嵌入式課程設計報告一、課程設計目的1.1掌握linux開發(fā)環(huán)境的搭建；1.2鞏固嵌入式交叉編譯的開發(fā)思想；1.3掌握嵌入式GUI軟件設計技。,.

課程設計規(guī)定輸入信號為1路AV視頻信號,規(guī)定系統(tǒng)能對1路輸入信號進行實時采集,數(shù)字化解決,壓縮,存儲,要保證一定的錄像質(zhì)量.根據(jù)設計題目的規(guī)定,選擇擬定ARM芯片型號,視頻采集芯片型號,完畢系統(tǒng)硬件設計和程序設計.課程設計內(nèi)容

設計原理ARM10系列微解決器為低功耗的32位RISC解決器,最適合用于對價位和功耗要求較高的消費類應用.ARM10系列微解決器的重要應用領(lǐng)域為:工業(yè)控制,Internet設備,調(diào)制解調(diào)器設備,移動電話等多種多媒體和嵌入式應用.視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設計一方面需要對系統(tǒng)進行總體規(guī)劃,將系統(tǒng)劃提成幾個功能模塊,擬定各個模塊的實現(xiàn)方法.整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu),從主體上分為兩部分:服務器端和客戶端.服務器端重要涉及S3C4510平臺上運營的采集,壓縮,傳輸程序,客戶端是PC機上運營的接受,解壓,回放程序.視頻監(jiān)控終端從攝像頭捕獲實時的視頻信息,壓縮之后通過以太網(wǎng)傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控服務器上.視頻圖像采集和打包發(fā)送在服務器端完畢,圖像的接受解包和回放將在客戶端完畢.采集圖像數(shù)據(jù)壓縮打包發(fā)送接受系統(tǒng)的硬件設計系統(tǒng)采用模塊化設計方案,重要涉及以下幾個模塊:主控制器模塊,儲存電路模塊,外圍接口電路模塊,電源和復位電路,S3C4510主控器模塊主控器模塊是整個系統(tǒng)的核心,采用的S3C4510B解決器.Samsung公司的S3C4510B是基于以太網(wǎng)應用系統(tǒng)的高性價比16/32位RISC微控制器,內(nèi)含一個由ARM公司設計的16/32位ARM7TDMIRISC解決器核,ARM7TDMI為低功耗,高性能的16/32核,系統(tǒng)存儲電路模塊主控器還需一些外圍存儲單元如NandFlash,和SDRAM.NandFlash中包含Linux的Bootloader,系統(tǒng)內(nèi)核,文獻系統(tǒng),應用程序以及環(huán)境變量和系統(tǒng)配置文獻等;SDRAM讀寫速度快,系統(tǒng)運營時把它作為內(nèi)存單元使用.外圍電路模塊外圍電路重要是以下幾個電路,復位電路圖,電源電路圖以及JTAG電路,三、課程設計設備及工具硬件：UP-NETARM2410-S嵌入式實驗儀、PC機、ov511攝像頭；軟件：PC機操作系統(tǒng)REDHATLINUX9.0、MINICOM、AMR-LINUX開發(fā)環(huán)境。四、設計方案本次課程設計采用arm10開發(fā)平臺。該平臺采用Samsung公司的解決器S3C2410。該解決器內(nèi)部集成了ARM公司ARM920T解決器核的32位微控制器，資源豐富，帶獨立的16KB的指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache、LCD控制器、RAM控制器、NAND閃存控制器、3路UART、4路DMA、4路帶PWM的Timer、并行I/O口、8路10位ADC、TouchScreen接口、I2C接口、I2S接口、2個USB接口控制器、2路SPI，主頻最高可達203MHz。在解決器豐富資源的基礎上，還進行了相關(guān)的配置和擴展，平臺配置了16MB16位的Flash和64MB32位的SDRAM。通過以太網(wǎng)控制器芯片DM9000E擴展了一個網(wǎng)口，此外引出了一個HOSTUSB接口。通過在USB接口上外接一個帶USB口的攝像頭，將采集到的視頻圖像數(shù)據(jù)放入輸入緩沖區(qū)中。然后，對緩沖區(qū)中的視頻數(shù)據(jù)進行壓縮成幀，并把每一幀圖片在網(wǎng)頁中顯示出來，每秒鐘刷新兩次，得到一個動態(tài)的視頻界面，然后通過局域網(wǎng)訪問該主機的網(wǎng)頁，得到網(wǎng)絡視頻信息。本次課程設計重要是完畢得到視頻圖片及網(wǎng)頁刷新的過程。本次設計規(guī)定在局域網(wǎng)環(huán)境中進行。五、開發(fā)環(huán)境配置5.1攝像頭驅(qū)動加載在Linux下，設備驅(qū)動程序可以當作Linux內(nèi)核與外部設備之間的接口。設備驅(qū)動程序向應用程序屏蔽了硬件實現(xiàn)了的細節(jié)，使得應用程序可以像操作普通文獻同樣來操作外部設備，可以使用和操作文獻中相同的、標準的系統(tǒng)調(diào)用接口函數(shù)來完畢對硬件設備的打開、關(guān)閉、讀寫和I/O控制操作，而驅(qū)動程序的重要任務也就是要實現(xiàn)這些系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。本系統(tǒng)平臺使用的嵌入式arm-Linux系統(tǒng)在內(nèi)核重要功能上與Linux操作系統(tǒng)沒本質(zhì)區(qū)別。Video4Linux(簡V4L)是Linux中關(guān)于視頻設備的內(nèi)核驅(qū)動，它為針對視頻設備的應用程序編程提供一系列接口函數(shù)，這些視頻設備涉及現(xiàn)今市場上流行的TV卡、視頻捕獲卡和USB攝像頭等。ov511的驅(qū)動，2.4的內(nèi)核中就有，所以我們只需重新編譯內(nèi)核，將下邊的選項都選上，然后重新燒寫內(nèi)核就可以了。也就是直接靜態(tài)加載。

