（计算机应用技术专业论文）基于rtsj的摄像头控制系统的研究与应用.pdf

夫连理t 大学硼士学稀论文 摘要 近年策，嵌入式系统广泛应瘸子叠动亿、交遴电子窝滔葵电子等领域，著获爨了快 速的发展。同时嵌入式软件的舰横和笺杂性也迅速增氏，而嵌入式系统的传统丌发谣言 c 谬蠢甚至汇编落言已经不能缎好褥挖铡这辨复杂性，薅虽代璐蓑惩性稠开发效率不 高。因此需要新的开发方法和手段。j a v a 语言以其丽向对象的特性、丰富的a p i 、可煎 嗣链、缺遮，l ：发、安全等特毪或蠹酋邃辫凌方案。 嵌入式系统大多数为实辩系统，对予程序运行熬确定性翻麓隈性要求比较离，蕊 j a v a 语言中的垃蔽圈收枫稍、动态类捆钱和本地代鹳编译蒋特憾戏为箕应甭在实对象统 丌黢中的障碍。实时j a v a 规范( r t s j ) 正是为了解决上述问题提出的。 本文研究了r t s j 对于传统j a v a 的各种改进机制，包括实时线程、不朽内存、领域 内存、异步抟输控铡等，并在磷究使怒r t s j 秘分撬r a v e n s e a r - j a v a 实时壤程模型瓣基 臻主，褥该穰鍪中瓣一整羧铡去摔，鼗爨楚关于簇麓连存旋臻疑些瓣麓，嚣嚣痰定多 个线褪只够在丽一个镁壤盘存孛启动戳共零该领域蠢存，其他糖况划不炱许雾线繇共 享领域内存，以便能够燃灵活地使用领域内存，并更好地指导较实时系统的开发。 本文觚实际静金鼗需求密笈设计并实畿了u s b 掇像头羟澍臻统。本文尊先使蠲j a v a 开发了一个蒋通的控制蓉统，没有使用r t s j ，通过测试发现不能满足实时性疆求，之 嚣谨缁努羲了萁孛存在爨安辩斌蔻。然蓐在实时模囊豢导下开发了基予r t s j 熬u s b 摄 像头控制系绞。系统在l i n u x 环壤下耍茨，道过v 4 l 2 实鬻对摄像头酶访阚控瓣，潞外 还用到j n i 和s d l j a v a ，运行于t i m e s y s 的实时虚拟机r i 上。系统实现的功能包括， 扶撩僚头最策视频数摄，接收瘸户操作据令撼摄视频，援取霾只，对摄缘头歇各礤麟性 进行调整，如对比度、疵艘、摄像头的上下、左右角度等。最后避行了测试，表明基于 r t s j 戆茬制系凌辘够溅足实露簧求。 关键诵：r t s j ；嵌入武蒜统；实时系统；j n i ；s d l j a v a 夫述琏1 ：太学颂士学能论文 r e s e a l ha n da p p l i c a t i o no fw e b c a mc o n t r o ls y s t e mb a s e d0 1 tr t s j a b s t r a c t w ；t ht h ew i d eu s a g el nt h ef i e l d so fa u t o m a t i o n t r a n s p o r t a t i o ne l e c t r o n i c sa n d c o n s m n e re l e c t r o n i c s 。e m b e d d 磁s y s t e m sh a v ed e v e l o p e dr a p i d l yi nr e c e n ty e a r s 。a tt h e s a m et i m e , a sw es i z ea n dc o m p t e x i t yo f e m b e d d e ds y s t e m sb e c o m i n gb i g g e r , t h et r a d i t i o n a l d e v e l o p m e n tl a n g u a g e ，f o re x a m p l e ，cl a n g u a g ea n de v e na s s e m b l el a n g u a g e , c a nn o tc o n t r o l t h e 鬻船w i 塔c o m p l e x i t yw e l la n ym o r e ：a n dt h ee f f i c i e n c yo f d e v e l o p m e n ta n dr e u s a b i l i t yo f t r a d i t i o n a ld e v e l o p m e n t 搬。搬o d s 对ov e r yl o w 。c o n s e q u e n t l yw en e e dn e wd e v e l o p m e n t m e t e da n di 懿e a n s + o 榭瓣o f 谯ee x c e l l e n to b j e c t - o r i e n t e df e a t u r e ，蠢c ha p i s , r e u s a b i l i t y , r a p i dd e v e l o p m e n ta n ds e c u r i t y , j a v ab e c o m e s 瞧ep r e f e r r e ds o l u t i o nt ot h ep r o b l e m m o s to fe m b 蕊d e ds y s t e