基于ARM的倉庫視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

1、基于ARM 的倉庫視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)韓君(浙江國際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院浙江舟山316021摘要:設(shè)計(jì)一種基于Intel PXA255的ARM +Linux 組成的倉庫視頻監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對倉庫現(xiàn)場情景的監(jiān)控。首先介紹了基于ARM 的倉庫視頻監(jiān)控的優(yōu)勢,其次介紹硬件平臺,并給出視頻監(jiān)控的具體實(shí)現(xiàn)方案,最后重點(diǎn)介紹如何實(shí)現(xiàn)在PXA255和PC 監(jiān)控機(jī)間圖像的采集和傳輸。該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,PC 監(jiān)控機(jī)能準(zhǔn)確地接收采集到的圖像。這里將ARM 與USB 攝像頭的視頻監(jiān)控結(jié)合起來并應(yīng)用于倉庫的安防中,系統(tǒng)價(jià)格便宜,工作穩(wěn)定。關(guān)鍵詞:ARM PXA255;Linux ;視頻監(jiān)控;圖像采集中圖分

2、類號:TP277文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:10042373X (2008242043202Design and R ealization of Storehouse Video Monitoring System B ased on ARMHAN J un(Zhejiang International Maritime College ,Zhoushan ,316021,China Abstract :A storehouse video monitoring system composed by ARM +Linux based on the Intel PXA255has been des

3、igned.Storehouse scene monitoring is realized through Ethernet.At first ,this paper introduces the superiority of storehouse video monitoring based on ARM.Then ,it introduces the hardware platform ,offers the realization plan of video monitoring in detail.Finally ,this paper emphases on how to reali

4、ze the gathering and transmission of image between PXA255and PC monitoring machine.This system operates well ,and the PC monitor could receive the image gathered accurately.Using ARM and the USB camera video monitoring and applying in the storehouse guards against peacefully ,the price of system is

5、cheap and the work is stable.K eywords :ARM ;PXA255;Linux ;video monitoring ;image acquisition收稿日期:2008204218傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)是將其前端設(shè)備與中心端設(shè)備用電纜簡單的進(jìn)行連接,或者利用傳統(tǒng)無線通道傳輸。由于其系統(tǒng)龐大,因此軟硬件資源得不到充分利用。隨著多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)帶寬的迅速擴(kuò)大,同時(shí)人們對于安全、防盜和提高工作效率等方面意識的增強(qiáng),出現(xiàn)了將數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的監(jiān)控體系。本系統(tǒng)中所使用的攝像頭為市面上常見的U SB 攝像頭,價(jià)格便宜而且性能穩(wěn)定。同時(shí),

6、這種監(jiān)控方式傳輸可靠,使用方便,因此可以大范圍使用在倉庫等地點(diǎn)1,2。嵌入式Linux 操作系統(tǒng)同目前廣泛應(yīng)用的嵌入式操作系統(tǒng)WinCE ,VxWorks 等相比,具有可移植性好、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)、完全開放源代碼等優(yōu)點(diǎn)。PXA255是因特爾公司開發(fā)的一款采用A RM 結(jié)構(gòu),面向高性能、低功耗設(shè)備的嵌入式處理器,它的硬件結(jié)構(gòu)使得其適合做圖像采集與運(yùn)算處理。綜合以上考慮,利用Intel PXA255的ARM +Linux 組成的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。1系統(tǒng)硬件平臺整個(gè)系統(tǒng)是在以Intel PXA255為核心的開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)的。PXA255是一個(gè)32位處理器,它的主頻可達(dá)400M Hz

7、,工作電壓為1.3V ,功耗小,節(jié)約電能,價(jià)格低。它內(nèi)部集成了多種外設(shè)控制模塊,在實(shí)際使用時(shí)可以根據(jù)需要進(jìn)行裁減。開發(fā)板配備了豐富的硬件資源,以太網(wǎng)部分采用的是CS8900以太網(wǎng)控制器。U SB 部分采用專為嵌入式領(lǐng)域研制的C Y67300作為U SB 主控制器,該芯片可作為主口控制,也可作為從口控制芯片,內(nèi)嵌有8051微控制器和RAM ,支持全速和高速兩種模式。這樣可以方便地使用U SB 攝像頭來進(jìn)行圖像的采集。U SB 攝像頭選用的是使用了OV511芯片的網(wǎng)眼V2000攝像頭,它是Linux 內(nèi)核公開支持的攝像頭芯片。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和Linux 內(nèi)核的配置2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)倉庫視頻監(jiān)控系統(tǒng)

