1、嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程重點內容：重點內容：l系統設計背景系統設計背景l系統總體設計系統總體設計l系統詳細設計系統詳細設計l系統測試系統測試嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程在國民經濟快速發展，人民生活質量普遍提高的背景下，視頻監控系統已經越來越廣泛的出現于銀行、交通部門、政府部門、學校、軍隊、家庭等各種場合，視頻應用也呈現出多樣化的發展趨勢，并具有越來越多的數字化，網絡化，實時性等特性。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程 目前國內外市場上大部分視頻監控系統，無論是數字控制的模擬視頻監控系統還是數字視頻監控系統，大都采用了專門的軟、硬件和專用的視頻信號傳輸系統，這造成了比

2、較昂貴的價格，阻礙了視頻監控系統的進一步普及。嵌入式系統的設備一般都具有體積小、性能強、功耗低、可靠性高以及成本相對較低的突出特征，在監控領域，嵌入式的應用也是越來越廣泛，尤其是隨著32位嵌入式微處理器和數字信號處理器應用的普及性能的不斷提高，嵌入式系統在視頻監控領域得到了很大發展。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程1. 系統總體設計思路2. 系統的設計要求及特點3. 系統總體架構設計嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程系統總體構架嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程 依照要求，在實現網絡視頻監控功能的前提下，本系統主要有以下幾個特點：系統實現視頻監控及相關功能成本較低；保證硬件設備兼

3、容性、通用性、穩定性；具有一定安全性（用戶識別、身份認證機制）；較好的系統設計延續性及功能可擴展性。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（1）系統的硬件架構（2）系統的軟件結構（3）系統的安全性考慮（4）系統的可擴展性嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（1）系統的硬件架構嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（2）系統的軟件結構 系統的軟件構架主要由三個個模塊組成，即USB驅動模塊，網絡視頻服務器模塊和終端視頻信號處理模塊。 USB驅動模塊中包含了USB總線驅動，USB攝像頭數據輸入驅動，這個模塊的功能即驅動攝像頭設備并采集視頻信號。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（2）系統的軟件

4、結構 視頻服務器模塊包括視頻信號處理模塊和基于TCP/IP協議的視頻信號傳輸程序模塊，這個模塊的功能即處理攝像頭采集到的視頻信號并將視頻信號傳輸到被允許的視頻監控終端。 終端視頻信號處理模塊包括視頻信號接收、存儲及播放程序。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（3）系統的安全性考慮 在本設計中，由于系統需要接入Internet以實現網絡視頻監控功能，故需要考慮到數據傳輸中的安全性問題。綜合本設計的ARM-Linux操作系統及使用的硬件設備的考慮，采用如下方式保證系統的安全性：在嵌入式視頻服務器軟件內做IP地址過濾，對視頻信號傳輸請求的IP地址過濾。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（4）

5、系統的可擴展性 Linux操作系統本身是一個功能非常強大，尤其是網絡功能非常強大的操作系統，其針對ARM處理器的嵌入式版本ARM-Linux，同樣的具有上述的特點。基于本系統的硬件設計及其ARM-Linux操作系統，系統可以在本地存儲擴展、視頻信號壓縮處理、簡單的圖像的識別、系統的網絡安全等等幾個方面還有進一步擴展的余地以及功能的提高的空間。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程1.系統的硬件設計與調試2.系統的軟件設計與調試3.USB數據輸入驅動移植4.USB攝像頭數據輸入驅動測試5.嵌入式網絡視頻服務器的設計6.Video4Linux程序設計嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（1）總體

6、硬件模塊（2）USB攝像裝置（3）系統調試接口嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（1)總體硬件模塊本系統以S3C2440芯片為核心進行外圍功能芯片及電路的擴展的硬件模塊圖嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（2）USB攝像裝置 本設計中采用的視頻攝像的實驗裝置為目前使用廣泛的采用USB輸出的數字攝像頭。數字攝像頭的工作原理為：景物通過鏡頭（LENS）生成的光學圖像投射到圖像傳感器表面上，轉為電信號，經過模數轉換（A/D）轉換后變為數字信號，再送到專用的數字信號處理芯片（DSP）中進行壓縮編碼處理，再通過接口電路傳輸到PC中進行處理。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（2）USB攝像裝

