（系统工程专业论文）基于WINCE50的ARM9视频监控系统研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 事两要 随着计算机多媒体技术、视频压缩编码技术，网络通讯技术的发展，数 字视频监控系统迅速崛起，逐渐地取代了以视频矩阵图像分割器、录像机为 核心，辅以其它传送器的模拟视频监控模式。在实际应用中，如果对监控系 统的功能、可靠性、成本、体积等都有严格要求，则采用嵌入式系统模式最 为合适。基于w i n d o w s c e 的嵌入式视频监控系统有体积小、实时性强、稳定 性好、界面友好、成本低廉等特点，在远程监控、工业控制、视频会议、可 视电话、移动多媒体终端等诸多领域都可以推广应用。 本文详细阐述了在a r m 9 平台下，基于w i n d o w s c e 5 0 的视频监控系统的 设计过程。设计选用了基于三星$ 3 c 2 4 4 0 处理器的试验开发板作为硬件平台， 开发板上外接u s b 摄像头来采集实时图像，通过视频采集程序，在w i n c e 下 实现对实时图像预览，抓拍，录像的功能。 设计主要完成了以下工作： 1 搭建试验平台。安装超级终端，运用s u p e r v i v i 设置b i o s ，运用 a c t i v e s y n c 4 5 实现p c 与开发板的同步通讯。 2 定制系统。运用p l a t f o rb u i i d e r 工具来裁剪w i n c e 内核，根据监控系统 的需要，生成最小内核镜像。 3 u s b 摄像头驱动程序的编写。摄像头厂商没有提供w i n c e 下的摄像头驱动， 所以只能根据具体的摄像头芯片类型进行编写。驱动采用w i n c e 下流接口驱 动模型进行设计。 4 视频采集程序的编写。将u s b 摄像头驱动程序导入w i n c e 系统，生成平台 s d k ，将s d k 导入到e m b e d d e d v is u a l c + + 中，利用驱动程序的函数接口读取 图像数据流，实现采集软件的功能。 开发过程中，运用交叉编译的方法，对u s b 摄像头驱动程序以及采集软件 进行了测试，实现了对实时图像的视频的预览，抓图，录像的功能。通过w i n c e 下的网络设置，实现了p c 与开发板间的网络连接，数据访问存储的功能。 关键词：w i n c e ；$ 3 c 2 4 4 0 ；流接口；s d k ：e v c 西南交通大学硕士研究生学位论文第1l 页 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h et e c h n o l o g yo fc o m p u t e rm u l t i m e d i 、v i d e o c o m p r e s s i o nc o d i n g a n dn e t w o r k c o m m u n i c a t i o n ，d i g i t a l v i d e os u r v e i l l a n c e s y s t e mr i s e sr a p i d l y , i tg r a d u a l l yr e p l a c e da n a l o gv i d e os u r v e i l l a n c et r a n s m i t t e r m o d ew h i c hm a k ev i d e oi m a g es e g m e n t a t i o nm a t r i xa n dv i d e or e c o r d e ra st h e c o r e ，t h et r a n s m i t t e ra ss u p p l e m e n t i np r a c t i c a la p p l i c a t i o n s ，i ft h ew en e e da s y s t e mt h a ti sr e l i a b i l i t y , l o w c o s t ，s m a l l s i z e ，e m b e d d e ds y s t e mi st h ea p p r o p r i a t e m o d e l e m b e d d e dv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m sw i t hw i n c eh a v et h e c h a r a c t e r s ：s m a l ls i z e ，r e a l t i m e ，g o o ds t a b i l i t y , u s e r - f r i e n d l y , l o w c o s t ，e t c i tc a n b ee x t a n d e di nm a n yf i e l d ，l i k er e m o t em o n i t o r i n g ，i n d u s t r i a lc o n t r o l ，v i d e o c o n f e r e n c i n g ，v i d e ot e l e p h o n y , m o b i l em u l t i m e d i a t e r m i n a l se c t i nt