（测试计量技术及仪器专业论文）嵌入式linux环境下基于web服务的远程视频控制系统.pdf

c l a s s i f i e di n d e x ：t p 3 9 3 0 5 u d c ：6 21 3 8 j i i i iiii i iii i iii l lll lj y 1714 5 4 1 d i s s e r t a t i o nf o rt h em a s t e r d e g r e ei ne n g i n e e r i n g t h er e m o t eco n t r o ls y s t e mo f v i d e ob a s e do nw e bs e r v i c ei n e m b e d d e dl i n u xe n v i r o n m e n t c a n d i d a t e ： s u p e r v i s o r ： a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ： s p e c i a l i t y ： d a t eo fs u b m i s s i o n ： d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： u n i v e r s i t y ： l u of a x i u p r o f w e nh u a n m i n g m a s t e ro fe n g i n e e r i n g t e s t i n ga n dm e a s u r i n g t e c h n o l o g ya n di n s t r u m e n t a t i o n n o v e m b e r ，2 0 0 9 d e c e m b e r ，2 0 0 9 h e b e iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y 河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本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。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 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 易7 年必枷 指导教师签名：未弘赡 砂刁年j 姊 河北科技大学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 人授权河北科技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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 啪保密。 ( 请在以上方框内打“ ) 粼张罗雌 吖铆埘 指剥币虢勘啼 加r 咖 摘要 摘要 随着i n t e r n e t 技术的飞速发展，基于w 曲服务的视频应用变得越来越广泛，对视 频监控系统的要求也越来越高，实现远程视频控制就成了一种需要。本设计结合现 场图像信息和网络通信技术的应用，通过视频控制系统将被控制现场的图像信息准 确、清晰、快速地传送给视频服务器，并调用服务器的应用程序对被控制现场的视 频情况做处理，实现了远程视频控制功能。 远程视频控制的实现是通过调用c g i 程序完成的，c g i 程序主要用来处理来自表 单的信息，用户浏览器通过h t m l 网页的表单来请求c g i 应用程序，服务器收到请求 后调用指定的应用程序产生相应的处理操作。c g i 程序通过v 2 i ps e r v e r 视频服务器将 处理信息传送给视频处理单元v p u ，视频信息经过处理后反馈给用户浏览器，通过 应用c g i 程序使得网页具有交互功能。 设计完成了w 曲服务器a p a c h e 的移植，并在服务器端进行c g i 应用程序开发，改 进以往的视频监控图像不可控制的局势，通过设置i pc a m e r a 参数控制视频图像信息， 实现交互页面显示和远程视频控制功能。采用软硬件结合的方式实现系统通信、数 据传输和远程控制，整个设计系统体现了现代计算机网络技术和视频控制技术的有 机结合。 论文提出了嵌入式w 曲服务平台远程视频控制系统的总体设计思路，在对比几种 嵌入式操作系统特点的基础上，选定以嵌入式l i n u x 为操作系统的软件方案，并阐述 了软件平台的构建；介绍了嵌入式w 曲服务器的工作原理和设计方法，根据选用的 l i n u x 系统的特性，选定a p a c h e 作为w e b 服务器，在开发板上完成a p a c h e 服务器的移 植，并在已经开发的系统软件基础上设计c g i 应用程序来实现远程视频控制。