7、置 采用USB輸出的數字攝像頭相比其他種類的視頻采集裝置，其優點比較明顯： 分辨率一般都大于或等于30萬象素，均可實現VGA級（640 x480）的壓縮視頻信號輸出； 內置專用DSP芯片，可對原始視頻信號做前期壓縮編碼處理，減少系統中MCU時間占用與程序編寫的工作量；一般采用USB數據輸入的數字攝像頭價格較低，使系統成本進一步降低。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（2）USB攝像裝置 USB接口傳輸速度較快，且向下兼容低版本協議，USB1.1接口設備其帶寬也完全滿足VGA級壓縮視頻數據傳輸。 一般采用USB數據輸入的數字攝像頭價格較低，使系統成本進一步降低。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎

8、教程教程（2）USB攝像裝置 基本知識：1）USB總線 USB英文全名為Universal Serial Bus，即通用串行總線，是目前應用最為廣泛的一種連接外圍設備的總線標準。其最大的優點在于支持USB設備支持硬件設備的熱插拔，并且可以通過一個USB控制器管理最多7級127個USB設備。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（2）USB攝像裝置1）USB總線 USB總線目前有USB1.1和USB2.0兩種協議標準，理論傳輸速度分別為12Mbps/s和480Mbps/s，無論是前者，還是后者，其傳輸帶寬理論上均可以滿足分辨率為640 x480、15f/s的VGA級別的視頻信號傳輸要求。嵌入式嵌

9、入式Linux基礎基礎教程教程（2）USB攝像裝置 2）S3C2440 USB接口電路 在S3C2440片內集成了一個USB Host Controller，也就是說它是可以直接通過USB硬件接口電路與USB設備相連接，并可以通過USB HUB進行USB設備數量的擴展。S3C2440的USB Host Controller是符合USB 1.1的協議標準的硬件控制器，由于USB協議的向下兼容性，符合USB 2.0協議標準的設備同樣可以接在這個接口上使用USB 1.1的協議進行數據傳輸。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（2）USB攝像裝置2）S3C2440 USB接口電路嵌入式嵌入式Linu

10、x基礎基礎教程教程（3）系統調試接口 本設計使用RS232串口作為系統的調試接口與PC機進行通信。系統與PC機通過串口線連接，加電后在PC機上使用Linux操作系統下的Minicom或Windows操作系統下的超級終端等串口終端軟件即可以查看系統輸出的啟動、運行狀態信息并可以通過輸入命令行進行系統配置或運行相關程序。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（3）系統調試接口S3C2440通過MAX232串口接口芯片連接到兩個9針RS232接口電路嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（1）嵌入式Linux開發環境的構建（2）Linux下通用USB攝像頭數據輸入驅動（3）SPCA5xx通用驅動的架

11、構（4）SPCA5xx通用驅動核心程序分析嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（1）嵌入式Linux開發環境的構建 按照教材第七、八、九、十章介紹的方法建立一個完整的嵌入式Linux基本系統，這里限于篇幅，我們就不重復了。下面我們重點介紹USB攝像頭的驅動設計。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（2）Linux下通用USB攝像頭數據輸入驅動 本設計中使用的是針對Linux2.6版本內核的spca5xx-Light-Edition，這個版本的特點是編譯生成后的驅動程序文件體積比較小，節省驅動加載及應用程序運行的存儲空間，比較適合運行嵌入式Linux的嵌入式系統使用。嵌入式嵌入式Linux基

12、礎基礎教程教程（2）Linux下通用USB攝像頭數據輸入驅動 經過對源代碼的研究與分析，spca5xx-Light-Edition與其他版本在功能上的不同之處主要在于： 減少了音頻部分的驅動及接口函數，簡化了應用程序的編寫； 減少了對視頻信號的JPEG編碼、壓縮的功能，大大減少系統中CPU的工作量，更適合低工作頻率、無協處理器的嵌入式MCU使用。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（3）SPCA5xx通用驅動的架構 Spac5xx的實現是按照標準的USB Video設備的驅動框架編寫，整個程序由三個主要模塊組成(/usr/src/linux/drivers/usb/usbvideo.c)：

