引言

　　嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)就是充分利用CDMA無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的特點而搭建的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),，例如車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)、交通路口(車牌實時監(jiān)視)及城市路燈的監(jiān)控等,。
 

　　1 嵌入式Linux系統(tǒng)

　　嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪,、適應(yīng)對功能,、可靠性、成本、體積,、功耗要求嚴(yán)格的專用計算機系統(tǒng),，目前嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)無處不在，從汽車,、家用微波爐,、PDA(個人數(shù)字助理)、電視機,、到工控生產(chǎn)現(xiàn)場,、通信、儀器,、儀表,、汽車、船舶,、航空,、航天,、軍事裝備,、消費類產(chǎn)品方面，都能發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的蹤影,。

　　Linux本身作為一個桌面系統(tǒng),，其最大的特點是操作系統(tǒng)源代碼公開并且遵循GPL協(xié)議，其內(nèi)核采用模塊化的設(shè)計,，易于裁減,，特別適合嵌入式系統(tǒng)的小型化要求，在嵌入式系統(tǒng)中占據(jù)了半壁江山,。

　　本監(jiān)控系統(tǒng)選用的處理器是SAMSUNG公司的一款中高端ARM9內(nèi)核的CPU-S3C2410,，其內(nèi)建有MMU(內(nèi)存管理單元)，主頻可達(dá)到 203MHz,，運行嵌入式Linux2.4系統(tǒng)正好如魚得水,，不但保持了嵌入式系統(tǒng)小型化、低功耗,、易攜帶的特點,，又充分利用了Linux系統(tǒng)的內(nèi)存、文件,、線程管理功能,，大大方便了程序的開發(fā)和程序中多任務(wù)功能的實現(xiàn)。

　　2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　監(jiān)控系統(tǒng)一般可分為實時監(jiān)控和觸發(fā)模式監(jiān)控兩種,，可以根據(jù)具體的情況設(shè)計合適的監(jiān)控方式,，如果采用實時監(jiān)控，將占用較多網(wǎng)絡(luò)資源，成本相對較高,，采用觸發(fā)模式的運行成本較低,，這里采用觸發(fā)模式，監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1,。

 　　當(dāng)遇異常情況后,，觸發(fā)監(jiān)控終端拍攝圖片，同時其內(nèi)部的嵌入式控制模塊和 CDMA模塊協(xié)同運作,，完成Internet的接入(包括撥號,、PPP和 CTP/IP協(xié)議的處理等)，并把拍攝到的圖片數(shù)據(jù)經(jīng)打包后發(fā)送給控制中心主機,，或發(fā)送給指定的E-mail地址,，控制中心主機登錄到Internet上后運行服務(wù)器端軟件就可以瀏覽由監(jiān)控點發(fā)來的圖片。

　　3 硬件系統(tǒng)設(shè)計

　　要能夠正確運行一個操作系統(tǒng),，硬件方面至少應(yīng)該包括CPU,、內(nèi)存和固態(tài)存儲器、系統(tǒng)內(nèi)部總線以及外設(shè)接口,，具體硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2,。

　　SAMSUNG公司的S3C2410 CPU具有3個UART、1個RTC和觸摸屏接口,，還具有I2C總線,、USB Host、USB Device等接口,，充分滿足了系統(tǒng)的需要,，而且性價比極高，是一個很不錯的選擇,。

　　由于剪裁后的Linux系統(tǒng)所占得存儲空間非常小(只有幾MB),，我們選擇Nor Flash作為固體存儲器，型號是E28F128J3A150,，容量為16MB,，通過16位數(shù)據(jù)總線與CPU交換數(shù)據(jù)，并利用其上端8MB空間(00800000H-00ffffffH)開辟了一個jffs2文件存儲系統(tǒng),，存儲系統(tǒng)的配置文件,。

　　64MB的SDRAM為2片K4S561632C，通過32位數(shù)據(jù)總線與CPU交換數(shù)據(jù),。

　　通過MAX3232C電平轉(zhuǎn)換芯片和RTL8019網(wǎng)絡(luò)芯片轉(zhuǎn)換成一個RS-232接口和一個以太網(wǎng)接口,，用串口線和以太網(wǎng)網(wǎng)線與PC機相連，組成可以交叉編譯的開發(fā)環(huán)境,。

　　通過CPU上集成的USB Host接口直接與USB攝像頭連接,，考慮到監(jiān)控與控制模塊接口的要求,，選用USB1.1接口的紅外線攝像頭。

　　通過CPU上集成的UART接口直接與CDMA Modem模塊相連接,，選用價格適中的AnyData公司的DTGS-800 CDMA模塊,。4 軟件系統(tǒng)設(shè)計

