【毕业学位论文】（Word原稿）基于TQ2440开发板的网络摄像机的实现

题 目： 基于 发板的网络摄像机的实现 二 0 一 二 年 五 月 十 号 I 摘要 近几年 来 ，嵌入式系统产品日臻完善，并在全世界各行业得到广泛应用。嵌入式系统产品的研制和应用已经成为我国信息化带动工业化、工业化促进信息化发展的新的国民经济增长点。 另外随着 消费家电的智能化，嵌入式更显重要 。本课题的目的就是针对其硬件环境，搭建起一个高效、稳定的嵌入式系统平台 ，并利用这个平台进行图像采集的操作 。嵌入式 有 统免费、开源的特性， 大家能够互相交流学习，因此在学 习实验中为首选系统 。 本次课题是基于嵌入式 统，由 像头采集并且能够在网页中显示 ，采用的 核是 本的，采用的开发板是 关键词： 嵌入式系统； 网络摄像头 n is in of s to to of In as of is an of a of we to to so as in is on by SB be in a is 3 目 录 摘要 . I . 一章 绪论 . - 1 - 嵌入式系统概述 . - 1 - 入式系统的简介 . - 1 - 嵌入式系统的组成 . - 1 - 关于嵌入式系统的开发 . - 3 - 嵌入式操作系统概述 . - 5 - 嵌入式操作系统的定义 . - 5 - 嵌入式 作系统 . - 5 - 系结构和硬件开发平台 . - 6 - 系结构的技术特点 . - 6 - 3理器简介 . - 6 - 发板简介 . - 7 - 本课题的研究目的和意义 . - 7 - 本课题的研究内容和主要工作 . - 8 - 第二章 交叉编译环境的建立 . - 9 - 主机端的软硬件描述 . - 9 - 主机端的硬件配置 . - 9 - 主机端的软件配置 . - 9 - 具体布局和相关设置 . - 10 - 具体布局 . - 10 - 相关设置 . - 10 - 交叉编译工具 . - 13 - 交叉编译工具的安装与配置 . - 13 - 测试安装 . - 13 - 本章小结 . - 14 - 第三章 在 制台下使用 示 像在 . - 15 - 述 . - 15 - 编程使用 . - 15 - 数库介绍 . - 17 - 压过程 . - 17 - 本章小结 . - 18 - 第四章 范 . - 19 - 介 . - 19 - 像头驱动配置 . - 19 - 置界面的使用方法 . - 19 - 动配置 . - 20 - 动配置 . - 20 - 交叉编译与移植 . - 21 - 计 . - 22 - 数据结构定义 . - 22 - 主要流程 . - 23 - 核心代码 . - 23 - 本章小结 . - 26 - 第五章 主要实现步骤 . - 27 - 核配置 . - 27 - 准备工作 . - 28 - 移植 . - 29 - 编译 . - 29 - 编译 . - 30 - 测试网络摄像机 . - 30 - 结论 . - 31 - 致谢 . - 32 - 参考文献 . - 33 - 附录 . - 34 - 南京林业大学毕业论文（设计） 第一章 绪论 - 1 - 第一章 绪论 嵌入式系统概述 入式系统的简介 嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及特定的应用程序构成。嵌入式系统也由于他的系统内核小、专 用性强、系统精简、高实时性的系统软件等优点受到大家的青睐。其特点有以下六点： 是、资金的密集型 件为主 因此嵌入式系统在交通管理、信息家电、智能玩具、机器人、军事电子、通信设备、网络设备、移动计算、医疗仪器、电子商务、环境监测、汽车电子、智能仪器、工控设备等领域都有广泛的应用，也被制作成了网络设备，例如交换机、路由器，手机、 消费类电子产品，在打印机、传真机等办公设备也有相关应用， 嵌入式设备在工业控制方面也有很大的应用。 嵌入式系统的组成 一个嵌入式系统装置一般都由 嵌入式计算机系统 和执行装置组成，如图 1示，嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控 对象 ，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制 命令 ，执行所规定的操作或任务。 南京林业大学毕业论文（设计） 第一章 绪论 - 2 - 图 1嵌入式系统的组成 其基本结构如图 1 图 1嵌入式系统的基本结构 应用层：系统应用程序、用户应用程序 驱动层：板级支持包 /驱动程序 /硬件适配层 操作系统层： 系统软件 系统 硬件 入式处理器 外部设备接口控制器 系统电源 南京林业大学毕业论文（设计） 第一章 绪论 - 3 - 关于嵌入式系统的开发 嵌入式软件的开发流程与通用软件的开发流程大同小异，但开发过程具有嵌入式开发的特点。