基于Linux嵌入式视频监控系统的研制.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论文基于Linux嵌入式视频监控系统的研制姓名：胡绍忠申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：程健20090501摘要摘要社会的进步和需求推动视频技术得到了广泛地应用，随着应用领域的不断拓展和应用要求的不断提高，视频技术也从早期简单的模拟信号获取、传输、显示发展到后来的数字化并增加了存储、远距离传输等功能，但其应用仍属于视频监视的范畴。现代视频技术借助于有线和无线网络通信平台以及图象处理压缩技术，正朝着智能监控方向发展，因此研究开发具有自主知识产权的智能化视频监控系统，具有很好的应用价值。本文利用A R M 9 微处理器$3 C 2 4 1 0 和嵌入式操

2、作系统L i n u x 2 6 1 4 作为系统平台，结合G P R S 和I n t e m e t 技术设计了一个适用于变电站、家庭安保等应用场合的嵌入式网络视频监控系统。系统采用了C S 架构，用户可以随时通过互联网远程连接监控端服务器，能够实时地观察前端摄像头捕获的视频图像，从而实现远程监控的目的。硬件方面，监控前端由以$3 C 2 4 1 0 为核心的控制板和G P R S 板组成。控制板通过U S B 接口控制摄像头并且获取视频采集数据；通过网络接口和上位机监控中心进行数据交换；通过串口和G P R S 板进行数据交换。软件方面，在控制板上移植了L i n u x 2 6 1 4

3、，简化了驱动程序和系统应用程序的实现，在现有的驱动的基础上移植了摄像头驱动。监控前端的视频服务器采用了多线程技术，一个线程利用V 4 L 接口完成视频数据的采集，另一个线程完成与上位机的网络通信。在监控中心的视频客户端利用V F W 技术实现了监控界面，通过使用浏览器进行实时监控。在上述工作的基础上，对视频监控中的两项技术进行了初步研究：无线传输和运动目标检测。利用G P R S 模块实现了短信的收发和通过G P R S 网络的数据传输；对智能视频监控中使用的背景差分法和帧间差分法进行了初步研究，给出了两种运动目标检测的仿真结果。关键词：视频监控嵌入式系统A R ML i n u xG P R

4、 S运动目标检测S 3 C 2 4 10M C 3 9 IA b s t r a c tA b s t r a c tE x t e n s i v ea p p l i c a t i o no fv i d e ot e c h n o l o g yh a sb e e nd r i v e nb ys o c i e t yd e v e l o p m e n ta n dd e m a n d s A l o n gw i t hi t sc o n t i n u a le x p a n s i o no fa p p l i c a t i o na r e a sa n d

5、i n c r e a s i n ga p p l i c a t i o nd e m a n d s，v i d e ot e c h n o l o g yh a sd e v e l o p e df r o mt h ee a r l ys i m p l ea c q u i s i t i o n，t r a n s p o r t a t i o na n dd i s p l a yo fa n a l o gs i g n a lt oi t sd i g i t i z a t i o na sw e l la st h ef u n c t i o no fs t o

6、 r a g ea n dl o n gd i s t a n c et r a n s p o r t a t i o n B u ti t sa p p l i c a t i o ni ss t i l las u b a r e ao fv i d e os u r v e i l l a n c e M o d e mv i d e ot e c h n o l o g yi sd e v e l o p i n gt o w a r di n t e l l i g e n tv i d e os u r v e i l l a n c eb ym e a n so fw i r

7、e da n dw i r e l e s sn e t w o r kc o m m u n i c a t i o na sw e l la si m a g ep r o c e s s i n ga n dc o m p r e s s i o nt e c h n o l o g y,t h u si tw i l lb e n e f i tal o tt od e v e l o pai n t e l l i g e n tv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e mw h i c hh a si t so w np r o p r i