　　4.1 控制終端程序設(shè)計

　　控制終端軟件的核心是嵌入式Linux操作系統(tǒng)，一切功能的實現(xiàn)都基于 Linux操作系統(tǒng)完成,，Linux本身作為一個桌面系統(tǒng),，進(jìn)入嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域時，需要解決的問題主要包括硬件支持,、提供二次開發(fā)的環(huán)境以及小型化(裁減內(nèi)核)等,，小型化的目的是在滿足操作系統(tǒng)基本功能和用戶特定需要的情況下，使內(nèi)核盡可能小,，作為一個操作系統(tǒng),，Linux內(nèi)核主要負(fù)責(zé)程序的管理與調(diào)度、內(nèi)存的管理及對外設(shè)的驅(qū)動和管理等,，由于Linux內(nèi)核采用模塊化的設(shè)計,，很多模塊可以獨立地加載或卸載，所以小型化就是對Linux內(nèi)核重新編譯,，在編譯時仔細(xì)地選擇嵌入式設(shè)備所需要的功能模塊,，同時刪除不需要的功能，這里只需要串口驅(qū)動,、USB攝像頭接口驅(qū)動(包含USB Host,，USB Core和USB Device)還有撥號網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,，還要支持PPP,、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其他都可以刪除掉,，使系統(tǒng)運行所需要的內(nèi)核顯著減小至1Mb以內(nèi),。

　　具體程序設(shè)計包括Bootloader啟動代碼、設(shè)備驅(qū)動程序(USB攝像頭接口驅(qū)動程序,、串口驅(qū)動程序),、撥號、PPP及TCP/IP協(xié)議處理,，監(jiān)控接收轉(zhuǎn)發(fā)控制程序等,。控制流程如圖3所示,。

 　　a)系統(tǒng)加電后復(fù)位,。

　　b)Bootloader初始化CPU、SDRAM,、分配地址空間等,。

　　c) Bootloader把Linux內(nèi)核的壓縮文件解壓到SDRAM中,，同時把控制權(quán)從Bootloader移交到Linux。Linux的內(nèi)核有兩種運行方式可供選擇,?？梢栽贔lash存儲器上直接運行，也可以加載到內(nèi)存中運行,。Flash存儲器運行方式就是把內(nèi)核的可執(zhí)行映像燒寫到Flash存儲器上,，系統(tǒng)啟動時從Flash存儲器的某個地址開始運行內(nèi)核，進(jìn)入SDRAM繼續(xù)運行,，這種做法能減少內(nèi)存需要,，實際上很多嵌入式系統(tǒng)都采用這種方法，內(nèi)存加載方式把內(nèi)核的壓縮文件存放在Flash存儲器上,，系統(tǒng)啟動時自動讀取壓縮文件并在內(nèi)存中解壓,，然后開始執(zhí)行，這種方式相對較復(fù)雜,，但運行速度更快,，我們采用的就是這種方式。

　　d)開始執(zhí)行SDRAM中的代碼,，Linux內(nèi)核初始化,，完成堆棧，中斷的分配等,。

　　e)加載串口驅(qū)動模塊和USB攝像頭驅(qū)動模塊,，完成串口和USB口的初始化。

　　f)運行PPP撥號程序,，通過CDMA網(wǎng)絡(luò)與Internet進(jìn)行連接,，在Linux下的PPP包是專門為解決Modem撥號上網(wǎng)問題而編寫的，并且是公開源代碼的,，PPP撥號腳本程序主要是通過調(diào)用pppd和chat這兩個應(yīng)用程序,，并通過AT指令實現(xiàn)對Modem的操作。

　　至此,，已經(jīng)建立了從圖像采集到圖像傳輸?shù)耐暾那度胧奖O(jiān)控系統(tǒng),，但是，作為一個嵌入式操作系統(tǒng),，他是為某一專門的用途而設(shè)計的,。運行不同的用戶應(yīng)用程序，就可以實現(xiàn)用戶要求的不同功能,，生動地體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的靈活性,。

　　我們運行的用戶程序是一個無限循環(huán)的過程，控制終端在不斷等待拍照請求,，通過比較識別認(rèn)為有請求后,，CPU通過USB攝像頭驅(qū)動控制攝像頭拍照,，同時接收圖片并發(fā)送控制中心，或通過SMTP協(xié)議,，發(fā)送到指定的Email地址,，完成一次請求。

　　4.2 控制中心服務(wù)器程序設(shè)計

　　服務(wù)器端軟件實現(xiàn)的主要功能是接收,、保存和重顯由嵌入式終端發(fā)送過來的監(jiān)控圖片,，控制中心主機通過撥號、帶寬上網(wǎng)等方式登錄到Internet上,，注意必須申請一個靜態(tài)IP地址,，使主機每次登錄到Internet所獲得的IP地址(互聯(lián)網(wǎng)IP地址)不變，主機登錄Internet后,，即可運行服務(wù)器端軟件,，服務(wù)器端程序設(shè)計主要包括網(wǎng)絡(luò)通信、接收圖片,、保存圖片,、即時重顯圖片和察看圖片，用戶通過此軟件可以方便地瀏覽由控制終端發(fā)來的圖片,。

　　另一種方案是不設(shè)置控制中心服務(wù)器,，控制終端抓怕到的圖片直接發(fā)送到指定的Email地址，這種方案容易管理,，只需定期查收Email,，清除Email存儲空間即可，運行成本很低,，但可靠性差,。

　　5 結(jié)束語

　　利用無線網(wǎng)絡(luò)與IT技術(shù)對傳統(tǒng)監(jiān)控領(lǐng)域進(jìn)行革新，是市場的需要,，在這個過程中,，嵌入式系統(tǒng)因其體積小、處理能力強,、支持網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等功能，無疑扮演了重要角色,。