使用p e r l 语言编写c g i 程序，论文中对部分代码做了简要注释，同时还解析了部分v p u 视频驱 动程序。通过调试驱动程序，达到了设计目标，并论证了系统的可行性。 关键词c g i 程序；远程视频控制；w 曲服务器；a p a c h e 服务器；嵌入式l i n u x ；h t m l 河北科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e m e tt e c h n o l o g y ，v i d e oa p p l i c a t i o nb a s e do n w e bb e c o m e sw i d e s p r e a d ，a n di t sr e q u i r e m e n t sb e c o m e sh i g h e ra n dh i g h e r , t h e nt h e d e s i g no fr e m o t ev i d e oc o n t r o ls y s t e mi sn e c e s s a r y 1 1 h i sd e s i g ni sb a s e do nt h ei m a g e i n f o r m a t i o na n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，v i d e oc o n t r o ls y s t e mw i l lc o n t r o l i m a g ei n f o r m a t i o na n ds e n tt ot h ev i d e os e r v e ra c c u r a t l y ，c l e a r l y ，t h e nc a l lt h ea p p l i c a t i o n s o ft h ev i d e os e r v e r , r e a l i z i n gt h er e m o t ev i d e oc o n t r o lf u n c t i o n r e m o t ev i d e oc o n t r o li ss p e c i f i e db yac g ip r o g r a m ，m a i n l yd e a l i n gw i t hac g i p r o g r a mf r o mt h ef o r mo fi n f o r m a t i o n , t h eu s e rb r o w s e rt h r o u g hh t m lp a g e st or e q u e s t f o r ma n ds e r v e ra p p l i c a t i o no fc g ia f t e rr e c e i p to far e q u e s td e s i g n a t e da p p l i c a t i o n p r o d u c i n gc o r r e s p o n d i n gp r o c e s s i n go p e r a t i o n ac g ip r o g r a ms e n d sp r o c e s s i n g i n f o r m a t i o nt ov i d e op r o c e s s i n gu n i tv p u t h r o u g hv i d e os e r v e rv 2 i ps e r v e r , a n d v i d e o p r o c e s s i n gi n f o r m a t i o nw i l lf e e d b a c kt ot h eu s e r t h ep a g eh a sai n t e r a c t i v ef u n c t i o na f t e r u s i n gc g ip r o g r a m n e d e s i g nc o m p l e t e dt h et r a n s p l a n t a t i o no f a p a c h e ，a n dd e v e l o pt h ec g ia p p l i c a t i o n p r o g r a ma tt h es e r v e rt e r m i n a l ，i m p r o v eu n c o n t r o l l a b l es i t u a t i o no ft h ev i d e om o n i t o r i n g i m a g e i tc a nc o n t r o li m a g ei n f o r m a t i o nb ys e