8、 e t a r yr i g h t s U s i n gt h et e c h n o l o g yo fG P R Sa n dI n t e m e t，a n db a s e do ns y s t e mp l a t f o r mo fA R M 9m i c r o p r o c e s s o r$3 C 2 4 1 0a n de m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e mL i n u x 2 6 1 4，t h i sp a p e rd e v e l o p san e t w o r kv i d e os r

9、u v e i l l a n c es y s t e mw h i c hc a nb ea p p l i e di ns u c ha se l e c t r i cs u b s t a t i o n，h o m es u r v e i l l a n c ea n dS Oo n T h es y s t e ma d o p t sC Sa r c h i t e c t u r e，a n dt h u sr e a l i z e st h er e m o t es u r v e i l l a n c e T h r o u g hc o n n e c t i

10、n gt os e r v e ro fs u r v e i l l a n c ef r o n t e n db yi n t e m e tr e m o t e l y,u s e r sC a no b s e r v ev i d e oi m a g e sw h i c hh a v eb e e nc a p t u r e db yc a m e r ai nr e a l t i m e A st oh a r d w a r e，t h es u r v e i l l a n c ef o m t e n di sc o m p r i s e do fa l l$

11、3 C 2 410b a s e dc o n t r o lb o a r da n daG P R Sb o a r d T h ec o n t r o lb o a r dc o n t r o l st h ec a m e r at h r o u g hU S Bi n t e r f a c ea n da c q u i r e sv i d e od a t a；e x c h a n g e sd a t aw i t hs u r v e i l l a n c ec e n t e rt h r o u g hn e t w o r ki n t e r f a c

12、e；e x c h a n g e sd a t aw i t hG P R Sb o a r dt h r o u g hs e r i a li n t e r f a c e A st os o f t w a r e，L i n u x 2 6 1 4h a sb e e nt r a n s p l a n t e dt oc o n t r o lb o a r d T h i st r a n s p l a n t a t i o ns i m p l i f i e si m p l e m e n t a t i o no ft h ed r i v e ra n ds y

13、 s t e ma p p l i c a t i o ns o f t w a r e A l s oc a m e r ad r i v e rh a sb e e nt r a n s p l a n t e di na d d i t i o nt ot h ee x i s t i n go n e s T h ev i d e os e r v e ro fs u r v e i l l a n c ef r o n t-e n da d o p t sm u l t i-t h r e a dt e c h n o l o g y,i nw h i c ho n et h r e

14、 a da c c o m p l i s h e sv i d e od a t ac a p t u r eb a s e do nv 4 1i n t e r f a c e；a n o t h e rt h r e a da c c o m p l i s h e sc o m m u n i c a t i o n、i t l ls u r v e i l l a n c ec e n t e gT h ev i d e oc l i e n to fs u r v e i l l a n c ec e n t e ra d o p t sV F Wt e c h n o l o g

15、 yt oi m p l e m e n tt h es u r v e i l l a n c ei n t e r f a c e，a n dr e a l i z er e a l t i m es u r v e i l l a n c et h r o u g hb r o w s e r B a s eo nt h ew o r kd e s c r i b e da b o v e，w eh a v ed o n ep r e l i m i n a r yr e s e a r c ho nt w oa s p a c t so fv i d e os u r v e i l

16、l a n c ew h i c ha r ew i r e l e s st r a n s p o r t a t i o na n dm o v i n go b j e c td e t e c t i o n A l s o，w eh a v er e a l i z e dt h er e c e i v i n ga n dd i s p a t c ho fs h o r tm e s s a g e sa n dd a t at r a n s p o r t a t i o nt h r o u g hG P R Sn e t w o r k；d o n ep r e l

17、i m i n a r yr e s e a r c ho nt h eI IA b s t r a c tb a c k g r o u n d-d i f f e r e n c ea n df r a m e d i f f e r e n c ew h i c ha r eu s e di ni n t e l l i g e n tv i d e os u r v e i l l a n c e，a n dt h e ng i v e ns i m u l a t i o nr e s u l t so ft w om o v i n go b j e c td e t e c t