（1）在armlinux的kernel目錄下makemenuconfig。

（2）一方面(*)選擇Multimediadevice->下的Videoforlinux。加載video4linux模塊，為視頻采集設備提供編程接口；

（3）然后在usbsupport->目錄下(*)選擇supportforusb和usbcameraov511support。這使得在內(nèi)核中加入了對采用OV511接口芯片的USB數(shù)字攝像頭的驅(qū)動支持。

（4）保存配置退出。

（5）makedep；makezImage就生成了帶有ov511驅(qū)動的內(nèi)核。

接下來就通過uboot將內(nèi)核燒到flash里去。這時你將攝像頭插上，系統(tǒng)就會提醒發(fā)現(xiàn)攝像頭-ov511+，這說明驅(qū)動正常。:-)，驅(qū)動加載就成功了。5.2安裝jpeg庫在地址/graphics/jpeg/jpegsrc.v6b.tar.gz中下載jpeg庫的壓縮包。

#tar-zxvfjpegsrc.v6b.tar.gz//解壓庫文獻

#cdjpeg-6b

#./configure--prefix=/usr/local/jpeg6--enable-shared//生成MAKEFILE文獻#make//編譯安裝文獻#mkdir/usr/local/jpeg6#mkdir/usr/local/jpeg6/include#mkdir/usr/local/jpeg#mkdir/usr/local/jpeg/lib#mkdir/usr/local/jpeg/bin#mkdir/usr/local/jpeg/man#mkdir/usr/local/jpeg/man/man1//建立生成安裝文獻的目錄#makeinstall-lib/生成安裝文獻#makeinstall//開始安裝文獻設計過程6.1硬件設計系統(tǒng)的主體設計思想是將視頻前端和嵌入式Web服務器整合在一起，攝像頭通過USB接口和嵌入式系統(tǒng)板的USBHOST相連，攝像頭采集來的視頻信號通過壓縮后，通過內(nèi)部總線傳送到內(nèi)置的Web服務器，客戶端采用瀏覽器/服務器結(jié)構(gòu)（即B/S結(jié)構(gòu)），可以通過IE瀏覽器訪問視頻Web服務器，以便查看所監(jiān)控的視頻畫面，并且，用戶還可以控制平臺對鏡頭的動作或?qū)ο到y(tǒng)進行配置控制。網(wǎng)絡視頻采集系統(tǒng)是由視頻監(jiān)控終端和視頻監(jiān)控中心組成，終端使用嵌入式系統(tǒng)加上USB攝像頭，在Linux操作系統(tǒng)上運營USB攝像頭的驅(qū)動和相應的視頻采集解決傳輸程序，得到視頻監(jiān)控畫面，并畫面通過網(wǎng)絡傳輸，監(jiān)控中心運營監(jiān)控軟件端，通過Internet瀏覽器來瀏覽終端送來的監(jiān)控畫面，其硬件連接圖如下所示：網(wǎng)絡視頻采集硬件連接圖從圖中可以看出，PC機部分可以直接采用IE瀏覽器，不需要在PC機上運營其他的軟件，重要設計工作是開發(fā)板端的設計。視頻監(jiān)控終端重要有兩個部分組成，硬件部分涉及攝像頭和開發(fā)平臺的選擇；軟件部分涉及系統(tǒng)級軟件（BootLoader，嵌入式操作系統(tǒng)，USB驅(qū)動程序）與用戶級軟件（應用程序）。6.2軟件設計Video4linux為應用程序提供了一系列的接口函數(shù)，通過這些函數(shù)，可以執(zhí)行打開、讀寫、關(guān)閉等基本操作。設備驅(qū)動提供了read、write、open、close等函數(shù)的具體實現(xiàn)，在內(nèi)核這些函數(shù)都可以調(diào)用。視頻采集流程圖如下所示：視頻采集流程圖運用V4L編寫的視頻采集程序重要代碼如下，下列代碼包含采集編碼程序一些關(guān)鍵函數(shù)。程序中定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct_v4l_struct{intfd;//保存打開視頻文獻的設備描述符structvideo_capabilitycapability;structvideo_picturepicture;structvideo_mmapmmap;structvideo_mbufmbuf;unsignedchar*map;//用于指向圖像數(shù)據(jù)的指針intframe_current;intframe_using[VIDEO_MAX_FRAME];//這兩個變量用于雙緩沖};typedefstruct_v4l_structv4l_device;這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是由Video4Linux支持的，它們的用途如下：*video_capability包含攝像頭的基本信息，例如設備名稱、支持的最大最小分辨率、信號源信息等；*voide_picture包含設備采集圖像的各種屬性，如brightness(亮度)、hue(色調(diào))、contrast(對比度)、whiteness(色度)、color(深度)等；*video_mmap用于內(nèi)存映射；*voido_mbuf運用mmap進行映射的幀信息，事實上是輸入到攝像頭存儲器緩沖中的幀信息，涉及size（幀的大小）、frames（最多支持的幀數(shù)）、offsets（每幀相對基址的偏移）。