基于linux的嵌入式無(wú)線(xiàn)可視門(mén)鈴系統的設計

1、 引言

在當前的電子行業(yè)中，無(wú)線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)滲透到方方面面，無(wú)論是電視機的遙控設備，還是計算機的外圍設備都是如此，有的鍵盤(pán)和鼠標甚至也使用了無(wú)線(xiàn)技術(shù)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已經(jīng)成為熱門(mén)技術(shù)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品廣泛應用于家庭網(wǎng)絡(luò )、小型辦公室、會(huì )展中心、體育中心、飛機廠(chǎng)、醫院、學(xué)校、港口、住宅小區、酒店、寬帶接入。它使人們在internet應用中擺脫了無(wú)窮無(wú)盡電線(xiàn)電纜的束縛，進(jìn)入真正的無(wú)網(wǎng)不在的internet自由空間。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)可望成為新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)。

近幾年來(lái), 隨著(zhù)市場(chǎng)上智能化樓宇的不斷升溫, 門(mén)鈴系統已作為智能化辦公室和智能化住宅小區的一個(gè)重要組成部分，被各商家和用戶(hù)所接受。人們已開(kāi)始習慣用門(mén)鈴系統代替傳統的鐵鑰匙去管理各通道門(mén), 這使門(mén)鈴系統得到了飛躍性的發(fā)展。在2000年, 全世界的門(mén)鈴系統銷(xiāo)量比1999增長(cháng)了接近10倍,占整個(gè)安防市場(chǎng)的40%。

2、 linux操作系統介紹

linux是一種很受歡迎的操作系統，它與unix系統兼容，開(kāi)放源代碼，它原本被設計為桌面系統，現在廣泛應用于服務(wù)器領(lǐng)域。而更大的影響在于它正逐漸的應用于嵌入式設備。但是它仍保持了桌面linux操作系統的主要的優(yōu)點(diǎn)，如穩定性、強大的網(wǎng)絡(luò )功能和出色的文件系統支持等。linux有一個(gè)完整的tcp/ip協(xié)議棧，同時(shí)對其他許多的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議都提供支持。

這些網(wǎng)絡(luò )協(xié)議都在linux上得到了很好的實(shí)現。linux可以稱(chēng)作是一個(gè)針對嵌入式系統的優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò )操作系統。linux以其優(yōu)異的性能、免費開(kāi)放的代碼等優(yōu)點(diǎn)，博得眾多嵌入式開(kāi)發(fā)者的青睞，和過(guò)去基于簡(jiǎn)單rtos甚至沒(méi)有使用任何操作系統的嵌入式程序設計相比，基于linux這樣的成熟的、高效的、健壯的、可靠的、模塊化的、易于配置的操作系統來(lái)開(kāi)發(fā)自己的應用程序，無(wú)疑能進(jìn)一步提高效率，并具有很好的可移植性。

3、 無(wú)線(xiàn)可視門(mén)鈴系統原理框圖

3．1無(wú)線(xiàn)可視門(mén)鈴服務(wù)器端基本工作原理

無(wú)線(xiàn)可視門(mén)鈴是一個(gè)基于高性能嵌入式處理器和硬件實(shí)時(shí)編解碼芯片，結合

linux操作系統，由服務(wù)器端和客戶(hù)端兩部分組成的系統。主要實(shí)現音頻視頻的高質(zhì)量編解碼和網(wǎng)絡(luò )轉發(fā)功能，服務(wù)器端具體實(shí)現功能如下：

由ccd sensor和音視頻端口進(jìn)來(lái)的輸入信號，經(jīng)過(guò)視頻a/d和音頻a/d轉換后，進(jìn)行mpeg4視頻編碼和mpeg mp3音頻編碼。編碼后的視音頻碼流送到網(wǎng)絡(luò )復用模塊打包后，經(jīng)過(guò)802.11x無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )送到客戶(hù)端。具體功能如下：

.1）基于idt rc32434高性能嵌入式處理器等硬件系統的加電自舉boot loader功能，具有系統硬件初始化和檢測，嵌入式操作系統或用戶(hù)程序的裝載啟動(dòng)功能。

2）.在嵌入式操作系統環(huán)境下，對以vw2010為核心的a/v模塊進(jìn)行初始化配置和vw2010驅動(dòng)程序加載。

3）.對模擬音頻視頻進(jìn)行a/d轉換，并以mpeg-4的格式進(jìn)行壓縮編碼。

4）.將壓縮編碼后的數據流通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行轉發(fā)。

.5)可以對壓縮編碼后的數據流/文件進(jìn)行保存，對輸入的壓縮編碼音頻/視頻文件進(jìn)行 解碼和模擬音頻視頻播放輸出。

3．2無(wú)線(xiàn)可視門(mén)鈴客戶(hù)端基本工作原理

802.11x無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )

flash

sdram

cpu

數字視頻解碼

網(wǎng)絡(luò )

解復用

數字音頻解碼

rs232

控制信號

視頻d/a

視頻編碼

可視終端

音頻d/a

由無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接收的傳送流數據，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )解復用模塊解復用后，獲得的視頻碼流和音頻碼流分別送至視頻解碼模塊和音頻解碼模塊進(jìn)行mpeg4視頻解碼 和mpeg mp3音頻解碼。解碼后的數據經(jīng)過(guò)視頻模擬編碼、d/a和音頻d/a轉換后送到可視終端進(jìn)行顯示。