18、i o na l g o r i t h m s K e yW o r d s：v i d e os u r v e i l l a n c ee m b e d d e ds y s t e mA R ML i n u xG P R Sm o v i n go b j e c td e t e c t i o n$3 C 2 4 10M C 3 9 II I I论文原创性和授权使用声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说

19、明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名：年月第1 章绪论1 1 课题背景第1 章绪论随着图像(视频)处理、网络通信和微电子技术的快速发展，视频以其直观、方便和内容丰富等特点，日益受到人们的青睐。然而在很多应用领域，人们通过视觉获得信息的同时也要付出艰辛的劳动，我们需要一种技术可以代替人的这种劳动，把人从繁重的视觉劳动中解放出来。智能视频监控是计算机视觉领域

20、一个新兴的应用方向和备受关注的前沿课题。伴随网络技术和数字视频技术的飞速发展，监控技术正向着数字化、智能化、网络化的方向不断前进。智能视频监控系统的需求主要来自那些对安全要求敏感的场合，如银行、停车场、无人值守的变电站等。比如通过传统的多媒体监控系统虽然也可实现变电站的无人值守，但它只能获取变电站的电气参数，并不能反映变电站运行的其它方面的情况，如防火防盗，变压器、开关等设备表面检查等。另外，对于异常入侵及各类故障缺乏足够的事后分析手段，所以要实现变电站综合全面的自动化管理，就需要一个功能完备的远程智能视频监控系统。智能监控技术包括运动目标检测、跟踪、目标分类和行为理解等方面。其中，处于整个视

21、觉系统底层的运动目标检测与跟踪是各种后续高级处理如目标分类、行为理解的基础和关键，在自动导航、机器人目标捕获等研究方向上都具有举足轻重的作用，从而更受到广泛的研究和探讨。发展到今天的以运动目标检测与跟踪为基础的智能视频监控系统大致经历了第一代模拟监控系统、第二代数字化视频监控系统、第三代网络视频监控系统三个阶段。其中，第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。因此研究开发具有自主知识产权的智能化视频监控系统，具有很好的应用价值。本文通过建立一个适用于变电站、家庭安

22、保等应用场合的嵌入式网络视频监控系统，在实验室环境下针对网络视频监控系统的各项关键技术进行研究，包括嵌入式L i n u x 技术、视频采集、视频图像网络化传输和运动目标检测等。论文工作也将为网络视频监控系统在其它领域的应用起到一定的作用。如环境与安保集中监控系统、移动监控系统等领域以及智能小区、银行、商场等场所。第1 章绪论1 2 视频监控系统发展趋势随着计算机技术、数字视频技术以及网络化技术的发展，视频监控系统也在不断发展。到目前基于嵌入式的网络数字监控系统，视频监控系统已经经历了三个发展阶段 I l l。(1)模拟监控系统最早的视频监控系统，也称闭路电视监控系统(C C T V)。主要由

23、摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组成，由视频电缆、控制电缆等连接。监视系统以模拟方式传输，一般传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，监控图像一般只能在控制中心查看。随着技术的发展，出现了视频矩阵切换器、云台控制等新技术，由最初的单点、单线制模式变点对点、一点对多点监视和多点顺序控制系统。模拟监控系统的主要缺点有 1 2 1 通常只适合于小范围的区域监控；系统的扩展能力差；无法形成有效的报警联动，由于各部分独立运作，相互之间的控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行。要满足更高的要求，数字化是必由之路。(2)数字监控系统在这一代视频监控系统中，将各个摄像机获得的视频信号首先利用专用的