t t i n gi pv i d e oc a m e r ap a r a m e t e r s ，a n d r e a l i z et h ei n t e r a c t i o np a g ea n dr e m o t ev i d e oc o n t r o lf u n c t i o n b yw a yo fc o m b i n i n g s o f t w a r ea n dh a r d w a r ei tc a nr e a l i z es y s t e mc o m m u n i c a t i o n ，d a t at r a n s m i s s i o na n dr e m o t e c o n t r o l ，t h ed e s i g no ft h ew h o l es y s t e mr e f l e c t st h eo r g a n i cc o m b i n a t i o no ft e c h n o l o g yi n m o d e m c o m p u t e rn e t w o r ka n d t h ev i d e oc o n t r o lt e c h n o l o g y t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dao v e r a l ld e s i g ni d e a so f 协s e r v i c ep l a t f o r me m b e d d e d v i d e or e m o t ec o n t r o ls y s t e m ，i nc o n t r a s tt os e v e r a le m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e mt h ep a p e r s e l e c t e das o f t w a r ep l a t f o r mw i t he m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e ms o f t w a r ef o rl i n u xs o l u t i o n s ， a n de x p o u n d st h ec o n s t r u c t i o nt h es o f t w a r ep l a t f o r m i ta l s oi n t r o d u c e st h e w o r k i n g p r i n c i p l ea n dt h ed e s i g nm e t h o do ft h ee m b e d d e dw 曲s e r v e r , s e l e c t e da p a c h e 嬲aw e b s e r v e ra c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fl i n u xs y s t e m , t h e nf i n i s ht h et r a n s p l a n t a t i o no f a p a c h ew e bs e l v e ri nd e v e l o p m e n tb o a r d , a n dd e s i g nc g ip r o g r a m st or e a l i z er e m o t e v i d e oc o n t r o li nd e v e l o p e ds y s t e ms o f t w a r e w r i t ec g ip r o g r a m si np c r ll a n g u a g e ，t h e p a p e rm a d es o m ee x p l a i n a t i o nf o rs o m ec o d e s ，a tt h es a m et i m ei n t e r p r e tp a r tp r o g r a mo f v p uv i d e od r i v e r t h ea u t h o rd e m o n s t r a t e st h ef e a s i b i l i t yo ft h es y s t e mt h r o u g ht h ed e b u g d r i v e r , a c h i e v i n gt h eg o a lo fd e s i g m h k e yw o r d s c g ip r o g r a m s ；r e m o t ev i d e oc o n t r o l ；w e bs e r v e r ；a p a c h