基于A(yíng)RM920T處理器核的圖像采集系統設計

引言

　　隨著(zhù)微電子技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)也有了長(cháng)足的進(jìn)步。因此，基于嵌入式技術(shù)的圖像數據采集與存儲監控系統以其直觀(guān)、方便、信息內容豐富的特點(diǎn)，廣泛應用于許多場(chǎng)合。

　　處理器性能的提高，接口傳輸數據能力的增強，特別是未來(lái)高容量存儲器的出現，圖像監控系統的小型化、多功能化是易于實(shí)現的，嵌入式技術(shù)引入圖像監控系統后，兩個(gè)問(wèn)題需要解決，一是靈活的圖像監控系統結構調整，二是適合監控規范、集圖像和信號檢測與控制一體的交互式軟件的設計。

　　1 系統平臺的搭建

　　1.1 硬件平臺的搭建

　　ARM(AdvancedRISCMachines)，既可以認為是一個(gè)公司的名字，也可以認為是對一類(lèi)微處理器的統稱(chēng)，還可以認為是一種技術(shù)的名字。

　　S3C2410處理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用0.18um制造工藝的32位微控制器。該處理器擁有：獨立的16KB指令Cache和16KB數據Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶PWM的Timer，I/O口，RTC，8路10位ADC，TouchScreen接口，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，2個(gè)USB主機，1個(gè)USB設備，SD主機和MMC接口，2路SPI。S3C2410處理器最高可運行在203MHz。

　　由S3C2410為核心的圖像采集系統的硬件結構如圖1所示。因為S3C2410內部只有很小的存儲空間，所以我必須外擴系統的存儲器，作為32位的微處理器，S3C2410支持8位，16位和32位尋址方式，有16M×32位的尋址能力，可方便地構建較大地存儲空間，系統的存儲器由FLASH和SDRAM構成。數碼攝像頭通過(guò)USB接口與S3C2410芯片連接，通過(guò)S3C2410芯片來(lái)控制數碼攝像頭對圖像進(jìn)行采集，并存儲在存儲器中。

　　1.2 軟件平臺的搭建

　　嵌入式Linux(EmbeddedLinux)是指對Linux經(jīng)過(guò)裁剪小型化后，可固化在存儲器或單片機中，應用于特定嵌入式場(chǎng)合的專(zhuān)用Linux操作系統。具體的搭建流程如圖2所示。

　　2 USB攝像頭設備驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)

　　在Linuxkernel源碼目錄中driver/usb/usb_skeleton.c提供了一個(gè)最基礎的USB驅動(dòng)程序，我們稱(chēng)為USB骨架。通過(guò)他僅需要修改極少的部分，就可以完成一個(gè)USB設備的驅動(dòng)。我們的USB驅動(dòng)開(kāi)發(fā)也是從它開(kāi)始的。USB驅動(dòng)程序結構如下：

　　該結構指明了USB設備驅動(dòng)所要做的工作，具體內容如下：

　　(1)在驅動(dòng)模塊加載的時(shí)候，向USB核心子系統注冊，并告訴子系統需要支持的設備。

　　(2)在卸載USB設備驅動(dòng)程序向USB核心子系統注銷(xiāo)。

　　(3)當獲支持的設備插入或者拔出的時(shí)候，調用哪些功能。

　　在初始化函數中，USB設備驅動(dòng)調用usb_register函數進(jìn)行注冊。

　　以上介紹了簡(jiǎn)單USB設備驅動(dòng)程序的框架。但是我們要進(jìn)行的攝像頭驅動(dòng)開(kāi)發(fā)比上述驅動(dòng)稍微復雜些。除了之前講到的USB驅動(dòng)還包括圖像采集部分的設備驅動(dòng)。

　　首先，我們需要定義一個(gè)數據結構，其中一個(gè)包括圖片信息、采集模式、解碼方式。具體定義如下。

　　LinuxUSB驅動(dòng)程序需要做的第一件事情就是在LinuxUSB子系統里注冊，并提供一些相關(guān)信息，例如這個(gè)驅動(dòng)程序支持哪種設備，當被支持的設備從系統插入或拔出時(shí)，會(huì )有哪些動(dòng)作。所有這些信息都將傳送到USB子系統中。以下代碼完成USB攝像頭的注冊功能：

　　以上定義的數據含義如下ZC301是客戶(hù)端驅動(dòng)程序的名稱(chēng)，用于避免驅動(dòng)程序的重復安裝和卸載。

　　zc301_probe則指向USB驅動(dòng)程序的探測函數指針，提供給USB內核的函數，用于判斷驅動(dòng)程序是否能對設備的某個(gè)接口進(jìn)行驅動(dòng)。

　　zc301_disconnect指向USB驅動(dòng)程序中的斷開(kāi)函數的指針，當從系統中被移除或者驅動(dòng)程序正在從USB核心中卸載時(shí)，USB核心將調用該函數。

　　zc301_table列表包含了一系列該驅動(dòng)程序可以支持的所有不同類(lèi)型的USB設備，如沒(méi)有設置該列表，則該驅動(dòng)程序中的探測回調函數不會(huì )被調用。

　　系統啟動(dòng)時(shí)，首先需要加載各種驅動(dòng)模塊，然后向系統注冊了生產(chǎn)廠(chǎng)商號碼(VendorID)和產(chǎn)品號(Pro-ductID)。當USB設備連接到主機上，系統會(huì )檢測它的VendorID和ProductID，如果與驅動(dòng)模塊的注冊?xún)热萜ヅ?，則將該驅動(dòng)程序與設備掛接起來(lái)[5]。當插入攝像頭時(shí)，系統會(huì )調用zc301_probe函數。參數dev指定了設備信息，probe函數驗證所有可選配置的有效性，并調用usbvideo模塊的sbvideo_Regis-terVideoDevice()函數向videodev系統注冊。

　　當系統完成驅動(dòng)注冊后，調用staticintzc301_init(structusb_zc301*zc301)和staticvoidzc301_start(structusb_301*zc301)函數完成對設備的初始化過(guò)程：填寫(xiě)各個(gè)寄存器值、啟動(dòng)攝像頭。系統運行到這一步，基本完成了對攝像頭驅動(dòng)加載及設備初始化。接下來(lái)需要通過(guò)讀取用戶(hù)設定的圖像規格，其中包括：圖像格式、分辨率、顏色深度、對比度和亮度等參數。這些數值的讀取都是通過(guò)以下函數實(shí)現的：

　　在得到這些參數值后，再調用一套函數，實(shí)現參數的設置。每個(gè)參數設置函數和之前的參數取值函數是一一對應的。具體函數如下：

　　通過(guò)調用上面的函數，我們基本得到了所需的參數值，這樣我們就可以啟動(dòng)攝像頭了。