嵌入式系统设计实例完全课件

1、嵌入式系统设计实例完全,第15章 嵌入式系统设计实例,嵌入式系统设计实例完全,本章重点,嵌入式Linux下IC卡接口设计与驱动开发。 嵌入式GPS导航系统的设计。 嵌入式Linux系统中触摸屏控制的研究与实现。 智能家居系统分析。 数字视频监控终端在linux环境下的设计与实现,嵌入式系统设计实例完全,本章内容,15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发 15.2 嵌入式Linux GPS导航系统的设计 15.3 嵌入式Linux触摸屏控制的研究与实现 15.4 嵌入式智能家居系统分析 15.5 数字视频监控终端的设计与实现,嵌入式系统设计实例完全,15.1 嵌入式Linux IC卡

2、接口设计与驱动开发,Linux系统中，设备驱动程序提供了设备和上层应用空间的标准抽象接口，使得硬件响应这个标准的内部编程接口；而用户则可以通过一组标准化的系统调用对硬件设备进行打开、关闭、读写参数、控制设置等特定的操作。本节首先介绍Linux下设备模块的概念和基本分类，然后介绍IC卡设备的硬件接口设计以及在Linux系统下如何应用字符设备开发I C卡设备驱动模块,嵌入式系统设计实例完全,15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发,引言 随着现代工业社会逐步向信息社会的过渡，信息将扮演愈来愈重要的角色，成为现代经济生活中的成功要素。IC卡作为卡基应用系统中的一种卡型，是利用安装在卡中的

3、集成电路(IC)来记录和传递信息的；具有存储量大、数据保密性好、抗干扰能力强、存储可靠、读写设备简单、操作速度快、脱机工作能力强等优点，其应用范围极为广泛。 我们基于公用电话IC卡的应用，开发了多媒体信息终端产品，在传统公用I C卡电话功能的基础上增加了上网、邮件、电子支付、信息浏览等各种多媒体功能，统一采用公用电话IC卡进行收费，目前设计的IC卡读写器和驱动软件，已经应用于多媒体终端产品中,嵌入式系统设计实例完全,15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发,1、嵌入式Linux下设备驱动模块简介 Linux系统将设备分成三种类型，字符设备、块设备和网络接口。三种类型设备定义如下：

4、字符设备 字符设备是指能够像字节流(比如文件)一样被访问的设备，如字符终端(/dev/console)和串口(/dev/ttyS0)以及类似设备。字符设备对应文件系统中的节点，用户则通过此文件节点访问和控制设备。 块设备 块设备和字符设备一样，可以通过文件系统节点来进行访问Linux，允许应用程序像字符设备那样读、写块设备。 网络接口 任何网络设备都要经过一个网络接口，即一个能够和其它主机交换数据的设备。通常接口是个硬件设备，但也可能是个纯软件设备，比如回环(loopback)接口。Linux访问网络接口的方法是分配一个唯一的名字,嵌入式系统设计实例完全,15.1 嵌入式Linux IC卡接口

5、设计与驱动开发,Module是Linux内核的一大创新，其正规的叫法应该是Loadable Kernel Module，即可安装模块。可安装模块实现了Linux操作系统的可扩展性。模块运行在内核空间环境中，它的程序运行函数库都是在内核空间定义，而不是在用户函数库空间。Linux模块的最方便之处为可加载和卸载，Linux操作系统提供了系统调用insmod和rmmod，可随时将自己开发的模块进行加载和卸载。 根据Linux设备分类，设备驱动模块也可大致分为字符模块(char module)、块模块(block module)和网络模块(network module)三种,嵌入式系统设计实例完全,1

6、5.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发,2、IC卡设备触点硬件电路介绍 I C卡硬件触点接口及信号如图15.1所示,嵌入式系统设计实例完全,15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发,C1：VCC电源电压。 C2：RST复位信号。 C3：CLK时钟信号。 C4：未用。 C5 ：GND。 C6 ：VPP编程电压。 C7 ：I/O数据输入/输出口线。 C8：未用。 以上触点中，V P P编程电压触点是厂家生产卡时编程所用，用户卡读写时没有应用，所以准确地说，只有五个触点分别连接来自外部主控制器的五个控制信号，设备复位后的后续操作可包括卡的地址设定操作、读写操作、擦除操作。针对

