基于ARM和CDMA的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

0 引言

CDMA（碼分多址）網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋面廣，高效、低成本的特點(diǎn)，CDMA網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)200kb/s，這里開(kāi)發(fā)的嵌入式遠(yuǎn)程視頻系統(tǒng)就是充分利用CDMA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)而搭建的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，特別適合邊遠(yuǎn)偏僻或不具備常規(guī)網(wǎng)絡(luò)傳輸條件的地方使用，例如車(chē)載視頻系統(tǒng)、交通路口（車(chē)牌實(shí)時(shí)監(jiān)視）及城市路燈的等。

1 嵌入式Linux系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴(yán)格的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，目前嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)處不在,從汽車(chē)、家用微波爐、PDA（個(gè)人數(shù)字助理）、電視機(jī)、到工控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、通信、儀器、儀表、汽車(chē)、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品方面，都能發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的蹤影。

Linux本身作為一個(gè)桌面系統(tǒng)，其最大的特點(diǎn)是操作系統(tǒng)源代碼公開(kāi)并且遵循GPL協(xié)議，其內(nèi)核采用模塊化的設(shè)計(jì)，易于裁減，特別適合嵌入式系統(tǒng)的小型化要求，在嵌入式系統(tǒng)中占據(jù)了半壁江山。

本系統(tǒng)選用的處理器是SAMSUNG公司的一款中高端arm9內(nèi)核的CPU-S3C2410，其內(nèi)建有MMU（內(nèi)存管理單元），主頻可達(dá)到203MHz，運(yùn)行嵌入式Linux2.4系統(tǒng)正好如魚(yú)得水，不但保持了嵌入式系統(tǒng)小型化、低功耗、易攜帶的特點(diǎn)，又充分利用了Linux系統(tǒng)的內(nèi)存、文件、線(xiàn)程管理功能，大大方便了程序的開(kāi)發(fā)和程序中多任務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)一般可分為實(shí)時(shí)和觸發(fā)模式兩種，可以根據(jù)具體的情況設(shè)計(jì)合適的方式，如果采用實(shí)時(shí)，將占用較多網(wǎng)絡(luò)資源，成本相對(duì)較高，采用觸發(fā)模式的運(yùn)行成本較低，這里采用觸發(fā)模式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

當(dāng)遇異常情況后，觸發(fā)終端拍攝圖片，同時(shí)其內(nèi)部的嵌入式模塊和CDMA模塊協(xié)同運(yùn)作，完成Internet的接入（包括撥號(hào)、PPP和CTP/IP協(xié)議的處理等），并把拍攝到的圖片數(shù)據(jù)經(jīng)打包后發(fā)送給中心主機(jī)，或發(fā)送給指定的E-mail地址，中心主機(jī)登錄到Internet上后運(yùn)行服務(wù)器端軟件就可以瀏覽由點(diǎn)發(fā)來(lái)的圖片。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

要能夠正確運(yùn)行一個(gè)操作系統(tǒng)，硬件方面至少應(yīng)該包括CPU、內(nèi)存和固態(tài)存儲(chǔ)器、系統(tǒng)內(nèi)部以及外設(shè)接口。

SAMSUNG公司的S3C2410 CPU具有3個(gè)UART、1個(gè)RTC和觸摸屏接口，還具有I2C、USB Host、USB Device等接口，充分滿(mǎn)足了系統(tǒng)的需要，而且性?xún)r(jià)比極高，是一個(gè)很不錯(cuò)的選擇。

由于剪裁后的Linux系統(tǒng)所占得存儲(chǔ)空間非常小（只有幾MB），我們選擇Nor Flash作為固體存儲(chǔ)器，型號(hào)是E28F128J3A150，容量為16MB，通過(guò)16位數(shù)據(jù)與CPU交換數(shù)據(jù)，并利用其上端8MB空間（00800000H-00ffffffH）開(kāi)辟了一個(gè)jffs2文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置文件。

64MB的SDRAM為2片K4S561632C，通過(guò)32位數(shù)據(jù)與CPU交換數(shù)據(jù)。

通過(guò)MAX3232C電平轉(zhuǎn)換芯片和RTL8019網(wǎng)絡(luò)芯片轉(zhuǎn)換成一個(gè)RS-232接口和一個(gè)以太網(wǎng)接口，用串口線(xiàn)和以太網(wǎng)網(wǎng)線(xiàn)與PC機(jī)相連，組成可以交叉編譯的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

通過(guò)CPU上集成的USB Host接口直接與USB攝像頭連接，考慮到監(jiān)控與控制模塊接口的要求，選用USB1.1接口的紅外線(xiàn)攝像頭。

通過(guò)CPU上集成的UART接口直接與CDMA Modem模塊相連接，選用價(jià)格適中的AnyData公司的DTGS-800 CDMA模塊。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 控制終端程序設(shè)計(jì)

控制終端軟件的核心是嵌入式Linux操作系統(tǒng)，一切功能的實(shí)現(xiàn)都基于Linux操作系統(tǒng)完成，Linux本身作為一個(gè)桌面系統(tǒng)，進(jìn)入嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域時(shí)，需要解決的問(wèn)題主要包括硬件支持、提供二次開(kāi)發(fā)的環(huán)境以及小型化（裁減內(nèi)核）等，小型化的目的是在滿(mǎn)足操作系統(tǒng)基本功能和用戶(hù)特定需要的情況下，使內(nèi)核盡可能小，作為一個(gè)操作系統(tǒng)，Linux內(nèi)核主要負(fù)責(zé)程序的管理與調(diào)度、內(nèi)存的管理及對(duì)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)和管理等，由于Linux內(nèi)核采用模塊化的設(shè)計(jì)，很多模塊可以獨(dú)立地加載或卸載，所以小型化就是對(duì)Linux內(nèi)核重新編譯，在編譯時(shí)仔細(xì)地選擇嵌入式設(shè)備所需要的功能模塊，同時(shí)刪除不需要的功能，這里只需要串口驅(qū)動(dòng)、USB攝像頭接口驅(qū)動(dòng)（包含USB Host，USB Core和USB Device）還有撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，還要支持PPP、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其他都可以刪除掉，使系統(tǒng)運(yùn)行所需要的內(nèi)核顯著減小至1Mb以?xún)?nèi)。