h i s p a p e r ，i tm a i n l y i n t r o d u c e dt h ed e s i g np r o c e s so ft h ev i d e o s u r v e i l l a n c es y s t e mw h i c hb a s e dw i n d o w s c e 5 0o n t h ea r m 9p l a t f o r m s e l e c t e dt h e d e v e l o p m e n tb o a r dw i t hs a m s u n g $ 3 c 2 4 4 0p r o c e s s o r a st h e h a r d w a r ep l a t f o r m u s e dt h eu s b c a m e r at oc a p t u r et h er e a l - t i m ei m a g e t h r o u g h t h ev i d e oc a p t u r ep r o g r a m st oa c h i e v et h er e a l t i m ei m a g ep r e v i e w , c a p t u r e ， r e c o r di nw i n c e d e s i g nh a v ec o m p l e t e dt h ef o l l o w i n gj o b ： 1 t e s tp l a t f o r ms t r u c t u r e s i n s t a l lt h eh y p e r t e r m i n a l ，u s es u p e r v i v it os e t u p b i o s ，u s ea c t i v e s y n c 4 5t oa c h i e v e t h es y n c h r o n i z a t i o nc o m m u n i c a t i o n s b e t w e e nt h ep cs e r v e ra n dt h ed e v e l o p m e n tb o a r d 2 c u s t o ms y s t e m u s ep l a t f o rb u i l d e rt o o l st oc u tt h ew i n c ec o r e i na c c o r d a n c e w i t ht h en e e d s ，g e n e r a t et h es m a l l e s tk e r n e l 3 u s bc a m e r ad r i v e rp r e p a r e d c a m e r am a n u f a c t u r e r sd i dn o tp r o v i d ec a m e r a d r i v e ru n d e rw i n c e ，s ow r i t et h ed r i v e rr e f e rt ot h es p e c i f i ct y p eo fc a m e r a c h i pi sn e e d e d ，t h o u g ht h ed r i v e rd e s i g n ，u s et h es t r e a mi n t e r f a c ed r i v e rm o d e l a st h er e f e r e n c e 4 p r o c e d u r e sf o rt h ep r e p a r a t i o no fv i d e oc a p t u r e ，i m p o r tt h eu s bc a m e r ad r i v e r t ow i n c ec o r e ，g e n e r a t i o np l a t f o r ms d k ，i m p o r t s d ki n t oe v c ，u s i n gt h e d r i v e ri n t e r f a c ef u n c t i o nt or e a di m a g ed a t af l o w ，t oa c h i e v et h ef u n c t i o n so f c a p t u r es o f t w a r e i nt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s s ，u s i n gt h em e t h o do fc r o s sc o m p i l e rt ot e s tt h e u s bc a m e r ad r i v e ra n dt h es o f t w a r eo fi m a g ea c q u i s i t i o n t h es o f t w a r ef a n i l l y a c h i e v e dt h ef u n c t i o n s ：p r e v i e w , c a p t u r e ，r e c o r dt h er e a l t i m ei m a g e p ca n d d e v e l o p m e n tb o a r dc a na c h i e v