其开发流程如图 1 图 1嵌入式开发流程 嵌入式开发的特点是需要交叉开发环境，即实现编译、 链接和调试应用程序代码的环境，他主要分散在有通信链接的宿主机与目标机环境之中。宿主机即是指一般的 ，与目标机通信采取串口或者网络连接方式。目标机则是嵌入式应用环境的实际运行环境，在这既锁使用的开发板。 嵌入式软件的开发过程与一般软件的开发过程相差不多，但也穿插了一些嵌入式开发的特点，主要流程为：需求分析阶段、设计阶段、生成代码阶段以及固化阶段。 该阶段主要任务有堆问题的识别和分析、制定规格说明文档、需求评审。在对问题的识别和分析中，主要是对问题进行抽象识别，各个归总归类，可以将问题分 解成功能需求、性能需求、环境需求、可靠性需求、安全需求、界面需求、软件成本和开发进度需求等。而制订规格说明文档则是在对问题识别分析后，写下的说明文档。需求评审则是对需求分析进行复查，在正确性、无歧义性、安全性、可验证性、一致性等方面进行审查确认。 系统的设计阶段则是可以分解为系统设计、任务设计以及任务的详细设计。而嵌入式南京林业大学毕业论文（设计） 第一章 绪论 - 4 - 系统中的任务具有并发性这个特性，所以在开发的时候需要在结构化分析设计的时候，给出划分任务的途径，且要定义任务间接口的机制。其中主要先进行数据流分析然后进行任务划分，最后可以定义 人物间的接口。 在此阶段需要完成代码编程、交叉编译和链接、交叉调试和测试的任务。主要流程如图 1 图 1生成代码阶段流程 在代码编程阶段，一般采用的方法是先在通用 编程，然后通过交叉编译链接，将程序做成目标平台上可以运行的二进制代码格式。最后将程序下载到目标平台上的特定位置，在目标板上启动运行这段二进制代码。 在嵌入式软件开发编码完成后，要进行编译和链接以生成可执行代码，嵌入式集成开发环境都支持交叉编译、链接，如 司的 及 件等。交叉编译链接生成两种类型的可执行文件：调试用的可执行文件和固化的可执行文件。 交叉调试也就是远程调试，具有以下三个特点： 1. 调试器和被调试的程序运行在不同的机器上。调试器运行在 工作站上，而被调试程序运行在各式的专用目标机上； 2. 调试器通过某种通信方式与目标机建立联系，如串口、并口、网络、 者专用的通信方式； 种代理能与调试器一起配合完成对目标机上运行程序的调试。这种代理可以是某种能支持调试的硬件 ，也可以是某种软件； 过在宿主机上运行目标机的仿真软件，仿真一台目标机，使整个调试工作只在一台计算机上进行。 嵌入式系统的应用软件是针对特定的实际专业领域的，基于相应的嵌入式硬件平台，并能完成用户预期任务的计算机软件。嵌入式软件的特点如下： (1)软件要求固态化存储。 (2)软件代码要求高质量、高可靠性。 (3)系统软件的高实时性是基本要求。 (4)多任务实时操作系统成为嵌入式应用软件的必需。 交叉调试 重定位和下载 代码编写 交叉编译 交叉链接 交叉调试 C/汇编源程序 件 系统映像文件 目标机 交叉库函数 南京林业大学毕业论文（设计） 第一章 绪论 - 5 - 嵌入式应用软件高度依赖目标应用的软硬件环境，软件的部分任务功能函数由汇 编语言完成，具有高度的不可移植性。 为了保证实时性能，使用效率高和速度快的汇编语言是不可避免的。但是为了尽可能提高嵌入式应用软件的可移植性，我们还是可以通过以下方法进行改善： (1)尽量用高级语言开发，少用汇编语言 (2)局域化不可移植部分 (3)提高软件的可重用性。 嵌入式操作系统概述 嵌入式操作系统的定义 嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件。嵌人式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。 从嵌入式的组成上可以看出，它是嵌入式系统极其重要的组成部分。其中包括括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面等。它是嵌入式系统软硬件的重要粘合剂。 目前流行的嵌入式操作系统可以分为两类：一类是从运行在个人电脑上的操作系统移植到嵌入式系统中，形成的嵌入式操作系统，如微软公司的 E、 司的 入式 。这一类系统由于在个人电脑或服务器领域经受过长期运行和考验，技术日益成熟。用户也已经接受和习惯其操作方式和开发方式，同时又积累了丰富的开 发工具和产品经验以及软件资源。另一类是实时操作系统，如 司的统软件公司的 ，这一类产品由于是专门针对于嵌入式系统设计的，所以对实时性和高可靠性等进行了精心设计，并提供了各自有特色的独立、完备的系统开发和测试工具，其在军事和工业控制等对实时性要求较高的领域应用较多。