嵌入式专业课程设计方案报告.doc
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1、嵌入式课程设计报告一、课程设计目1.1 掌握linux开发环境搭建; 1.2巩固嵌入式交叉编译开发思想;1.3掌握嵌入式GUI软件设计技。,.二、 课程设计规定输入信号为 1 路 AV 视频信号,规定系统能对 1 路输入信号进行实时采集,数字化 解决,压缩,存储,要保证一定录像质量. 依照设计题目规定,选取拟定 ARM 芯片型号,视频采集芯片型号,完毕系统硬件设 计和程序设计.三、 课程设计内容设计原理 ARM10 系列微解决器为低功耗 32 位 RISC 解决器,最合用于对价位和功耗要 求较高消费类应用.ARM10 系列微解决器重要应用领域为:工业控制,Internet 设备,调制解 调器设
2、备,移动电话等各种多媒体和嵌入式应用. 视频监控系统总体设计 一方面需要对系统进行总体规划,将系统划提成几种功能模块,拟定各个模块实现 办法.整个视频监控系统采用 C/S 构造,从主体上分为两某些:服务器端和客户端.服 务器端重要涉及 S3C4510 平台上运营采集,压缩,传播程序,客户端是 PC 机上运营 接受,解压,回放程序.视频监控终端从摄像头捕获实时视频信息,压缩之后通过 以太网传播到视频监控服务器上.视频图像采集和打包发送在服务器端完毕,图像接受 解包和回放将在客户端完毕. 采集图像 数据压缩 打包发送 接受系统硬件设计 系统采用模块化设计方案,重要涉及如下几种模块:主控制器模块,储
3、存电路模块,外围接口电路模块,电源和复位电路,S3C4510 主控器模块 主控器模块是整个系统核心,采用 S3C4510B 解决器.Samsung 公司 S3C45 10B 是基于以太网应用系统高性价比 16/32 位 RISC 微控制器,内含一种由 ARM 公司设计 16/32 位 ARM7TDMI RISC 解决器核,ARM7TDMI 为低功耗,高性能 16/32 核,系统存储电路模块 主控器还需某些外围存储单元如 Nand Flash,和 SDRAM.Nand Flash 中包括 Lin ux Bootloader,系统内核,文献系统,应用程序以及环境变量和系统配备文献等;S DRAM
4、读写速度快,系统运营时把它作为内存单元使用. 外围电路模块 外围电路重要是如下几种电路,复位电路图,电源电路图以及 JTAG 电路,三、课程设计设备及工具硬件:UP-NETARM2410-S嵌入式实验仪、PC机、ov511摄像头;软件:PC机操作系统REDHAT LINUX 9.0、MINICOM、AMR-LINUX开发环境。四、设计方案本次课程设计采用arm10开发平台。该平台采用Samsung公司解决器S3C2410。该解决器内部集成了ARM公司 ARM920T解决器核32位微控制器,资源丰富,带独立16KB指令Cache和16KB数据Cache、LCD控制器、RAM控制器、NAND 闪存
5、控制器、3路UART、4路DMA、4路带PWMTimer、并行I/O口、8路10位ADC、Touch Screen接口、I2C接口、I2S接口、2个USB接口控制器、2路SPI,主频最高可达203MHz。在解决器丰富资源基本上,还进行了有关配备和扩展,平台配备了16MB 16位Flash和64MB 32位SDRAM。通过以太网控制器芯片DM9000E扩展了一种网口,此外引出了一种HOST USB接口。通过在USB接口上外接一种带USB口摄像头,将采集到视频图像数据放入输入缓冲区中。然后,对缓冲区中视频数据进行压缩成帧,并把每一帧图片在网页中显示出来,每秒钟刷新两次,得到一种动态视频界面,然后通
6、过局域网访问该主机网页,得到网络视频信息。本次课程设计重要是完毕得到视频图片及网页刷新过程。本次设计规定在局域网环境中进行。五、开发环境配备5.1 摄像头驱动加载在Linux下,设备驱动程序可以当作Linux内核与外部设备之间接口。设备驱动程序向应用程序屏蔽了硬件实现了细节,使得应用程序可以像操作普通文献同样来操作外部设备,可以使用和操作文献中相似、原则系统调用接口函数来完毕对硬件设备打开、关闭、读写和I/O控制操作,而驱动程序重要任务也就是要实现这些系统调用函数。本系统平台使用嵌入式arm-Linux系统在内核重要功能上与 Linux操作系统没本质区别。Video4Linux(简V4L)是L
7、inux中关于视频设备内核驱动,它为针对视频设备应用程序编程提供一系列接口函数,这些视频设备涉及现今市场上流行TV卡、视频捕获卡和USB摄像头等。ov511驱动,2.4内核中就有,因此咱们只需重新编译内核,将下边选项都选上,然后重新烧写内核就可以了。也就是直接静态加载。(1)在arm linuxkernel目录下make menuconfig。(2)一方面(*)选取Multimedia device-下Video for linux。加载video4linux模块,为视频采集设备提供编程接口;(3)然后在usb support-目录下(*)选取support for usb和usb camer