e t h ed a t aa c c e s sa n dd a t as t o r a g et h o u g ht h e n e t w o r k ，a f t e rt h en e t w o r ks e t t i n gi nw i n c e k e y w o r d s ：w i n c e ；s 3 c 2 4 4 0 ；s t r e a mi n t e r f a c e ；s d k ；e v c 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工 作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和 集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 本学位论文的主要创新点如下t 针对嵌入式视频监控系统的特点，根据需要裁剪w i n c e 内核，定制出 最小系统。u s b 摄像头厂家没有提供w i n c e 下的驱动，本文利用w i n c e 下 流接口驱动模型，编写了u s b 摄像头驱动。在e v c 编写了在w i n c e 下的视 频采集程序，经测试，可以对实时图像进行预览，图片抓取，录像。 伽 伊一s _ 5 ， 西南交通大学曲南父逋大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 i 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密囵，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：鼬指导老师 日期：2 哆7 夕弓 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 近年来，嵌入式技术及产品的快速成长成为了全球i t 产业发展的显著 特征之一。嵌入式系统以多种多样的形式，日益融入到人们的生活和工作 之中。嵌入式技术、互联技术和个人计算以及高性能计算一起，构建了后 p c 时代中“计算无处不在”的蓝图n 1 。 嵌入式操作系统是嵌入式系统的核心，是连接嵌入式设备和应用的重 要部件。它一方面要支持各种功能及规格的硬件设备，另一方面要为各种 应用程序提供一致的功能调用接口，同时还需要在有限的系统资源上尽可 能快地完成应用的计算需求心1 。 w i n d o wc e b l 是微软公司推出的一个功能强大的实时嵌入式操作系统， 它具有很多优秀的性能。w i n d o wc e 操作系统的模块化设计，使开发人员 可以根据需求定制设备，这种定制有助于快速地开发功能各异的产品与服 务。w i n d o w sc e 提供的一系列的集成定制和开发工具，使得开发嵌入式软 件的门槛大大降低了。w i n d o wc e 已经越来越多地被开发厂商支持及使用， 迅速成为嵌入式操作系统主流平台之一。基于w i n d o wc e 的w i n d o w sm o b il e 使得全球范围内智能手机平台和市场得以快速地发展，w i n d o w sc e 还在 p d a 、机顶盒以及多种网络媒体设备中得到了广泛的应用。 数字视频监控系统是以计算机或嵌入式系统为中心、视频处理技术为 基础组建的一种新型监控系统，系统采用符合图像数据压缩的国际标准， 综合利用图像传感器、计算机网络、自动控制和人工智能等技术。由于数 字视频监控系统对视频图像进行了数字化，所以与传统的模拟监控系统相 比，数字监控具有许多优点。数字化的视频系统可以充分利用计算机的快 速处理能力，对其进行压缩、分析、存储和显示。数字化视频处理技术提 高了图像的质量与监控效率，使系统易于管理和维护。正是由于数字视频 监控技术具有传统模拟监控技术无法比拟的优点，而且符合当前信息社会 中数字化、网络化和智能化的发展趋势，所以数字视频监控技术正在逐步 取代模拟监控技术，广泛应用于各行各业。嵌入式系统以体积小、实时性 强、性价比高、稳定性好等特点在社会的各个领域中得到了广泛应用阻5 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 视频监控系统现状 目前视频监控市场应用主要采用两类产品：数字控制的模拟视频监控 和数字视频监控h 1 。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，在实际工程 应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛； 后者是新近崛起的以计算机通信技术及图像视频压缩为核心的新型视频监 控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端，更适合企业的远程智能数字视 频监控管理。 1 2 1 模拟视频监控现状 随着微处理器、微机的功能、性能的增强和提高，多媒体技术的应用， 系统在功能、性能、可靠性、结构方式等方面都发生了很大的变化，视频 监控系统的构成更加方便灵活，与其它技术系统的接口趋于规范，人机交互 界面更为友好。但由于模拟视频监控系统中信息流的形态没有变，仍为模 拟的视频信号，系统的网络结构主要是一种单功能、单向、集总方式的信 息采集网络，系统网管虽然己发展到很高的水平，但已无太多潜力可挖， 要满足更高的要求，视频数字化是必由之路口 。 