（电力电子与电力传动专业论文）基于arm9的视频监控与自动跟踪控制系统研究.pdf

英文摘要 s t u d yo ft h ev i d e om o n i t o r i n ga n da u t o m a t i ct r a c k i n gs y s t e mb a s e d o na r m 9 a b s tr a c t 1 1 1t h eu s u a lv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m ，t h ep cm a c h i n e so rt h ei n d u s t r yc o n t r o l l i n g c o m p u t e ri su s e da st h ec o n t r o l l i n gc o r e ，b e c a u s eo ft h ec o m p l i c a t e dc a l c u l a t ei nt h e i m a g ep r o c e s s i n ga n dt h en e e d so ft h eh i g hs p e e dc p u b u tt h e yi n t e g r a t et o om a n y f u n c t i o n sw h i c ha r e n tr e l a t i v et ot h em o n i t o r i n gs y s t e m ，a n dt h e yc o s t sm u c h i nt h e s y s t e mw h i c hi sd e s i g n e di nt h i sp a p e r , t h e $ 3 c 2 4 1 0a r mm i c r o p r o c e s s o rw a su s e d 硒 t h ec o n t r o l l i n gc o l e ，o nw h i c ht h er e d u c e dl i n u xo sr u n s , t oa c h i e v et h ep u r p o s eo f r e d u c i n gt h er e s o u r c e s t h ec o m m o nm o n i t o r i n gs y s t e m sn e e dt h eh u m a n sa s s i s t a n c e ， a i ma tt h i sp r o b l e m ，s ot h ep a p e rs t u d i e dt h ea r i t h m e t i co fa u t o t r a c k i n go fm o b i l ei nt h e v i d e of r a m e sa n dt h ea u t o m a t i cc o n t r o l l i n gm e t h o do fs t e p p i n gm o t o ro ft h ep a n t i l t ， a n dr e a l i z e de n t i r ea u t o m a t i o no ft h em o n i t o r i n gs y s t e mw i t h o u tt h eh u m a n w h e nt h ev i d e oa n dt h em o b i l em o v ea tt h es a m et i m e ，i ti sh a r dt or e a l i z et h e i m a g er e c o g n i z a t i o na n dt h ec o n t r o l l i n go ft h es t e pm o t o r t h ep a p e rr e a l i z e di ta s f o l l o w i n g ：w h e nt h em o b i l ei sd e t e c t e d ，t h ev i d e ow i l lb es t o p p e dt u r n i n g ，a n dc o l l e c t s o m ec o n t i n u o u si m a g e st oa n a l y z et h e m ，a n dt h er e l e v a n ti n s t r u c t i o nw i l lb es e n tt ot h e p a n t i l tt om a k ei tt r a c kt h em o b i l et ot u r ns o m ea n g l e sa n ds t o p a n dr e p e a ti t ，a n dt h e i m a g e sw o n tc o l l e c t e dw h e nt h ep a n t i l ti st u r n i n g i nt h em o b i l e sr e c o g n i z i n g ，t h ei m p r o v e df r a m es u b t r a