程序中用到的重要系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)有：open("/dev/voideo0",intflags)、close(fd)、mmap(void*start,size_tlength,intprot,intflags,intfd,off_toffset)、munmap(void*start,size_tlength)和ioctl(intfd,intcmd,…)。前面提到Linux系統(tǒng)中把設備當作設備文獻，在用戶空間可以通過標準的I/O系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)操作設備文獻，從而達成與設備通信交互的目的。當然，在設備驅(qū)動中要提供對這些函數(shù)的相應支持。這里說明一下ioctl(intfd,intcmd,…)函數(shù)，它在用戶程序中用來控制I/O通道，其中，fd代表設備文獻描述符，cmd代表用戶程序?qū)υO備的控制命令，省略號一般是一個表達類型長度的參數(shù)，也可沒有。（2）采集程序?qū)崿F(xiàn)過程一方面打開視頻設備，攝像頭在系統(tǒng)中相應的設備文獻為/dev/video0，采用系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)grab_fd=open("/dev/video0",O_RDWR),grab_fd是設備打開后返回的文獻描述符（打開錯誤返回-1），以后的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)就可使用它來對設備文獻進行操作了。接著，運用ioct1（grab_fd,VIDIOCGCAP,&grab_cap）函數(shù)讀取structvideo_capability中有關(guān)攝像頭的信息。該函數(shù)成功返回后，這些信息從內(nèi)核空間拷貝到用戶程序空間grab_cap各成員分量中，使用printf函數(shù)就可得到各成員分量信息，例如printf("maxheight=%d",grab_fd.maxheight)獲得最大垂直分辨率的大小。不規(guī)則用ioct1(grab_fd,VIDIOCGPICT,&grab_pic)函數(shù)讀取攝像頭緩沖中voideo_picture信息。在用戶空間程序中可以改變這些信息，具體方法為先給分量賦新值，再調(diào)用VIDIOCSPICTioct1函數(shù)，例如：grab_fd.depth=3;if(ioct1(grab_fd,VIDIOCSPICT,&grab_pic)<0){perror("VIDIOCSPICT");return-1;};完畢以上初始化設備工作后，就可以對視頻圖像截取了，有兩種方法：一種是read()直接讀取；此外一種mmap()內(nèi)存映射。Read()通過內(nèi)核緩沖區(qū)來讀取數(shù)據(jù)；而mmap()通過把設備文獻映射到內(nèi)存中，繞過了內(nèi)核緩沖區(qū)，最快的磁盤訪問往往還是慢于最慢的內(nèi)存訪問，所以mmap()方式加速了I/O訪問。此外，mmap()系統(tǒng)調(diào)用使得進程之間通過映射同一文獻實現(xiàn)共享內(nèi)存，各進程可以像訪問普通內(nèi)存同樣對文獻進行訪問，訪問時只需要使用指針而不用調(diào)用文獻操作函數(shù)。由于mmap()的以上優(yōu)點，所以在程序?qū)崿F(xiàn)中采用了內(nèi)存映射方式，即mmap()方式。運用mmap()方式視頻裁取具體進行操作如下。①先使用ioct1(grab_fd,VIDIOCGMBUF,&grab_vm)函數(shù)獲得攝像頭存儲緩沖區(qū)的幀信息，之后修改voideo_mmap中的設立，例如重新設立圖像幀的垂直及水平分辨率、彩色顯示格式。可運用如下語句grab_buf.height=240;grab_buf.width=320;字串8grab_buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;②接著把攝像頭相應的設備文獻映射到內(nèi)存區(qū)，具體使用grab_data=(unsignedchar*)mmap(0,grab_vm.size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,grad_fd,0)操作。這樣設備文獻的內(nèi)容就映射到內(nèi)存區(qū)，該映射內(nèi)容區(qū)可讀可寫并且不同進程間可共享。該函數(shù)成功時返回映像內(nèi)存區(qū)的指針，挫敗時返回值為-1。下面對單幀采集和連續(xù)幀采集進行說明：*單幀采集。在上面獲取的攝像頭存儲緩沖區(qū)幀信息中，最多可支持的幀數(shù)（frames的值）一般為兩幀。對于單幀采集只需設立grab_buf.frame=0，即采集其中的第一幀，使用ioctl(grab_fd,VIDIOCMCAPTURE,&grab_buf)函數(shù)，若調(diào)用成功，則激活設備真正開始一幀圖像的截取，是非阻塞的。接著使用ioct1(grab_fd,VIDIOCSYNC,&frame)函數(shù)鑒定該幀圖像是否截取完畢，成功返回表達截取完畢，之后就可把圖像數(shù)據(jù)保存成文獻的形式。