7、以上卡的各种操作，皆有严格的信号控制时序，详情可参照各种应用卡的DATASHEET,嵌入式系统设计实例完全,15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发,IC卡作为卡基应用系统中的一种卡型，是利用安装在卡中的集成电路(IC)来记录和传递信息的，所以IC卡皆有特定的存储位图。具体存储位图针对应用领域的不同和标准的不同，具有不同的位图定义，详细情况请参见自己开发应用卡的DATASHEET资料。在驱动的开发过程中，也只有完全清楚这些位图定义后才能将所读取的数据按照位图定义协议进行译码而得到自己最终需要的各种数据。 3、IC卡读卡电路简介 IC卡读卡接口电路框图如图15.2所示，采用MPC82

8、3E作为主处理器，因为IC触点工作电压为5V，而主控制器的工作电压为3.3V，所以在读卡器中设计了中间电平转化驱动电路。同时增加了控制信号的驱动能力，为了实时检测插卡操作在插卡器电路中设置一开关电路，接主控制器的控制口线，用于检测是否插卡,嵌入式系统设计实例完全,15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发,4、IC卡设备驱动模块的实现详解 下面以采用的公用电话机通用的IC卡为例，通过已实现代码来说明整个IC卡设备驱动模块。 (1)数据结构的确定 编辑头文件ICDATA.H，确定在驱动模块程序中应用的公用数据结构。驱动模块的最终目的是读取和写入卡数据处理，所以规范整齐的数据结构是必须的

9、。可以定义一个数据结构体来实现卡数据的存储区域、数据地址、索引控制标志位等如： struct ICDATA char *readbuffstart;/读入数据缓冲区首指针 char *readbuffend;/读入数据缓冲区末指针 char *writebuffstart;/写入数据缓冲区首指针 char *writebuffend;/写入数据缓冲区末指针 int readcount;/读入数据量 int writecount;/写入数据量,嵌入式系统设计实例完全,15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发,char *readp;/读入数据当前指针 int readnum;/已经读

10、入量 char *writep;/当前写入数据指针 int writenum;/当前写入量 int newstate;/卡当前状态0为无卡1为有卡 int oldstate;/卡的旧状态 int statechange;/卡状态变化标志 ; struct= open:icopen read:icread write:icwrite poll:icpoll,嵌入式系统设计实例完全,15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发,这样在驱动模块中，只需要struct ICDATA iccdata；一条语句便可定义全部的卡处理数据结构定义；而ic_fops则定义了设备操作映射函数结构，从这个数

11、据结构看，我们实现了IC卡设备的打开、读、写和监控函数。 (2)硬件接口控制线控制子函数 这些函数用作进行卡复位、时钟等信号的控制。 staticvoidsetclkout(void) #define PB_DR26(ushort)0 x0020) volatile immap_t*immap=(immap_t*)IMAP_ADDR; (void)immap; immap-im_cpm.cp_pbpar 以上是以我们开发的硬件系统平台为例的硬件控制接口操作函数之一，用于控制I C卡的复位信号置,嵌入式系统设计实例完全,15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发,针对不同硬件平台函数，

12、内部操作方法不尽相同。类似的其它操作函数还有： staticvoidsetrstout(void) staticvoidclearrst(void) staticvoidsetclk(void) staticvoidsetrst(void) staticvoidclearclk(void) staticvoidsetsda(void) staticvoidclearsda(void) staticvoidsetsdain(void) staticvoidsetsdaout(void) (3)模块初始化函数的实现 static int _init init_ic(void) initicdata

13、,嵌入式系统设计实例完全,15.1 嵌入式Linux IC卡接口设计与驱动开发,init_waitqueue_head( 模块初始化函数是模块开发过程中必不可少的处理函数，用于实现设备的初始化、中断初始化及处理、设备注册等，在上面函数中首先应用initicdata( (1) touch_open函数 touch_open( )这个函数在中的原型是open()函数。它的主要功能就是打开设备并初始化设备准备进行操作。下面一段程序介绍了touch_open( )函数的实现过程,嵌入式系统设计实例完全,15.2 嵌入式GPS导航系统的设计,if(ret=request_irq(IRQ_touchRX,