c t i o nm e t h o db a s e do nt h e r a t i ob e t w e e nt h ep i x e l si su s e d ，a n dt h er e c o n g n i t i o ne r r o r si sr e d u c e de s p e c i a l l yi nt h e c o n d i t i o no ft h el o wv a l u eo ft h ep i x e l s g r e yi nt h ei m a g e s ，i m p r o v i n gt h eu s u a lf r a m e s u b t r a c t i o nm e t h o d ；i nt h ec h o i c eo ft h en u m b e ro ft h ef r a m e so ft h ef r a m es u b t r a c t i o n m e t h o d ，t h et w of r a m e ss u b t r a c t i o na n dt h et h r e ef r a m e ss u b t r a c t i o na r eu s e d t h e a c c u r a c yo ft h ea b s t r a c t i n go ft h em o v i n ga r e a sa n dt h em i n i m u mo ft h ec o s to ft h e m e m o r ya n dt h ec p u o ft h es y s t e ma t ec o n s i d e r e d ，a n dt h eo p t i m i z a t i o no ft h et w o f a c e sw a sr e a l i z e d i nt h em o b i l e sl o c a t i n g ，t h ec e n t r o i dl o c a t i n gm e t h o di su s e d ，w h i c hc a c u l a t e st h e g e o m e t r i cc e n t e ro ft h em o v i n ga r e aa st h ec o o r d i n a t eo ft h em o b i l e i nt h ep a p e r ，t h e 英文摘要 c e n t e ro ft h ec i r c u m - r e c t a n g l eo ft h em o v i n ga r e ai sc a c u l a t e d i nt h et r a c k i n go ft h e m o b i l e ，t h e r ei st h ep r o b l e mo ft r a c k i n gl a gi nt h eu s u a lp a s s i v et r a c k i n gm e t h o d s b e c a u s et h em o b i l em o v e sw h i l et h ev i d e ot u r n s s ot h ek a l m a nf o r e c a s t i n ga r i t h m e t i c i s + u s e d ，a n dt h el o c a t i o no ft h em o b i l ew a sf o r e c a s t e di nt h en e x tf r a m e ，a n dt h et r a c k i n g l a gw a s e l i m i n a t e d i nd r i v e ss y s t e m ，t h es t e p p i n gm o t o ro ft h ep a n t i l ti su s e d ，a n dt h ea c c u r a c ya n d t h er e a lt i m ee f f e c to ft h es y s t e mc o n t r o l l i n gw a si m p r o v e d k e yw o r d s ：e m b e d d e dl i n u xs y s t e m ： k e r n e lr e d u c t i o n ： a u t o t r a c k i n g ： s t e p p i n gm o t o r ；k a l m a nf o r e c a s t i n g 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文= = 基壬基迪的塑麴监控皇自动退墨控剑丕统班窥：。