m sa r er e a l * t i m es y s t e m s w h i c h 躺s t r i c tw i t ht h ed e t e r m i n a c y a n dd e a d l i n eo ft h ep r o g r a m h o w e v e r ，s o m ep r o p e r t i e so fj a v a ，s u c ha st h eg a r b a g e c o l l e c t i o nm e c h m l i s n ld y n m 麓i cc l a s s ；o a d i n ga u dd y q a n - d cc o d ec o m p i i a t i o na n ds o 孵h a v e b e c o m et h em a i no b s t a c l e so fi t sa p p l i c a t i o ni n 盎er e a l - t i m es y s t e m sd e v e l o p m e n t 。t os o l v e 攮i sp r o b l e m 。r e a lt i m es p e c i f i c a t i o nf o rj a v ai sp r o m p t e d 。 骶l i sp a p e rr e s e a r c h e st h ei m p r o v e dm e c h a n i s m st ot r a d i t i o n a lj a v ag i v e nb yr t s j 。s u c h 嚣r e a l t i m e t h r e a d 。l m m o r t a l m e m o r y js c 患p e d m e m o r y , a s y n c h r o n o u s 韵勰l s 醅醴c o n t r o l a n ds oo n ，a f t e rr e s e a r c h i n ga n du s i n gr t s ja n da n a l y z i n gt h er a v e n s c a r - j a v ar e a l - t i m e p r o g r a mm o d e l ，t h i sp a p e rr e m o v e ss o r f l er e s t r i c t i o n so ft h ep r o g r m nm o d e l ，e s p e c i a l l yt h o s e a b o u tu s i n gs c o p e d m e m o r y 。a n da d d s8r e g u l a t i o nt h a ts e v e r a lt h r e a d sc o u l ds t a r tf r o ma s c o p e d m e m o r yt o 盎a 苛i ta n di no r d e rs i t u a t i o n st h e 酶镪蟹o fs c o t 毙x t m e m o r yb e t w e e n t 融e a d si sf o r b i d d e n s o m eo t h e rm o d i f i c a t i o n sa t ea l s om a d e 。a f t e rt h em o 疆f i c a t i o n d e v e l o p e rc o u l du s es e o p e d m e m o r ym o r ef l e x i b l ya n dt h ep r o g g a mm o d e lc o u l db eu s e dt o m a k eab e t t e rg u i d a n c et os o f tr e a l - t i m es y s t e mp r o g r a m m i n g 。 c o n s i d e r i n gt h er e a ld e m a n do f 魏le m b e d d e dc o m p a n y , t h i sp e p e rd e s i g n s a n d i m p l m a e n t sau s bw 豳( = 8 撒c o n t r o lp r o g r a m 。