嵌入式Linux系統下的視頻服務(wù)器解析方案

0 引言

通信網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)普及到人類(lèi)生活的各個(gè)方面，布控區域廣闊的網(wǎng)絡(luò )視頻采集系統也在迅速的發(fā)展，嵌入式視頻采集系統的服務(wù)器直接連入已經(jīng)建成的網(wǎng)絡(luò )，既沒(méi)有線(xiàn)纜長(cháng)度的限制，也沒(méi)有信號衰減的限制，通過(guò)沒(méi)有距離概念的網(wǎng)絡(luò )，徹底拋棄了地域的限制。系統具有幾乎無(wú)限的無(wú)縫擴展能力，所有設備都以IP地址劃分，增加設備只是意味著(zhù)IP地址的增加，可組成非常復雜的視頻采集系統，服務(wù)器輸出的視頻數據已完成模擬到數字的轉換并壓縮，采用TCP/IP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò )上傳輸，支持跨網(wǎng)關(guān)、跨路由器的遠程視頻信息傳輸。

本文根據網(wǎng)絡(luò )視頻采集的需要，將網(wǎng)絡(luò )傳輸與視頻采集相結合，設計了以S3C2440為核心的USB攝像頭視頻采集和嵌入式Linux系統下的視頻服務(wù)器，從而實(shí)現了遠程網(wǎng)絡(luò )視頻信息采集。

1 系統總體設計

該系統是以ARM9處理器S3C2440為核心，在嵌入式Linux系統平臺下，通過(guò)USB攝像頭采集視頻信息，然后對所得到的視頻數據通過(guò)內部總線(xiàn)送到視頻服務(wù)器MJPG-streamer上，視頻服務(wù)器經(jīng)過(guò)對圖像壓縮處理，經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)傳輸出去，遠端客戶(hù)機通過(guò)瀏覽器或者專(zhuān)用軟件訪(fǎng)問(wèn)視頻服務(wù)器，即可瀏覽現場(chǎng)信息，從而實(shí)現網(wǎng)絡(luò )視頻采集。系統總體如圖1所示。

2 系統硬件設計

系統的硬件框圖如圖2所示。

系統處理器采用高性能ARM9處理器S3C2440，S3C2440是基于A(yíng)RM920T核心的RISC處理器，主頻為400 MHz，實(shí)現了MMU，具有AMBA總線(xiàn)和哈佛結構高速緩沖體系結構，有獨立的16 KB的指令緩存和16 KB的數據緩存。主要應用于高性能，低價(jià)格，低功耗的嵌入式設備和手持設備。處理器內部集成了完備的硬件資源，外部存儲控制器，4通道DMA，3通道的UART，2通道SPI，2通道USB主機和1通道USB設備，4通道PWM定時(shí)器和內部看門(mén)狗定時(shí)器，130個(gè)GPIO等。

NAND FLASH采用K9F2G08，該存儲芯片容量大，高達256 MB，改寫(xiě)速度非?？?，易于使用，具有可靠的耐用性，適合用于大量數據存儲，該FLASH以512 B為塊進(jìn)行讀寫(xiě)操作，通過(guò)輸入輸出接口傳送地址和命令，傳遞專(zhuān)門(mén)的數據接口與CPU相連，數據總線(xiàn)為8 b，寫(xiě)入操作必須在空白區域進(jìn)行，所以在改寫(xiě)數據時(shí)要先進(jìn)行擦除，然后再寫(xiě)入。

NAND FLAsH在本系統中用來(lái)存放bootloader引導代碼，Linux內核代碼以及Yaffs文件系統。SDRAM為同步動(dòng)態(tài)隨機存儲器，類(lèi)似于PC機的內存，在系統啟動(dòng)時(shí)，先將內核代碼從FLASH復制到SDRAM中，用來(lái)程序的讀取，存儲，執行，從而提高CPU讀取和寫(xiě)入數據的速度。本采用2片32 MB的HY57V作為系統內存，把他們并聯(lián)起來(lái)形成32位的數據總線(xiàn)，提高CPU的訪(fǎng)問(wèn)速度，增加運行Linux系統的流暢性。由于SDRAM掉電不能保存數據，所以要不斷的進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新來(lái)保存數據，使用之前要進(jìn)行初始化。

目前最流行的以太網(wǎng)控制器是DAVICOM公司的DM9000網(wǎng)卡芯片，該芯片自適應10 Mb/s和100 Mb/s的網(wǎng)絡(luò )，處理器通過(guò)GPIO與網(wǎng)卡相連，支持3.3 V接口電壓，32位接口存儲器可以方便直接與S3C2440相連，在連接RJ-45接口，即可實(shí)現以太網(wǎng)物理層和數據鏈路層的連接。設備驅動(dòng)程序在Linux操作系統下可以方便的移植，故選擇此網(wǎng)卡芯片作為以太網(wǎng)控制器。攝像頭采用市場(chǎng)普通USB攝像頭，即插即用，處理器通過(guò)USB控制器控制攝像頭。

3 系統軟件設計

本系統軟件可分為Bootloader，Linux內核，Yaffs文件系統和MJPG-streamer視頻服務(wù)器，系統框圖如圖3所示。

“Bootloader是在操作系統運行之前運行的一段小程序，來(lái)完成硬件設備的初始化，從而將系統軟硬件環(huán)境帶到合適狀態(tài)，為最終調用操作系統做好準備”。Bootloader可以從SAMSUNG公司官方網(wǎng)站下載，經(jīng)過(guò)交叉編譯生成Bin文件，下載到板子上。

Linux內核采用Linux 2.6.32版本，運行make menuconfig配置萬(wàn)能驅動(dòng)USB攝像頭，在Device Drivers下，選擇Multimedia device，選擇Video Capture adapters，選擇V4L USB devices，選擇GSPA based webcams，即可選擇萬(wàn)能驅動(dòng)USB攝像頭。

系統采用Yaffs文件系統，Yaffs是專(zhuān)為嵌入式系統使用NAND型閃存而設計的一種日志型文件系統。它減少了一些功能，速度更快，掛載時(shí)間很短，對內存的占用較小，所以系統采用Yaffs文件系統。