除 论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已 经公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：孑! i 汝渚多年；月弓f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密( 请在以上方框内打“，) 论文作者签名：妻寸沲碍 导师签名： 硝铂f 1 日期：矽i 年弓月夕日 基于a l i 1 9 的视频监控与自动跟踪控制系统研究 引言 智能视频监控技术包括了运动目标的检测、跟踪、目标分类和行为理解等方 面【1 2 l ，涉及到计算机视觉、模式识别和人工智能领域的许多核心课题，是一个具 有挑战性的困难问题。 现有的视频监控系统大部分采用p c 机或工控机作为图象处理与分析的核心， 主要是考虑图象处理的大运算量需要高端c p u 的支持。然而，p c 机和工控机由于 集成了更多的与监控系统无关的功能，所以使得视频监控系统的成本增加，资源 浪费。而嵌入式系统是针对某一特殊用途的，可以根据系统要求添加修改相应的 软硬件1 3 l 随着a r m 9 、a r m l 0 、a r m l l 核的出现，其c p u 主频已达到2 0 0 一8 0 0 m h z 以上，再配合以多级流水线和更为优化的c p u 调度策略，完全可满足绝大多数视 频监控系统的要求。本系统使用s 3 c 2 4 1 0 a r m 微处理器作为控制核心，设计相应 的软硬件，可以实现监控系统的各项功能，因而达到了使系统最小化，节约资源 与降低成本的目的。 另外，在出现较大范围物体运动时，一般的监控系统需要人为的判断并向云 台发送控制命令以使摄像头转动【4 5 】，而无人看守时，若移动物体移出了摄像机视 野则无法得到非法入侵物体的更多信息。本系统根据图象处理的结果，自动进行 分析，再对摄像机的云台电机发送相应的控制信号，使云台带动摄像机跟随移动 物体转动，从而可以记录下非法物体的更为完整的入侵过程，并且无需人为的参 与，可广泛用于博物馆、商场、银行、工矿企业和智能楼宇等场所。目前，检测 运动目标的方法主要有光流法和帧差阈值法。光流法由于噪声、多光源、阴影、 透明性和遮挡性的原因，使得计算出的光流场分布不是十分可靠和精确。帧差阈 值法速度快，易于硬件实现，不足之处在于运动物体在成像平面有重迭时效果较 差，本文中配合3 帧或以上的多帧相比较加以解决；传统的基于象素差值的帧差 法在低对比度的情况下易出现误差，因此采用一种基于象素比值的提取函数的方 法来对普通的帧差法加以改进。在运动目标跟踪方面，对于一般的被动跟踪算法， 由于摄像头转动的同时物体也还在运动，因而存在有跟踪滞后的问题【6 l 。所以本文 引言 使用了卡尔曼滤波的跟踪预测算法，主动预测物体在摄像头转动了之后即下一帧 的位置，消除了跟踪滞后。 本论文第1 章为系统组成与功能，第2 章为s 3 c 2 4 1 0 微处理器介绍，第3 章 为b o o t l o a d e r 的功能与使用，第4 章为宿主机下l i n u x 系统的安装与配置，第5 章 为a r m 下l i n u x 内核开发与用户程序开发，第6 章为运动目标的视频检测与跟踪， 第7 章为云台步进电机控制的实现，第8 章为视频图像播放与网络传输。 基于a r m 9 的视频监控与自动跟踪控制系统研究 第1 章系统组成与功能 1 1 系统框图 整个视频监控系统的框图如图1 1 所示： a r m 9 s 3 c 2 4 1 0 l c d 、 a r - 一- 一- - r 触摸屏 hu s b 主 l u s b l i b 使用p c 和c p s r 的当前值，分别覆盖r 1 4s v c 和s p s rs v c ； 强制m 【4 ：o 】为1 0 0 1 1 ，在c p s r 的i 位和f 位置位，c p s r 的t 位清零； 强制p c 从0 】【0 0 地址中读取下一条指令； 在a r m 里重新执行。 复位电路原理图如下图1 4 所示。 第1 章系统组成与功能 。c d 6 s w - p b g d 6 l 。 卿j喇 l l 苎兰2 2 u f - n ln u l2 2 心 1 申嫠 = 图1 4 系统复位电路原理图 f i g 1 4t h e r e s e tc i r c u i ts c h e m a t i cd i a g r a mo fs y s t e m 1 2 3 串口电路设计 串行端口的本质功能是作为c p u 和串行设备间的编码转换器，一般微机内都 配有通信适配器，r s 2 3 2 串行接口电路用于网关系统与应用系统的短距离双向串 行通讯。r s 2 3 2 是个全双工的通讯标准，它可以同时进行数据的接收和发送工 作，在多数情况下实现最基本的串行通信功能，只需要r x d ，t x d 和g n d 信号。 在本设计中，虚拟机通过串口向目标机发送命令和接收命令，如在打开目标 机时要启动目标机的l i n u x 系统，命令r u nl o a d l i n u x 就是通过串口到达目标机的， 同样，还有一系列其他的命令语句，都是通过串口实现目标机与虚拟机的必要的 命令通讯。串口的电路原理图如下图1 5 所示。 