K B 的块中，主机可以通过这个块直接访问C S 8 9 0 0 A 的内部寄存器和缓冲区。02 嵌入式系统硬件设计硕j 学位论文C S 8 9 0 0 A 收到由主机发来的数据报后，帧听网络线路。如果线路忙，它就等到线路空闲为止，否则立即发送该数据帧。发送过程中，首先添加以太网帧头(包括先导字段和帧开始标志)，然后生成C R C 校验码，最后将此数据帧发送到以太网上。接收时，它将从以太网收到的数据帧在经过解码、去掉帧头和地址检验等步骤后，缓存在片内。通过C R C 校验后，它会根据初始化配置情况，通知主机C S 8 9 0 0 A 收到了数据帧，最后选用一种传输式传到主机的存
43、储区中【眨】。其连接原理图如图2 4 4 所示。1 0图2 4 4C S 8 9 0 0 A 连接原理图硕十学位论文基于A R M 和L i n u x 的嵌入式远程视频J 监控系统设计2 4 4 串行接口串口在系统开发中起着十分重要的作用，一般的调试和下载都是通过串口而进行的。同时串口也是一个很通用的接口设备，通过串口可以和很多其它设备进行扩充连接。串口电路采用R S 2 3 2 标准，R S 一2 3 2 C 标准是美国电子工业协会(E I A)与B E L L 等公司一起开发，1 9 6 9 年公布的通信协议。它适合于数据传输率在O 至2 0 0 0 0 b s 范围内的通信，它的机械特
44、性：单端发送、单端接收、传输线上允许一个驱动器和一个发送器。标准接口有2 5 针(D B 2 5)和9 针(D B 9)两种。它的最大传输距离可达3 0 m，最大速率2 0 k b s，适于相距较近设备的通信；电气特性：R S 2 3 2 C 标准定义1 5 v 3 V 表示逻辑“1”，+3 V 一1 5 V 表示逻辑0。它选择1 5 V 3 V 和+3 V 计1 5 V 这个范围而不采用1 v r L逻辑(0 V 5 V)的原因是为了提高抗干扰能力和增加传输距离，因此与T T L 设备连接时需加电平转换接口1 1 3】。由于$3 C 2 4 1 0 X 的异步串行通讯接口不是R S 2 3
45、2 逻辑，因此，需加电平转换接口，本设计采用M A X 2 3 2 进行接口转换，采用9 针D B 9 接口。转换电路如图2 4 5 所示。T X D 0R X D 0C 1 70 1 u FC 1 60 1 u F1 1_ 一1 0一1 2_ 一9U lC I+C 1 C 2+C 2 V C CG N D仉V-T 1 I NT 1 0 U TT 2 I NT 2 0 U TR 1 0 U TR l I NR 2 0 U T1 2 2 I NM A X 3 2 3 21 6_ _ 一1 5-_ 一26C 2 3|0 1 u FC 2 2_ 一v D D 3 3 V0 1 订C 2 21 4_
46、一71 3_ _ 一8图2 4 5 串口转换电路图鬯D B 92 4 5,T A G 接口J T A G(J o i n t T e s t A c t i o nG r o u p，联合测试行动小组)是1 9 8 5 年制定的国际标准测试协议，主要用于检测P C B 和I C 芯片。J T A G 技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路T A P(T e s t A c c e s sP o r t，测试访问端口)，通过专用的J T A G测试工具对内部节点进行测试。1 12 嵌入式系统硬件设计硕J：学位论文标准的J T A G 接I S l 是四线：T M S、T C
47、K、T D I、T D O，分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入、测试数据输出。通过J T A G 接口，可对芯片内部的所有部件进行访问，因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段【l4 1。目前J T A G 接口的连接有两种标准，即1 4 针接E l 和2 0 针接E l，在本系统中使用2 0 针的。本系统对N O RF L A S H 的烧写必须使用J T A G 进行，而对N A N DF L A S H 的烧写则选择性比较大，可以使用串口线，也可以使用U S B。J T A G 作为烧写代码和调试的工具，在开发阶段必不可少，在丌发完毕后可以从电路中去掉。图2 4 6 为J T
48、 A G 接口电路图。j 虻C0 3 P 3 V_。：R 6 5 夕R 6 6 夕R B 7 夕R 6 8 夕R 8 9，)；：；l1 0 J 口K、1K、，专、；O K、O：iOO：；iK专；li；：；：i；川l 2143I C ER S TH、-rcD e Tu，65I C ET O I(辜X：i“。87JI C ET M s(：；H 泌、1 09I C ET C K、：；I t 二。1 21 1，o o I-1 41 3一I C ET D O 力：，。i。1 61 5A|NR S T N、。”。1 B1 7L，2 01 9C。“”R 7 0，。C O N I O X 2 2 5 制M。+
49、，夕。，。+。1 0 0 K、一44。6 r 甲毫r 兰T-T 岛叠一盘t“图2 4 6J T A G 接口电路图硕士学位论文基于A R M 和L i n u x 的嵌入式远程视频监控系统设计3 嵌入式系统软件平台3 1L i n u x 操作系统简介L i n u x 是一个类U n i x 操作系统，它起源于芬兰一个名为L i n u sT o r v a l d s 的业余爱好，现已成为最流行的一款开放源代码的操作系统。L i n u x 从问世至今，短短1 0 年间己发展成为一个功能强大、设计完善的操作系统。L i n u x 系统不仅能够运行于P C 平台，还在嵌入式系统方面大放光芒
50、。由于L i n u x的源码开放，内核精简且性能强悍，不依赖于具体厂商，能广泛适用于各种硬件设备，系统二次开发成本极低，因此在I T 业界已经达成共识，即采用嵌入式L i n u x 作为嵌入式操作系统是大势所趋。嵌入式L i n u x 是指对L i n u x 经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几百K 字节或几M 字节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用操作系统。目前正在开发的嵌入式系统中，4 9 的项目选择嵌入式L i n u x 作为操作系统。嵌入式L i n u x 现已成为嵌入式操作系统的理想选择。由于在目前的主流嵌入式A R M 中大多不具有M M U，因此只用