測試與實現(xiàn)（1）仔細檢查設備的連接，打開電源；（2）在PC機上的瀏覽器中地址欄輸入開發(fā)板地址，網(wǎng)頁自動跳到開發(fā)板的首頁；（3）在頁面上可見攝像頭采集到的視頻信息。經(jīng)驗證，本次設計基本達成設計規(guī)定。設計心得本次課程設計通過運用嵌入式技術(shù)，圖形解決技術(shù)等，完畢了網(wǎng)絡視頻的采集過程，進一步熟悉了交叉編譯的開發(fā)方法，在開發(fā)的過程中，碰到很多問題，如驅(qū)動無法加載，程序調(diào)試犯錯等，通過重新編譯開發(fā)板內(nèi)核、安裝圖形解決庫等，解決了多個問題，在解決問題的過程中，我們對嵌入式的開發(fā)過程多了一些細節(jié)的結(jié)識，為以后的連續(xù)學習鞏固了基礎。在設計過程中，我們分工合作，一起進步，不只從理論上對嵌入式有了更深的結(jié)識，同時從實踐中驗證了學習的理論知識，對嵌入式有了更深一步的結(jié)識。源程序清單#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<sys/ioctl.h>#include<sys/mman.h>#include<errno.h>#include<linux/videodev.h>#include<jpeglib.h>#include<unistd.h>#include<math.h>#include<errno.h>#include<string.h>#include<signal.h>#include<pthread.h>#include<sys/time.h>#include<sys/mman.h>#include<getopt.h>#defineWIDTH640#defineHEIGHT480#defineDEFAULT_DEVICE"/dev/v4l/video1"intwrite_jpeg(char*filename,unsignedchar*buf,intquality,intwidth,intheight,intgray){structjpeg_compress_structcinfo;structjpeg_error_mgrjerr;FILE*fp;inti;unsignedchar*line;intline_length;if(NULL==(fp=fopen(filename,"w"))){fprintf(stderr,"grab:can'topen%s:%s\n",filename,strerror(errno));return-1;}cinfo.err=jpeg_std_error(&jerr);jpeg_create_compress(&cinfo);jpeg_stdio_dest(&cinfo,fp);cinfo.image_width=width;cinfo.image_height=height;cinfo.input_components=gray?1:3;cinfo.in_color_space=gray?JCS_GRAYSCALE:JCS_RGB;jpeg_set_defaults(&cinfo);jpeg_set_quality(&cinfo,quality,TRUE);jpeg_start_compress(&cinfo,TRUE);line_length=gray?width:width*3;for(i=0,line=buf;i<height;i++,line+=line_length)jpeg_write_scanlines(&cinfo,&line,1);jpeg_finish_compress(&(cinfo));jpeg_destroy_compress(&(cinfo));fclose(fp);/////////////////////////////////////////////////////////////////////charfn1[30]="/var/www/pic001.jpg";charfn2[30]="/var/www/pic002.jpg";if(NULL==(fp=fopen(fn1,"r"))){fclose(fp);remove(fn1);}rename(fn2,fn1);/////////////////////////////////////////////////////////////////////return0;}//這個函數(shù)很通用，它的作用是把buf中的數(shù)據(jù)壓縮成jpeg格式。struct_v4l_struct{intfd;//保存打開視頻文獻的設備描述符structvideo_capabilitycapability;structvideo_picturepicture;structvideo_mmapmmap;structvideo_mbufmbuf;unsignedchar*map;//用于指向圖像數(shù)據(jù)的指針intframe_current;intframe_using[VIDEO_MAX_FRAME];//這兩個變量用于雙緩沖};typedefstruct_v4l_structv4l_device;externintv4l_open(char*,v4l_device*);externintv4l_close(v4l_device*);externintv4l_get_capability(v4l_device*);externintv4l_get_picture(v4l