嵌入式课程设计报告样本.doc
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1、资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除。嵌入式课程设计报告一、 课程设计目的1.1 掌握linux开发环境的搭建; 1.2巩固嵌入式交叉编译的开发思想; 1.3掌握嵌入式GUI软件设计技。,.二、 课程设计要求输入信号为 1 路 AV 视频信号,要求系统能对 1 路输入信号进行实时采集,数字化 处理,压缩,存储,要保证一定的录像质量. 根据设计题目的要求,选择确定 ARM 芯片型号,视频采集芯片型号,完成系统硬件设 计和程序设计.三、 课程设计内容设计原理 ARM10 系列微处理器为低功耗的 32 位 RISC 处理器,最适合用于对价位和功耗要 求较高的消费类应用.ARM10
2、 系列微处理器的主要应用领域为:工业控制,Internet 设备,调制解 调器设备,移动电话等多种多媒体和嵌入式应用. 视频监控系统总体设计 首先需要对系统进行总体规划,将系统划分成几个功能模块,确定各个模块的实现 方法.整个视频监控系统采用 C/S 结构,从主体上分为两部分:服务器端和客户端.服 务器端主要包括 S3C4510 平台上运行的采集,压缩,传输程序,客户端是 PC 机上运行 的接收,解压,回放程序.视频监控终端从摄像头捕获实时的视频信息,压缩之后经过 以太网传输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成,图像的接收 解包和回放将在客户端完成. 采集图像 数据压缩 打
3、包发送 接收系统的硬件设计 系统采用模块化设计方案,主要包括以下几个模块:主控制器模块,储存电路模块, 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的核心,采用的 S3C4510B 处理器.Samsung 公司的 S3C45 10B 是基于以太网应用系统的高性价比 16/32 位 RISC 微控制器,内含一个由 ARM 公司设计的 16/32 位 ARM7TDMI RISC 处理器核,ARM7TDMI 为低功耗,高性能的 16/32 核,系统存储电路模块 主控器还需一些外围存储单元如 Nand Flash,和 SDRAM.Nand Flash 中包含 Li
4、n ux 的 Bootloader,系统内核,文件系统,应用程序以及环境变量和系统配置文件等;S DRAM 读写速度快,系统运行时把它作为内存单元使用. 外围电路模块 外围电路主要是以下几个电路,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公司的处理器S3C2410。该处理器内部集成了ARM公司 ARM920T处
5、理器核的32位微控制器, 资源丰富, 带独立的16KB的指令Cache和16KB数据Cache、 LCD控制器、 RAM控制器、 NAND 闪存控制器、 3路UART、 4路DMA、 4路带PWM的Timer、 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。在处理器丰富资源的基础上, 还进行了相关的配置和扩展, 平台配置了16MB 16位的Flash和64MB 32位的SDRAM。经过以太网控制器芯片DM9000E扩展了一个网口, 另外引出了一个HOST USB接口。经过在USB接
6、口上外接一个带USB口的摄像头, 将采集到的视频图像数据放入输入缓冲区中。然后, 对缓冲区中的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, 得到一个动态的视频界面, 然后经过局域网访问该主机的网页, 得到网络视频信息。本次课程设计主要是完成得到视频图片及网页刷新的过程。本次设计要求在局域网环境中进行。五、 开发环境配置5.1 摄像头驱动加载在Linux下, 设备驱动程序能够看成Linux内核与外部设备之间的接口。设备驱动程序向应用程序屏蔽了硬件实现了的细节, 使得应用程序能够像操作普通文件一样来操作外部设备, 能够使用和操作文件中相同的、 标准的系统调用接口函数来
7、完成对硬件设备的打开、 关闭、 读写和I/O控制操作, 而驱动程序的主要任务也就是要实现这些系统调用函数。本系统平台使用的嵌入式arm-Linux系统在内核主要功能上与 Linux操作系统没本质区别。Video4Linux(简V4L)是Linux中关于视频设备的内核驱动, 它为针对视频设备的应用程序编程提供一系列接口函数, 这些视频设备包括现今市场上流行的TV卡、 视频捕捉卡和USB摄像头等。ov511的驱动, 2.4的内核中就有, 因此我们只需重新编译内核, 将下边的选项都选上, 然后重新烧写内核就能够了。也就是直接静态加载。( 1) 在arm linux的kernel目录下make men
8、uconfig。( 2) 首先(*)选择Multimedia device-下的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(*)选择support for usb和usb camera ov511 support。这使得在内核中加入了对采用OV511接口芯片的USB数字摄像头的驱动支持。( 4) 保存配置退出。( 5) make dep; make zImage就生成了带有ov511 驱动的内核。接下来就经过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-ov5
