基于S3C6410的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計

伴隨電子信息技術，網(wǎng)絡技術及多媒體技術的快速發(fā)展，嵌入式無線視頻監(jiān)控技術也在不斷的飛速發(fā)展。視頻監(jiān)控系統(tǒng)正在向數(shù)字化、網(wǎng)絡化和集成化方向發(fā)展，因此研究基于嵌入式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是必要的?；谇度胧降臒o線視頻監(jiān)控是以高性能處理器為核心，控制外圍部件進行視頻采集和壓縮編碼，再將視頻流以無線的方式發(fā)送到中斷進行存儲顯示。與其他監(jiān)控系統(tǒng)相比，利用嵌入式技術的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)易安裝，體積小，可以實現(xiàn)無人值守，對于各種特殊場合需求的視頻監(jiān)控能夠滿足應用要求。

錢華明等人提出了一種基于S3C2410硬件平臺和嵌入式Linux操作系統(tǒng)，將采集的視頻數(shù)據(jù)進行MPEG-4編碼，再通過CDMA模塊，完成無線網(wǎng)絡視頻傳輸。涂繼輝等人提出了以高性能ARM9芯片作微處理器，通過嵌入式Linux采集USB攝像頭視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)MJPEG-4壓縮，通過2.4 GHz無線發(fā)送/接受模塊實現(xiàn)無線視頻監(jiān)控。張偉男等人提出了一種基于3G無線網(wǎng)絡傳輸?shù)囊苿右曨l監(jiān)控系統(tǒng)的方案，實現(xiàn)了實時監(jiān)控的功能。

為了實現(xiàn)室內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡傳輸，在保證傳輸穩(wěn)定和多用戶的需求前提下，本文選取了主頻更高的ARM11作為處理器，以802.11g的無線局域網(wǎng)和Mjpg—streamer視頻服務器為傳輸媒介的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)方案設計

1.1 核心控制器

微處理器是系統(tǒng)硬件的核心，考慮到ARM低功耗、低成本、高性能等特點，本文采用ARM11 S3C6410微處理器為核心的飛凌OK6410開發(fā)板，S3C6410是一款高性能32位的RISC微處理器，主頻高達667 MHz，它采用64/32位內(nèi)部總線架構(gòu)，具有視頻處理、二維圖形顯示和縮放等硬件加速器功能。該開發(fā)板有256MB DDR和2 GB NAND FLASH，CPU內(nèi)部集成SDRAM控制器、32通道DMA、4通道UART、SD接口、USB接口及以太網(wǎng)接口等，為各種應用開發(fā)提供了強大的支持。系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 數(shù)字攝像頭

OK6410有1個CMOS攝像頭接口，但由于攝像頭只能固定在開發(fā)板上，不便于安裝和放置，故本設計采用USB攝像頭?？紤]到成本問題，攝像頭選用天敏10moons，經(jīng)測試該設備可以用于OK6410開發(fā)板上，且輸出YUV格式的視頻幀數(shù)據(jù)。

1.3 WIFI模塊

本設計使用的WIFI模塊為飛凌公司自行設計生產(chǎn)的，接口為2.0間距的雙排插孔“CN4”，主芯片型號為“WM-G-MR-09”。在連無線網(wǎng)絡之前，先關閉DM9000網(wǎng)卡，再啟動SDIO WIFI，命令分別為：ifconfig ethO down和ifconfig wlanO up。

2 系統(tǒng)軟件平臺

軟件設計包括嵌入式操作平臺的搭建以及視頻服務器軟件的移植。為此，首先搭建嵌入式交叉編譯環(huán)境。Ubuntu是一個以桌面應用為主的Linux操作系統(tǒng)，且具有安裝系統(tǒng)簡單和圖形界面人性化特點，故選用Ubuntu 12.04為宿主機電腦操作系統(tǒng)。交叉編譯器選擇arm—linux —gcc 4.3.2版本。

