基于ARM9和GSM／GPRS的無線可移動紅外監(jiān)測報警系統(tǒng)
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3．2 設(shè)備驅(qū)動程序
設(shè)備驅(qū)動程序可以被看作操作系統(tǒng)的一部分，對于某個特定的硬件設(shè)備來說，其對應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序是不同的。操作系統(tǒng)本身是沒有各種設(shè)備驅(qū)動的，但是它留下了擴(kuò)展設(shè)備驅(qū)動的接口。本終端系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序主要包括GPIO驅(qū)動、USB接口驅(qū)動、視頻設(shè)備驅(qū)動和GSM／GPRS串口驅(qū)動。
GPIO驅(qū)動是針對GPIO輸入／輸出端口進(jìn)行的驅(qū)動程序開發(fā)，主要的部分是GPIO端口的初始化和配置，經(jīng)過測試終端采用GPIO總線中的GPG6口以輸入模式來接收紅外監(jiān)測模塊傳入的高電平信號。USB接口驅(qū)動由三部分組成：主機(jī)控制器驅(qū)動程序(HCD)、USB驅(qū)動(USBD)、設(shè)備端驅(qū)動程序(Slave Device Driver)，它主要是為支持USB接口的圖像采集設(shè)備的使用。GSM／GPRS串口驅(qū)動是字符設(shè)備驅(qū)動，系統(tǒng)中選用的串口2對應(yīng)的設(shè)備文件為／dev／tts／1，初始化串口2的波特率為115200 B／s，8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(yàn)，1位停止位，實(shí)現(xiàn)了GSM／GPRS模塊的連接。
本系統(tǒng)中使用的視頻設(shè)備驅(qū)動為SPCA5XX，它是面向該ZC301p芯片的，其實(shí)現(xiàn)是按照標(biāo)準(zhǔn)的USB VIDEO設(shè)備的驅(qū)動框架編寫的，整個源程序由三個主體部分組成：設(shè)備的初始化模塊和卸載模塊、上層軟件接口模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊。此視頻設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計，能夠取到應(yīng)用程序所需要的jpeg流。在此不能不提到ioct1的作用。為了補(bǔ)充設(shè)備讀寫操作的功能，例如控制硬件等，最常用的通過設(shè)備驅(qū)動程序完成控制動作的方法就是實(shí)現(xiàn)ioct1方法。ioct1系統(tǒng)調(diào)用為驅(qū)動程序執(zhí)行命令提供了一個設(shè)備相關(guān)的入口點(diǎn)。與read和其他方法不同，ioct1是設(shè)備相關(guān)的，它允許應(yīng)用程序訪問被驅(qū)動硬件的特殊功能一配置設(shè)備以及進(jìn)入或退出操作模式。在本設(shè)計中用到的，是通過ioct1截取jpeg流和配置圖像采集設(shè)備的參數(shù)。
3．3 PPP撥號腳本
本設(shè)計中，對于處理器而言，GPRS模塊就相當(dāng)于一個調(diào)制解調(diào)器，處理器通過串口發(fā)送AT命令控制GPRS模塊工作情況和得到GPRS模塊相關(guān)信息。中國移動在GPRS網(wǎng)中建立了相當(dāng)于ISP的GGSN，以連接GPRS網(wǎng)與外部的Internet網(wǎng)絡(luò)。要使用GPRS功能首先要登錄GPRS網(wǎng)絡(luò)中的GGSN，這個工作可以通過相關(guān)AT命令完成。同時，為了能夠進(jìn)行IP數(shù)據(jù)包的傳輸，就必須首先實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層PPP協(xié)議。
PPP是簡單鏈路設(shè)計的鏈路層協(xié)議。設(shè)計目的主要是用來建立點(diǎn)對點(diǎn)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。PPP協(xié)議中主要任務(wù)有鏈路建立、維護(hù)、拆除、上層協(xié)議協(xié)商和認(rèn)證等。在GPRS網(wǎng)絡(luò)中一般用到的有LCP(鏈路控制協(xié)議)、PAP(密碼驗(yàn)證協(xié)議)、CHAP(挑戰(zhàn)握手驗(yàn)證協(xié)議)和IPCP協(xié)議(PPP IP控制協(xié)議)。為了建立點(diǎn)到點(diǎn)連接，PPP連接時的兩端開始都必須發(fā)送LCP數(shù)據(jù)包來配置和測試數(shù)據(jù)連接；在連接建立后，對等實(shí)體還有可能需要認(rèn)證；然后，PPP必須發(fā)送NCP數(shù)據(jù)包來選擇一種或多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議來配置。