模拟视频监控主要有以下几点局限： a 通常适合于小范围的区域监控：模拟视频信号的传输工具主要是同 轴电缆，而同轴电缆传输模拟视频信号的距离小于1 k m ，双绞线的距离更 短，这就决定了模拟监控只适合于单个大楼、小的居民区以及其它小范围 的场所。 b 系统的扩展能力差：对于已经建好的系统，如要增加新的监控点，往 往是牵一发而动全身，新的设备也很难添加到原有的系统之中。 c 无法形成有效的报警联动：在模拟监控系统中，由于各部分独立运 作，相互之间的控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行心7 l 。 1 2 2 数字视频监控现状 9 0 年代末，随着计算机多媒体技术、视频压缩编码技术、网络通讯技 术的发展、数字视频监控系统迅速崛起，现今市场上有两种数字视频监控 系统类型，一种是以数字录像设备( 硬盘录像) 为核心的视频监控系统， 另一种是以嵌入式视频w e b 服务器为核心的视频监控系统。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 数字监控录像系统： 数字监控系统又分为2 种工作方式，一是基于p c 机组合的计算机多媒 体工作方式和嵌入式数字监控录像系统方式。 计算机多媒体方式的数字监控录像系统 数字视频压缩编码技术n 引曰益成熟，计算机的普及化，为基于p c 机 的多媒体监控创造了条件。这种新型视频监控系统的迅速崛起，部分地取 代了以视频矩阵图像分割器、录像机为核心，辅以其它传送器的模拟视频 监控模式，其优越性主要表现在- a p c 机的多媒体监控主机综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等众 多功能，使系统结构大为简化。 b 采用计算机网络技术，数字多媒体远程网络监控不受距离限制； c 磁盘阵列存盘器或光盘存储器，可以节省大量的磁带介质，同时有 利于系统实现多媒体信息查询。 但随着基于p c 机的视频监控录像系统的发展，在实际工程使用过程 中，也暴露出一些不足，主要是系统工作的不稳定性。基于p c 的视频监控 录像系统的组成结构为：兼容工控p c 机+ 视频采集卡+ 普通较可靠的操作 平台+ 应用软件。从系统的组成结构来分析其特点： a p c 机兼容p c 机用于2 4 小时不问断工作时，其性能是不很稳定的， 工控p c 机相对兼容p c 机的稳定性有一个档次上的提高，适用于较 复杂的工作环境。 b 操作系统。以w i n d o w s9 8 为操作平台的系统，业内人士都知道w i n 9 8 的稳定性是有一定问题的，如果同时应用软件又不是很规范，这样 就容易在使用过程中出现工作不稳定、死机等问题，而基于p c 机 的视频监控录像系统其软件的实现是在w i n d o w s9 8 n t x p 、u n i x 、 l i n u x 等通用操作系统上，同时系统文件、应用软件和图像文件都 存储在硬盘上，视频处理必须高密度输入大量数据，同时硬盘要进 行多工工作，普通的硬盘逻辑( 如w i n d o w s 的f a t 3 2 ) 已无法适应， 以致极易产生系统的不稳定性，造成死机现像。 c 应用软件：采用简易应用软件的系统是不能够应用安防领域的，视 频监控系统的应用软件能力上应支持多任务并发处理，如监视、录 像、回放、备份、报警、控制、远程连接等的多工处理能力。 d 视频采集卡：视频监控录像系统通常均为多路输入系统，视频采集 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 卡可采用多卡方式，也可采用单卡方式。一般说，单卡方式集成度 高，稳定性会优于多卡方式，很多采用一路一卡的方式很容易形成 硬件冲突，其稳定性会有较大的影响。目前市场上也有部分为追求 高帧数而设计采用多卡进行迭加的多路单卡设备，但其仍在计算机 的总线上进行传输、处理，不可能会有质的飞跃旧。 嵌入方式的视频监控系统 嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、 可靠性、成本、体积等综合性严格要求的专用计算机系统，亦即为监控系 统量体裁衣的专用计算机系统。嵌入式系统集软硬件于一体，主要由嵌入 式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成 1 9 】。 嵌入式监控系统的特点如下： a 系统为专用系统，所以系统小，指令精简，处理速度快。 b 系统数据置于r o m f l a s hm e m o r y ，调用速度快，不会被改变，稳 定性好。 c 系统处理实时性好，性能稳定。 d 文件管理系统更适合于大量的视频数据。 e 该类系统目前四路以上机型还较为少见。 近几年来以软硬件相结合为显著特征、以消费电子类为主导的智能设 备以超乎人们想象的速度获得了前所未有的发展，与此同时，在工控领域 也得到快速发展，在这个过程中，微软公司也是首当其冲，其推出的 m i c r o s o f tw i n d o w sc e 是一个开放的、可裁减的、3 2 位的实时操作系统和 其他桌面版窗口操作系统相比，具有可靠性好、实时性高、内核体积小的 特点，所以被广泛用于各种嵌入式智能设备的开发，如工业控制、信息家 电、移动通信、个人电子消费品等各个领域，是当今应用最多、增长最快 的嵌入式操作系统晡。 