本课题进行的是 移植，下面介绍一下嵌入式 嵌入式 作系统 嵌入式 指对标准 过小型化裁剪处理之后，能够固化在容量只有几 者几 节的存储器芯片或者单片机中，是适合于特定嵌入式应用场合的专用 作系统。目前市场上有很多公司进行对 嵌入式改造，其中包括 红旗嵌入式 等。 嵌入式 继承了 无限的开放源代码资源，又具有嵌入式操作系统的特性。 同 样，具有低成本、多种硬件平台支持、优异的性能和良好的网络支持等优点。另外，为了更好地适 应嵌入式领域的开发，嵌入式 在 础上做了部分改进：改善的内核结构，提高的系统实时性。 因为嵌入式 诸多优点，使得开发变得相当简单和可靠，不仅节约了成本，而且极大的提高了效率。 南京林业大学毕业论文（设计） 第一章 绪论 - 6 - 系结构和硬件开发平台 缩写 ,既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 1985 年 4 月 26 日，第一个 算机有限公司诞生，由美国加州 术 公司制造。20 世纪 80 年代后期， 快开发成 台式机产品，形成英国的计算机教育基础。 1990年成立了 来简称为 。20 世纪 90 年代， 2 位嵌入式 理器扩展到世界范围，占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先地位。 司既不生产芯片也不销售芯片，它只出售芯片技术授权。 系结 构的技术特点 理器本身是 32 位设计，但也配备 16 位指令集。一般来讲存储器比等价 32 位代码节省达 35，然而保留了 32 位系统的所有优势。 术使 速得到比基于软件的 拟机 (得多的性能，和同等的非 速核相比功耗降低80。 能上增加 令集提供增强的 16 位和 32 位算术运算能力，提高了性能和灵活性。 提供两个前沿特性来辅助带深嵌入处理器的高集成 件的调试，它们是嵌入式 辑和嵌入式跟踪宏核 (列。 采用 架的 理器一般具有如下特点： （ 1）体积小、低功耗、低成本、高性能 （ 2）支持 16 位） /32 位）双指令集，能很好地兼容 8 位 /16 位器件。 （ 3）大量使用寄存器，指令执行速度更快。 （ 4） 列处理器采用 5 级流水线，还带有 能。 （ 5） 列处理器支持指令 数据 有更高的数据 处理能力。 3理器简介 三星公司推出的 16/32 位 处理器 为手持设备和一般类型应用供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。 为了降低整体系统成本， 供了一下丰富的内部设备： 用了 内核， 准宏单元和存储器单元。其低功耗，简单，优雅，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构 杰出的特点是其核心处理器 (是一个由 限公司设计的 16/32 位 理器。 现了 速缓冲体系结构构。这一结构具有独立的 16令 16据 个都是由具有 8 字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设，少整体系统成本和无需配置额外的组件。 另外 成的以下片上功能： 核供电 , 储器 供电， 部 I/O 供电具备 16 计） 第一章 绪论 - 7 - 和 16处理器； 外部存储控制器 (制和片选逻辑 )； 制器（最大支持 4K 色 256K 色 供 1 通道 用 4 通道 有外部请求引脚； 3 通道 64 字节 64 字节 2 通道 1 通道 口（多主支持）； 1 通道 频编解码器 接口； 97 解码器接口； 兼容 接口协议 和 协议 容版； 2 端口 机 /1 端口 备（ ）； 4 通道 时器和 1 通道内部定时器 / 看门狗定时器； 8 通道 10 比特 触摸屏接口； 具有日历功能的 相机接口（最大 4096 4096 像素的投入支持。 2048 2048 像素的投入，支持缩放）； 130 个通用 I/O 口和 24 通道外部中断源； 具有普通， 慢速，空闲和掉电模式； 具有 上时钟发生器； 为手持设备和通用嵌入式应用提供片上集成系统解决方案； 16/32 位 系结构和 核强大的指令集； 加强的 系结构 于支持 2 和 指令高速存储缓冲器（ 数据高速存储缓冲器（ 写缓冲器和物理地址 少主存带宽和响应性带来的影响； 采用 核支持 试体系结构； 内部高级 微控制总线（ 系结构 ( 发板简介 本课题使用广州天嵌计算机科技有限公司的 发套件 发板，该开发板基于 3理器，采用了核心板加底板的设计方式，提供了完备的软硬件平台。 