基于嵌入式Linux的远程视频监控系统设计

0 引言

CDMA(码分多址)无线网络具有覆盖面广，高效、低成本的特点，CDMA网络的数据传输速率可达200kb/s，这里开发的嵌入式远程视频监控系统就是充分利用CDMA无线网络技术和嵌入式系统的特点而搭建的数据传输系统，特别适合边远偏僻或不具备常规网络传输条件的地方使用，例如车载视频监控系统、交通路口(车牌实时监视)及城市路灯的监控等。

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1 嵌入式Linux系统

嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机系统，目前嵌入式系统已经无处不在，从汽车、家用微波炉、PDA(个人数字助理)、电视机、到工控生产现场、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品方面，都能发现嵌入式系统的踪影。

Linux本身作为一个桌面系统，其最大的特点是操作系统源代码公开并且遵循GPL协议，其内核采用模块化的设计，易于裁减，特别适合嵌入式系统的小型化要求，在嵌入式系统中占据了半壁江山。

本监控系统选用的处理器是SAMSUNG公司的一款中高端ARM9内核的CPU-S3C2410，其内建有MMU(内存管理单元)，主频可达到203MHz，运行嵌入式Linux2.4系统正好如鱼得水，不但保持了嵌入式系统小型化、低功耗、易携带的特点，又充分利用了Linux系统的内存、文件、线程管理功能，大大方便了程序的开发和程序中多任务功能的实现。

2 监控系统结构

监控系统一般可分为实时监控和触发模式监控两种，可以根据具体的情况设计合适的监控方式，如果采用实时监控，将占用较多网络资源，成本相对较高，采用触发模式的运行成本较低，这里采用触发模式，监控系统结构见图1。

当遇异常情况后，触发监控终端拍摄图片，同时其内部的嵌入式控制模块和CDMA模块协同运作，完成Internet的接入(包括拨号、PPP和 CTP/IP协议的处理等)，并把拍摄到的图片数据经打包后发送给控制中心主机，或发送给指定的E-mail地址，控制中心主机登录到Internet上后运行服务器端软件就可以浏览由监控点发来的图片。

3 硬件系统设计

要能够正确运行一个操作系统，硬件方面至少应该包括CPU、内存和固态存储器、系统内部总线以及外设接口，具体硬件系统结构见图2。

SAMSUNG公司的S3C2410 CPU具有3个UART、1个RTC和触摸屏接口，还具有I2C总线、USB Host、USB Device等接口，充分满足了系统的需要，而且性价比极高，是一个很不错的选择。

由于剪裁后的Linux系统所占得存储空间非常小(只有几MB)，我们选择Nor Flash作为固体存储器，型号是E28F128J3A150，容量为16MB，通过16位数据总线与CPU交换数据，并利用其上端8MB空间(00800000H-00ffffffH)开辟了一个jffs2文件存储系统，存储系统的配置文件。

64MB的SDRAM为2片K4S561632C，通过32位数据总线与CPU交换数据。

通过MAX3232C电平转换芯片和RTL8019网络芯片转换成一个RS-232接口和一个以太网接口，用串口线和以太网网线与PC机相连，组成可以交叉编译的开发环境。

通过CPU上集成的USB Host接口直接与USB摄像头连接，考虑到监控与控制模块接口的要求，选用USB1.1接口的红外线摄像头。

通过CPU上集成的UART接口直接与CDMA Modem模块相连接，选用价格适中的AnyData公司的DTGS-800 CDMA模块。

4 软件系统设计

4.1 控制终端程序设计

控制终端软件的核心是嵌入式Linux操作系统，一切功能的实现都基于Linux操作系统完成，Linux本身作为一个桌面系统，进入嵌入式操作系统领域时，需要解决的问题主要包括硬件支持、提供二次开发的环境以及小型化(裁减内核)等，小型化的目的是在满足操作系统基本功能和用户特定需要的情况下，使内核尽可能小，作为一个操作系统，Linux内核主要负责程序的管理与调度、内存的管理及对外设的驱动和管理等，由于Linux内核采用模块化的设计，很多模块可以独立地加载或卸载，所以小型化就是对Linux内核重新编译，在编译时仔细地选择嵌入式设备所需要的功能模块，同时删除不需要的功能，这里只需要串口驱动、USB摄像头接口驱动(包含USB Host，USB Core和USB Device)还有拨号网络应用，还要支持PPP、TCP/IP网络协议，其他都可以删除掉，使系统运行所需要的内核显著减小至1Mb以内。

具体程序设计包括Bootloader启动代码、设备驱动程序(USB摄像头接口驱动程序、串口驱动程序)、拨号、PPP及TCP/IP协议处理，监控接收转发控制程序等。控制流程如图3所示。

a)系统加电后复位。

b)Bootloader初始化CPU、SDRAM、分配地址空间等。

c)Bootloader 把Linux内