2 嵌入式视频w e b 服务器方式 嵌入式视频w e b 服务器的主要原理：视频服务器内置一个嵌入式w e b 服务器，采用嵌入式实时多任务操作系统。摄像机送来的视频信号数字化 后由高效压缩芯片压缩，通过内部总线送到内置的w e b 服务器，网络上用 户可以直接用浏览器观看w e b 服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控 制摄像机、云台、镜头的动作或对系统配置进行操作。由于把视频压缩和 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 w e b 功能集中到一个体积很小的设备内，可以直接连入局域网，达到即插 即看，省掉多种复杂的电缆，安装方便( 仅需设置一个i p 地址) ，用户也 无需安装任何硬件设备，仅用浏览器即可观看心1 | 。 嵌入式视频w e b 服务器监控系统与其它监控系统的比较如以下几点： a 布控区域广阔。嵌入式视频w e b 服务器监控系统的w e b 服务器直接连 入网络，没有线缆长度和信号衰减的限制，同时网络是没有距离概念 的，彻底抛弃了地域的概念，扩展布控区域。 b 系统具有几乎无限的无缝扩展能力所有设备都以i p 地址进行标识， 增加设备只是意味着i p 地址的扩充。 c 可组成非常复杂的监控网络。采用基于嵌入式w e b 服务器为核心的监 控系统，在组网方式上与传统的模拟监控和基于p c 平台的监控方式有 极大的不同，由于w e b 服务器输出已完成模拟到数字的转换并压缩， 采用统一的协议在网络上传输，支持跨网关跨路由器的远程视频传输。 d 性能稳定可靠，无需专人管理。嵌入式w e b 服务器实际上基于嵌入式 电脑技术，采用嵌入式实时多任务操作系统，又由于视频压缩和w e b 功能集中到一个体积很小的设备内，直接连入局域网或广域网，即插 即看，系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高，也无需专人管理， 非常适合于无人值守的环境。当监控中心需要同时观看较多个摄像机 图像时，对网络带宽就会有一定的要求。 1 3 论文设计目标和主要工作 本论文所设计的视频监控系统是嵌入式视频监控系统中的一种，设计的 核心方法可以应用在远程监控、工业控制、视频会议、可视电话、多媒体终 端等诸多领域。嵌入式操作系统选用w i n c e 5 0 ，硬件平台选用广东友善之臂 公司的$ 3 c 2 4 4 0 试验开发板，采用u s b 摄像头做为视频采集方式，u s b 摄像头 芯片为中星微z c 0 3 0 x 。 视频监控软件实现的目标：w i n c e 系统中，实现实时图像预览，预览 的同时可抓取j p g 图片，可录制现场视频。录像存储文件为a v i 格式，图 像数据可以在本地存储设备上保存，也可通过网络传输到主机端进行保存。 应用程序界面简洁，视频图像画面流畅。 论文的主要工作是： 第一：运用p l a t f o r mb u il d e r 裁剪w i n c e 内核文件，生成最小系统。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第二：基于w i n c e 流接口驱动模型，编写u s b 摄像头驱动程序。 第三：生成系统s d k ，导入e m b e d d e dv i s u a lc + + 进行视频采集程序开发。 第四：整体测试。测试内容：视频的预览，抓图，录像，存储，网络传输。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章系统的总体设计 2 1 视频监控系统硬件平台的搭建 由于本设计将设计的重点集中在w i n c e 下的驱动开发与应用程序开发 上，经过综合比较，选用了采用广州友善之臂计算机科技有限公司生产的 基于三星$ 3 c 2 4 4 0 处理器的q q s 3 c 2 4 4 0 v 3 开发板作为硬件开发平台。 $ 3 c 2 4 4 0 采用了由a r m 公司设计的1 6 3 2 位a r m 9 2 0 t 的r i s c 处理器作 为其核心处理器。a r m 9 2 0 t 实现了m m u 、a m b ab u s 和h a r v a r d 高速缓存体 系结构，分别具有独立的1 6 k b 的指令c a c h e 和数据c a c h e 。通过提供一套 完备的通用系统外设，采用$ 3 c 2 4 4 0 可减少对额外组件的需求，并且可以 降低整体系统的成本。此外，$ 3 c 2 4 4 0 标称工作频率达4 0 0 m h z ，使得在音 频视频等多媒体应用中表现得更加优异。丰富的功能加上速度的提高，使 $ 3 c 2 4 4 0 在掌上电脑，智能手机中的设计中得到越来越广泛的应用。如采 用了s 3 c 2 4 4 0 的中天传讯推出的e - t e ng 5 0 0 卫星导航手机及惠普i p a q r x 3 7 0 0 ，宏基n 3 1 1 等掌上电脑均取得了不俗的表现。 2 1 1q 0 2 4 4 0 v 3 开发板硬件资源特性 开发板的接口示意图如图2 - 1 所示h c p u 处理器 一s a m s u n g $ 3 c 2 4 4 0 a ，主频4 0 0 m h z ，最高5 3 3 m h z 。 