24、压缩设备进行视频压缩，然后通过内部网络联到一个P C 机或工业计算机上，在这台作为核心的计算机上运行视频解压，提供视频监控服务。采用数字监控系统，对目标范围实时监控，并以此为中心建立一整套软硬件结合的完整体系，减少不必要的环节和操作，提高了整个系统的反应速度和效率n 3 H 们。数字监控作为继模拟监控之后的第二代监控技术，无论在图像质量、保存时间以及可靠性上均有大幅度的提升，为用户提供了高性价比的监控解决方案。数字监控系统具有以下优点：数字视频传输的可靠性高，经过压缩的视频传输更加快速，还可以通过各种方式与联网的其他计算机共享；经过压缩的数字视频可以存储在计算机磁盘上，存储容量大，故障率低，读

25、取方便，易于检索：拥有W i n d o w s 这种良好的用户界面，易于操作和管理。(3)网络视频监控系统随着宽带网络的普及，微处理器技术的快速发展，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控逐渐从本地监控向远程监控发展，出现了以网络视频服务器为代表的远程网络视频监控系统。网络视频服务器解决了视频流在网络上的传输问题，从图像采集开始进行数字化处理、传输，这样使得传输线路的选择更加多样性，只要有网络的地方，就提供了图像传输的可能。嵌入式网络视频监控系统充分利用了数字视频监控系统技术上的优势，以计算机为中心，信息处理技术为基础，将摄像机获得的模拟视频信号转变为数字视2第l 章绪论频信号将各路信号通

26、过网络进行传输、储存，是一种综合利用图像传感器、计算机网络、自动控制和人工智能技术的一种新型监控系统，其具有很高的先进性和可扩充性，是未来监控系统的发展方向，具有很高的市场价值和经济价值。伴随网络技术和数字视频技术的飞速发展，监控技术正向着数字化、智能化、网络化的方向不断前进“5，1 6 1。1 3 视频监控的研究现状在基于嵌入式远程视频监控系统的研究中，国外起步较早，并处于领先水平，己经有成熟的嵌入式摄像机产品。国外同类产品一般采用小波压缩等方法，其性能普遍比较好，但是价格也很昂贵。国内同类产品一般采用硬件压缩方式，这样速度快一些，但是在产品升级方面就不方便了。随着嵌入式技术的不断发展，涌现

27、出许多高性能的芯片，这为嵌入式视频监控系统的进一步发展提供了硬件基础。目前，国内外对基于嵌入式和网络技术的视频监控系统的研究，一般集中于嵌入式视频监控系统的设计、嵌入式操作系统的研究、视频图像的网络传输以及视频图像处理等几个方面。在嵌入式视频监控系统设计方面，一般是对视频监控系统的设计与研究。例如有D e s u r m o n tX a v i e r 设计并实现的一种实时优化的小型网络摄像机，系统由图像传感器、嵌入式处理器、图像处理电子卡、网络接口组成，通过优化的压缩算法和背景差分算法可以使摄像机实现实时的图像压缩、传输，并能跟踪目标n 1；清华大学自动控制系在A D I 的B l a c

28、 k f i n B F 5 6 1 双核处理器上实现了智能视频监控系统1 1 6 1。基于嵌入式W e b 服务器的设计，实现了基于视频服务器的视频网络监控系统2，。在嵌入式操作系统方面，一般是对嵌入式操作系统在视频监控系统中的应用进行研究。比如嵌入式L i n u x 在视频远程监控系统中的应用研究4 1：视频监控系统中对L i n u x 架构下对设备驱动程序的研究等b 1。在对视频图像网络传输的研究中，一般是对视频监控系统中网络传输技术进行研究以提高网络传输的效率。比如网络视频传输采用P 组播方式时，可以大大的节约网络带宽，提高视频的播放效率珀一1；支持A V S 标准的流媒体传输系统

29、可以应用于视频点播、视频监控等相关领域，可以更好的实现视频的传输及播放等嵋1；一种基于3 G 网络传输的移动视频监控系统传输部分的设计，实现视频的无线监控四1。关于视频图像处理的研究，一般是通过一定的图像处理算法，实现目标识别，目标跟踪，以及报警等功能。比如针对数字监控系统，设计了一个基于运动3第1 章绪论物体检测的智能监控，开发了具有视频压缩、解码、网络传输、图像储存、图像索引回放、摄像机远程控制和图像内容报警等功能的数字图像监控系统n 0 1；清华大学自动控制系的智能跟踪系统分为运动检测、目标分类、同类目标跟踪三个阶段，系统还能实现人群跟踪，入侵检测，人、车数量统计，遗留物体检测，摄像头非

