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基于ARM嵌入式IPCamera的设计与实现

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0 前言

随着社会的发展,人们对安全防范工作日益重视,监控产品也从以前只在重要单位使用发展到各个领域都在应用。监控产品的技术也从模拟向数字和网络技术发展。网络监控产品使用较多的是硬盘录像机,但价格比较高。有些场合对监控的要求并不高,也不需要录像,但有时又要在远程了解一下当地的画面,这时就希望使用一种低价的,又能实现远程操作的监控产品。所以就计划设计IPCamera(网络照相机),它能够接受网络或手机短信发来的命令进行拍照,并将照片发布到Web服务器上或手机上供用户浏览。

1 IPCamera系统总体设计

IPCamera系统的总体设计思路是:采用ARM9作为系统的处理器,利用普通USB摄像头完成图像采集。系统设计一块网卡和一个GPRS模块,用户可以根据需要决定选用其中的一种、或者二种同时使用。手机能够通过GSM网向IPCamera的GPRS发送拍照控制命令,系统会自动将拍下的照片通过GPRS模块发回给手机;网络用户可以利用telnet协议向IPCamera发送拍照控制命令,然后再利用浏览器查看IPCamera上的照片。

2 IPCamera的硬件设计

在设计IPCamera时,考虑到系统的稳定性和成本等因素,因此将系统硬件设计为3个部分,即核心板、主板和GPRS模块,如图1所示。

核心板采用三星公司生产的S3C2410处理器;SDRAM采用2片HY57V561620AT-H构成64M;将它连接到系统nGCS6,所以它的起始地址为:0x03000000。NAND FLASH 采用SAMSUNG K9F1208芯片,FLASH芯片连接到系统的nGCS0,所以它的起始地址为:0x00000000。要系统从NAND FLASH启动,应将S3C2410的OM0和OM1引脚都接地。

主板主要是一些接口电路。串行接口采用MAX3232芯片,由于本系统只使用一个串口,所以和S3C2410的TXD0和RXD0相连,构成第一个串口电路。JTAG接口直接由S3C2410处理器控制,只不过在连接电路上要加上接电阻。USB接口电路直接采用S3C2410内部的USB主机控制器,然后接上限流电阻和保险丝和USB插座。网卡采用AX88796-X86芯片,接在BANK2的位置上,所以片选接处理器的nGCS2信号,其地址为0X200,所以IO_BASE0、IO_BASE1、IO_BASE2三个引脚悬空,中断选用INT2。网卡的逻辑地址是0x10000200。

GPRS模块采用SIMCOM公司生产的SIM100-E芯片。通过第三个串口信号线TXD2和RXD2和处理器相连接。

图1 IPCamera硬件结构图

3 IPCamera引导程序、操作系统和驱动程序

IPCamera引导程序选用韩国Mizi公司开发的vivi。vivi必须经过裁剪、交叉编译、下载到IPCamera等几个过程。首先使用make menuconfig命令裁剪vivi,然后make命令编译生成vivi的二进制镜像文件,使用的编译器是armv4l-unknown-linux-gcc和armv4l-unknown-linux-as,最后使用JTAG将vivi烧写到IPCamera的flash芯片上。

考虑到成本,以及系统对实时性的要求不高等因素,所以决定选用Linux操作系统。目前发行的Linux操作系统都能支持ARM机的体系结构,所以只要根据平台的具体结构进行移植。系统移植主要包括建立交叉编译环境、修改内核源码、内核裁剪和内核编译4等个环节。内核裁剪时,要让系统包括telnet和ftp服务。telnet服务主要实现能够对IPCamera远程操作,ftp服务主要实现IPCamera的文件上传和下载。最后将编译好的内核映象文件利用vivi软件烧写到IPCamera的flash芯片上。

IPCamera需要串口、USB、视频设备和网卡等多个设备驱动程序[2],由于这些设备都是标准设备,所以可以到厂家去下载相应的设备驱动源程序,然后交叉编译成Linux下的驱动程序,最后通过insmod[3]命令向内核加载驱动程序。如:Linux系统提供了视频设备的内核驱动video4linux(简称V4L),它为视频设备的应用程序编程提供一系列接口函数,所以USB摄像头