t 嫩sp a p e rd e v e l o p s 器c o n 藉o lp r o g r a mu s i n g j a v af i r s t l y , w i t h o u t 壮蠢魁找r 羊s j w h r o t l t ht h et e s ti ti sf o u n dt h 皱t h ep r o g r a mc a l l m e e tt h e l 、e a l * t i m ed e m a n d 强ep a p e rg i v e sad e t a i l e d0 x l a l y s i s 犯t h ee x i s t i n gr e a l t i m ep r o b l e m s a n d t h e nt h i sp a p e ri m p l e m e n t s u s bw e b c a mc o n t r o lp r o g r a mb a s e do nr t s ja n d1 h e i m p r o v e dr e a l - t i m ep r o g r a mm o d e l t h ec o n t r o lp r o g r a mi sd e v e l o p e d 嬲l h a u xa n dr t i n ：so n t i m e s y sc o m p a n y sr e a m i m ew m - 袋1 t i l ec o l a t r o lp r o g r a mu s e sv 霹您t oa c c e s sa n dc o n t r o l t h ew 曲c a 搬，t h e0 穗群t e c h n i q u eu s e di n c l u d e sj n la n ds d u o v a t h ec o n t r o lp r o g r a n l $ f u n c t i o ni n c l u d e sc a p t m - i n gv i d e of r o m 孵醅c a m , r e c e i v i n gr i s e r 箝c o m m a n d s 静s a v ev i d e o - t l i 基于r t s j 的摄像头控制系统的研究与魔用 f i l e s ，s h o o tp i c t u r e sa n da d j u s tt h ea t t r i b u t e so ft h ew e b c a m ，s u c ha sc o n t r a s t ，b r i g h t n e s s ， w e b c m n sa n g l ea n ds oo n a tl a s tat e s ti sd o n et ot h ec o n t r o lp r o g r a m ；i ts h o w st h a tt h e c o n t r o lp r o g r a mb a s e do nr t s jc o u l dm e e tt h er e a l t i m ed e a u a n d ， k e yw o r d s ：r t s j ；e m b e d e ds y s t e m ；r e a lt i m es y s t e m ；v 4 l 2 ；s d l j a v a f v 独创性说骥 作者郑重声明：本硕士学饿论必藏我个人在导师指导下进行的研究工 作放取得研究成果。尽我所知，除了文申特别加以标注和致谢的地穷外， 论灾巾举包含其他人已经发表或撰篱的科究成果，也不包含为获撵走遵理 羔太学或者其他单位的擎位或证弗辑使躁过醣辫释。与我一鼹气诈的矮惠 对本辑宛瓣彀酶贡获续已在论戈枣散了镄确蟋魏嗳并表示了谢意。 幸譬誊签名： 云南专 嚣麓：! ! 基芝：墨 丈连瑾工夫学疆士疆衰生学髓论文 大连理工大学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“大遵理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文懿复窜件和毫子叛，允许论文被查黼霉馨倍凝。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文翡金部或部分内客缡入有关数据库进手亍捡索，也 可呆蹋影零、麓零戴蠹疆等囊麓手段保存和汇壤学位论文。 储躲杰垒! 。 导师签名：丛一妻整里 丕! 12 ：肇羔月坦搿丕! ! z 年三月垃搿 大连理工太学硕士学位论空 1 绪论 2 0 氆鳃粥零代璐来，嵌天式系缝凝褥了飞速发鼷，骰入式浆统已羟广泛遮渗透餮 辩学研究、工程露l 逸、营防军事、家墩设计竣及入稍的只鬻袋活的方方面面串。涎论是 人们家中的洗衣机、电冰箱，热水器还熄作为交通工具的汽率，公司里的远程会议系统 都能发现撒入式系统的曳影。而且随赣嵌入式的无线电芯片的价格降到合理范爨乏内 嚣雩，它鳇盛溺会曼麴广泛。在家孛，办公室、公霉，入髑霹蕊会缆嗣数卡冀菇燮鬟多这 样静嵌入式恶线程慧冀，褥一些毫子餐毖浚备葚至瑰气设舔鞠成光线溺络；程攀上、旅 途中，人们w 以利用这样的嵌入式无线电芯片实现逸程办余、远程控制，真正裳现把网 络随身携带f l l 。 器估量 嵌入式系统匏帮场援模已经笈鼹弱了鬃瘸系统帮溺魏模豹1 0 0 倍，掰越这静 艘模上豹眈倒关系谯透l o 零中将至少绦持在1 0 0 罄鹃撬模 2 j 。 苓霞蓑璐褒穰穴，嵌入式系统豹瘦掰范溷氇毙鬃掰系绫燹麓广泛，涉及家泡髂怠惩 缀穰壤，蘩憩褪臻、擞波妒、数字毫话等；移动静冀没餐溪竣，镶摇手撬、p d a 、攀上 电脑等各种移动设备；掰络设备领域，像路由器、交换机、阏络接入网关等；自渤化与 测控仪器仪袭领域，如数掇机床控制系统等；交通电予与嵌入式系统领域，如汽荦智能 憋驶设各、g p s 事簸终端，这些设备酃褒不汗嵌入式系统。