14、touch_rx,” touch_rx”,dev_idtouch) printk(“touch_rx_init:failed to register IRQ_touchRX n”); free_irq(IRQ_touchRX , dev_idtouch) ; return ret; 在这个if语句中出现了3个函数。printk是内核提供的函数，功能近似标准C函数库中提的printf函数。在Linux操作系统中，因为驱动程序是在内核空间运行的，所以必须使用内核提供的函数，printf不能在内核空间运行。 request_irq 是申请中断的函数，其中参数IRQ_touchRX是所申请的中断号，t

15、ouch_rx是所安装的中断处理函数，第三个参数是用于中断管理的一些常量，这里的值为0，表示可以进行中断的共享，参数touch_rx是发送中断的设备名称，dev_idtouch是用来共享的中断号。如果成功申请中断的话则返回0给ret变量，当返回了一个非0的值给ret变量的时候，则说明有另外一个驱动程序已经占用了要申请的中断信号线。当申请中断失败后，就必须进行中断信号线的释放，使用的是free_irq()中断信号线释放函数,嵌入式系统设计实例完全,15.2 嵌入式GPS导航系统的设计,2) touch_read函数 touch_read ( )函数的原型是read()函数。它的作用就是从触摸屏设

16、备中读取数据。当在结构中用NULL来表示此函数的话，则说明这个设备是不允许进行读操作的，如果对其进行调用的话，内核将会返回一个错误。下面来对这个touch_read ( )函数进行一下分析。 while(rx_user_count0) if(USAT0 这个循环语句的作用是开辟一个缓冲区用来存放从触摸屏设备中传来的数据。其中interruptible_sleep_on_timeout ( )是延时函数，具体是用定时器来进行延时。延时的原因是由于触摸屏设备把数据传入缓冲区需要一定的时间，而CPU必须等数据进入了缓冲区后才能进行数据的读取,嵌入式系统设计实例完全,15.2 嵌入式GPS导航系统的设

17、计,3) touch_write 函数 touch_write ( )函数的原型是write()函数，它的主要作用是向触摸屏设备发送数据和命令。原理与touch_read( )函数类似，只是数据传输的方向不同。 (4) touch_release函数 touch_release 函数的原型是release()函数。用来关闭触摸屏设备的。如果用NULL代替，则表示设备永远是关闭的。这个函数实现起来比较简单，先调用free_irq()释放触摸屏设备占用的中断控制线，接着使设备的引用计数为0，这样就完成了对触摸屏设备的关闭工作,嵌入式系统设计实例完全,15.2 嵌入式GPS导航系统的设计,3、触摸屏

18、的应用程序 Linux操作系统中应用程序工作在用户区。触摸屏应用程序通过已加载到内核模块中的驱动程序控制触摸屏。应用程序可以通过触摸屏实际使用情况来编写。在我们实际的测控系统中触摸屏做为输入设备，与液晶显示屏配合使用达到完成相应的按钮指令的功能。下面是测试触摸屏能否正常工作的应用程序。 #include #include #include #include #include FILE *fp; int main( ) char read_buf2; char write_buf2=GetX,GetY; int fd,qr,嵌入式系统设计实例完全,15.2 嵌入式GPS导航系统的设计,fd=op

19、en(“/dev/touch”,O_RDWR); /以可读写方式打开前面加载的触摸屏驱动模块 if(fd0) GetLocation( );,嵌入式系统设计实例完全,15.2 嵌入式GPS导航系统的设计,void GetLocation() fp=fopen(“/home/touch.txt”,”w+”); write(fd,write_buf,1); fwrite(read(fd,read_buf,1),1,1,fp); write(fd, 主程序通过fd=open(“/dev/touch”,O_RDWR)； 语句进行了一个open函数的系统调用，用来调用这个触摸屏驱动程序，并以可读可写的方