無(wú)線(xiàn)可視門(mén)鈴系統服務(wù)器端和客戶(hù)端的實(shí)物圖如圖4所示。圖片的下面是無(wú)線(xiàn)可視門(mén)鈴系統服務(wù)器端，上面是無(wú)線(xiàn)可視門(mén)鈴系統客戶(hù)端。

4、 無(wú)線(xiàn)可視門(mén)鈴系統設計

4.1 系統設計原理

系統設計包括硬件和軟件。硬件主要分控制系統和輸入、輸出數據源三部分。輸入、輸出數據源可以是ide接口設備(如硬盤(pán))或網(wǎng)絡(luò )端口?？刂葡到y對系統各部分進(jìn)行監測和控制、完成數據流的傳輸等?？刂葡到y主要由主控芯片、flash和sram組成。主控芯片通過(guò)pci總線(xiàn)控制系統其他模塊，是控制系統的核心；flash里固化嵌入式linux操作系統，存放應用軟件和備份數據；sdram作為內存供系統運行使用。mpeg-4硬件編、解碼系統采用硬編、解碼方式，負責將輸入的mpeg-4數據流編、解碼成普通的電視信號，其核心是編、解碼芯片。為解決數據流不穩定的問(wèn)題，編、解碼芯片通常使用sdram進(jìn)行數據緩沖才可以保證正常編、解碼過(guò)程。

軟件主要包括嵌入式linux移植、編、解碼驅動(dòng)和應用程序編寫(xiě)。嵌入式linux移植到由主控芯片flash控制器控制的flash里，操作系統程序文件分成五個(gè)主要部分：bootloader、kernel、ramdisk、usr和boot_param，分別放在flash內的五個(gè)模塊中。根據不同模塊的具體功能采用不同的文件方式：bootloader、kernel、ramdisk和boot param，開(kāi)發(fā)好后不需要動(dòng)態(tài)改變，且容量小，使用節省空間的romfs只讀文件系統，usr模塊內容較多并需要進(jìn)行讀寫(xiě)操作，要使用支持動(dòng)態(tài)擦寫(xiě)保存的jffs文件系統。

4.2 系統硬件設計

系統的硬件設計主要分兩部分：數據源接口設計、控制系統設計。數據流先要從數據源經(jīng)數據源接口送至pci總線(xiàn)，此系統數據源接口為pci總線(xiàn)上的pci／ide橋芯片和網(wǎng)絡(luò )控制芯片。

控制系統調配系統資源、控制系統各個(gè)部分以及數據流的傳輸。主控芯片采用idt rc32434。它是一款64位mips，內部集成了nand flash控制器(flashc)、32位pci總線(xiàn)控制器(pcic)、4通道dma控制器、4通道sdram控制器(sdramc)、外部總線(xiàn)控制器(ebusc)、外部總線(xiàn)接口(e—busi)以及2個(gè)通用串口等，并通過(guò)內部總線(xiàn)對它們分別進(jìn)行控制。其工作主頻400mhz，處理速度快，功能強，性?xún)r(jià)比高，能很好滿(mǎn)足嵌入式linux系統的需求。

mips通過(guò)內部的flashc和sdramc實(shí)現對外圍flash和sdram的控制，其中sdram的數據地址線(xiàn)要與外部總線(xiàn)控制接口(ebusi)連接，flash的數據地址線(xiàn)連接到對應的flashc的數據地址端口。mips通過(guò)pci總線(xiàn)控制器(pcic)控制其他pci接口設備。

4.3系統軟件設計

本系統軟件設計主要分為嵌入式linux操作系統內核移植、編碼和解碼芯片、pci橋芯片及網(wǎng)口等系統驅動(dòng)程序編寫(xiě)和解碼應用程序的編寫(xiě)，其體系結構及與硬件的關(guān)系如圖6所示。

嵌入式linux操作系統是用戶(hù)控制系統的硬件平臺，系統驅動(dòng)程序采用模塊化形式，向上為用戶(hù)層的應用程序提供api函數，向下通過(guò)系統硬件api函數控制系統硬件。編、解碼驅動(dòng)模塊采用實(shí)時(shí)加載方式，其他如網(wǎng)口、i2c和pci／ide接口等驅動(dòng)通用性強，直接編譯入內核。編、解碼應用程序則實(shí)現系統mpeg-4數據流的傳輸和編、解碼。圖7和圖8分別是無(wú)線(xiàn)可視門(mén)鈴服務(wù)器端和客戶(hù)端主程序流程圖。

5、 結論

上述介紹了一種嵌入式無(wú)線(xiàn)可視門(mén)鈴系統，該系統采用硬件編、解碼方式實(shí)現ide接口設備或網(wǎng)絡(luò )端口輸入和輸出的mpeg-4碼流。系統采用64位mips芯片idt rc32434作為主控制器，以vw2010作為mpeg-4編、解碼芯片；采用嵌入式linux作為操作系統和模塊化的vw2010驅動(dòng)程序，編、解碼應用程序簡(jiǎn)單實(shí)用，可擴展性強。實(shí)驗證明此系統可廣泛用于ip電視、衛星電視、無(wú)線(xiàn)可視門(mén)鈴和基于mpeg-4標準的數字電視廣播系統中，應用前景十分廣闊。