基于S3C2410的的圖像采集系統(tǒng)

引言

圖像采集與存儲(chǔ)功能構(gòu)成的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范技術(shù)體系中不可缺少的重要組成部分，隨著微電子技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。因此，基于嵌入式技術(shù)的圖像數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于許多場(chǎng)合。

監(jiān)控系統(tǒng)工作于特定的環(huán)境下，具有很特殊的環(huán)境和結(jié)構(gòu)要求，這對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)提出了很高的要求。處理器性能的提高，接口傳輸數(shù)據(jù)能力的增強(qiáng)，特別是未來高容量存儲(chǔ)器的出現(xiàn)，圖像監(jiān)控系統(tǒng)的小型化、多功能化是易于實(shí)現(xiàn)的，嵌入式技術(shù)引入圖像監(jiān)控系統(tǒng)后，兩個(gè)問題需要解決，一是靈活的圖像監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整，二是適合監(jiān)控規(guī)范、集圖像和信號(hào)檢測(cè)與控制一體的交互式軟件的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)平臺(tái)的搭建

1.1 硬件平臺(tái)的搭建

ARM（AdvancedRISCMachines），既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的統(tǒng)稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。

S3C2410處理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用0.18um制造工藝的32位微控制器。該處理器擁有：獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶PWM的Timer，I/O口，RTC，8路10位ADC，TouchScreen接口，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，2個(gè)USB主機(jī)，1個(gè)USB設(shè)備，SD主機(jī)和MMC接口，2路SPI。S3C2410處理器最高可運(yùn)行在203MHz。

由S3C2410為核心的圖像采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。因?yàn)镾3C2410內(nèi)部只有很小的存儲(chǔ)空間，所以我必須外擴(kuò)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器，作為32位的微處理器，S3C2410支持8位，16位和32位尋址方式，有16M×32位的尋址能力，可方便地構(gòu)建較大地存儲(chǔ)空間，系統(tǒng)的存儲(chǔ)器由FLASH和SDRAM構(gòu)成。數(shù)碼攝像頭通過USB接口與S3C2410芯片連接，通過S3C2410芯片來控制數(shù)碼攝像頭對(duì)圖像進(jìn)行采集，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。

1.2 軟件平臺(tái)的搭建

嵌入式Linux（EmbeddedLinux）是指對(duì)Linux經(jīng)過裁剪小型化后，可固化在存儲(chǔ)器或單片機(jī)中，應(yīng)用于特定嵌入式場(chǎng)合的專用Linux操作系統(tǒng)。具體的搭建流程如圖2所示。

2 USB攝像頭設(shè)備驅(qū)動(dòng)的開發(fā)

在Linuxkernel源碼目錄中driver/usb/usb_skeletON.c提供了一個(gè)最基礎(chǔ)的USB驅(qū)動(dòng)程序，我們稱為USB骨架。通過他僅需要修改極少的部分，就可以完成一個(gè)USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。我們的USB驅(qū)動(dòng)開發(fā)也是從它開始的。USB驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)如下：

該結(jié)構(gòu)指明了USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)所要做的工作，具體內(nèi)容如下：

（1）在驅(qū)動(dòng)模塊加載的時(shí)候，向USB核心子系統(tǒng)注冊(cè)，并告訴子系統(tǒng)需要支持的設(shè)備。

（2）在卸載USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序向USB核心子系統(tǒng)注銷。

（3）當(dāng)獲支持的設(shè)備插入或者拔出的時(shí)候，調(diào)用哪些功能。

在初始化函數(shù)中，USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)調(diào)用usb_regiSTer函數(shù)進(jìn)行注冊(cè)。

以上介紹了簡(jiǎn)單USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的框架。但是我們要進(jìn)行的攝像頭驅(qū)動(dòng)開發(fā)比上述驅(qū)動(dòng)稍微復(fù)雜些。除了之前講到的USB驅(qū)動(dòng)還包括圖像采集部分的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

首先，我們需要定義一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)包括圖片信息、采集模式、解碼方式。具體定義如下。

LinuxUSB驅(qū)動(dòng)程序需要做的第一件事情就是在LinuxUSB子系統(tǒng)里注冊(cè)，并提供一些相關(guān)信息，例如這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序支持哪種設(shè)備，當(dāng)被支持的設(shè)備從系統(tǒng)插入或拔出時(shí)，會(huì)有哪些動(dòng)作。所有這些信息都將傳送到USB子系統(tǒng)中。以下代碼完成USB攝像頭的注冊(cè)功能：

以上定義的數(shù)據(jù)含義如下ZC301是客戶端驅(qū)動(dòng)程序的名稱，用于避免驅(qū)動(dòng)程序的重復(fù)安裝和卸載。

zc301_probe則指向USB驅(qū)動(dòng)程序的探測(cè)函數(shù)指針，提供給USB內(nèi)核的函數(shù)，用于判斷驅(qū)動(dòng)程序是否能對(duì)設(shè)備的某個(gè)接口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

zc301_disconnect指向USB驅(qū)動(dòng)程序中的斷開函數(shù)的指針，當(dāng)從系統(tǒng)中被移除或者驅(qū)動(dòng)程序正在從USB核心中卸載時(shí)，USB核心將調(diào)用該函數(shù)。

zc301_table列表包含了一系列該驅(qū)動(dòng)程序可以支持的所有不同類型的USB設(shè)備，如沒有設(shè)置該列表，則該驅(qū)動(dòng)程序中的探測(cè)回調(diào)函數(shù)不會(huì)被調(diào)用。