20、式来打开触摸屏，把该open()系统调用的值返回给fd,，作为判断打开该触摸屏是否成功。接下来程序用while(1)来进行循环检测触摸屏是否有触发动作发生，当有触发动作发生时调用按键处理程序来进行触点位置的读取,嵌入式系统设计实例完全,15.2 嵌入式GPS导航系统的设计,按键处理程序用来得到触点的位置。调用一个写数据的函数向触摸屏控制器发送命令，然后触摸屏根据CPU所发送的命令确定返回的坐标数据。这个程序中是先发送读取X坐标的命令，然后发送读取Y坐标的命令，最后得到触点的坐标值并打印出来。 4、结束语 本文通过介绍在嵌入式Linux操作系统下对触摸屏设备驱动的开发过程，使用户了解嵌入式系统设

21、备驱动的开发流程。通过这种方法开发的设备驱动程序可Linux操作系统下稳定运行，并取得了良好的效果,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系统分析,15.4.1 智能家居系统概况 现在人们生活、工作的节奏越来越快。流动性越来越大在职工作人员在家庭看护、小孩学习监督方面的时间和精力越来越少，因此越来越需要一套简易可行的智能家居管理方法来管理家庭安全和生活。随着计算机技术、现代通信技术、自动化控制技术的迅速发展，智能化建筑开始在世界各地蓬勃发展1。为适应我国加快住宅建设发展，增强住宅建设的科技含量的要求，智能家居安防、电器控制系统的研究也在我国应运而生。 智能家居系统主要利用GSM(Gl

22、obal System for Mobile Communications全球移动通信系统 )移动通讯网络中的手机短信服务来实现对家居情况进行遥测遥控。它的主要功能有：对住宅居住环境 (温度、湿度)及设备进行监控；住户三防 (防火、防灾、防盗)；家用电器控制及使用情况查询 (如电饭煲，空调，热水器等)。智能家居系统可以使你在千里之外掌控家居情况，既方便又安全，让你把家带在身边。 智能家居系统就是指利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术，将与家居生活相关的各种子系统有机结合，从而进行统筹管理，使家居生活更加舒适、安全、有效,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系统分析,作为

23、一个只有几年历史的新兴行业，只能家居既拥有蓬勃的生命力和广阔的前景，而同时又面临着打不开市场的难题。在广大的利润的驱使下，为了解决打开市场这个难题，各种各样的智能家居控制系统和五花八门的功能如雨后春笋般出现。 在国外，智能家居主要是一些富人的奢侈品，但同时它的很多功能也开始在普通家庭中慢慢普及，如防盗系统等等，主要是以一种渐进式的渗透方式打开市场。 而国内的智能家居行业则在今年抓住了房地产业的兴起，广泛地和房地产公司合作，出现了许多智能小区、智能建筑等等。但是由于房价的原因，该行业的发展也受到了一定的制约，主要也还是以富人消费者的奢侈品的身份存在着。 但随着人们消费能力的提高和技术的进步，智能

24、家居走进千家万户仅仅也只是一个时间上的问题。智能家居系统主要能实现家用电器控制、安全布防、远程监控等几方面的功能,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系统分析,1、电器控制 智能家居系统的一个主要功能是实现对家用电器的有效而方便可靠的控制。主要包括对家用电器的电源控制、功能调节、定时操作等等方面。 电源控制可通过对电器插座的控制来实现，当插座控制器接收到系统发送的控制信号时，便可实现对家电的通断电管理，这样即便主人不在家，也可以不必担心家里有什么电器忘了关了。 功能调节主要针对家里的温湿度控制设备，实现随时随地调节家庭环境舒适度的功能。 定时操作主要针对电饭煲、热水器、空调等等家电

25、，能使人一回到家就能享用温热的饭菜，感受适宜的室温,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系统分析,2、安全布防 安全布防主要包括门禁遥控、防盗告警、防火告警、煤气泄漏告警、停电通知等等功能。 智能家居系统还可具有主动报警的功能。将其安全布防方面的功能设置为主动报警，使得系统的一些安防装置(包括门磁感应器、无线红外传感器、烟雾传感器等)一旦被触发，中央控制器就向预先定义的用户手机或其他电话发出报警信息，以达到主动报警的目的。 3、远程监控 远程监控主要满足部分家庭的特殊需求，如家庭看护、视频监控等等。 当家里没人的时候，或者大人外出而婴儿还在熟睡的情况下，有些家庭便会需要对家里进行视