v c c 3 s p 3 2 3 2 e c a 图1 5 系统串口电路原理图 f i g 1 5t h es y s t e ms e r i a li n t e r f a c ec i r c u i ts c h e m a t i cd i a g r a m 基于a r k l 9 的视频监控与自动跟踪控制系统研究 图中表示了r s 2 3 2 接口与目标机之间的连接关系，它们之间包括了一个 s p 3 2 3 2 e c a 电压转换芯片，s p 3 2 3 2 e c a 如图中所示，d b 9 是接至虚拟机端的， 虚拟机需要的工作电压为5 v ，而目标机即a r m 核心板上的工作电压为3 3 v ，要 在两者间进行数据发送或接收时需进行电平转换。s p 3 2 3 2 e c a 在接至目标机端时， r 1 0 u t 和r 2 0 u t 串接电阻用来防止意外的逻辑混乱。 s p 3 2 3 2 e c a 系列由3 个基本电路模块组成：驱动器、接收器、s i p e x 特有的电 荷泵1 1 0 i 。增强型e s d 规范：1 5 k v 人体放电模式；+ _ 1 5 k vi e c l 0 0 0 4 2 气隙放 电模式；8 k vi e c l 0 0 0 4 2 接触放电。 1 2 4u s b 接口电路设计 s 3 c 2 4 1 0 x 内部集成u s b 接口，引脚d n 0 、d p 0 、d n l 、d p i 接至处理器的 u s b 相应引脚上，实现u s b 的读取。如图1 6 为u s b 接口电路图： 、疋) c 5，l 嘞口，l卜v 瞄 口 d - - 峪声 辍强e i d s l l 缸d 鼍rj f i , $ b c o , x z 4 b 气踅j c s咒 图1 6 u s b 接口电路图 f i g 1 6u s bi n t e r f a c ec i r c u i ts c h e m a t i cd i a g r a m 第1 章系统组成与功能 1 2 5 以太网接口电路设计 r t l 8 0 1 9 a s 是台湾r e a i t e k 公司生产的一种高度集成的以太网芯片，具有全 双工、掉电控制等特性，能方便的实现即插即用( p l u ga n dp l a y ) 的n e 2 0 0 0 兼容适 配器。由于r t l 8 0 1 9 a s 有三种等级的掉电控制模式，所以它绿色电脑的网络设备 的理想选择。在全双工模式下，如果连接到一个同样是全双工的交换机或集线器， 就可实现同时接收和发送。这个特性不仅能把传输速率从1 0 m b p s 提高到2 0 m b p s ， 而其还能降低由于执行以太网c s m a c d 协议所引起的信道冲突而造成的网络性能 下降。m i c r o s o f t 的p l u ga n dp l a y 功能可以为用户减轻很多烦恼，如中断请求、i o 内存地址等资源配置问题。然而，为了在一些特殊场合下不作为p l u ga n dp l a y 器件 使用，r t i 舶1 9 a s 还支持跳线和特有的非跳线模式。r t l 8 0 1 9 a s 具有如下特性f 1 1 j ： 1 0 0 p i n p q f p 封装 支持p n p 自动监测模式 。一 兼容e t h c m e ti i 和i e e e 8 0 2 31 0 b a s e 5 、1 0 b a s e 2 、1 0 b a s e t 软件兼容8 位和1 6 位插槽n e 2 0 0 0 网卡芯片都兼容 支持跳线和非跳线模式 在非跳线模式下支持微软的即插即用配置 支持在全双工模式下的双倍信道带宽 支持三种掉电模式：休眠模式、内部时钟不间断模式、内部时钟停止模式 支持u ，r p 、a u i 、b n c 接口自动监测功能 对1 0 b a s e t 支持自动校正 支持8 路m q 中断 对b r o m 的读写采用1 6 k 、3 2 k 、6 4 k 字节模式或1 6 k 页模式 支持在远程启动后的b r o m 命令禁止模式以释放内存 支持闪存地写 内含1 6 k 字节s r a m 带4 盏可编程的诊断l e d 基于a r m 9 的视频监控与自动跟踪控制系统研究 在本设计中r t l 8 0 1 9 a s 是以太网控制的核心，1 0 m 以太网接口为系统提供了 以太网接入的物理通道，它与$ 3 c 2 4 1 0 x 的相应引脚相连，实现以太网的读写功 能。r t i 8 0 1 9 a s 与$ 3 c 2 4 1 0 x 相连的引脚如下表1 1 所示。 表1 1r t l 8 0 1 9 a s 与$ 3 c 2 4 1 0 x 相连的引脚 t a b 1 1t h ec o n n e c t i o nb e t w e e nr t l 8 0 1 9 a sa n ds 3 c m l 0 x r t i 一8 0 1 9 a s 引脚功能 s 3 c 2 4 1 0 x s a 0 s a 4 地址总线 x a 0 ) 4 l n t o 中断输出信号 e x i n l 4 i o r b 读使能。低电平有效 n o e b l o 、v b 写使能。低电平有效 n ，e b r s t d r v 复位输出信号 r e s e ，r s d 0 s d l 5数据总线d 0 x d l 5 1 0 c h r d y 循环等待主机读写命令 n 翮k 旺 以太网接口电路原理图如下图1 7 所示。 