就可以采用V4L驱动程序。

4 IPCamera应用程序的设计

IPCamera主要包括3个应用程序,即:USB摄像头拍照、Web服务和GPRS操作控制等程序。这些应用程序都是用C语言来编写,然后通过交叉编译生成可执行文件。

4.1 USB摄像头拍照程序的设计

USB摄像头采用video4linux驱动,V4L图像采集的方法有两种,即overlay和mmap。本系统采用mmap,这种方法是通过将设备文件影射到内存的方法,直接通过指针操作内存的方式读取摄像头采集到的图像数据。控制拍照功能函数如下:

int cap(char * fileName)

{┅

if (device_init(DEFAULT_DEVICE, &vd, 0, 3)==-1)

{ perror("device_init: failed...");

return -1; }

if (v4l_grab_frame(&vd, 0))

return -1;

if (v4l_grab_sync(&vd))

return -1;

img=device_get_address(&vd);

p=img;

for (i=0;i

for (j=0;j

{ tmpc=*(p);

*(p)=*(p+2);

*(p+2)=tmpc;

p+=3; }

if (write_jpeg(fileName, img, 70, 0))

return -1;

}

4.2 Web服务程序的设计

Web服务是通过http协议与客户端通信,工作流程如图2所示。http是一个请求、响应协议,即客户端发出一个请求,服务器端则响应这个请求。http利用可靠的TCP协议连接,默认使用80端口。目前市场上有许多Web 服务程序,但要将其移植到本系统中需要一定的工作量,所以可以设计一个简单的Web服务程序。程序的主函数如下:

图2 Web工作流程图

int main(int argc, char *argv[])

{┅

signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

if (argc > 1 && !strcmp(argv[1], "-i")) {

fclose(stderr);

HandleConnect(0);

exit(0);

}

if((s=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP))==-1) {

perror("Unable to obtain network");

exit(1);

}

if((setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void *)&true,

sizeof(true)))==-1) {

perror("setsockopt failed");

exit(1);

}

server_sockaddr.sin_family=AF_INET;

server_sockaddr.sin_port=htons(SERVER_PORT);

server_sockaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);

if(bind(s, (struct sockaddr *)&server_sockaddr,

sizeof(server_sockaddr))==-1) {

perror("Unable to bind socket");

exit(1);

}

if(listen(s, 8*3)==-1) {

perror("Unable to listen");

exit(4);

}

while (1) {

len=sizeof(ec);

if((fd=accept(s, (void *)&ec, &len))==-1) {

exit(5);

close(s);

}

HandleConnect(fd);

}

4.3 GPRS操作控制程序设计

GPRS操作程序主要任务是监视手机短信,然后根据短信决定具体操作。程序主要利用GPRS的AT命令和SOCKET套接字来完成短信发送和图片传输。GPRS操作程序主函数如下:

main()

{┅

{

if(TakePicture==TRUE)

{ remove("1.jpg");

rename("2.jpg","1.jpg");

rename("6.jpg","5.jpg");

cap("6.jpg");

}

if(SendPicture==TRUE)

SendPicToMob("6.jpg");

}

}

5 结束语

在样机中,硬件由3部分组成,即:核心板、主板和GPRS模块;引导使用vivi;操作系统采用linux2.6.0。系统经过测试,效果较好。本文作者创新点是:利用GSM网络和Internet网络控制远程拍照,并将拍下的照片发布在Internet供用户浏览。这种产品体积小、可靠性高、无需专人管理,非常适合于无人值守的环境。它将会有较好的应用前景。

参考文献:

[1] 李军华,尹文明.基于GPRS的大棚智能监控系统[J].电子技术应用,2006,8:83-85.

[2] 朱华生,叶军. 嵌入式系统IIC设备驱动程序设计与实现[J].微计算机信息,2006,(10-2):120-123.

[3] 朱华生,胡凯利.基于Linux系统的HHARM9电机驱动程序设计[J].南昌工程学院学报.2005,4:51-53.

标签: IPCamera argc 硬件结构图 通信新闻 通信技术 上一篇: 下一篇:
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