26、频监控。当然视频监控需要更快的网络传输速度，但是这些在不久的将来也必将越来越普及,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系统分析,14.2.2 智能家居系统的实现技术与方式 目前的智能家居系统主要由中央控制器、GSM模块和外围设备等组成。外围设备主要是一些传感器、无线发收器、无线电器控制插座，无线防盗报警传感器和电器驱动电路等。图15.6便是一种典型的智能家,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系统分析,1. 无线通信技术 无线通信技术在智能家居系统中具有重要的地位和作用。一般来说，一个完整的智能家居系统将包括远程无线和短程无线两个模块。远程的主要实现用户和家庭之间的连接

27、主要有GSM、internet等方式，而短程的主要是家用设施和控制器之间的连接主要有蓝牙、红外以及新兴的ZigBee等方式来实现。 2. GSM GSM(Global System for Mobile communication)系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中比较 成熟、完善、应用最广泛的一种系统。目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。 GSM主要提供话音、短信息、数据等多种业务。基于GSM短消息功能可以做成传输各种检测、监控数据信号和控制命令的数据通信系统，能广泛用于远程监控、定位导航、个人通信终端等。因此SMS完全可以作为一种远程监控

28、方式,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系统分析,短消息(Shot Message)业务是GSM系统提供给用户的一种数字业务。通过无线控制信道进行传输，经短消息服务中心完成存储和转发功能，每个短消息的信息量限制为140个字。 目前，在国内使用较多的GSM模块有 Falcom的A2D系列，Wavecon的WM02系列，西门子TC35系列等，这些模块的功能基本相同，提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范。在短消息模块收到网络发来的短消息时，能够通过串口发送指示消息，数据终端设备可以向短消息模块发送各种命令。GSM模块是采用AT指令集进行控制的，采用AT指令可以实现模

29、块参数的设置，实现数据的发送与接收。 AT指令是使GSM模块工作的指令，现在市场上的大多数手机均支持AT指令集，该指令是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的，其中包含了对SMS的控制,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系统分析,SMS操作的基本AT指令如下： ATSMSO 关机 AT+CMGL=0 读未读短消息，l接已读，2存储已发送，3存储未发送，4读所有消息 AT+CMGR=l2读存储区l2的短信 AT+CMGD=7 删除存储区7的短信 AT+CSCA=8613* 设置中心号 AT+CSCA? 读取中心号 收发短消息模式有BLOCK模式、TEXT模式等

30、。 3. 蓝牙技术 蓝牙技术传输可靠并能穿越障碍物、功耗低、成本低廉、组网方便灵活，因此蓝牙可以作为一种有效的无线通信手段，实现室内数据的传输。作为一项即时技术，它不需要安装驱动程序，就可以无线连接各种电子产品和家用设备。 在智能家居系统中，传统的弱电布线方式容易使线缆杂乱影响家居的美观，施工维护和使用的不方便已经无法满足智能家居的更高要求。基于蓝牙的无线网络技术可以适应这些需求,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系统分析,通过安装在系统电路板上的蓝牙集中控制器，可以对嵌入了蓝牙模块的家用电器，如电冰箱、洗衣机、微波炉等进行统一控制和管理，用户在家中的任意位置可以对任意家居设备进

31、行控制。 蓝牙硬件和软件称为蓝牙模块。蓝牙规范定义了蓝牙模块及采用蓝牙技术主机设备的标准接口和通讯协议，不同厂家生产的蓝牙模块具有互操作性。当蓝牙系统中的设备发觉另一个同样支持蓝牙的设备时，它们自动同步建立一种无线网络。蓝牙设备一开始都处于待机状态，当它主动参与微微网通讯或收发数据时就处于激活模式，当它需要与网络保持连接但不参与当前的数据传送时，处于低功耗的休眠状态。 4.ZigBee技术 ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术 ZigB 采用自组织(Adhoc)方式组网这种构架被称为无基础构架的无线局域网(Ad HocWireless LAN)，这