8、a ov511 support。这使得在内核中加入了对采用OV511接口芯片USB数字摄像头驱动支持。(4)保存配备退出。(5)make dep;make zImage就生成了带有ov511 驱动内核。接下来就通过uboot将内核烧到flash里去。这时你将摄像头插上,系统就会提示发现摄像头-ov511+,这阐明驱动正常。:-),驱动加载就成功了。5.2 安装jpeg库在地址ftp:/# tar -zxvf jpegsrc.v6b.tar.gz /解压库文献# cd jpeg-6b# ./configure -prefix=/usr/local/jpeg6-enable-shared /生成M
9、AKEFILE文献# make /编译安装文献#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 /建立生成安装文献目录#make install -lib /生成安装文献#make install /开始安装文献六、 设计过程6.1 硬件设计系统主体设计思想是将视频前端和嵌入式
10、Web服务器整合在一起,摄像头通过USB接口和嵌入式系统板USB HOST相连,摄像头采集来视频信号通过压缩后,通过内部总线传送到内置Web服务器,客户端采用浏览器/服务器构造(即B/S构造),可以通过IE浏览器访问视频Web服务器,以便查看所监控视频画面,并且,顾客还可以控制平台对镜头动作或对系统进行配备控制。网络视频采集系统是由视频监控终端和视频监控中心构成,终端使用嵌入式系统加上USB摄像头,在Linux操作系统上运营USB摄像头驱动和相应视频采集解决传播程序,得到视频监控画面,并画面通过网络传播,监控中心运营监控软件端,通过Internet浏览器来浏览终端送来监控画面,其硬件连接图如下
11、所示:网络视频采集硬件连接图从图中可以看出,PC机某些可以直接采用IE浏览器,不需要在PC机上运营其她软件,重要设计工作是开发板端设计。视频监控终端重要有两个某些构成,硬件某些涉及摄像头和开发平台选取;软件某些涉及系统级软件(Boot Loader,嵌入式操作系统,USB驱动程序)与顾客级软件(应用程序)。6.2 软件设计Video4linux为应用程序提供了一系列接口函数,通过这些函数,可以执行打开、读写、关闭等基本操作。设备驱动提供了read、write、open、close等函数详细实现,在内核这些函数都可以调用。视频采集流程图如下所示:视频采集流程图运用V4L编写视频采集程序重要代码如
12、下,下列代码包括采集编码程序某些核心函数。(1) 程序中定义数据构造struct _v4l_struct int fd; / 保存打开视频文献设备描述符 struct video_capability capability;struct video_picture picture;struct video_mmap mmap;struct video_mbuf mbuf;unsigned char *map; / 用于指向图像数据指针 int frame_current;int frame_usingVIDEO_MAX_FRAME; / 这两个变量用于双缓冲 ;typedef struct _
13、v4l_struct v4l_device;这些数据构造都是由Video4Linux支持,它们用途如下:*video_capability包括摄像头基本信息,例如设备名称、支持最大最小辨别率、信号源信息等;*voide_picture包括设备采集图像各种属性,如brightness(亮度)、hue(色调)、contrast(对比度)、whiteness(色度)、color(深度)等;*video_mmap用于内存映射;*voido_mbuf运用mmap进行映射帧信息,事实上是输入到摄像头存储器缓冲中帧信息,涉及size(帧大小)、frames(最多支持帧数)、offsets(每帧相对基址偏移)
14、。程序中用到重要系统调用函数有:open(/dev/voideo0,int flags)、close(fd)、mmap(void *start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset)、munmap(void *start,size_tlength)和ioctl(int fd,int cmd,)。前面提到Linux系统中把设备当作设备文献,在顾客空间可以通过原则I/O系统调用函数操作设备文献,从而达到与设备通信交互目。固然,在设备驱动中要提供对这些函数相应支持。这里阐明一下ioctl(int fd,int cmd,)函数,它在顾
15、客程序中用来控制I/O通道,其中,fd代表设备文献描述符,cmd代表顾客程序对设备控制命令,省略号普通是一种表达类型长度参数,也可没有。(2)采集程序实现过程一方面打开视频设备,摄像头在系统中相应设备文献为/dev/video0,采用系统调用函数grab_fd =open (/dev/video0,O_RDWR),grab_fd是设备打开后返回文献描述符(打开错误返回-1),后来系统调用函数就可使用它来对设备文献进行操作了。接着,运用ioct1(grab_fd,VIDIOCGCAP,&grab_cap)函数读取struct video_capability中关于摄像头信息。该函数成功返回后,这
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