8、主要分為ARM (PXA255、U SB 攝像頭、遠(yuǎn)程PC 監(jiān)控電腦幾部分,其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示3。系統(tǒng)的整個(gè)工作流程如下:PXA255是整現(xiàn)代電子技術(shù)2008年第24期總第287期 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)個(gè)系統(tǒng)的“大腦”,它通過Linux 操作系統(tǒng)的調(diào)度,實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的整體管理。遠(yuǎn)程的PC 監(jiān)控電腦若發(fā)出了啟動監(jiān)控的指令,PXA255通過網(wǎng)口解析收到的指令,并打開攝像頭V2000開始進(jìn)行視頻監(jiān)控,采集的圖像通過以太網(wǎng)口傳送到遠(yuǎn)程的PC 監(jiān)控電腦。PC 監(jiān)控電腦將圖片文件保存起來,這些被保存起來的文件將有2個(gè)作用:可以供監(jiān)控人員通過IE 瀏覽器觀察監(jiān)控現(xiàn)場的圖像;可以作為圖像數(shù)據(jù)保存起來并在必要的時(shí)候在

9、進(jìn)行重新調(diào)用 。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖2.2Linux 內(nèi)核的配置定要加上內(nèi)核對U SB 攝像頭的支持。具體步驟為:在U SB Support 的U SB Multimedia 中選擇U SB OV511Camera Support ,在Multimedia devices 中選擇Video for Linux ,內(nèi)核被配置成支持Video4Linux ,它使得可以使用Linux 內(nèi)核為視頻采集設(shè)備提供的一系列編程接口4,5。3視頻監(jiān)控中的圖像采集軟件流程系統(tǒng)在基于PXA255的ARM 芯片和嵌入式Linux 系統(tǒng)平臺上采用Video4Linux 編程來獲取圖的頭文件來完成J PEG 壓縮。Vid

10、eo4Linux 是Linux 中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動,它為針對視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供了一系列的接口函數(shù),這些視頻設(shè)備包括當(dāng)今市場上流行的U SB 攝像頭、TV 卡和視頻捕捉卡等。對于U SB 攝像頭而言,其驅(qū)動程序中需要提供一些基本的I/O 操作接口函數(shù)(如open ,write ,read ,ioctl ,clo se 等來實(shí)現(xiàn)與設(shè)備文件的“交流”,它們定義在st ruct file_operations 中,這樣當(dāng)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件進(jìn)行諸如:open ,write 等操作時(shí),Linux 內(nèi)核將通過file_operations 結(jié)構(gòu)訪問驅(qū)動程序提供的函數(shù)。采集程序?qū)崿F(xiàn)過程:調(diào)用函數(shù)

11、f d =open (打開視頻設(shè)備對應(yīng)設(shè)備文件/dev/video0,接著分別調(diào)用V IDIOC G 2CA P ,V IDIOC GPICT 來獲得設(shè)備相關(guān)信息、讀取圖像信息,然后利用V IDIOCSWIN 和V IDIOCGMBU F 分別設(shè)置圖片的高、寬和申請后面需要使用的緩沖區(qū),在 。圖2USB 攝像頭采集流程圖4圖像的以太網(wǎng)傳輸流程圖像的以太網(wǎng)傳輸是采用SOC KET 編程來完成的。SOC KET 接口是TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)的A PI ,SOC KET 接口定義了許多函數(shù)或者例程,它可以被用來開發(fā)TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序。傳輸程序采用的方式是服務(wù)器和客戶協(xié)同工作模式,它們之間是面

12、向連接的工作方式8。服務(wù)器的工作流程9,10:首先使用socket 函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)流套接字,該套接字是指定給這個(gè)服務(wù)進(jìn)程的一個(gè)開放的系統(tǒng)資源。調(diào)用bind 函數(shù)以及之前創(chuàng)建的套接字使得其與本機(jī)地址以及一個(gè)本地端口號綁定起來,然后使用listen 函數(shù)在之前創(chuàng)建的套接字上進(jìn)行監(jiān)聽,它(下轉(zhuǎn)第48頁嵌入式技術(shù)韓君:基于ARM 的倉庫視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)ARM920T 處理器的S3C2410開發(fā)板上,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明移植后的eCOS 運(yùn)行穩(wěn)定,并可以正確地運(yùn)行多線程應(yīng)用程序。隨著eCOS 的不斷成熟,憑借代碼的可裁減性、可移植性等優(yōu)勢,其勢必將越來越多地應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域中,然而eCOS 官方提供的源代