缎是嵌入式系统的舞袋方法 秘舞爱手段躲运浚囊囊嚣系统熬嚣爱方法秘工翼多，遮龟霹鼗入式蓦缓夔翡纛霄美，赞 瓣往强、起襻等硬襻设备条彳牛魄桌面系统苛掰。 l 。1 课题背景 嵌入式系统豹飞速发鬏溉给嵌入瓮象照带来了发展庭机，弼辩梵对系统挝粥了璺高 豹挑藏。隧饕嵌入茂戏雳的嗣趋多撵传，熬复杂性瞧逐濒增掇。铸烧静嵌入式系缝敬矛 发逶卷采蔫宠全定漤豹貘忒，蘑有我鹞粼黉获头编写。之掰璇存凌遮样懿装况，方嚣 麓能是嚣为臻臻矮壤、接髓嚣求方瑟豹袋麓，另一方瓣翳毽簌楚戮必没畜霉激复楚豹钱 鹤。对处予底层韵祭统软件进行复用，冀难度要比对上层软件韵复用大得多。其牒困在 于底层软件往往是岛硬件相关的，而熙熟性能对于整个系绕而言相当关键。所以很多嵌 入式系统一般采用溅编语塞或者c 语富缡驾p l 。 舞了瓣浚系统纛模逐渐扩夫豢来熬复杂经燕默爨髑戆瓣鞭，霉簧薪魏嚣茨等浚髑嚣 发方法。汇编添言和c 语商开发的代弼缀然运行效率院较蕊，但楚在复杂性控镱、可重 阁性、开发效率上融经不熊满足要求，因此迫切需要游拽疑裰良好可重用性、能够快速 帮发熬语言蔽躅袁嵌入式系统孛。 基予r t s j 姆摄像头控制蘩境的蛩院与虚捌 j a v a 运年来懿逐鼗爱襞器广泛臻麓淡及其释懿麓象嚣特稳、丰富蘸a 擎l 、帮蘧耀毪、 恢速歼发、安全等特秣走迸了嵌入戏系统弦发入掇的视野，嵌入式系统的研究翮h 开发人 瑟开始考褰定j a v a 语富应建到嵌入蕊蓉统麴软徉开发串，璐斑毒酝入式较铎翡开发效 率、增攘代码翁爵重瘸毪及系统瓣蠹黛髓。裕必诗舞辊缩摇添密豹君莛之簿，j a v a 语富 如传统的c ，c + + 语宙相比，有如下特点 4 1 ；j a v a 媳究全面向对敷的语言，并鼠擞除了o h 巾多璧继承等难懂的特性；支持转糍斌疲用；j a v a 引入了垃圾回收帆制( g a r b a g e c o l l e c t i o n ) ，鸯囊警瑷内存，减轻了褪缪受熟爨攥，爨予整添；j a 豫其骞良好熬谶移褴 性，凡警不用修改就可以运行在所衡盼警螽上ij a v a 具有较赢的安全性；j a v a 炎掩动悉 装勰载，妖有在傻焉瓣雳龆载类豹傣患；器发靛攀离；j a v a 舆嚣强大豹类麾，代礴露薰 瘸靛离。 获j a v a 主述懿德熹寒蓍，敷警l a v a 黼滚被簧黪是囊天式豢缝嚣爱遘富瓣苓= 之选。 缳是案绘j a v a 语言蠛功的一些谯烈对予嵌入戒豢统来说却礞舞了其应溺予戳入式歼发 豹最大糍褥。嵌入式髹统大多数馈激下都怒察珏尊系统，实时系统 # 力一个醋究鞭域已经 露程了多年，穰多霹究久瑟、磊笈a 鼹辩寰黠黍烧与袭久式萘统藜不1 翥蓐耩区努。覆交 时系统的个最重娶的特性是系统逡行的确定憔。 但熄j a v a 语言本身的一些特性却限制了j a v a 在实时系统歼发中的应用，如线稷管 邂、动悫类趣载、嚣瓣编译( j i t ) 冀疑熄激牧察。其髂霹疆懿下； ( 1 ) j a v a 没毒为线程诱瘦蠢线壤优嫩缓褥供谩簿保证，j a v a 线程兵庭必了1 8 个德 先级，掰置往往会姨射到操作系统鹣优先缀，褥有些操作系统提供的优先缀缀少( 鲡 w i n d o w s2 0 0 0 炙畜7 令捷走缀，蒜然不辘满足囊霹程彦韵要袋。嚣置j a v a 甏法傻涯不 会凌一令窿霞竞缀线箨乏嚣诿囊癸一令繇蕊燕袋线整霉。 2 ) j a v a 孛壹委蘩一次弓 薅一令粪鹃糖嫉才会蕊蓑该类，疆据蔽蔫载类掰簌奔震( 磁 擞或其德) 的速度，熊酌大小、类棚栽器本身的好销，类加载秘时闻有所幂阐。 3 ) j a v a 孛豹毽凝牧集规裁姆稷侉爨献鬻璎斑存载泥霪孛孵救窭寒，狂黟爨搿转更 多褥关注程序豹监务逻辑，嚣褥晦存蹲悛、瓣熟睡蓐瀣灞等王律交给建凝潮牧器来骰。 滋样能蝣极大提高歼缴效率。但是域圾回收的歼贻，持续时间簿的不确定性却成为j a v a 威用予寓附系统的最大障碍。 4 ) 将j a v a 我薛壤译蠹搴穗健鼹萼l 黢了毒璐撩类燕蓑类戳鹣瓣题。文多数璇裁j v m 歼始：惫解释j a v a 方法，然后仅穗颓繁搬纷酶赢法编译成本避代璐。延迟编译键成了快速 癃劝，势减少了应雳橼净运行期闻执行豹编译熬骚。毽是使用瓣释后豹代磷执镫侄务和 缕瓣浚译嚣楚季琶羁撬簿强务在黠瓣羹蠢糕大戆蓑雾。 大连理王大学硬士学位论文 为了使j a v a 语言能够应用于嵌入式系统中，必须针对上述j a v a 不利于开发实时系 统的特性找剿一种解决方案。1 9 9 8 年s u n 、m m 和n i s t ( 国家标准技术研究所) 联合成 立了一令工臻维，这今王俸组在n i s t 瓣瓷韵下拜鲶摇集会议，缀避冗令胃静耄孪论提塞 了j a v a 平台实时扩展规藏。后来s u n 联合i b m 等公司向j c p ( j a v a 社区活动) 撮交了实 时j a v a 编糨规范( r t s j ) 。在2 0 0 0 年r t s j 的第一个版本发布。r t s j 增加了对于传统 j a v a 改进敬耨特性：实孵线程，冥步攀传，物理内露访蜒，薪的瞧孬类型，毫躺辑度葬重 蠲等嘲。r t s j 豹发布便褥j a v a 满足了嵌入式系统豹黉求。 1 2 实时d a v a 研究现状 r t s j 囊最镪戆0 9 、1 0 1 、1 0 2 舨本经过不瑟越修改完善，爨经发震銎l 现农爨1 1 舨本，而且还在继续完善。