s d l 蛐i 内存 一在板6 4 ms d r a m 。 一3 2 b i t 数据总线。 一s d r a m 时钟频率高达i o o m h z 。 f l a s h 存储 一在板6 4 mn a n df l a s h ，掉电非易失。 一在板2 mn o rf l a s h ，掉电非易失。 l c d 显示 一板上集成4 线电阻式触摸屏接口，可以直接连接四线电阻触摸屏 接口和资源。 一1 个i o m 以太网r j 一4 5 接口( 采用c s 8 9 0 0 网络芯片) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 一3 个串行口。 图2 一l 开发板接口示意图 一1 个u s bh o s t 。 一1 个u s es l a v eb 型接口。 一1 个s d 卡存储接口。 一1 路立体声音频输出接口，一路麦克风接口。 一1 个2 o m m 间距2 0 针标准j t a g 接口。 一4u s e rl e d s 。 一4u s e rb u t t o n s 。 一1 个p i 6 t 控制蜂鸣器。 一1 个可调屯阻，用于a d 模数转换测试。 一1 个1 2 c 总线a t 2 4 c 0 8 芯片，用于1 2 c 总线测试 一板载实时时钟电池。 一电源接口( 1 2 v ) ，带电源开关和指示灯。 系统时钟源 一1 2 m 无源晶振。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 实时时钟 一 内部实时时钟( 带后备锂电池) 。 扩展接口 一1 个3 4 p i n2 o m mg p i o 接口。 一1 个4 4 p i n2 o m m 系统总线接口。 规格尺寸 一1 2 0x1 0 0 ( m m ) 操作系统支持 一l i n u x 2 6 1 3 一w i n d o w s c e 2 1 2 硬件资源分配 地址空间分配和片选信号定义：$ 3 c 2 4 4 0 支持两种启动模式：一种是 从n a n df l a s h 启动；一种是从n o rf l a s h 启动。在此两种启动模式下， 各个片选的存储空间分配是不同的，如下图2 - 2 所示h 川。 在2 2 图中，左边是n g c s o 片选的n o rf l a s h 启动模式下的存储分配 图，右边是n a n df l a s h 启动模式下的存储分配图。s f ra r e a 为特殊寄存 器地址控制。需要注意的是n g c s o 片选的空间在不同的启动模式下，映射 的器件是不一样的。器件地址空间分配和其片选定义如下： 在n a n df l a s h 启动模式下，内部的4 kb y t e sb o o t s r a m 被映射到n g c s o 片选的空间：在n o rf l a s h 启动模式下( 非n a n df l a s h 启动模式) ，与 n g c s o 相连的外部存储器n o rf l a s h 就被映射到n g c s o 片选的空间 s d r a m 地址空间：o x 3 0 0 0 0 0 0 0 0 x 3 4 0 0 0 0 0 0 。可通过开发板的跳线j l 来 改变启动方式。 j l 被设为n o rf l a s h 一侧时，用来烧写定制好的w i n c e 内核文件， j l 被设为n a n df l a s h 一侧时，将跳过b i o s 设置，直接运行系统。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1o 页 8 l | n 协盯 翻 $ p , a mi 腿) s r 0 麟s d r a m 锕g c s 7 ) s r o m ：s d r a 黼 n g c 5 6 ) s r 删 蚋g c s 研 s r o 翻 仍g c s 4 s r o 蝴 细c , c s 萄 啼 s r o m 辆g c s 2 ) s 囊o m 枷g c s l ) - _ - | 卜 s r o m 细g c s 0 ) u s r gn a n d 豫辜i i 钳b i o t r o b l 图2 - 2 各个片选的存储空间分配 2 1 3 设置超级终端 为了通过串口连接2 4 4 0 开发板，必须使用一个模拟终端程序，这里选 用m s - w i n d o w s 自带的超级终端。超级终端程序位于”开始一 程序一 附件一 通讯”中，运行后，连接口设为c o m i 后，其他参数设置如2 3 图所示： 这里需要注意的是必须选择无流控制，否则只能看到输出而不能输入。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 回卫日蛋黼鳓黪黼麓辩“j 。到捌 精口_ i 曼置l 图23 超级终端设置页面 2 1 4b 1 0 s 设置 1 首先需要安装开发板u s b 驱动程序 当用u s b 连接线连接p c 端的u s b 端口与开发板u s bh o s t 端口口时， 会有系统提示，发现新硬件，安装好相应的驱动后，就可以配合d n w 软件 通过u s b 下载功能来传输数据文件了，可以通过此软件传送w i n c e 的内核 程序到开发板上。如图2 - 4 所示，d n w 标题栏如果是u s b ：o k ，那么说明连 接状态是正常的。 