32、种架构对网络内部的设备数量不加限制，并可随时建立无线通信链路协调器一直处于监听状态，一个新添加的RFD会被网络自动发现。ZigBee的技术特点决定了其能很好的满足智能家居网络的上述需求,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系统分析,15.4.3 中心控制系统 中心控制系统是硬件的核心部分，主要功能包括： 1、控制GSM模块的短信息的接收与发送，对 GSM模块的数据进行读取接收并存储在寄存器中； 2、监听各类传感器的信号，并对信号进行处理； 3、控制蓝牙控制器等设备，实现对家用电器的控制； 4、设置看门狗电路，以保证控制控制器的可靠性。 简单的控制系统可以采用单片机来实现，而负责和信

33、息量大的控制系统则需应用嵌入式系统来实现其功能需求了。目前市场长各种类型的控制系统都存在着，成了表示各个公司身份的主要依据,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系统分析,15.4.4系统软件设计 系统主程序主要负责系统的初始化，包括单片机时钟设置、端口工作方式设置、串口设置(波特率、中断允许等)、默认系统数据的恢复(如时间设置、标志位清零等)、GPRS模块的初始化、中断初始化等。然后反复查询SIM卡网络注册情况，直到注册成功。然后进行各方面输入信号的扫描检测，并采取相应的响应，如此循环。 一种典型的系统主程序流程图如图15.7所示,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系

34、统分析,15.4.5 客户端软件设计 客户端软件也就是用户手机上的相关软件，主要实现了用户与控制系统的傻瓜式交流。用户可以将智能家居系统与自己的手机号码绑定，也可以绑定数个手机号码，这样，只能通过绑定的手机才能控制家中的设备，在手机上还可设定密码，实现多重安全保护。如果采用互联网方式登录，也要求用户输入账号和密码进行登录。 客户端软件可以将用户的简单操作或输入转化为相应的控制短消息发送给控制系统，同时也负责解读翻译控制系统发送回来的消息。另外，对于某些采用语音菜单操作的智能家居系统，客户端软件主要完成拨号和传输音频信号的功能,嵌入式系统设计实例完全,15.4 嵌入式智能家居系统分析,15.4.

35、6 小结 智能家居系统基本上兼容了目前流行的网络、无线、嵌入式等等技术，同时能为人们的生活提供极大的便利，是将来家居市场的一个趋势。随着技术的不断成熟和人们对生活需求的提升，智能家居必将在不远的将来走进千家万户,嵌入式系统设计实例完全,15.5 数字视频监控终端在linux环境下的设计与实现,基于嵌入式的远程数字视频监控系统是当前嵌入式应用开发领域一个热门的课题。相比较于传统的视频监控系统，它具有高可靠性、组网方便、可远程监控等优点，因而更适用于工业控制、民用以及银行、政府等部门的安防系统。 本文中着重于嵌入式系统的整体开发，对系统开发的整体流程作了比较详细的研究。在论文中硬件平台采用基于多媒

36、体嵌入式处理器PXA270的开发板，完整地建立了一个嵌入式L inux应用终端，包括开发环境的建立、嵌入式L inux的移植等。在上述基础上具体地开发了一个视频采集模块，对原有驱动的不足进行了二次开发和配置。然后进一步研究了视频编码、网络传输、视频压缩存储等，在以上关键技术的基础上，给出了远程数字视频监控系统的总体结构方案以及相关模块的设计。方案的设计成功对嵌入式系统在消费电子领域的研究开发具有一定的借鉴意义，基于本方案的产品在市场中将具有更好的实用性和经济性，使低成本远程数字视频监控系统成为可能,嵌入式系统设计实例完全,15.5 数字视频监控终端在linux环境下的设计与实现,15.5.1数

37、字视频监控终端概况 视频监控系统一直是监控领域中的热点。它以直观、方便、信息内容丰富而在各个行业得到广泛应用，如:交通、电力、通信、石油、码头、仓库、金融、政府机关企事业单位办事窗口，和军队、公安、监狱、水利/水厂、民航等要害部门。随着社会信息化程度的不断提高，社会各行各业需要实施远程视频监控的范围大大增加，由传统的安防监控向管理监控和生产经营监控发展，对远程视频监控系统的要求也日益增高，往往需要与网络系统相结合，实现对大量视频数据实时的和无地域性阻碍的传输，从而达到资源共享，为各级管理人员和决策者提供方便、快捷、有效的服务,嵌入式系统设计实例完全,15.5 数字视频监控终端在linux环境下