随着实时j a v a 规范的推蹴，其中的一些新特性，翔领域内存、 实时调度、异步传输控制等方面已经成为了研究的煎点，特别是领域内存的使用。在第 四章中将介绍此方面的研究。 实露罄露兹运行需婺实雾雩j a v a 纛羧撬翻揉终系统鹃支持。缀多公司连接窭了鑫己瓣 实时虚拟机。2 0 0 3 年3 爿，l i n u x 开发商t i m e s y s 公司发布了j t i m e 产品，这怒一个用 于t i m e s y s 的实时l i n u x 发布版本的j v m 和软件开发包。据t i m e s y s 公司称，j t i m e 是全世界第一个符合j s r - i ( 实时j a v a 娥篷) 的j v m 产黯。藏压s u n 公司接出了基予s p a r e 处理器和s o l 撕s 操子# 系统豹r t s ，置识经发屣到了2 0 舨本。i b m 公司刚在2 0 0 6 年8 月推出了基于i b mj 9 和r tl i n u x 的w e b s p h e r er e a lt i m e 。上述实时虚拟机都是商用产 品。另外t i m e s y s 公司猩j t i m e 之前遥推出了r e f e r e n c ei m p l e m e n t a t i o n ( 简称p d ) ，r i 楚r t s j 豹蠢方参考实瑗，鏊在验迁r t s j 懿特性，蠲予磅究，霹茨免费获霉。 除了上述以软件方式实现的j a v a 廉拟机，还有一魑公司和研究机构推出了利用硬件 直接执行j a v a 字节码的j a v a 处理器。j a v a 处理器的优点是能够针对j a v a 虚拟机的运行 蹲结构提供专门缒硬件支持，功耗低、内存占用少。键是蟊前没有广泛应鼹。较攀豹j a v a 处理器有毯淤辩技大学静j e - j a v a 、p i c o j a v a ，这些不麓实时处理器。霄豹虽然是实时j a v a 处理器但不怒基于r t s j 的。如j o p 、k o m o d o 等。符含r t s j 的j a v a 处理器有a j 蝎o 以 及复旦大学的h 删【n 。 1 。3 本文的主要王佟 本文在对r t s j 的实时线程、不朽内存、领域内存、异步传输控制等机制进行研究 的基础上，对r a v e n s c a r - j a v a 实时编程模型进行了一熄修改。基予修改后的实时缡程模 嫠帮羽隧，溪计并秀发了一令u s b 豢像头实嚣弪潮系统，功憝露遮获u s b 缀像夹采 基于r t s j 的摄像头控制系筑的研究与应用 集视颞数据并显示，抓取图片，拍摄褫频，调熬掇像头属性等。最后对系统进行了系统 功能测试及实时性测试。 。毒论文内容麓缀缎 本文首先介绍了邂年来嵌入式系统的发展情况和应用领域，指出嵌入式企业面临的 嵌入式软件越来越复激的问题需要使用新的开发语言和手段： 乏解决。介绍了本课题的来 添。涎论了r t s j 嚣磷究瑰状，并赍缨了奉文翁主要工捧。 其次介绍了本系统开发过程礤| 使用的主要技术，露s d l 、掰kv 4 l 2 删、实时系 统的定义和实时调度，并介绍了r t s j 中引入的新特性。 然黯提趱摄豫头控剃系统要完成豹功能，并介绍了系统豹强发环境秘憩体结构。然 蓐势橱了系统戆滚程。 之尉对系统功能的部分实现进杼了详细介绍，如视频采集、事件处理、圈片抓取和 视频文件保存等。针对使用j a v a 歼发的普通版的系统中存在的实时问题，研究了r t s j 懿实对线程、不耪内存、壤壤痰存、异多事穆艇理、霎多接输控餐等瓿销，在势辑 r a v e r 塔e a r - j a v a 编程穰型的基础上对其进行了修彀，并应蘑r t s j 稻修改盾静模型开发了 一个基予r t s j 的j 实时控制系统，艇后进行了系统功能测试和擞时性测试。 最骺对全文工掾避萼亍总结著搬缝下一步豹研究方向。 大连毽王文学硬士学链论文 2 系统开发相关技术 2 ，1s d l s d l 即s i m p l ed i r e c t m e d i al a y e r ，必似于d i r e c t x ，是免费的跨平台多媒体威用编 稷接口，用于游戏、游戏开发工具、模拟器、样本演示、多媒体应用等，它撮供跨平台 的二维帧缓冲区图形和音频服务。s d l 幽八个子系统组成音频、视频、c d r o m 、 攀件处理、文件i o 、游戏杆、线程和记时器，它跨越几乎所有的平台( l i n u x 、b s d 、 m a c o s 、w i n 3 2 移b e o s ) 。除了大燮鲍服务，包括线程，独立于字节存镶次黟的宏秘 c d 音频，s d l 还提供了一个篱单豹a p i ，它灸诲秀发者霉可爱接近本捉爱襻。搜照s d l 蠢三耋撬点：稳定、蔫孳窝灵活。 ( ) 稳定。翔莱s d l 不向a p i 援供可靠豹支持，那么那些爱葑者鞠鬻澈公镯裁不 能使用它。因为使用了s d l ，就漆期了锚误修正并增强了性能，也莸加强了a p i 豹强健 饿。就像内核开发是分步进行的，s d l 的开发也是分步进行韵，其中一部分是w 撩稳定 的a p i ，其它部分是新功能和构思的沙箱。 ( 2 ) 简单。s d l 被设计成一个简单的a p i ，以最少的代码实现开发者的构思。 ( 3 ) 灵活。灵活性的另一方面体现谯尽管代码完全是跨平台的，但不会把歼发者和 底层实现隔开。s d l 提供了函数s d lg e t w m i n f 0 0 ，该函数可以让开发者访问底层驱 动程序的专用窗口信息。 s d l 是用c 语言写的，僵趋同榉支持e 卜 。蒡且对其它语言提供绑定，色掇a d a ， c 黟，j a v a ，p e r l ，p y t h o n 等。穗应熬j a v a 舨本是s d l j a v a 。 2 。2 胡l 技术 j n ( j a v a n a t i v e i n t e r f a c e j a v a 本地缓t a ) 是一个本建编程接口，它楚j a v a 软件开发 忑具箱( j a v as o f t w a r ed e v e l o p m e n tk i t ) 的一部分，是一种允许j a v a 程序调用本地代码的 机制。 j n i 允许j a v a 代码使用以其它语宙( 譬如c 和c + + ) 编写的代码和代码库。i n v o c a t i o n a - p l ( j n i 的一部分) 可以用来将j a v a 虎拟机( j v m ) 嵌入至b 本机应用程序中，从耐允许程 艨员从本机代码内部调用j a v a 代码。从j a v a1 1 开始，j a v a n a t i v e i n t e r f a c e ( j n i ) 标准成 为j a v a 平台的一部分，它允许j a v a 代码和熊他语言写的代码进行交互。j n i 一湃始怒为 了本蟪已编译语言，茏其是c 和e h 蕊设诗的，毽是它莠不妨碍侮使用其镌谮蠢，廷要 溪惩麴定受支持裁可鞋了。j n i 挺供了获j a v a 寝羧懿( j 园送入j v m 运霉掰焱谤舞嘏 豹本凝整赛靛天墨。j n i 龛诲本撬代璐瀵掰j v m 、翻建著访目对象、调震砖象方法以及 基于r t s j 的摄像头控制系统鲍研究与斑用 访问实例变量。歼发人员所付出的代价魑，这样做失去了j a v a 平台“编写一次，到处运 器”麓往势，因为任耪装疆惩匏奉瓤伐鹃将受羁特殊平螽懿约寒。 逶逑j n i 在j a v a 箨序孛诿溪本聪 代鹃，主要基于下露3 静考寝狮： ( 1 ) 已经育j 犬鬟的测试过和调试过的c c + - 哦码，丽将这些代码移植弼j a v a 编程 诺言很费时间，而鼠产生的代码还需骚褥次测试和调试； ( 2 ) 应用需嚣访问系统的各个特性和设备，在最好的情况下，用j a v a 技术也是很麻 澳龅，最坯豹壤熬下则是不可毙实现艇。慰手菜些应用稳孝，壤是不可能傻翅缝j a v a 诿言戆簿决方案。肖簿需要c 瓮豹漂始健笺；或誊嚣要傻餍哭毒c c + + 凌h 翡a p h 或者需要访闻搽襻系统调用，它在j a v a 类痒中没有等徐静潺藤； ( 3 ) 代码执行速度的最大化是至关照要的。 j a v a 技术提供了用于系统库的钩子使得调用本地方法成为可能，同时j d k 也有很 多工具可以减轻些编程负担。 壤写j n i 突筠的滚程魏銎2 ，l 嚣承； 匦夏至至三 i 三 薰璺恼 嚣二墨刊一 匝亟垂互 扣 一 圈2 ，lj n i 应用流程国 f i g 2 1 f l o wc h a r to f j n ia p p f i c a t l o n 建编写彰鸯n a t l v e 声骥熬方法躯j a v a 类； ( 2 蓑震j g 惦。命令壤译舞壤霉黥j a v a 类； ( 3 ) 使用j a v a h 命令生成扩展名为h 的头文件； ( 4 ) 使用c 窳现本地方法； ( 5 ) 编译用c 编写的本地方法文件，生成动态连接库。 大遴理王犬学顼士学使馘 ( 6 ) 磁滞鞯调用零地方法的撩黪串 使用s y s t e m 1 0 a d l i b r a r y ( ) 加鼗生成的秘淼链接 瓣。 舞了薅稼亨瓣魏霞鬟e 零窝枣麓壤s w i g ( s i m p l i f i e dw r a p p e r a n di n t e r n e 孚g 蝴 a t o r , 龄简键辫装辩绥器奎戏鼗王蒜鬟旗受藏j n t 潺瓣搂辩。绶照嚣懿戆喾黪瓣法，s w i g 跫 “一种搬用c 、c 什l 三i 及o b j e o t i v e q 2 所葛的程序潍接到梅种高缀编稷语谢的软件歼发工 嶷”t g os w i g 褥辍能够势j a v a 瓣富提供璃愿c 鼹凝瓣媸瓣，嚣爨述支黪瓢避惫瞵、t c i ， 擎链串穗嚼c 拽瓣。 镶建s w i g 嚣爱纛霹羧苓街跨醺簿凌j a v a 黎棼孛数旗癸蘩翡转爨海遂。麓豢婪声臻 稍孺c 醺羧的j a v a 方法麓n a t i v e ( , 零德穷) 的，然麟密现稻疵虢c 酒数，努绽麓一个 s w i g 熬接辩黛髂。冀她鹣趸终瓣璐交给s w i g 慕巍藏。s w i g 逶避捷舔魏爆j a v a 裘薅c 疆言缓驽簿方潼瞧装鹬采，彦麟j a v a 鹱侉羹夔穗黼濑薅e 添羧。蕊2 , 2 怒谴惩s w i g 黧成j n i 调艚接躁的搽穆过稷。 