图1 7 以太网接口电路原理图 f i g 1 7t h es y s t e me t h e m e ti n t e r f a c ec i r c u i t 第1 章系统组成与功能 微处理器的总线是开放的，其中的1 6 位总线x d 0 - 一x d l 5 对r t l s 0 1 9 a s 以太 网控制器进行访问。在电路中为分配好地址空间，采用对9 3 l c 4 6 进行读写操作来 设置r 1 r i 8 0 1 9 a s 的端口i o 基地址和以太网物理地址，9 3 “并6 是采用4 线串口的 s e r i a le e p r o m ，容量为1 k b i t ，主要保存r t l 8 0 1 9 a s 的配置信息。0 0 h 一- - 0 3 h 的 地址空间用于存储r t i 8 0 1 吼峪配置寄存器c o n f i g i 一4 的上电初始化值：地址 0 4 h - - 一1 1 h 存储网络节点地址即物理地址；地址1 2 h - - 一7 f h 内存储即插即用的配置 信息。r t l 8 0 1 9 a s 通过引脚e e c s 、e e s k 、e e d i 控制9 3 c 4 6 的c s 、s k 、d i 引脚， 通过e e d o 接收9 3 c 4 6 的d o 引脚的状态。r t l 8 0 1 9 a s 复位后读取9 3 c 4 6 的内容 并设置内部寄存器的值，如果9 3 c 4 6 中内容不正确，r t l 8 0 1 9 a s 就无法正常工作。 电路中的t r c s 5 4 3 3 2 0 f 0 0 1 是网络隔离器，他在电路中主要起两个作用，一 个是传输数据，它把p h y 送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信 号，并通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接网线的另一端；一是隔离网线连 接的不同网络设备间的不同电平，以防止不同电压通过网线传输损坏设备。另外， 网络隔离器还能对设备起到一定的防雷保护作用f 1 2 l 。 1 3 系统功能 在$ 3 c 2 4 1 0 上运行裁剪过的l i r m x 系统，并在其中编写应用程序与驱动程序。 在l c d 中实现了视频流的正常播放。使用q t e 完成了触摸屏人机界面，实现监 控系统自动和手动功能。手动模式下，用户可根据需要通过触摸屏控制摄像头的 移动；自动模式下，开始时先使摄像机进行循环转动扫描，同时系统不断的实时 采集u s b 摄像机传来的数据，并通过视频算法与图像处理判断是否有运动物体出 现。当捕捉到运动目标时，进入自动跟踪阶段，检测出移动的入侵物体的位置， 并预测其在以后的帧中的位置，同时向云台的步进电机发出相应的控制指令，使 其以相应的速度、角度与方向转动，以使物体始终处于摄像机画面的中心位置； 同时启动报警，并录制现场监控的信息和画面，将其通过局域网传入主控室中， 从而能够记录下更为完整的入侵过程。 自动模式下系统流程图如图1 8 所示： 基于a r m 9 的视频监控与自动跟踪控制系统研究 图1 8 系统流程图 f i g 1 8s y s t e mf l o wc h a r t 第2 章$ 3 c 2 4 1 0 微处理器介绍 第2 章s 3 0 2 4 10 微处理器介绍 $ 3 c 2 4 1 0 微处理器是一款由s a m s u n ge l e c t r o n i c sc o ，l t d 为手持设备设计的低功耗、 高度集成的基于a r m 9 2 0 t 核的微处理器。支持w i n c e 、e p o c 3 2 和l i n u x 等操作系统。 现在它广泛应用于p d a 、移动通讯、路由器、工业控制等【1 3 1 。 采用2 7 2 脚f b g a 封装，内含一个a r m 9 2 0 t 内核和如下片内外围： 1 个l e d 控制器( 支持s t n 和t 带有触摸屏的液晶显示器) s d r a m 控制器 3 个通道的u a r t 4 个通道的d m a 4 个具有p w m 功能的计时器和1 个内部时钟 8 通道的1 0 位a d c 触摸屏接口 1 2c 总线接口 1 个u s b 主机接口，1 个u s b 设备接口 2 个s p i 接口 s d 接口和m m c 卡接口 1 1 7 位通用i o 口和2 4 位外部中断源 在时钟方面$ 3 c 2 4 1 0 x 也有突出的特点，该芯片集成了一个具有日历功能的r t c 和具有p l l ( m p l l 和u p l l ) 的芯片时钟发生器。m p l l 产生主时钟，能够使处理器工作 频率最高达到2 0 3 m h z 。这个工作频率能够使处理器轻松运行于w i n d o w sc e ，l i n u x 等 操作系统以及进行较为复杂的信息处理。u p l l 产生实现主从u s b 功能的时钟。 $ 3 c 2 4 1 0 x 将系统的存储空间分成8 组( b a n k ) ，每组大小是1 2 8 m b ，共1 g 。b a n k 0 到b a n k 5 的开始地址是固定的，用于r o m 和s r a m 。