30、法遮挡和移位报警等功能1 6 1。1 4 论文主要内容新型的基于嵌入式技术和网络技术嵌入式网络视频监控系统具有监控系统的视频数字化、系统网络化、应用多媒体化、管理智能化的特点，有效的改进了前代视频监控系统的缺陷，必然将取代现在普遍应用的基于计算机的视频监控系统，成为今后视频监控领域的主流产品。因此基于前边对视频监控的发展趋势和研究现状的介绍，本文设计一个适用于变电站、家庭安保等应用场合的嵌入式网络视频监控系统，该网络视频监控系统能够为在实验室环境下研究嵌入式L i n u x技术、视频采集、数据传输、运动目标检测等方面提供一个可供研究、应用和开发的硬件平台和软件环境。在此基础上对视频监控中的网

31、络传输和视频图像处理两方面的技术进行初步的研究：无线传输和运动目标检测算法。论文设计了基于M C 3 9 I 模块的G P R S 板，并将对嵌入式L i n u x 在A R M 开发平台上的开发和移植，摄像头驱动程序的开发，视频图像的采集，视频服务器的建立，视频客服端的实现和无线传输以及运动目标检测算法的实现等内容进行详细的论述。在此基础上可以开展后续工作、深入研究、进行二次开发、以应用于更加具体的监控场合。本论文的结构安排如下：第一章介绍选题依据，视频监控的发展趋势，国内外研究现状，论文主要工作等。第二章给出了网络视频监控系统的方案设计，包括总体框架设计，硬件平台设计，软件平台设计。第三

32、章给出了硬件平台的设计，主要是G P R S 板的设计。第四章实现了嵌入式L i n u x 平台的搭建，包括了U b o o t l 1 4 的移植和实现，L i n u x 2 6 1 4 的裁剪和移植，j f f s 2 根文件系统的建立。第五章实现了监控系统的基本功能，U S B 摄像头驱动，视频服务器端和客户端程序的实现，然后讨论了基于G P R S 的无线传输，实现G P R S 的短信收发和数据传输。第六章介绍了背景差分法和连续帧间差分这两种运动目标检测算法算法，给4第1 章绪论出了仿真结果。第七章工作总结和后期工作。5第2 章视频监控系统方案设计第2 章视频监控系统方案设计2

33、1 视频监控系统功能要求在对现有的的视频监控系统及视频监控的发展趋势进行分析的基础上，一个多功能的智能视频监控系统应具有以下功能：(1)远程图像监控功能。监控中心可以对多个本地和远程监控前端进行全面实时监控。同时在监控中心的人员可遥控前端摄像机的云台和镜头，以达到对前端现场环境的监控作用。(2)告警联动功能。用户能够接入多种报警信号，包括烟感、红外探测和其他各种报警传感器，并且可以进行视频警戒。(3)视频检索与回放功能。可以根据用户的查询请求，查询录制在硬盘上的数据，并显示回放，供事后调查取证使用。(4)系统自检功能。对主要设备发送监测信号，以检查设备的运行情况，判别设备的正常与否。(5)目标

34、的自动跟踪功能。比如从实时图像序列(即视频)中检测出运动物体，再判定运动物体中的人体，然后跟踪人体的运动轨迹，并分析和选定有异常行为的人。2 2 总体框架设计视频监控系统的工作过程如下：首先通过摄像头获取现场的视频图像，然后通过网络将视频图像传输到上位机监控中心，在监控中心对视频监控图像进行解压缩、显示。另外在有些场合，由于受地理环境和工作内容的限制，给有线网络的布线带来了极大的不便，而移动通信网络覆盖面广，不需再投资基础设施，并且随着3 G 技术的发展，传输速率可达2 M b p s，实时性将得到很大改善。无线视频监控是视频监控系统发展的一个方向，有着广泛的应用，因此论文将对视频监控中的无线