s e r i dpo r t1 l s bp o r o c o n i ”皂t i o n h e l p 图2 - 4d n w 显示的u s b 连接状态 2 b i o s 的设置 开发板采用的b i o s 是基于三星原来的b o o t l o a d e r 之v i v i 改进而 来，名为s u p e r v i v i ，它采用功能菜单的方式，并可以和原来的命令交互 模式互相切换。s u p e r v i v i 可以使用j t a g 板直接烧写入n o rf l a s h 中使 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 用，也可以直接烧入n a n df l a s h 中运行。当烧入n o rf l a s h 并从中运行 时，将会出现菜单模式；当烧入n a n df l a s h 并从中运行时，则为命令交 互模式( 需要在超级终端界面下按住空格键才能进入，否则直接启动系 统，与桌面p c 进入c m 0 s 设定类似) 。s u p e r v i v i 的菜单模式主要为烧写系 统而用，也可以设置参数和进行分区等，它采用u s e 下载的方式，因此 下载速度快，使用及其方便。 如果s u p e r v i v i 被烧写入n o rf l a s h ( 默认) ，可以用它来方便的下载 更新w i n c e 系统：如果s u p e r v i v i 被烧写入n a n df l a s h ，它可以自动识 别w i n d o w s c e 系统，并自动启动它们。可直接使用它来作为b o o t l o a d e r 。 另外，使用d o w n l o a d r u n 功能，可以把程序下载到内存马上运行。 设置跳线j 1 为n o rf l a s h 启动即进入b i o s 模式，其启动界面如图2 - 5 图2 - 5 运用超级终端连接开发板的e l o s 模式菜单 下面对图2 - 5 中的各个选项的功能做一下说明： x ：对n a n df l a s h 进行默认分区。 v ：下载v i v i 到n a n df l a s h 的v i v i 分区。 k ：下载l i n u x 内核到n a n df l a s h 的k e r n e l 分区。 y ：下载y a f f s 文件系统映象到n a n df l a s h 的r o o t 分区。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 c ：下载c r a m f s 文件系统映象到n a n df l a s h 的r o o t 分区。 n ：下载w i n c e 之启动程序n b o o t 到n a n df l a s h 的b l o c k o 。 e ：下载w i n c eb o o t l o a d e re b o o t 到n a n df l a s he b o o t 分区。 i ：下载w i n c e 运行时映象n k 。n b o 到n a n df l a s h 。 w ：下载w i n c e 发行映象n k b i n 到n a n df l a s h 。 d ：下载程序到指定内存地址( 通过d n w 的c o n f i g u r a t i o n 一 o p t i o n 选 项指定运行地址) ，并运行。对于本开发板，s d r a m 的物理起始地址是 o x 3 0 0 0 0 0 0 0 ，结束地址是0 x 3 4 0 0 0 0 0 0 ，大小为6 4 m b y t e s ，另外b i o s 本身占用了o x 3 3 d e 8 0 0 0 以上的空间，因此在用b i o s 的u s b 下载功 能时应指定地址在o x 3 0 0 0 0 0 0 0 一o x 3 3 d e 8 0 0 0 之间。 f ：擦除n a n df l a s h ，执行此功能将会擦除指定整数地址的n a n df l a s h 空间。对于本开发板，n a n df l a s h 的大小为6 4 m b y t e s ，其空间地址 范围是o - o x 4 0 0 0 0 0 0 ，比较常用的操作是擦除l i n u x 的分区数据，和 擦除整片n a n df 1 a s h ， p ：对n a n df l a s h 进行分区，主要用于l i n u x 。 b ：如果烧入了w i n c e ，执行从命令将自动辨认识别启动系统。 s ：设置l i n u x 启动参数。 p ：打印w i n c e 内核映象的t o c 。 q ：返回v i v i 的命令交互模式。 2 1 5 安装a c tiv e s y n c 4 5 与p c 同步通讯 微软的同步软件a c t i v e s y n c 可以同时支持p p c 和微软智能手机 ( s m a r t p h o n e ) ，它能方便地在p c 与p p c 或智能手机间方便地进行数据同步。 这是w i n d o w sm o b il e 设备( 与s y m b i a n 相比) 极具竞争力的优势。 a c t i v e s y n c 不仅可以同步文件，电子邮件及日程等，更有着许多额外的功 能如同步a v a n t g o ，s m s 等。