13、1） USB設備模塊的初始化模塊和卸載模塊； 2）上層軟件接口模塊； 3）數據傳輸模塊。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（4）SPCA5xx通用驅動核心程序分析 1）USB設備模塊的初始化模塊和卸載模塊 在設備模塊的初始化模塊和卸載模塊中幾個關鍵數據結構有：static struct usb_driver spca5xx_driver = / USB驅動結構，即插即用功能的實現spca5xx, spca5xx_probe, / 注冊設備自我偵測功能 spca5xx_disconnect, / 注冊設備自我斷開功能 NULL,NULL;嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（4）SPCA5

14、xx通用驅動核心程序分析 2）上層軟件接口模塊 包括以下部分： Open功能模塊 Read功能模塊 Mmap功能模塊 Ioctl功能模塊嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程（4）SPCA5xx通用驅動核心程序分析 3）數據傳輸模塊。 程序采用tasklet來實現同步快速傳遞數據，并通過spcadecode.c上的軟件解碼函數實現JPEG圖像的解碼。此模塊的入口節點掛在spca_open函數中，其具體的函數為spca50 x_init_isoc。當設備被打開時，同步傳輸數據也已經開始，并通過spca50 x_move_data函數將數據傳遞給驅動程序，驅動程序通過輪詢的辦法實現對數據的訪問。嵌

15、入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程 Linux的設備驅動程序有兩種加載模式，一種是內核直接加載，也就是說Linux啟動后就驅動程序直接進入內核，在映射內存中占用一定的空間；另一種就是模塊加載，即Linux啟動以后，通過insmod命令加載驅動到內核，并且可以rmmod命令從內核中卸載該驅動。 在本設計中，攝像頭的驅動加載將以模塊的方式進行加載入內核。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程 本設計的驅動源碼是Linux內核源代碼之外的，那么就需要其他的一些工作來實現SPCA5XX驅動的內核定制。基本步驟如下：（1）將SPCA5XX的驅動選項加入到MENUCONFIG 的MENU之中,以供選擇并

16、在編譯中編譯進入內核；（2）然后在根目錄下,修改MAKEFILE；（3）接著配置內核編譯參數并編譯內核；（4）選擇對對視頻設備支持；嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程基本步驟如下：（5）配置USB設備，選擇支持USB DEVICE 并選擇靜態編譯入內核；（6）選中S3C2440的OHCI支持；（7）在VIDEO DEVICE 中選擇對SPCA5XX的模塊化編譯，開機后手動加載，也可通過配置文件“/usr/etc/rc.local”自動加載。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程測試的具體步驟如下：（1）掛載驅動模塊并掛載攝像頭設備；（2）建立設備掛載點，使用“ mknod ”命令；（3）測

17、試驅動加載的正確性，使用“cat”查看。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程網絡視頻服務器程序流程框圖嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程 Video4linux（簡稱V4L）,是Linux中關于視頻設備的內核驅動，也就是一個視頻設備與應用程序的一個接口函數集合。 Video4linux下視頻編程的具體流程為：打開視頻設備；讀取設備信息；更改設備當前設置；進行視頻采集；嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程 Video4linux下視頻編程的具體流程為：內存映射；直接從設備讀取；對采集的視頻進行處理；關閉視頻設備。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程1.準備工作2.測試方法3.測試結果嵌

18、入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程 將在宿主機NFS目錄中所有調試成功的程序與原有文件系統中的程序文件一同打包成鏡像文件，通過BootLoader自帶的燒寫工具燒寫到開發板上，將系統硬件全部按照設計連接好，準備進行系統的功能測試。嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程 依據系統設計需要達到的目標，對系統的測試主要分為以下幾個方面： 通過串口作為console口觀察系統從啟動，運行，關閉過程中程序有無錯誤、異常情況發生； 通過串口作為console口查看USB攝像頭數據輸入驅動加載，攝像頭設備的掛載，以及服務器的啟動，客戶端連接等是否與系統設計標準相符合； 測試嵌入式視頻監控服務器是否工作正常，是否可以正確響應監控終端的傳輸請求；嵌入式嵌入式Linux基礎基礎教程教程 依據系統設計需要達到的目標，對系統的測試主要分為以下幾個方面： 測試監控終端視頻監控軟件是否工作正常，圖片抓取、存儲功能是否正常； 測試使用