一旦網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議被配置好后，該網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包就可以被封裝在ppp 幀中在鏈路上傳送了。PPP鏈路將保持可配置的狀態(tài)，直到有LCP數(shù)據(jù)包和NCP數(shù)據(jù)包終止連接。在GPRS模塊撥號成功后，就要進(jìn)行LCP協(xié)商配置。交互過程完成后，終端將主動進(jìn)行PAP認(rèn)證，發(fā)出PAP數(shù)據(jù)包，進(jìn)入認(rèn)證鑒權(quán)階段。
PAP認(rèn)證主要進(jìn)行用戶名和密碼認(rèn)證，其數(shù)據(jù)包仍然封裝在PPP6幀內(nèi)，格式和LCP一致。進(jìn)入PAF認(rèn)證階段，終端主動發(fā)出Authenticate-Request數(shù)據(jù)包，由于中國移動使用的GPRS可以設(shè)置任意的用戶名和密碼，因此本設(shè)計中使用的用戶名和密碼都為lab。接下來進(jìn)入IPCP設(shè)置階段。
在IPCP配置過程中，可以設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接中的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，主要包括協(xié)商分配IP地址、IP壓縮協(xié)議和DNS服務(wù)器地址等。由于不需要進(jìn)行域名的解析和IP壓縮，因而只進(jìn)行IP地址的配置。
經(jīng)過上述PPP協(xié)議數(shù)據(jù)交換過程，數(shù)據(jù)鏈路已經(jīng)建立，但是要進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，還要進(jìn)行IP協(xié)議和TCP／UDP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。由于Linux內(nèi)核已經(jīng)支持TCP／IP協(xié)議，并且在內(nèi)核配置時選中支持PPP協(xié)議，就可以完成上述的協(xié)議支持。為了完成上述的PPP協(xié)議實(shí)現(xiàn)過程，需要在文件系統(tǒng)的／et c文件夾下添加撥號腳本文件，并且在／usr／bin文件夾下添加應(yīng)用程序pppd和chat。chat程序定義了計算機(jī)和modem之間的對話交互，完成撥號動作。pppd后臺程序則同內(nèi)核ppp驅(qū)動一起建立并維護(hù)與另一端的ppp連接，并確定連接兩端的IP地址。
3．4 應(yīng)用層程序
應(yīng)用層程序中包括紅外監(jiān)測模塊、圖像采集模塊、GPRS無線傳輸模塊及GSM短信息發(fā)送模塊。下面主要介紹圖像采集模塊與GPRS無線傳輸模塊的實(shí)現(xiàn)。
3．4．1 圖像采集模塊
在Linux環(huán)境下，編寫獲取視頻音頻的應(yīng)用程序，都使用V4L標(biāo)準(zhǔn)，V4L(Video for Linux標(biāo)準(zhǔn)是Linux中通行的音頻視頻流采集標(biāo)準(zhǔn)。它為內(nèi)核、驅(qū)動和應(yīng)用程序的交流提供了統(tǒng)一的接口。在應(yīng)用程序中利用V4LAPI獲取視頻圖像按以下幾個步驟進(jìn)行：打開視頻設(shè)備、設(shè)置設(shè)備的屬性(圖像的亮度、對比度、設(shè)定傳輸格式和傳輸方式)、開始傳輸數(shù)據(jù)，最后關(guān)閉設(shè)備。
首先，定義與設(shè)備相關(guān)的結(jié)構(gòu)體如下：本文引用地址：http://2s4d.com/article/152312.htm
struct vldeo_capabil i ty capabi li ty； ／／視頻設(shè)備的屬性
struct video_window captureWindow； ／／包含獲取到的圖像的長和寬
struct video_picture imageProperties； ／／包含獲取到的圖像屬性
結(jié)構(gòu)體struct video_capabi lity包含視頻設(shè)備的屬性有：視頻設(shè)備的規(guī)范名稱、接口類、所能獲取的最大圖像的寬和長、所能獲取的最小圖像的寬和長。其次，要使用ioctl系統(tǒng)調(diào)用，ioctl系統(tǒng)調(diào)用的功能是通過打開的文件描述符對各種文件，尤其是字符設(shè)備文件進(jìn)行控制，完成特定的I／O操作。V4L支持的ioctl命令大約有二十多個，在應(yīng)用中主要用的是下面幾個命令：
ioctl(fd，V IDIOCGCAP，＆capability)； ／／獲取視頻設(shè)備的基本功能信息