35、传输技术进行初步的研究。根据以上的论述，构建系统总体框架如图2 1。6第2 章视频监控系统方案设计远程监控中心囡謦湫端整个视频监控系统由监控前端和监控中心组成。监控前端包括嵌入式微控制器系统和外围扩展模块，嵌入式微控制器系统是整个系统的核心，由硬件层、中间层、软件层组成。软件层将完成监控系统的视频图像的采集压缩，并构建视频服务器；外围扩展模块则是U S B 摄像头、G P R S 无线网络连接模块等。2 3 视频监控系统硬件设计本文硬件平台采用s 3 e 2 4 1 0 开发板。该板以三星的s 3 c 2 4 1 0 作为核心处理器，带有6 4 M S D R A M 和6 4 M N a n

36、 d f l a s h，并具有1 0 M 的网络接口和支持U S B 2 0 的U S B 接1：3。下面简单介绍一下s 3 e 2 4 10 的一些特性n 7 1。$3 c 2 4 1 0 是三星公司针对工业级和民用级等多种应用场合设计的一款性价比比较高的3 2 位R I S C 嵌入式微处理器，其内部除了包含A R M 公司设计的3 2位A R M 9 2 0 T 处理内核外，还包括以下重要的功能模块。1 内带有M M U(M e m o r yM a n a g eU n i t)内存管理单元。所以s 3 e 2 4 1 0 支持w i n C E、嵌入式L i n u x 等多种嵌入

37、式操作系统。2 1 6 K B 的指令C a c h e 和1 6 K B 的数据C a c h e。3 完全可编程控制的外部总线接i：l(E x t e r n a lB u sI n t e r f a c e)，其存储空间可分为8 个1 2 8 M 的B a n k，每个存储区都支持8 1 6 3 2 字宽进行读写操作，最大地址访问空间可达1 G。7第2 章视频监控系统方案设计4 5 5 个中断源。5 3 个异步串行口，其中一个可设置成红外口。6 S P I 串行口。7 可编程看门狗定时器。8 L C D 控制器，支持S 1 N 和T F T 两种L C D 显示器。9 5 个1 6 位

38、定时计算器。1 0 8 路1 0 位的A D C，支持触摸屏。1 1 2 个U S B 主设备口，1 个U S B 从设备。1 2 1 1 7 位通用口，2 4 个外部中断源。同时s 3 c 2 4 1 0 也提供了较好的电气特性，其主要指标如下：1 工业级(A 系列)正常工作温度范围：-4 0 C -7 0 C，民用级(x 系列)正常工作温度范围：0 -7 0。2 内核供电电压1 8 v，I o 口供电电压3 3 V。3 正常情况下，最高工作频率可达2 0 3 M H z。系统硬件平台如图2 2 所示，监控前端由以$3 C 2 4 1 0 为核心的控制板和G P R S板组成。控制板通过U

39、S B 接口控制摄像头并且获取视频采集数据；通过网络接口和上位机监控中心进行数据交换；通过串口和G P R S 板进行数据交换。以太网S D R A MU S B 接剑吣雾接口口S 3 C 2 4 1 0lL 警l F L A S H 卜l叫2 4 视频监控系统软件设计图2 2 系统硬件平台功能框图从2 0 世纪8 0 年代起，国际上就开始进行一些嵌入式操作系统的研究和开发。到现在已呈百花齐放的局面，各种嵌入式操作系统都有其自身的特点及应用领域。一些商用型的操作系统功能稳定可靠，且有完善的技术支持和售后服务，但价格昂贵，因而受到一些实力型企业的欢迎。而免费开放的操作系统，因其价格和灵活的优势，