es e r v e r ；e m b e d d e d l i n u x ；h t m l i 河北科技大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第1 章绪论1 1 1 研究背景和意义1 1 1 1 视频监控”1 1 1 2 视频监控系统的发展过程2 1 2 嵌入式系统2 1 2 1 定义及特点2 1 2 2 总体结构及开发流程4 1 3 嵌入式w e b 服务及远程视频控制系统的总体设计思路5 1 3 1嵌入式w | 曲服务器5 1 3 2 远程视频控制系统的方案设计5 1 4 章节安排7 第2 章系统硬件开发环境8 2 1 微处理器“8 2 1 1 嵌入式处理器8 2 1 2a r m 微处理器”9 2 2i m x 2 7m d k l 开发板1 1 2 2 1 开发板的硬件特性“1 2 2 2 2 开发板的功能模块及接口1 3 2 3 本章小结1 4 第3 章系统软件开发环境1 5 3 1 嵌入式操作系统简介15 3 1 1 嵌入式操作系统的发展”1 6 3 1 2 操作系统的选择1 6 3 2 嵌入式l i n u x 开发1 9 3 3m d k l 开发板的l i n u xb s p 2 1 3 4m d k l 开发板的l i n u x 开发环境2 2 3 4 1 在l i n u x 主机上安装交叉编译环境2 3 3 4 2b o o t l o a d e l 引导程序2 4 3 4 3 编译k e r n e l “2 7 目录 3 4 4 根文件系统2 9 3 5 本章小结3 2 第4 章嵌入式w e b 服务器的构建3 3 4 1 嵌入式w e b 服务器概述3 3 4 2 协议分析3 4 4 2 1t c p i p 协议分析一3 4 4 2 2h t t p 协议分析3 5 4 3 嵌入式w e b 服务器系统原理3 6 4 3 1嵌入式w e b 服务器的工作原理”3 7 4 3 2w 曲服务器的选择3 8 4 4 a p a c h e 服务器3 8 4 4 1a p a c h e 服务器的移植3 9 4 4 2a p a c h e 服务器的配置4 0 4 5 本章小结4 l 第5 章远程视频控制系统的应用软件开发”4 2 5 1h t m l 语言及表单”4 2 5 2h t m l 表单网页的制作“4 3 5 3 嵌入式远程视频控制的实现4 6 5 3 1c g i 程序的工作原理4 7 5 3 2c g i 环境变量的规范4 8 5 3 3 远程视频控制的实现5 1 5 4 本章小结5 4 第6 章软件驱动与测试5 5 6 1v p u 驱动5 5 6 1 1常用的结构体及命令标识符”5 5 6 1 2v p u 库函数及驱动程序代码一5 6 6 2c s i c a m e r a 刖i n 4 l 2 驱动5 9 6 3 本章小结6 2 第7 章系统运行结果6 3 7 1 调试平台”6 3 7 2 视频控制系统的运行效果6 3 7 3 本章小结6 4 结论6 5 参考文献6 6 v 河北科技大学硕士学位论文 攻读硕士学位期间所发表的论文6 9 致谢7 0 v i 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景和意义 本设计属于某公司开发项目的部分内容，其可应用在安全防控系统、视频监控 系统和视频网络传输等领域。远程视频控制系统实质是视频监控系统的一个分支部 分，视频监控系统有监控目标实时性强，适用于远距离传输和便于管理人员控制等 优点【l 】o 随着信息化产业技术的快速发展，视频监控系统已经逐步涵盖到多媒体技术、 网络技术、软件工程和办公自动化等技术性领域，它将以其独特的功能和先进的技 术被广泛的应用在国内外的各行各业当中，并逐渐的成为各个领域的综合性管理系 统中不可缺少的重要部分。随着计算机技术、数字视频技术、网络技术等高科技技 术的发展，视频监控技术也随之得到了迅速的发展【2 】。设计中融合有现场采集控制技 术和网络上层通信管理技术，使得其在高速的局域网里更容易的对被控制对象进行 控制操作。 1 1 1 视频监控 在国内外市场，现在主要推出有数字控制的模拟视频监控和新近的数字视频监 控两大类产品。前者技术发展已经成熟、性能比较稳定，在实际工程应用中也得到 广泛应用，在大型和中型视频监控系统中的应用最为广泛；后者是新近崛起的，以 计算机技术以及图像视频压缩为核心的，一种新型的视频监控系统技术，该系统解 决了模拟系统部分存在的弊端，但仍需要进步的完善和发展。 九十年代后期，随着多媒体技术、视频压缩编码技术和网络通讯技术的发展， 以及数字视频监控系统的迅速崛起，市场上出现了两种数字视频监控系统类型，一 种是采用数字录像设备为核心的视频监控系统，而另一种则是以嵌入式视频w e b 服 务器为核心的视频监控系统。本设计研究的是以嵌入式w e b 服务器为核心的视频控 制系统。 