蓦r 。画医姻r 一：矽 麓逮i 嚣袅2 螽豫豢搭涟糕 f i g 蕊嘉秘嘛鼗辍磷# 镄黼l 秘纛 首先瓣嫩岚s w i g 横脚文件，将用到的c 函数糊始构体写刘撰幽文件中，然艏使用 瓤g 整理羧秘怒义文箨，燮娥潮麟鼹f f n i 攘叠文襻，避惩c 交襻辫强媳黛搀，戆宠囊 苫c 诿骞鼹j a v a 浯言之簿黪黉恭互帮蕊。褥羲垒壤魏e 交嫠鬻滴簿骚藩文熬雯释逶 逡赣译嚣避褥缀译并塞藏馥鑫链袋藤，麓莓豁在控裂系统串逶港j 鬻谲麓e 疆数蹙藏疆 颓采集翻撩制缀髂头匏操作。 】 一器一 一泽一圆 昏 萋予樊瓣蕊瓣簿热麟蕊瓣醭瓷i 癃箍 囊+ 3 煳 撇f 穗r 1 r m x ( v 4 l ) 燕 巍然攫爨瓣抟黪浚鞭撩螯戆蕊搂鬻蘧，雹楚赣辩骥籁浚餐 瀚藏艨糕艨滚箨褥骥蕉瑟攘鼙蘧熬。麟洳f o rl i n a xa p i 鳆警袁l i n u 娥i 警被褥；焱激 髋辅嵇代各辩【1 v 和音频设备相慕髅掰。从脚吣5 辩贻经过板大馥避辩v 4 l 2a p i 代游丁v 4 la p i 。v 4 l 2a p i 第一个j ；艇凇怒襁1 9 9 8 年8 用2 0 号发稚的。i 融融檄将 v 4 l 2 粼韵搀为蜘棱模块中驹一部分察飙丁，踟鞭绕管碟麟蠛者在v 4 l 2 设铸然一拣押 撵瓣爨滋熬栽。獯秘搂交登经缎天娟l 巍摭然浚辨4 l 。v 4 l 2a p i 亵l i n u x 蕊瓣啦翡 镰鼗懿溪潞麟黍； 穗获簸麓凝黪 参 ￥醛嚣夺瓤r 熟礅獾髂 零 视频设黼冁幼 翔2 。3v 礓k 2 舻 张l i n u x 巾的键擞 f i g , 2 3 v 4 l 2 a p f s p 婚赡f i o n i a l i a m t 黼巍漤整鬟溅鼗藩券蘩变黪v 4 l 2 舞勰，避懋v 4 l 2 漤繁黎冀在囊戆耧零串爨瓣蒸拳 懿i t o 攘瓣疆豢糟黼，r e a d ，撤蠹融c l o s e , 黯挚凝藤楚壤錾鼗，海枣黢豁鼗羧m a n p , m m a n a p ，豁爱潦爨饕翡簿礴逶灌瓣攘键袋搿魏数i o c t l 簿。v 4 l 2 a p i 麓v 4 l 2 浚缀 壤黎爨? 缝黪囊纛袋g ，嚣获彳鬻漆餐謦静实溪缡繁，逡进统一麓壤霹游瓣v 4 l 2 浚 镰鹣瀑懑，辩黧遥褥爨蒋； 瓣夺v 4 l 2 浚蔷壤鬟遴黎篷糕辩下黪瓣i l 打歼嫒嵇； ( 2 ) 澈变谈锝的属性，选择一个蓬嫩獭糊静黝输入，视颇标准，豳片党臌潞# ( 瓣定一个数器格式； 酶撩宠戆入蕊窭寿浚； 瓣蕊耩憝狳天菠羹纛蓼； 镪麓辩浚舔。 赛鼯上，夫参数拳骥楚稳蕤，蕊翁卷攒侉零搽遵耩囊造雾襄；爨蒋撵露橙撵气壤意 浚袋熬誉褥脊瓣嚣搿， 蝴杂懈 大连纛羔大学蘸学黎论文 v 4 l 2 为设备输入赣出羧翻i o c t l 掇供了事签躺愈令蔫亲霹视壤设器避学瓣攥，它包 旗斑设备僖惠嚣查 鼙、顿缓沸豹设鬣、糯豫薅惑豹设藿、嚣豫褫菝懿臻撬等。v 4 1 2 撬 供的部分控制字如表2 1 所瀑。 糍2 1 按制v 4 l 2 设备的控制字 t a b 2 1c o n t r o lc o m m a n dt oc o n t r o lv 4 l 2d 州c e 赍令暴俸说骧 v i d i o cq u e r y c a p v 瑾娥g v i d i o cs 觥 v i d i o cge 善| t l v i d i o csc i r l 获褥璇冬熬备耱性能 获撵鹭藩鼗据静疆式 设黉数耀的播式( 蠡蓬片格式， 赣褥耩牲豹当蘩蓬 设嚣属馁的德，妊亮度、对眈艘簿 2 。4 裳时系统 2 4 ，1 燕时系统的定义 对予什么是实时系统，p o s i x1 0 0 3 b 作了这样的定义：指系统能够谯限定的响威时 阕内提供辑霉东平酶服务。 l 露一个盘d o n a l dc - i l l i e s 提出魏更加隽犬家接受鹣筑义是： 一个实辩系统是撂诗算静釜撩馁不纹鞭决予莲黟鹣遴辑正确茬，也取决予绥蓉产囊瓣辩 蠲，辩鬃系统戆霹舞舔素蘩黪褥不翔潞懋，将会笈密系统出罐江腰。嶷嚣雩秘辩怒辩翔瞧 溪擞楚粪三戆毪静译翔标准。黧袋遵鼷绥窳褥瞧7 ，藏是锾误熬，或卷慧疹魄鄢黧羧l l 誊宪 域豹j 囊獠寐漭不是那么迁天瀵意。 实辩蹑统鼹特 生是系统的眷效性帮褒确谯均岛簿阑春关。缀多瓣题酃毯禽对褥终 索：每今编写嚣户要嚣筠入都美，整溪霆熬薅痘辩润；火车、飞援、魄撵、送夔豢统蒸煮 辩间约柬；网络串流动的数据包等。霹黧燕时问鹣是日常生活和程序野发中缀常豢面对 的问题。 根据察时系统对于实时性鼹求以殿造反时间约束后结果严重程度的不同，可以将实 时系统分为软实耐和硬实时两种类型。 嫒嶷辩系统捂系统要鸯确绦戆簸豁壤凝下懿鞭务l | 季麓，辩黠予攀佟熬壤蹙辩鬻豹簸 囊鬻滚怒燹论蟊舞罄鍪绥褥粼满足。皖黧挖裁飞戳方簿瞬整裁系统、羧瞧避酶按馥装统 筹羲是嫒嶷簿懿裁子，一壁系统瓣确艨器雩阗趣爨7 添来瓣麓疆，粼聪浆霹筑攀臻浚慈。 款蜜瓣系统对予辩翔戆瓣黉求誉黧疆安瓣粥么严貉，镬过期瓣会静歉糕务袋燕等 繇，毽鼹不会带来特巍严重豹艏栗。翔纂系统错过了期限，刚得出绻聚豹时阊晚些慧 基于r t s j 的摄像燕控制系统的研究与废用 比没有结果要好得多。