_device*);externintv4l_get_mbuf(v4l_device*);externintv4l_set_picture(v4l_device*,int,int,int,int,int);externintv4l_grab_picture(v4l_device*,unsignedint);externintv4l_mmap_init(v4l_device*);externintv4l_grab_init(v4l_device*,int,int,int);externintv4l_grab_frame(v4l_device*,int);externintv4l_grab_sync(v4l_device*);intv4l_open(char*dev,v4l_device*vd){dev=DEFAULT_DEVICE;if((vd->fd=open(dev,O_RDWR))<0){perror("v4l_open");return-1;}if(v4l_get_capability(vd))return-1;if(v4l_get_picture(vd))return-1;//這兩個函數(shù)就是即將要完畢的獲取設備信息的函數(shù)return0;}intv4l_get_capability(v4l_device*vd){if(ioctl(vd->fd,VIDIOCGCAP,&(vd->capability))<0){perror("v4l_get_capability:");return-1;}return0;}intv4l_get_picture(v4l_device*vd){if(ioctl(vd->fd,VIDIOCGPICT,&(vd->picture))<0){perror("v4l_get_picture:");return-1;}return0;}intv4l_get_mbuf(v4l_device*vd){if(ioctl(vd->fd,VIDIOCGMBUF,&(vd->mbuf))<0){perror("v4l_get_mbuf:");return-1;}return0;}intv4l_set_picture(v4l_device*vd,intbr,inthue,intcol,intcont,intwhite){/*if(br)*/vd->picture.brightness=25000;/*if(hue)*/vd->picture.hue=25000;/*if(col)*/vd->picture.colour=65535;/*if(cont)*/vd->picture.contrast=30000;/*if(white)*/vd->picture.whiteness=25000;if(ioctl(vd->fd,VIDIOCSPICT,&(vd->picture))<0){perror("v4l_set_picture:");return-1;}return0;}intv4l_grab_picture(v4l_device*vd,unsignedintsize){if(read(vd->fd,&(vd->map),size)==0)return-1;return0;}intv4l_mmap_init(v4l_device*vd){if(v4l_get_mbuf(vd)<0)return-1;if((vd->map=mmap(0,vd->mbuf.size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,vd->fd,0))<0){perror("v4l_mmap_init:mmap");return-1;}return0;}intv4l_grab_init(v4l_device*vd,intwidth,intheight,intpal){vd->mmap.width=width;vd->mmap.height=height;pal=vd->picture.palette;vd->mmap.format=pal;vd->frame_current=0;vd->frame_using[0]=FALSE;vd->frame_using[1]=FALSE;returnv4l_grab_frame(vd,0);}//真正獲得圖像的函數(shù)externintv4l_grab_frame(v4l_device*,int);intv4l_grab_frame(v4l_device*vd,intframe){if(vd->frame_using[frame]){fprintf(stderr,"v4l_grab_frame:frame%disalreadyused.\n",frame);return-1;}vd->mmap.frame=frame;if(ioctl(vd->fd,VIDIOCMCAPTURE,&(vd->mmap))<0){perror("v4l_grab_frame");return-1;}vd->frame_using[frame]=TRUE;vd->frame_current=frame;return0;}//在截取圖像后還要進行同步操作，就是調(diào)用externintv4l_grab_sync(v4l_device*);該函數(shù)如下intv4l_grab_sync(v4l_device*vd){if(ioctl(vd->fd,VIDIOCSYNC,&(vd->frame_current))<0){perror("v4l_grab_sync")