前端一体化、视频数字化、监控网络化和系统集成化是视频监控系统公认的几 个发展方向，数字化是网络化的前提，网络化是系统集成化的基础，所以，视频监 控发展的两个最大发展方向就是趋向于数字化和网络化【3 】。 ( 1 ) 数字化数字化是以信息技术为核心的电子技术向前发展的必然，随着时 代的发展，我们生存的环境也将变得越来越数字化。 视频监控系统的数字化首先是系统中的信息流( 包括视频、音频和控制等信息) 从模拟状态转变成数字状态，从根本上改变了视频监控系统从信息的采集、数据的 河北科技大学硕士学位论文 处理和传输，以及系统控制等的方式和结构形式。信息流的数字化、编码压缩和开 放式的协议，使得视频监控系统和安防系统中的其它各子系统间得以实现无缝连接， 并在统一的操作平台上实现了管理和控制的功能。 ( 2 )网络化视频监控系统的网络化则意味着其系统的结构形式将由集总式向 集散式系统的过渡。 集散式系统采用了多层分级的结构形式，并具有微内核技术的实时多任务、多 用户和分布式操作系统，用以实现抢先任务调度算法的快速响应，组成集散式监控 系统的软件和硬件都采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置都具有 通用性强、系统组态灵活、开放性好、控制功能完善、人机界面友好、数据处理方 便以及系统的安装、调试和维修简单化等功能。 设计中用与视频监控现场相联系的器件是i pc a m e r a ，i pc a m e r a 是独立运作的 网页服务器，其不需要连接计算机，可以供用户以网页浏览器或者用户软件的形式 实时的观看到视频图像，其本身集成有摄像头，在远端的用户只需要在网页浏览器 上输入i pc a m e r a 的i p 地址或者是域名，就可以在远端观看到视频图像，监控现场 情况。 1 1 2 视频监控系统的发展过程 视频监控系统的发展大致经历了以下三个阶段【4 1 。 九十年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，这是第一代模 拟监控系统。 九十年代中期，计算机处理能力的提高以及视频技术的发展，利用计算机的高 速数据处理能力进行视频采集和处理，利用显示器的高分辨率显示图像的多画面， 大大提高了图像的质量，这种基于p c 机的多媒体主控台系统被称为第二代数字化的 本地视频监控系统。 九十年代末期，随着网络的带宽、计算机的处理能力和存储容量的快速提高， 以及各种实用的视频处理技术的出现，视频监控系统步入了全数字化的网络时代， 这时为第三代远程视频监控系统。第三代视频监控系统主要是以网络为依托，以数 字视频的压缩、存储、传输和播放为核心，引发一场视频监控行业的技术革命，受 到了产业界、学术界和使用部门的高度重视。 1 2 嵌入式系统 1 2 1 定义及特点 嵌入式系统( e m b e d d e ds y s t e m ) 是当今世界最热门的概念之一，嵌入式系统的定 义很多，一般这样定义：嵌入式系统是以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬 2 第1 章绪论 件可裁剪，且适于应用在系统对功能、成本、可靠性、体积和功耗要求严格的专用 计算机系统中，是为监控系统量体裁衣的，专用的计算机系统【5 j 。 嵌入式系统一般是指非p c 机的系统，但其具有计算机具备的功能，又不被称为 计算机的设备。嵌入式系统主要是由嵌入式处理器、相关的支撑硬件、嵌入式操作 系统以及应用软件系统等几部分组成，其是集有软硬件于一体的，可独立完成工作 的特殊器件，嵌入式系统有以下几个重要特点【6 】。 ( 1 ) 系统内核小由于嵌入式系统一般是应用在小型的电子装置，系统资源相 对有限，其内核比传统的操作系统要小很多。 ( 2 )系统精简嵌入式系统一般情况下没有应用软件和系统软件的明显区分， 不要求其在功能设计和实现上太过于复杂，这样有利于控制系统的成本，同时还有 利于实现系统的安全。 ( 3 ) 专用性强嵌入式系统的个性化比较强，其软件系统和硬件系统的结合非 常紧密，一般要针对硬件系统来进行系统移植，即使在同一品牌或者是同一系列的 产品中，也需要根据系统硬件的增减和变化不断的进行修改，针对不同的任务，往 往需要对系统进行较大的更改，程序的编译下载需要与系统相结合。 ( 4 )高实时性的系统软件嵌入式软件的基本要求是具有高实时性的系统软 件，且软件要求固态存储用以提高速度，软件代码要求其质量高，可靠性好。 ( 5 ) 嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统嵌入式 系统的应用程序可以不具有操作系统而直接运行在芯片上，但是为了能够合理地调 度多任务、利用系统资源、系统函数以及专业库函数接口，用户必须自行的选配 r t o s ( r e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e m ) j q ：发平台，这样才能保证程序执行的可靠性、实时 性，并减少开发时间和保障软件质量。 ( 6 ) 嵌入式系统开发需要开发工具和环境由于嵌入式系统本身不具备自举开 发的能力，即使设计完成，用户也不能对其中的程序功能进行修改，必须具有一套 开发工具和环境才能进行进一步的开发，这些工具和环境一般都是基于通用的计算 机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪等。开发时往往有主机和目标机，主机主要 用于程序的开发，目标机作为执行机一般是开发板，开发时需要交替运行。 嵌入式系统的优缺点主要有以下几点【刀。 1 ) 系统一般为专用的系统，所以系统小，指令精简，处理速度较快； 2 ) 系统的数据置于r o m f l a s hm e m o r y ，不会被改变，调用速度快且稳定性好； 3 ) 系统处理的实时性好，性能也稳定； 4 ) 文件管理系统更适合于存储大量的视频数据信息； 5 ) 在网络功能上，视音频同步等方面的要求还很难令人满意。 3 河北科技大学硕士学位论文 1 2 2 总体结构及开发流程 嵌入式系统应用在不同的场合会呈现出不同的外观和形式，但是通过对其内部 的结构进行分析发现，一个嵌入式系统一般都是由被控对象和嵌入式计算机系统组 成，其中的嵌入式计算机系统是整个系统的核心部分【8 9 1 ，如图1 1 所示。 驱动器l传感器l 、 驱动器2传感器2 _ 被控对象 驱动器佳惑器n 应用软 件层 应用程序 系统软 文件系统 图形用户 任务管理 件层 接口 实时操作系统( r t o s ) 中间层b s p h a l 硬件抽象层板极支持包 一 d a 通用接口 硬件层 a d 嵌入式微 r o m i o 处理器 s d r a m 人机交互接口 嵌入式计算机系统 图1 1 嵌入式系统的典型组成 f i g 1 - i t h et y p i c a lc o m p o n e n t so f e m b e d d e ds y s t e m 嵌入式系统开发的流程图如图1 2 所示。 图l - 2 在嵌入式系统平台上的开发流程 f i g 1 - 2d e v e l o p m e n tp r o c e s so ne m b e d d e ds y s t e mp l a t f o r m 在传统的开发模式中，d s p 被用作高速信号处理，单片机被用作控制，如果需 要开发方便，则可以使用p c i 0 4 或者是使用工控机。现在的一个嵌入式系统涵盖有 软件和硬件两个层面的内容，使用嵌入式系统的主要目的就是为了更加方便开发产 4 第1 章绪论 品，且缩短开发周期l l 州引。 嵌入式系统的基本处理器和核心电路都是固定的，操作系统也是移植好的，做 产品开发所需要完成的工作就是看是否需要添加外设，然后编写所加外设的驱动程 序，最后即是编写应用程序。如果选择使用的是一个已经成熟的嵌入式系统，则会 避免重复的劳动，缩短开发周期。、 1 3 嵌入式w 曲服务及远程视频控制系统的总体设计思路 1 3 1 嵌入式w e b 服务器 视频服务器主要是内置一个嵌入式w e b 服务器，采用嵌入式实时多任务的操作 系统。摄像头送过来的视频信息数字化后，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，网络上的用户可以直接使用浏览器来观看w e b 服务器上显示 的摄像头传来的图像，特定用户可通过对摄像头的一些参数进行配置调节图像信息。 由于把视频压缩技术和w e b 服务功能集中到了一个体积很小的设备内，可以直 接的连入局域网中，使用及安装比较方便，仅需要设置一个m 地址，用户也不需要 安装任何的硬件设备，仅需要使用普通的浏览器就可以观看到视频信息。嵌入式w e b 服务器的监控系统与其它的监控系统比较具有以下的一些特点。 ( 1 ) 布控区域广阔嵌入式w 曲服务器的监控系统的w 曲服务器直接被连入到 了网络中，不会受到线缆长度和信号衰减的限制，同时网络上没有距离的概念，彻 底抛弃了受地域的局限，布控区域能够得到较大的扩展。 ( 2 ) 系统具有几乎无限的无缝扩展能力所有的设备都是以口地址来进行标 识，增加设备只是意味着扩充口地址。 ( 3 ) 可组成非常复杂的监控网络使用基于嵌入式w 曲服务器为核心的监控系 统，在组网的方式上与传统的模拟监控系统和基于p c 机平台的监控方式存在极大的 不同之处，由于w e b 服务器的输出已经完成了模拟到数字的转换及压缩，同时采用 统一的协议在网络上进行传输，支持跨网关和跨路由器的远程视频传输。 ( 4 ) 性能稳定可靠，无需专人管理嵌入式w e b 服务器是采用嵌入式实时多任 务操作系统，基于嵌入式电脑技术的一种应用，由于视频压缩技术和w e b 功能都集 中到一个体积很小的设备内，直接连入广域网或局域网，实现即插即用，系统的实 时性、稳定性、可靠性也大大提高，无需专人管理，非常适合在无人值守的环境。 