38、的设计与实现,随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统也以其集成度高、体积小、成本低、速度快、可靠性强及稳定性高等特点得到越来越广泛的应用，在视频监控领域的国内外市场上，主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。前者技术发展己经非常成熟、性能稳定，并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而迅速崛起，但仍需进一步结合实际情况来完善和发展。目前，视频监控系统正处在数控模拟系统与数字系统混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段。这其中与嵌入式技术相结合

39、的视频监控系统成为近年来的研究热点，嵌入式方式的视频监控系统主要是以嵌入式视频Web服务器方式提供视频监控。其具有布控区域广阔、几乎无限的无缝扩展能力、易于组成非常复杂的监控网络、性能稳定可靠等特点，必将成为今后视频监控领域的主流产品。因此研究这一领域将是很有现实意义的,嵌入式系统设计实例完全,15.5 数字视频监控终端在linux环境下的设计与实现,15.5.2视频监控系统解决方案 目前，嵌入式网络视频服务器的解决方案主要有以下几种: 1.视频采集芯片十DSP处理器。该方案中由视频采集芯片完成图像的预处理，由DSP完成图像的存储、基于MPEG-4，H.263或M一JPEG标准的压缩、网络传输

40、。该方案的主要缺点是控制不够灵活，不适合作系统控制，因为DSP通常没有强大的操作系统支持。另外在视频采集部分还需要FPGA/CPLD的支持，设计，调试都很困难。 2.DSP处理器+嵌入式处理器。该方案通常采用专用芯片如SAA71llA进行图像采集、采用MPEG一4或者MJPEG20OO标准的图像压缩、由嵌于式微处理器芯片进行系统控制和网络传输的嵌于式网络视频服务器方案。该方案的主要缺点是:由于有两个主要的芯片，设计、调试、使用较难，整个系统软件必须运行于专用的嵌入式操作系统之上，系统成本偏高。该种方案也存在第一种方案的缺点,嵌入式系统设计实例完全,15.5 数字视频监控终端在linux环境下的

41、设计与实现,3.Soeket+Direetshow方案。采用Soeket网络编程技术以及Directshow技术，提出了基于Directshew架构实现基于MPEG-4的远程视频监控方案。采用微处理器完成图像MPEG一4编码、编码数据网络传输和本地存储，采用CPLD完成图像采集的控制逻辑的脱机远程视频监控方案。该方案主要缺点在于软件开发难度大，调试困难,嵌入式系统设计实例完全,15.5 数字视频监控终端在linux环境下的设计与实现,15.5.3视频监控系统的研究热点 监控系统原先是零散地、分别对一些专用设备，如电力设备、工业控制设备等进行监控，其形式在20世纪80年代是集散系统，90年代是总

42、线技术，随着通信、计算机、自动化技术的发展，带动了监控技术的发展与应用，发展非常迅速，逐渐演变成集中监控系统。现在可以说前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化、管理智能化是现代监控系统的发展方向。而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础。所以，监控系统发展的最大特点就是数字化、网络化、智能化、具有这些特点的监控系统可以称为现代监控系统。 1.数字化 监控系统的数字化是系统中的信息(包括视频、音频、控制等)从模拟状态转为数字状态的过程，监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式都与此相关。信息流的数字化、编码压缩，加上开放式的协议，才能是监控系统与信息管理系

43、统实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制,嵌入式系统设计实例完全,15.5 数字视频监控终端在linux环境下的设计与实现,2.网络化 监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡，集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统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硬件和软件均采用标准化、模块化和系列化的设计。系统设备的配置据有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化等特点。系统具有运行互为热备份，容错可靠等功能。的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源得以共享，以及任务和负载的共享。 3.智能化 采用计算机为控制中心，通过系统软件实现控制界面的可视化、统一化，控制环境的多媒体化，可以方便地实现对视频切换、音频切换、镜头云台控制、报警输入、行动输出录像的智能化控制，继而达到自动对事件的分析、统计、处理，实现监控的智能管理。因此，如何建立一个符合实际、能够满足远程管理需要的网路监控系统，具有现实意义,嵌入式系统设计实例完全,15.5 数字视频监控终端在linux环境下的设计与实现,15.5.4 视频