b a n k 6 和b a n k 7 用于r o m ，s r a m 或s d r a m ，这两个组可编程且大小相同。b a n k 7 的开始地址是b a n k 6 的结束地址，灵 活可变。所有内存块的访问周期都可编程。$ 3 c 2 4 1 0 x 采用n g c s 【7 ：0 1 8 个通用片选信 号选择这些组。 基于a r m 9 的视频监控与自动跟踪控制系统研究 $ 3 c 2 4 1 0 x 支持从n a n df l a s h 启动，n a n df l a s h 具有容量大，比n o rf l a s h 价格 低等特点。系统采用n a n df l a s h 与s d r a m 组合，可以获得非常高的性价比。$ 3 c 4 1 2 0 x 具有三种启动方式，可通过o m 【1 ：o l 管脚进行选择。 以$ 3 c 2 4 1 0 处理器为核心，系统主要由两部分子系统构成，两个子系统分别被称 为2 4 1 0 核心板和2 4 1 0 接口板，2 4 1 0 核心板包括了c p u 、内存、n a n df l a s h 、1 6 c 5 5 4 串口芯片，2 4 1 0 接口板则包含了8 个r s 2 3 2 接口，u s bd e v i c e 、g p i o 等接口。 核心板主要技术参数： $ 3 c 2 4 1 0 处理器，a r m 9 2 0 t 内核，3 2 位处理器，2 0 3 m h z 3 2 m bn a n df l a s h 存储器和3 2 m bn o rf l a s h 存储器 6 4 m bs d r a m 。 第3 章b o o t l o a d e r 的功能与使用 第3 章b o o tlo a d e r 的功能与使用 3 1b o o ti o a d e r 的架构和功能 b o o t l o a d e r 引导程序是嵌入式开发很重要的组成部分。它是嵌入式系统上电后执行 的第一个程序，并由它最终将操作系统启动起来并将控制权交给操作系统。b o o t l o a d e r 引导程序最基本的功能是对硬件系统的初始化和内核启动参数设置并启动内核【1 4 1 。 b o o t l o a d e r 的主要功能有： ( 1 ) 初始化c p u 的主频、s d r a m 、中断、串口等硬件； ( 劲启动l i n u x 内核并提供一个r a m d i s k # ( 3 ) 通过串口下载内核或r a m d i s k 到目标板上； ( 4 ) 将修改过的内核或r a m d i s k 写入到f l a s h 内； ( 5 ) 为用户提供一个命令接口。 在嵌入式系统开发过程中，b o o t l o a d e r 还与主机通信，不断检测从主机传来的控制 信息和数据信息，完成相应的操作。 l i n u x 运行在保护模式下，但是当机器启动复位的时候却处于实模式下。所以写 b o o t l o a d e r 的工作也是在实模式之下的。 b o o t l o a d e r 的实现除了依赖于c p u 的体系结构，还依赖于目标板的设置，本系统的 b o o t l o a d e r 引导程序分为s t a g e l 和s t a g e 2 两个阶段。依赖于c p u 的体系机构的代码， 比如设备初始化等，放在s t a g e l 中，采用a r m 汇编语言来实现，这样可以达到短小精 悍的目的。s t a g e 2 用c 语言来实现，可以实现复杂的功能，同时代码具有更好的可读性 和可移植性【1 4 1 。 b o o t l o a d e r 的s t a g e l s t a g e l 是b o o t l o a d e r 一开始就执行的操作，其目的是为了s t a g e 2 的执行以及随后的 内核的执行，设置好一些基本的硬件环境。 包括以下步骤： 屏蔽所有的中断。为中断提供服务的通常是操作系统，因此在执行b o o t l o a d e r 的过程中可以不响应任何中断。中断屏蔽通过写c p u 的中断屏蔽寄存器来完成。 1 4 基于a r i d 9 的视频监控与自动跟踪控制系统研究 设置c p u 的时钟频率和速度。 初始化r a m 设置系统的内存控制器的功能寄存器和各内存库控制寄存器等。 为加载s t a g e 2 准备r a m 空间。 拷贝s t a g e 2 到r a m 中。 跳转到s t a g e 2 的入口点。 b o o t l o a d e r 的s t a g e 2 s t a g e 2 的主要的功能是通过串口下载l i n u x 内核到目标板上。包括以下几个步骤： 初始化本阶段要使用到的硬件设备。这通常包括：初始化至少一个串口，以便 和终端用户进行i o 输出信息；初始化计时器等。 检测系统的内存映射。所谓内存映射就是指在整个4 g b 物理地址空间中有哪些 地址范围被分配用来寻址系统的r a m 单元。 加载内核映像和根文件系统从f l a s h 读入到r a m 中。这里包括两个方面：a 内 核映像所占用的内存范围；b 根文件系统所占用的内存范围。在规划内存占用的布局 时，主要考虑基地址和映像的大小两个方面。 设置内核的启动参数。 调用内核。