13、碼遠(yuǎn)不能滿足開發(fā)者的需要,本文為嵌入式開發(fā)人員提供了eCOS 移植的具體步驟,對eCOS 在ARM920T 體系下的其他平臺移植有著指導(dǎo)意義 。圖4eCOS 應(yīng)用程序運(yùn)行結(jié)果參考文獻(xiàn)1Anthony J Massa.Embedded Software Development witheCOSM .Prentice Hall ,2003.2蔣句平.嵌入式可配置實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)eCOS 開發(fā)與應(yīng)用M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.3Anon.Building a Tool Chain for Use with eCOSEB/OL .4趙楚瑩,尹俊勛,梁偉豪.eCOS 嵌入式系統(tǒng)的S3C2510以太

14、網(wǎng)驅(qū)動程序設(shè)計(jì)J .微計(jì)算機(jī)信息,2006(2:1102112.5周永紅,王玲玲.如何構(gòu)建eCOS 嵌入式系統(tǒng)J .單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2005(11:79281.alZ.2003.7李廷軍,林雪原,董文洪,等.利用銣鐘實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究J .通信學(xué)報(bào),2006,27(8:1442147,154.8李廷軍,周娜,于傳健,等.數(shù)據(jù)復(fù)接器研究J .海軍航空工程學(xué)報(bào),2005,20(1:1452146.9Li Tingjun.Data Acquiring System Based on Vxi Bus J .2nd International Conference on Active Medi

15、a Technology ,2004(5:6882692.10Li Tingjun.Automatic Measuring Mode of a ReciprocalTwo 2port Network C .5th International Symposium on Test and Measurement ,2003(6:9052907.11Li Tingjun.The System of Long 2range Monitor and Meas 2urement Based on Common TelephoneC.5th Internation 2al Symposium on Test

16、 and Measurement.,2003(6:149021493.12Li Tingjun.Design of Computer Management SystemC .3rd International Conference on Wavelet Analysis and Ap 2plications ,2004(5:7442749.13Li Tingjun.Design of Boot Loader in Embedded SystemJ .Proceedings of the 6th International Progress Wavelet Analysis and Active

17、 Media Technology.(上接第44頁為進(jìn)入的連接創(chuàng)建一個(gè)連接隊(duì)列。服務(wù)進(jìn)程通過調(diào)用accept 函數(shù)接收這些連接。如果accept 函數(shù)收到一個(gè)連接服務(wù)請求后,將產(chǎn)生一個(gè)新的socket 號,原有的socket 號并沒有被丟棄,可以做其他連接,而這個(gè)新的socket 號將只用于和特定客戶的通信。最后在讀入客戶端的數(shù)據(jù)請求后,將數(shù)據(jù)依次寫入緩沖區(qū)?？蛻舳说墓ぷ髁鞒?,10:客戶端的動作比服務(wù)器端要直觀。客戶進(jìn)程通過調(diào)用socket 創(chuàng)建一個(gè)套接字,將服務(wù)器進(jìn)程的已命名套接字作為地址調(diào)用connect 函數(shù)與服務(wù)器進(jìn)程建立連接。一旦建立連接,客戶端和服務(wù)器就可以像用普通文件描述字一樣

18、使用套接字進(jìn)行雙向通信。參考文獻(xiàn)1沈勇,王貞勇.基于Web 的嵌人式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J .計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2003(22:1192121.2崔珂,吳鎮(zhèn)煒,劉明哲.基于嵌入式實(shí)時(shí)Linux 的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)J .計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2005(10:95297.3劉恒洋,王森.基于ARM 的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J .微計(jì)算機(jī)信息,2007(20:1252127.4Jonathan Corbet ,Alessandro Rubini ,Cregkroah Hartman.Linux 設(shè)備驅(qū)動程序M .3版.魏永明,耿岳,鐘書毅,等譯.北京:中國電力出版社,2006.5劉淼.嵌入式系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)與Linux 驅(qū)動程序開發(fā)M .北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.6陳賾.ARM9嵌入式技術(shù)及Linux 高級實(shí)踐教程M .北京:北京航空航天出版社,2005.7王滔,于潔,