2.1 嵌入式操作系統(tǒng)的選擇和移植

現(xiàn)階段主流的嵌入式操作系統(tǒng)有Linux、WinCE和μC/OS—II，其中Linux以其充分的開源性和良好的可移植性被廣泛使用，此次設計選取Linux 3.0.1版本的系統(tǒng)。

2.1.1 內(nèi)核的裁剪與移植

內(nèi)核的裁剪就是對各個功能進行裁剪，選取滿足特定平臺和需求的功能。Linux內(nèi)核采用模塊化設計，并且各個模塊源碼以文件目錄的形式存放，在對內(nèi)核的裁剪和編譯時非常方便。

1)USB攝像頭驅(qū)動模塊的添加

進入內(nèi)核文件目錄，執(zhí)行make menuconfig命令，進入Linux內(nèi)核配置界面一次選擇Device Drivers->Muhimedia devices->Video For Linux->Video capture adapters->V4L USB devices->USB Video Class (UVC1->UVC input events device support將USB攝像頭驅(qū)動編譯進內(nèi)核。

2)SDIO WIFI驅(qū)動模塊的加載

系統(tǒng)的通信方式采用的是無線傳輸，由于這是系統(tǒng)的基本功能，可以采用將無線網(wǎng)卡驅(qū)動直接編譯進內(nèi)核的方式來實現(xiàn)。具體過程如下：

進入Linux內(nèi)核配置主界面后，首先配置網(wǎng)絡支持：Networking support->Wireless，然后配置網(wǎng)卡驅(qū)動支持：Device Driver->Network device->Wireless LAN->Wireless LAN(IEEE802.11)，最后配置SD HOST驅(qū)動支持：Device Driver->MMC/SD/SDIO card support。

對內(nèi)核配置完成后，使用make zImage指令編譯Linux內(nèi)核，將生成可引導的、壓縮的zImage映像文件，可直接燒寫到開發(fā)板。

2.1.2 引導加載程序Bootloader的移植

Bootloader是操作系統(tǒng)運行前執(zhí)行的一段小程序，在對系統(tǒng)硬件進行初始化，完成內(nèi)存空間映射表的建立等操作后，實現(xiàn)對操作系統(tǒng)的加載。常用的Bootloader種類主要有：RedBoot、ARMboot、Vivi、U—Boot和Blob等。由于U—boot的開源性，以及多功能、靈活性強，支持多種平臺的特點，使其在多種平臺上得到了普遍的采用，本設計也使用U—Boot來引導系統(tǒng)的啟動。

2.1.3 根文件系統(tǒng)的移植

文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)在磁盤上組織文件的方法，通過使用文件系統(tǒng)，用戶可以對數(shù)據(jù)進行透明且有效地存取和訪問。Linux根文件系統(tǒng)通常包含如圖所示的目錄結(jié)構(gòu)：

Yaffs是第一個專門為Nandflash存儲介質(zhì)而設計的嵌入式文件系統(tǒng)，yaffs有很好的魯棒性，對啟動時間和RAM使用都做了優(yōu)化，加快了文件系統(tǒng)的加載和訪問速度。故本文用yaffs作為根文件系統(tǒng)。

2.1.4 一鍵燒寫Linux

OK6410支持一鍵燒寫，就是借助SD卡、系統(tǒng)映像和燒寫工具，通過一系列的操作，非常迅速地燒寫Linux到開發(fā)板的Nandflash中。具體步驟如下：

1)將SD卡格式化為FAT32格式，通過SD_Writer.exe將mmc.bin燒寫到SD卡中;

2)將U—Boot、zImage和yaffs2文件拷貝到SD卡中;

3)將SD卡插入開發(fā)板，撥動開發(fā)板的撥碼開關，設置為SD卡啟動;

4)設置DNW串口，給開發(fā)板上電，等待5分鐘左右即可;

5)斷電，將撥碼開關設置為Nandflash啟動，重新啟動電源，便完成系統(tǒng)燒寫。

2.2 Mjpg—streamer移植