ioctl(fd，VIDIOCGPICT，＆picture)； ／／設(shè)置和獲取采集圖像的各種屬性
ioct l(fd，VIDIOCGMBUF，*mbuf)； ／／獲取緩沖區(qū)信息
ioctl(fd，VIDIOCMCAPTURE，mmap)； ／／捕捉圖像，獲取圖像信息
ioctl(fd，VIDIOCSYNC，＆frame)； ／／等待捕獲完成的圖像
本設(shè)計中主要設(shè)置的參數(shù)有：捕獲的圖像大小為320×240像素，圖像幀的調(diào)色板palette值為21，圖像色彩深度為8位。
最后，使用read方法實(shí)現(xiàn)圖像的獲取，read方法則可以直接讀取設(shè)備文件來獲取一幀數(shù)據(jù)保存到緩沖區(qū)中。通過convertframe()函數(shù)將pFramebuffer中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成完整的jpeg格式的數(shù)據(jù)保存到ptframe緩存中去，再調(diào)用fwrite()函數(shù)將pt-frame緩存中的jpeg式數(shù)據(jù)寫入到指定的文件中去，即得到一幅jpeg格式的圖像。另外要提到的是本設(shè)計中為了方便服務(wù)器端讀取上傳的圖片，將圖像文件重名為系統(tǒng)時間格式。這時需要調(diào)用Linux系統(tǒng)函數(shù)time和1ocaltime。綜上，圖像采集模塊已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
3．4．2 GPRS無線傳輸模塊
本設(shè)計中使用socket(套接字)編程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)中FTP文件的傳輸，它是網(wǎng)絡(luò)通信中應(yīng)用進(jìn)程和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的接口。在Linux操作系統(tǒng)中，socket屬于文件系統(tǒng)的一部分，網(wǎng)絡(luò)通信就像文件讀取一樣方便。并且socket用IP地址加上端口號來唯一地標(biāo)志一個進(jìn)程。利用socket實(shí)現(xiàn)通信就像網(wǎng)絡(luò)上大部分通信一樣，是在客戶機(jī)／服務(wù)器(client／server)模式下進(jìn)行的。這種模式下，將請求服務(wù)的一方稱為客戶端，將提供服務(wù)的一方稱為服務(wù)器端。和大多數(shù)的應(yīng)用程序一樣，客戶端和服務(wù)器端使用傳輸協(xié)議進(jìn)行通信。應(yīng)用程序通過傳輸協(xié)議進(jìn)行交互時所用的接口稱為應(yīng)用程序接口(Application Program Interface，API)。一個API定義了應(yīng)用程序與協(xié)議軟件進(jìn)行交互時可以使用的一組操作。本設(shè)計中使用了FTP協(xié)議來傳輸圖像數(shù)據(jù)文件。一次完整的FTP文件傳輸需要建立兩種類型的連接，一種為文件傳輸下命令，稱為控制連接，另一種實(shí)現(xiàn)真正的文件傳輸，稱為數(shù)據(jù)連接。
本系統(tǒng)中使用socket編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)GRPS網(wǎng)絡(luò)中無線FTP傳輸圖像的具體步驟是這樣的；首先，建立socket客戶端的部分，用來發(fā)送FTP命令等參數(shù)。調(diào)用socket()創(chuàng)建了套接字，返回了該socket的描述符。接著，將服務(wù)端的IP地址、端口號和網(wǎng)絡(luò)地址類型(本設(shè)計中是PF INET，表明該socket在Internet域中進(jìn)行通信)填充到該socket結(jié)構(gòu)體中。然后建立剛創(chuàng)建的套接字的連接，通過此套接字發(fā)送登錄該FTP服務(wù)器的相關(guān)命令：發(fā)送登錄名和密碼；使用TYPE命令設(shè)置文件的傳輸類型為I。接著，建立作為socket服務(wù)器端的部分，用來發(fā)送數(shù)據(jù)文件。與socket客戶端不同的是需要先創(chuàng)建socket，然后綁定本地地址(也就是由GPRS系統(tǒng)DHCP分配的IP地址)到該socket上。接著是監(jiān)聽這個socket，當(dāng)監(jiān)聽到與socket客戶端(也是FTP服務(wù)器端)連接上時，開始請求發(fā)送圖像數(shù)據(jù)文件的命令。這部分實(shí)際也充當(dāng)了FTP的客戶端工作。在監(jiān)聽到連接后，使用PORT命令監(jiān)聽等待連接的端口，接著使用STOR命令發(fā)送上傳文件的請求。
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