另外，w i n d o w sm o b i l e 设备的用户还可以通 过p c 来访问互联网。a c t i v e s y n c 可以说是p c 与移动设备间的一座桥梁。 本设计通过a c t i v e s y n c 4 5 可以实现p c 机与开发板上的w i n d o w s c e 系统直接进行文件传输，极大的方便了应用程序的调试。 a c t i v e s y n c 安装完毕后，在“我的电脑 里会出现一个“移动设备” 图标，双击打开它，将看到目标板的所有目录，如图2 - 6 示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 图2 - 6 在p c 与开发板同步通信 通过此软件就可以像操作w i n d o w s 里面的目录一样，对开发板里面的 目录进行文件复制操作了。 此外还可以使用a c t i v e s y n c 与p l a t f o r mb u i l d e r 连接实现通讯，进 行远程w i n c e 系统屏幕截图，也可以通过远程注册表编辑工具，查看并修 改w i n c e 的注册表内容，具体方法将在第3 章定制操作系统中详细介绍。 至此，视频监控系统的硬件平台就运行起来了，将定制好驱动的w i n c e 系统下载到开发板上，就可以运行了。 2 2 视频监控系统软件设计方案 2 2 1 软件设计原理 在本视频监控系统中，采用w i n d o w s c e 5 0 作为嵌入式操作系统。 w i n c e 5 0 操作系统的设计借鉴了w i n d o w s 2 0 0 0 x p 操作系统的设计，从体 系结构上，即具有分层结构的特点，又具有微内核的特点。 操作系统的分层模型主要特点就是将操作系统的功能模块按功能的调 用次序分成若干层，各层之间只能单向依赖或者单向调用。w i n c e 的分层 模型不仅是考虑到操作系统本身，而且是从一个嵌入式操作系统应用环境 的角度来考虑，使系统具有更好的可扩展性和更清晰的结构，嵌入式操作 系统的应用往往要经过定制，使操作系统适应特殊的应用环境。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 表2 - 1w i n d o w sc e 的分层模型 i n t e r n e ta p p lic a ti o n s 应用集成层 w in 3 2 ，m f c ，a t l ，c o m d c o m ，n e t 应用开发层 c o m m ，g w e s ，s t o r a g e 应用支持库 c o r w d l l ，s c h e d u l e ，m e m o r y ，d e v i c e 操作系统层 b s p s ，c s p s ，d r i v e r so e m 适配层 硬件硬件层 w i n c e 的分层模型如表2 1 所示，具体来讲，操作系统的功能在中间 两层，即在操作系统层和应用支持库层实现。应用支持库的上部和操作系 统层的上部以及下部具有接口性质，他们构成了w i n c e 的应用界面和系统 界面。从各层提供者角度来讲，硬件层和o e m 适配层( o e ma d a p a t i o n l a y e r ，o a l ) 由硬件厂商提供，操作系统层，应用支持库，应用开发层由微 软提供；应用集成层由软件开发商提供。这个划分并不是绝对的，很多时 候是相互交叉的。比如本设计中所用的u s b 摄像头的驱动程序，厂商就没 有提供，必须自己进行编写。为了达到比较好的效果，对应用支持库也要 进行相应的修改，本文基于w i n c e 下流接口驱动模型进行了修改，实现u s b 摄像头视频采集的目的。 2 2 2 软件开发流程 软件设计主要包括：定制操作系统、加载外围设备驱动程序，导出s d k 开发应用程序三部分： 1 定制操作系统 操作系统定制过程是通过p l a t f o r mb u i l d e r 工具来完成的。使用 p l a t f o r mb u i l d e r ，可根据具体的应用需要，选择需要的操作系统功能组 件，然后生成操作系统的运行时映像。本设计在内核中添加了与视频处理 相关的组件，网络连接的部分组件和w i n c e 界面部分组件，根据需要进行 裁剪，生成需要的最小内核，大小为2 0 9m b 。 2 编写并加载u s b 摄像头驱动程序 u s bc a m e r a 以其良好的性能及低廉价格得到广泛应用，同时因其灵活、 方便特性易于集成到嵌入式操作系统中。通过采用u s bc a m e r a 可以在 w i n c e 下方便得到实时图像。但是目前绝大多数u s bc a m e r a 不能在w i n c e 下直接使用，相应的驱动程序只能自己开发。目前市面上流行的摄像头中， 中星微芯片的占有率达到7 0 以上，所以本设计中采用比较流行一款摄像 头( 主芯片为为中星微芯片z c 0 3 0 x ) 进行驱动开发。采用w i n c e 下的流接 口驱动模型进行驱动开发。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 3 开发应用程序 完成操作系统内核定制以及u s b 摄像头的驱动开发后，将驱动程序d l l 文件加入内核，重新生成系统镜像，下载到开发板上，确认可以正常加载 摄像头后，利用p l a t f