9、11+, 这说明驱动正常。:-), 驱动加载就成功了。5.2 安装jpeg库在地址ftp:/# tar -zxvf jpegsrc.v6b.tar.gz /解压库文件# cd jpeg-6b# ./configure -prefix=/usr/local/jpeg6-enable-shared /生成MAKEFILE文件# make /编译安装文件#mkdir /usr/local/jpeg6#mkdir /usr/local/jpeg6/include#mkdir /usr/local/jpeg#mkdir /usr/local/jpeg/lib#mkdir /usr/local/jpeg/
10、bin#mkdir /usr/local/jpeg/man#mkdir /usr/local/jpeg/man/man1 /建立生成安装文件的目录#make install -lib /生成安装文件#make install /开始安装文件六、 设计过程6.1 硬件设计系统的主体设计思想是将视频前端和嵌入式Web服务器整合在一起, 摄像头经过USB接口和嵌入式系统板的USB HOST相连, 摄像头采集来的视频信号经过压缩后, 经过内部总线传送到内置的Web服务器, 客户端采用浏览器/服务器结构( 即B/S结构) , 能够经过IE浏览器访问视频Web服务器, 以便查看所监控的视频画面, 而且,
11、用户还能够控制平台对镜头的动作或对系统进行配置控制。网络视频采集系统是由视频监控终端和视频监控中心组成, 终端使用嵌入式系统加上USB摄像头, 在Linux操作系统上运行USB摄像头的驱动和相应的视频采集处理传输程序, 得到视频监控画面, 并画面经过网络传输, 监控中心运行监控软件端, 经过Internet浏览器来浏览终端送来的监控画面, 其硬件连接图如下所示: 网络视频采集硬件连接图从图中能够看出, PC机部分能够直接采用IE浏览器, 不需要在PC机上运行其它的软件, 主要设计工作是开发板端的设计。视频监控终端主要有两个部分组成, 硬件部分包括摄像头和开发平台的选择; 软件部分包括系统级软件
12、( Boot Loader, 嵌入式操作系统, USB驱动程序) 与用户级软件( 应用程序) 。6.2 软件设计Video4linux为应用程序提供了一系列的接口函数, 经过这些函数, 能够执行打开、 读写、 关闭等基本操作。设备驱动提供了read、 write、 open、 close等函数的具体实现, 在内核这些函数都能够调用。视频采集流程图如下所示: 视频采集流程图利用V4L编写的视频采集程序重要代码如下, 下列代码包含采集编码程序一些关键函数。(1) 程序中定义的数据结构struct _v4l_struct int fd; / 保存打开视频文件的设备描述符 struct video_c
13、apability capability;struct video_picture picture; struct video_mmap mmap; struct video_mbuf mbuf; unsigned char *map; / 用于指向图像数据的指针 int frame_current; int frame_usingVIDEO_MAX_FRAME; / 这两个变量用于双缓冲 ; typedef struct _v4l_struct v4l_device; 这些数据结构都是由Video4Linux支持的, 它们的用途如下: *video_capability包含摄像头的基本信息,
14、 例如设备名称、 支持的最大最小分辨率、 信号源信息等; *voide_picture包含设备采集图像的各种属性, 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利用mmap进行映射的帧信息, 实际上是输入到摄像头存储器缓冲中的帧信息, 包括size( 帧的大小) 、 frames( 最多支持的帧数) 、 offsets( 每帧相对基址的偏移) 。程序中用到的主要系统调用函数有: open(/dev/voideo0,int flags)、 clo
15、se(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系统中把设备看成设备文件, 在用户空间能够经过标准的I/O系统调用函数操作设备文件, 从而达到与设备通信交互的目的。当然, 在设备驱动中要提供对这些函数的相应支持。这里说明一下ioctl(int fd,int cmd,)函数, 它在用户程序中用来控制I/O通道, 其中, fd代表设备文件描述符, cmd代表用
16、户程序对设备的控制命令, 省略号一般是一个表示类型长度的参数, 也可没有。( 2) 采集程序实现过程首先打开视频设备, 摄像头在系统中对应的设备文件为/dev/video0, 采用系统调用函数grab_fd =open (/dev/video0,O_RDWR),grab_fd是设备打开后返回的文件描述符( 打开错误返回-1) , 以后的系统调用函数就可使用它来对设备文件进行操作了。接着, 利用ioct1( grab_fd,VIDIOCGCAP,&grab_cap) 函数读取struct video_capability中有关摄像头的信息。该函数成功返回后, 这些信息从内核空间拷贝到用户程序空间
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