如果明确地来说，软实时系统就是那些从统计的角度来说，一个 强务藐够褥到有魂辍懿处理对翔，到达系统翡事薛也憝够簌截止鬻限到来之懿褥到处 壤，僵违反截壹翳隈辨不会带来致命静锈误。软实拜重较得豹绸子，鞠多豢钵疆簸较件， 网络电话，字处瓒软件等。任务错过期限可能导致播放软件颟面质量的下降、襻顿，嬲 络电话声音的延迟，字处理软件响应遴度慢等，只要不是频繁出现还是可以忍麓的。 2 屯2 实时系统购调度机制 ( 1 ) 实嚣系绞调度定义 实对系统必须鞋一静可预测酶方式遮行，这就要求实蹲系统豹调度器要会瑷趣安捧 任务之间的执行顺序，争取让每个任务猩各自的期限至来前完成。 调度的一种定义是：安排线程，任务的执行顺序使得硬件资源( 处理器、网络锌) 和软 件资源( 共享数据对象) 得到有效、可预测的使用。调度系统通常由三个组件构成： 一个安摊谤鲻资源j 暖旁筑冀法( 调度策珞) 一个分配凌源豹算法( 调度穰露1 ) 一种当运用策略和机制时对最环情况下系统行为预测盼方法( 调度分析) ( 2 ) 固定优先级调度与优先级反转 非实时系统可能按f i f o 的顺序调度任务，但是要求研预测性的实时系统不能按照 f i f o 豹规受| j 调度任务，两是根据任务麴重要程度，设定蕾f 己先缀，依照优先级豹崧低来 谲度，莠显竞毒年懿俊先缀饪务稔点舔谯灸缀壬务。实辩系绞大多数矮弼嚣定绽炎缀溺度 器( f i x e d - p r i o r i t ys c h e d u l e r ) 。优先级通常是按照任务的重要程度来确定静。优先缀越高， 任务越重要。p o s i x 实时规范要求至少3 2 个不同的优先级，而r t s j 则要求黛少2 8 个 优先级。 严格的固定优先缀调度器现在已缀缀罕见了，因为它假襻雀优先级反转的婀题。因 鼗鞫定霞走级豹禽义蠢经交瘫“避受玺| | 己建缀爰转熬霾定”。 优先级反转的蠲题如图2 4 所示。竣任务a 、b 、c 的优先级由低赛离，程鳓辩刻 任务a 运行，并熙对资源r 加锁，禚时刻t 1 ，任务b 抢占任务a ，开始运行。在时刻 心，更高优先级的任务c 抢占任务b 邋行，在时刻t 3 ，任务c 试图对资源r 加锁，但 此时r 已经被分配绘任务a ，因此任务c 等待a 释放r 的锁，任务b 投入运行，b 结 索嚣，a 运季亍，释液襄夔镬螽，经务c 君戆接羞运行。 e 是计算辊蠹优先缀最高静锤务，艇楚在a 释放r 豹镇之蔻，c 无法运露。并整优 先级比c 低的任务b 由于不需要r 的镟，因此可以抢占a 运行，这时的情况就是优先 级反转。这种情况被称为优先级反转怒因为，高优先级线稷在调度时其优先级肴起来比 大连理工大学硕士学位论文 低优先级线粳的优先级述低。 优先缀 任务c 柽务b 任务a 褥l l垃| 3礴重5拜重蠢 囤2 4 优先级反转 f i g 2 4p r i o r i t yi n v e r s i o n 往先缀爱转缀窖荔羧忽貉，莠墓缀鼹蔹定整。鸯掰秘方法哥戳簿决优先缀爱转匏闯 题：优先级继承协议( p r i o r i t yi n h e r i t a n c ep r o t o c 0 1 ) 和优先级限高模拟协议( p r i o r i t yc e i l i n g e m u l a t i o np r o t o c 0 1 ) 。 优先级继霞汝议是攒囊等赞镬黪线樱优先缀圪糖窍镆的线稳熬优先级裹，粼实瑷了 优先级继承协议的锁就黉把处于等待状态的商优先缓线程豹优先级赋给持有锁的低优 先级线程，赢到低优先级线程释放锁时，恢复其原来的优先级【1 4 】。图2 5 说明了优先级 继承的过程。 优先级 任务e 任务b 任务a t 0 t 1 1 2t 3t 4t 5 时间 圈2 。5 优先缓继承 f i g 2 5p r i o r i t yi n h e r i t a n 基于r t s j 的摄像失控制系统的研究与威粥 优先级限高模拟协议是把持有锁的线程的优先级提高劁某个数值，而该数傀比可能 获褥该镬豹最离优赡缀豹侥宠缓还要裹。夔2 6 是爨先级蔽麓摸掇豹示意图。 优先缀 限高德 饪务e 任务b 任务a n垅t 3t 4 t 5 时间 瘸2 ，6 挠先缀骚高 f i g 2 6 p r i o r i t yc e i l i n g ( 3 ) 期限调度 有时优先级调縻并不能满足实时系统的调度需求，例如实肘系统中的任务都脊完成 熬麓聚，在瓣弱l l ，今鬣霞先缓矮务瓣麓袋还毒3 0 毫秒，完成麓羧霉要2 0 爨秒豹运 行羁重闯，露一个离优先级的任务瘫麓袋遥有1 0 0 毫秒，帮黉运行3 0 毫移，在俊先级诱 度的情况下，高优先级任务将获得c p u 投入运行，而低优先级任务势必要锗谶期限。 为了解决上述问题，可以用期限调度来替代优先级调魔。期限调度是根据必须完成 的当前计算的时阐黼不是根据优先缓采调度。 絮限调度是动态优先级调度豹一耪形式。如果殛有任务郝恕下一次期限豹辩间、达 翻下一次籍陵繇黉黉运行静时闻簧遴绘瀵瘦器，调菠器裁簸鸯湃锤务它是否戆够麓期 限。这称为可行饿分析。极端情况下，调度器可能拒绝接受萦个期限，这称为礁入控制。 期限调度有最早期限优先( e a r l i e s td e a d l i n ef i r s t ) 、最小松弛、周期调度等。 最早期限优先调度是指计算所肖任务距离下一次期限的时间，然