b o o t l o a d e r 调用l i n u x 内核的方法是直接跳转到内核的第一条指令处。 3 2j x a r m 9 - 2 4 10 中的b o o tio a d e r - - u - b o o t 的使用 j x a r m 9 2 4 1 0 使用u b o o t 作为b o o t l o a d e r ，通过它可以实现如下功能f 1 3 】： 1 烧写f l a s h ： 2 引导l i n u x 操作系统及其它程序； 3 通过以太网下载l i n u x 操作系统或其它程序并引导。 首先必须将u b o o t 烧写到f l a s h 的起始扇区，j x a r m 9 2 4 1 0 中，u b o o t 使用第1 2 共两个扇区，其中第一个扇区为u b o o t 映象，第二个扇区保存u b o o t 环境变量。 因此在使用之前必须烧写u b o o t 映象到第一个扇区。烧写方法有两种： 1 在w i n d o w s 环境下使用a d ti d e 的f l a s hp r o g r a m m e r 工具进行烧写，在当前 f l a s h 中的b o o t l o a d e r 没有正确烧写之前必须使用这种方法进行烧写。 1 s 第3 章b o o t l o a d e r 的功能与使用 2 使用u b o o t 的f l a s h 烧写功能进行烧写，这必须在已经有u b o o t 映象已经烧写 到f l a s h 中并且能够正常运行的前提下。 3 2 1 使用a d t id e 烧写u - b o o t 在j x a r m 9 2 4 1 0 安装目录的f l a s h u p d a t e 目录下有u b o o t 映象文件- u b o o t b i n 。另 外还有一个命令脚本文件j x 2 4 1 0 一l o a d c s f ，在使用a d ti d e 烧写u b o o t 时需要用到。 下面介绍怎样在a d ti d e 集成开发环境下烧写u b o o t 。 1 硬件连接 需要注意的是：当使用j x a r m 9 2 4 1 0 3 内置简易调试模块时，请将计算机并口与 实验箱左上角的并口通过并口延长线实现连接，并将j p 5 跳线通过跳线帽短接；当使用 a d t l 0 0 0 高级仿真器时，请将计算机并口与仿真器实现连接，然后通过1 4 p i n 的j t a g 对连线与j x a r m 9 2 4 1 0 - 3 的j t a g 口实现连接，并将j p 5 跳线上的跳线帽去掉。注意 不要同时连接简易调试模块和a d t l 0 0 0 仿真器。连接好后，将仿真器和j 气r m9 ：= ：2 4 1 0 电源打开。 2 打开f l a s hp r o g r a m m e r 工具 打开a d ti d e 集成开发环境，并选择其d e b u g 菜单的f l a s hp r o g r a m m e r 菜单项启 动f l a s hp r o g r a m m e r 工具。 3 设置f l a s hp r o g r a m m e r 如下图3 1 所示对f l a s hp r o g r a m m e r 进行设置。其中i m a g e 编辑框中为待烧写的 u b o o t 映象，c o m m a n ds c r i p t 编辑框中为命令脚本。s e c t o rf r o m 和t 0 两个编辑框表示 烧写到f l a s h 的位置，此处由于u b o o t 映象必须烧写到第一个扇区，因此选择1 。在d e v i c e 中选择a r m 9 l p t 或者a r m 9 s i m p l e ，如果使用a d t1 0 0 0 或者a d t1 0 0 0 a 仿真器请选择 a n n 9 l p t ，如果使用j x a r m 9 - 2 4 1 0 内置的简易仿真器，请选择a r m 9 s i m p l e 。 4 擦除扇区 设置完毕后点击右边的e r a s e 按钮进行擦除操作，擦除结果将在对话框的下面的提 示框中显示，如果显示e r a s eo k 则表示擦除成功。否则请检查设置并重新擦除。 5 编程 基于a r m 9 的视频监控与自动跟踪控制系统研究 在擦除之后请点击右边的p r o g r a m 按钮进行编程操作，编程结果将在对话框的下面 的提示框中显示，如果显示p r o g r a mo k 则表示编程成功。否则请检查设置并重新编程。 6 重新启动 擦除和编程成功后，请关闭f l a s hp r o g r a m m e r 对话框，然后将j x a r m 9 2 4 1 0 的 u a r t 0 与p c 串口进行连接并启动超级终端软件，然后将j x a r m 9 - 2 4 1 0 重新上电，如 果烧写正确，将在超级终端中打印启动信息。 f 1 缁滋瓢。p i o g 娑警运萄鳓磁4 “| “。i “j 。 。”一镌j 。“。i “。”。i ，竹譬竹?一一一 蔗同k - 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