40、也受到部分工程师和企业的欢迎。因此就操作系统本身来讲没有绝对的谁优谁劣，我们在选择某一个操作系统作为开发平台时，主要考虑以下几个因素：操作系统的特性是否符合系统需要、企业的经济能力、开发人员的技术8第2 章视频监控系统方案设计背景等。嵌入式L i n u x 的最大特点就是其免费和源代码的完全开放。除此之外还有如下的一些特点使其成为部分公司和企业的一道免费午餐舳。(1)内核的可定制性L i n u x 由很多体积小且性能高效的模块组成。在内核代码完全开放的前提下，不同领域、不同层次的用户可以根据自己的应用需要对内核进行修改，能够以较低的成本开发出满足需要的嵌入式系统。(2)强大的网络通信、图形

41、和文件管理能力L i n u x 具有强大的网络功能，几乎所有的协议和网络接口都被定制在其中。这一点是别的嵌入式操作系统所不具备的。此外L i n u x 还支持e x t 2、f a t l 6、j i 凰2等文件系统，而专门为嵌入式系统开发的图形界面u c G U I、Q T 等，使得开发嵌入式系统变得更加简单。(3)支持大量的周边硬件设备，驱动丰富L i n u x 有广泛的爱好者，这些爱好者为完善L i n u x 系统做着无私的奉献，他们或者为L i n u x 平台开发免费的应用，或者为新出现的周边硬件提供相应的驱动。网上有大量的设备驱动程序可以免费下载，开发人员只要做稍许修改就可

42、以为其所用。(4)体系结构的广泛支持支持几乎所有流行的用于嵌入式系统的3 2 位微处理器。这些微处理器包括玩x 8 6、A R M、P o w e r P C、M I P S 等。许多嵌入式L i n u x 发行版本不断涌现，都可以稳定地支持嵌入式应用。(5)完善的开发工具L i n u x 自身具备一整套工具链，容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交叉运行环境，并且可以跨越在嵌入式系统开发中使用仿真工具(I C E)的障碍。传统嵌入式开发的程序调试和调试工具是用在线仿真器I C E 实现的。它通过取代目标板的微处理器，给目标程序提供一个完整的仿真环境完成监视和调试程序，但一般价格比较昂贵，只

43、适合做非常底层的调试。使用嵌入式L i n u x，一旦软件能够支持正常的串口功能，即使不用仿真器也可以很好地进行开发和调试工作，从而节省一笔不小的开发费用。嵌入式L i n u x 为开发者提供了一套完整的工具链。它用G N U 的g e e 做编译器，用g d b、k g d b、x g d b 做调试工具。通过使用这些调试工具，开发者能够很方便地实现从操作系统到应用软件各个级别的调试。综上所述，L i n u x 具有许多优点。而且l i n u x 2 6 在进程调度上采用了抢占的方式，系统的实时性方面有很大的提高。因此我们完全可以使用L i n u x 2 6 作为我们的开发平台。9

44、第2 章视频监控系统方案设计基于以上分析的L i n u x 2 6 的优点，我们在硬件平台上移植了L i n u x 2 6 1 4 内核，构建嵌入式l i n u x 软件平台；同时移植了具有读写功能的文件系统J F F S 2，这样可以在视频采集端存储一些重要数据。采用一个视频服务器程序对上位机的客户端的请求进行响应；通过G P R S 模块进行数据的无线传输。系统的软件功能框图如图2 3 所示。应用程序L i n u x 内核驱动i f f s 2T C P I PU-b o o t硬件图2 3 视频监控系统软件功能框图视频监控系统软件设计主要包括两个部分的内容：视频监控系统软件平台的