1 3 2 远程视频控制系统的方案设计 用户可以基于m 浏览器登录w e b 服务器，利用w e b 服务器进行远程终端设备 应用的各种操作、远程终端设备信息管理等。w e b 服务器的功能涵盖了整个平台的 管理和地址的链接，用户的操作都是在i e 浏览器中进行的。 5 6 第1 章绪论 完成控制功能 可被调用的 的页面 c g i 软 w e b 服务硬件驱动 件 卓 嵌入式操作系统 厶 口 i - - - - - - - - - - _ - - - - - - - - - - 一 图1 4 系统软件框图 f i g 1 - 4s y s t e ms o f t w a r eb l o c kd i a g r a m 1 4 章节安排 本文共分为7 章内容介绍。 第l 章绪论，首先介绍远程视频监控系统的研究背景和意义以及视频监控系统 的发展情况；然后介绍嵌入式系统的定义及特点，嵌入式视频w e b 服务器，以及嵌 入式w e b 服务平台实现远程视频控制系统的总体设计思路：最后总结论文章节安排。 第2 章主要是介绍系统的硬件开发环境的内容，首先介绍两种微处理器，即嵌 入式处理器和a r m 微处理器，之后介绍系统所用的硬件开发板的硬件特性，最后介 绍硬件开发板的一些功能模块和接口。 第3 章主要是对系统的软件开发环境做介绍，首先对嵌入式操作系统的相关知 识做介绍，然后再介绍嵌入式l i n u x 的开发情况，最后介绍开发板的l i n u xb s p 以及 完成l i n u x 开发环境的构建。 第4 章主要是对嵌入式w e b 服务器的构建做介绍，首先介绍嵌入式w e b 服务器 的基础知识，然后对t c p i p 协议和h t t p 协议作分析，最后对嵌入式w e b 服务器的 工作原理及所用的a p a c h e 服务器的工作原理进行讲解，并完成a p a c h e 服务器到硬 件开发板的移植过程。 第5 章介绍远程视频控制系统的应用软件，h t m l 语言，表单网页及控制页面， c g i 程序的工作原理，c g i 环境变量及支持c g i 程序的w e b 服务器的几步运作过程， 最后对嵌入式远程视频控制的c g i 程序的部分源代码做简要分析。 第6 章介绍视频设备常用的结构体和命令标识符，v p u 库函数及v p u 驱动程序 部分代码分析，o v 2 6 4 0c a m e r a 和t v i n 的加载和与驱动测试。 第7 章描述了设计中用到的硬件实物及运行图像的视频截图。 7 河北科技大学硕士学位论文 第2 章系统硬件开发环境 嵌入式系统的开发应用与硬件设备平台是紧密相连的，硬件平台相当于是整个 嵌入式系统的骨架，是构建整个嵌入式设计的基础。嵌入式系统硬件设备平台主要 是由嵌入式处理器、存储设备以及i 0 设备三部分组建而成。 2 1微处理器 2 1 1 嵌入式处理器 嵌入式处理器是整个嵌入式系统的核心，是控制和辅助系统运行的硬件单元， 下面从应用的角度来对嵌入式处理器的几种类型进行介绍。 ( 1 ) 嵌入式微处理器( e m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o ru n i t ，e m p u ) 嵌入式微处理 器的基础使用的是通用计算机中的c p u ，在应用时，将微处理器装配到专门设计的 电路板子上，只保留其与嵌入式应用有关的功能，大大的减小了系统的体积和功耗。 为了满足嵌入式应用的一些特殊要求，嵌入式微处理器和标准的微处理器基本 是一样的。同工业控制所用的计算机相比，则嵌入式微处理器一般都会具有体积小、 重量较轻、成本低、高可靠性等优点，但是在电路板上还是存在一些弱势，必须包 括r o m 、r a m 、总线接口和各种外设等器件，从而就会降低了系统的可靠性，在技 术保密性上也差一些。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等都是安装在一块 电路板上的，因此也被称为单板计算机【幡1 8 】。嵌入式微处理器一般具有以下四个特 点。 1 ) 对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务，并且具有较短的中断响应时 间，从而使得内部的代码和实时内核的执行时间减少到了最低限度。 2 ) 具有功能很强的存储区保护功能，由于嵌入式系统的软件结构模块化，同时为 了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，则需要设计强大的存储区保护功能， 也有利于软件诊断。 3 ) 可扩展的处理器结构，能以最迅速地开发出满足应用的，且最高性能的嵌入式 微处理器。 4 ) 嵌入式微处理器必须功耗低，尤其是靠电池供电的嵌入式系统在便携式的无 线、移动的计算和通信设备中使用的。 ( 2 ) 嵌入式微控制器( m i c r o e o n t r o l l e ru n i t ，m c u ) 嵌入式微控制器被称作单 片机，其结构紧凑，体积小，作为一个部件埋藏于所控制的装置内，就是说将整个 计算机系统集成到一块芯片中，用于完成信号控制的功能。 嵌入式微控制器一般是以某一种微处理器的内核为核心，芯片内部集成有 8 第2 章系统硬件开发环境 r o m e p r o m 、r a m 、总线、定时计数器、w a t c h d o g 、i 0 、串行口、a d 、d a 、 f l a s hr a m 、e e p r o m 等各种必要的功能和外设【1 9 】。嵌入式微控制器与嵌入式微处 理器相比，微控制器具有的最大特点就是单片化，体积大大的减小，使得功耗和成 本都有所下降，其可靠性却得到相对提高。 ( 3 ) 嵌入式d s p 处理器( e m b e d d e dd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r , e d s p ) d s p 处 理器需要对系统的结构和指令进行特殊设计，以便使其能适合于执行d s p 算法，编 译的效率较高，指令执行的速度也比较快。在数字滤波、f f t 变换和频谱分析等方 面，d s p 算法正大量的进入嵌入式领域。 d s p 的应用已经从在通用的单片机中以普通指令的形式实现d s p 功能，过渡到 了采用嵌入式d s p 处理器的阶段。嵌入式d s p 处理器的两个发展来源分别是：其一， d s p 处理器经过了单片化、e m c 改造和增加片上外设成为嵌入式d s p 处理器；其二 是在通用单片机上或者在s o c 中增加有d s p 协处理器。 ( 4 ) 嵌入式片上系统( s y s t e mo nc h i p )随着e d i 的推广，v l s i 设计普及化以 及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现更为复杂的系统，这个系统就是嵌入 式片上系统。 各种通用处理器的内核作为s o c 设计公司的标准库，它们和许多其它的嵌入式 系统的外设一样，成为了v l s i 设计中的一种标准器件，用标准的v h d l 语言来描 述，并把它们存储到器件库中。用户只需要定义整个应用系统，仿真通过之后就可 以将完成的设计图交给半导体工厂，将它们制作成芯片样品。整个嵌入式系统的大 部分功能都可以集成到一块芯片中，使得应用系统的电路板变得简洁，有利于减小 电路板的体积和功耗，提高整个系统的可靠性。 本设计选用的是a r m 处理器，其在价格、处理的速度、功耗、开发工具的成本 和开发资料等方面都具有一定的优势。 2 1 2a r m 微处理器 a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ) ，是一个公司的名字，同时也是一类微处理器的 通称，还是一种技术的名字。 a r m 公司专门从事基于r i s c 技术芯片设计开发的公司，其不直接从事芯片的 生产，是靠转让设计许可，由其合作的公司生产出各种具有特色的芯片。世界上的 各大半导体生产商，根据需求将从a r m 公司购买其需要设计的a r m 微处理器核， 根据各自的不同应用领域，加载适当的外围电路，形成自己的a r m 微处理器芯片进 入到市场。 ( 1 ) a r m 微处理器的应用领域a r m 微处理器及其技术的应用几乎已经深入 到了社会的各个领域 2 0 - 2 2 1 。 9 河北科技大学硕士学位论文 1 ) 在工业控制领域，作为3 2 位的r i s c 架构，基于a r m 核的微控制器芯片，已 经占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，还逐渐向低端微控制器得应用领域 扩展，由于a r m 微控制器的低功耗和高性价比，正在向传统的8 位1 6 位微控制器 提出挑战。 2 ) 无线通讯领域，目前已经有超过8 5 的无线通讯设备是采用a r m 技术，a r m 技术以其高性能和低成本，在该应用领域的地位得到日益巩固。 3 ) 网络方面的应用，伴随宽带技术的推广，采用a r m 技术的a d s l 芯片已经逐 步获得竞争的优势。此外，a r m 技术在语音和视频处理方面进行了优化，并获得广 泛支持，其对d s p 的应用领域提出了新的挑战。 4 ) 消费类电子产品上，目前比较流行的数字机顶盒、数字音频播放器和游戏机中 广泛应用了a r m 技术。 5 ) 在成像和安全产品中，比较流行的数码相机和打印机的绝大部分产品都采用有 a r m 技术，手机中使用的3 2 位s i m 智能卡也都是采用的a r m 技术。 ( 2 ) a r m 微处理器的特点采用r i s c 架构的a r m 微处理