核心板的基本配置如下： 理器 :频 400高 533 存 :板载 642据总线 ,钟频率高达 100 储器 :板载 64电非易失（板载 2 底板与课题相关配置： 载五线异步串行口（ 可外接串口扩展板引出另两个串口（ 网络接口：板载 100M 卡，带联接和传输指示灯； 口，支持 软件的单步调试功能。 本课题的研究目的和意义 南京林业大学毕业论文（设计） 第一章 绪论 - 8 - 近几年，嵌入式系统产品日臻完善，并在全世界各行业得到广泛应用。嵌入式系统产品的研制和应用已经成为我国信息化带动工 业化、工业化促进信息化发展的新的国民经济增长点。另外随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要。将免费开源的 统和使用最为广泛的基于 平台这一软一硬组合，具有易于开发，平台适应性广，成本低廉，性能稳定，可定制性高等特点。这对于实现一个高效率、低功耗的嵌入式平台具有现实意义。 本课题的研究内容和主要工作 本课题的目标是移植 作系统。通过参阅大量文献，学习嵌入式 统和系微处理芯片 相关知识，了解 核的基本工作原理 ，搭建交叉编译平台，移植 内核，以及制作根文件系统。具体工作内容包括： （ 1） 学习和掌握 作系统的相关知识。 （ 2） 了解 体系结构和 片硬件结构。 （ 3） 建立相应的交叉编译环境。 （ 4） 修改并移植 。 （ 5） 修改和裁剪 核。 （ 6） 制作根文件系统。 （ 7） 将内核和根文件系统通过 口部署 (烧写 )到开发板。 下面我们按此依次实现。南京林业大学毕业论文（设计） 第二章 交叉环境的建立 - 9 - 第二章 交叉编译环境的建立 什么是交叉编译呢？在一种计算机 环境中运行的编译程序，能编译出在另外一种环境下运行的代码，我们就称这种编译器支持交叉编译。这个编译过程就叫交叉编译。简单地说，就是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。交叉编译这个概念的出现和流行是和嵌入式系统的广泛发展是分不开的。 要进行交叉编译，我们需要在主机平台上安装对应的交叉编译工具链（ 也就是建立相应的交叉编译环境。然后用这个交叉编译工具链编译我们的源代码，最终生成可在目标平台上运行的代码。对于 见的交叉编译例子如下： 1、在 C 上，利用 发环境），使用 译器，则可编译出针对 可执行代码。 2、在 C 上，利用 译器，可编译出针对 台的可执行代码。 3、在 C 上，利用 境，运行 译器，可编译出针对 可执行代码。 对于本课题我们采用的是第二种，即在 C（这里是指运行于虚拟机中的 ，利用 译器，编译出 针对 里具体是 台的可执行代码。 主机端的软硬件描述 主机端的硬件配置 本课题使用一台 记本，其配置如下： 2330 2 个 网卡： 10/100适应网卡 主机端的软件配置 笔记本的操作系统为 P 装的相关软件有： 虚拟机软件，其上安装的操作系统为 行版本 3，装有 编译工具以及 叉编译工具，用于 核编译和软件开发。并在其中建立用户 限 门用于 发； 种免费的远程登录工具，使用 录到虚拟机上的 便操作； 个 境下使用 开源图形化 户端。同时支持 的主要功能就是在本地与远程计算机间安全的复制文件。 方便宿主机与虚拟机传送文件； 下载模式时，使用 载镜像的代理软件； 南京林业大学毕业论文（设计） 第二章 交叉环境的建立 - 10 - 具体布局和相关设置 具体布局 如图 2示： 图 2布局图 (1) 笔记本电脑 过 串口线与开发板串口相连； (2) 开发板的 过 据线与笔记本电脑的 连； (3) 虚拟机中的 别通过 宿主机进行交互以及文件传输。 相关设置 1）串口设置 本课题采用 行串口调试，要想进行串口通信首先进行笔记本电脑的超级终端设置。具体如下： 统中，依次选择附件 -通讯 -超级终端。 里我起名为 设置端口（这里设置为 ）。 端口进行设置。 南京林业大学毕业论文（设计） 第二章 交叉环境的建立 - 11 - 图 2端口设置 具，选择菜单“ “ 按图 2示进行设置。 图 2置 说明：“ 主机通过 口发送到开发板的 址，一般设置为 0以根据自己的程序需要而进行设置。使用时，点击菜单中的“ “ 当 标题栏出现 15200提示后，表明已经连接好。 2） 虚拟机相关软件设置 南京林业大学毕业论文（设计） 第二章 交叉环境的建立 - 12 - 为了避免操作中频繁的在虚拟机与宿主机之间的切换，这里通过 虚拟中的 行交互。 置很简单如图 2示： 图 2设置 说明： P 为远程主机名或 址，这里设置为虚拟机网卡地址， 用 议，端口为 22，当然你也可以将此 存以便下次使用。我们还 可以在设置字体， 设置传输使用的字符集等。 同时为了方便与虚拟机的文件传输， 也安装了 配置也很简单如图 2 南京林业大学毕业论文（设计） 第