45、搭建和视频监控系统的应用软件设计。视频监控系统软件平台的搭建包括以下三个方面：(1)U b o o t 的移植与实现该部分主要介绍了U b o o t 在嵌入式系统开发中的作用，并在系统的硬件平台上移植U b o o t 作为L i n u x 操作系统的引导程序。为了能够直接使用U b o o t 烧写根文件系统，实现了n a n d f l a s h 的驱动。(2)L i n u x 系统的移植该部分主要介绍了如何在硬件平台上移植L i n u x 2 6 1 4，详细分析了移植的过程和步骤，以及需要修改的文件，最终生成可以由U b o o t 直接引导的内核映象文件z I m a g

46、e。(”；f f s 2 根文件系统的实现介绍了基于j f f s 2 的嵌入式系统根文件系统的建立过程，以及详细的设计步骤。视频监控系统的应用软件设计包括以下两个方面：(1)视频监控基本功能实现监控系统的主要功能是对现场进行实时监控。首先通过摄像头获取现场的视频图像，然后通过网络将视频图像传输到上位机监控中心，在上位机监控中心实时的显示视频图像。(2)无线传输的初步实现1 0第2 章视频监控系统方案设计对无线传输进行初步的研究和实现，包括通过G P R S 模块进行短信的收发和通过G P R S 网络进行数据传输。第3 章视频监控系统硬件平台第3 章视频监控系统硬件平台我们的视频监控系统以s

47、 3 c 2 4 1 0 开发板作为控制板。该板以三星的s 3 c 2 4 1 0作为核心处理器，带有6 4 M S D R A M 和6 4 M N a n d f l a s h，并具有1 0 M 的网络接口和支持U S B 2 0 的U S B 接口。在此基础上，我们采用中星微摄像头作为视频采集模块。设计了基于西门子的G P R S 模块M C 3 9 I 的G P R S 板。3 1G P R S 板设计G P R S 无线传输部分的功能结构如图3 1 所示。圜日囤日曰围图3 1G P R S 部分的功能结构图在图3 1 所示的G P R S 部分的结构中，控制板通过G P R S 板

48、连接到G S M G P R S网络，实现数据的无线传输。控制板通过U A R T 接口和G P R S 板连接并进行数据交换。G P R S 模块采用西门子的M C 3 9 I 模块，它支持9 0 0 18 0 0 的双频，通过一个4 0针对接口与外部连接，包括电源接口、S I M 卡接口、音频接口、串口接口和其他的一些控制接口1 9 l。3 1 i 1 电源部分M C 3 9 I 在突发传输过程中的电流高达2 A，当天线不匹配时电流可能更大，并且要保证在大电流的情况下，电压玎+不能低于3 3 V，当低于3 3 V 时M C 3 9 I会自动关闭。所以我们采用了开关电源芯片，当负载电流在0

49、3 V 之间时，可以确保输出电压的变化不超过1 5 0 m v。电源部分原理图如图3 2。1 2第3 章视频监控系统硬件平台U l图3 2M C 3 9 I 供电电源3 1 2$3 C 2 4 1 0 和M C 3 9 I 的通信接口设计$3 C 2 4 1 0 和M C 3 9 I 是通过标准的R S 2 3 2 串行接口进行通信的，用户可以使用A T 指令通过串口对M C 3 9 I 进行操作。$3 C 2 4 1 0 和M C 3 9 I 的通信连接如图3 3 所不oT X D 0T x DR X D 0R X Dl 盯S 0R T SM C 3 9 IC T S 0C T S模块S 3

50、 C 2 4 1 0D T R 0阴tD S R OD S RD C D 0D C DR I N G OR I N G图3 3$3 C 2 4 1 0 和M C 3 9 I 的串口连接当$3 C 2 4 1 0 与M C 3 9 I 模块进行通信时，可以只使用I X D，I D 引脚。但是若要通过模块上网时，应该尽量使用全部的串口信号线引脚，包括T X D，R X D，R T S，C T S，D T R，D S R，D C D，R I N G。另外，可以将M C 3 9 I 的信号线与$3 C 2 4 1 0的中断引脚相连，表示来电呼入2 0 1。1 3第3 章视频监控系统硬件平台3 1 3S