嵌入式Linux系統(tǒng)下的視頻服務(wù)器解析方案

0 引言

通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)普及到人類生活的各個方面，布控區(qū)域廣闊的網(wǎng)絡(luò)視頻采集系統(tǒng)也在迅速的發(fā)展，嵌入式視頻采集系統(tǒng)的服務(wù)器直接連入已經(jīng)建成的網(wǎng)絡(luò)，既沒有線纜長度的限制，也沒有信號衰減的限制，通過沒有距離概念的網(wǎng)絡(luò)，徹底拋棄了地域的限制。系統(tǒng)具有幾乎無限的無縫擴展能力，所有設(shè)備都以IP地址劃分，增加設(shè)備只是意味著IP地址的增加，可組成非常復雜的視頻采集系統(tǒng)，服務(wù)器輸出的視頻數(shù)據(jù)已完成模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)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(jù)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(jié)合，設(shè)計了以S3C2440為核心的USB攝像頭視頻采集和嵌入式Linux系統(tǒng)下的視頻服務(wù)器，從而實現(xiàn)了遠程網(wǎng)絡(luò)視頻信息采集。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

該系統(tǒng)是以ARM9處理器S3C2440為核心，在嵌入式Linux系統(tǒng)平臺下，通過USB攝像頭采集視頻信息，然后對所得到的視頻數(shù)據(jù)通過內(nèi)部總線送到視頻服務(wù)器MJPG-streamer上，視頻服務(wù)器經(jīng)過對圖像壓縮處理，經(jīng)過以太網(wǎng)傳輸出去，遠端客戶機通過瀏覽器或者專用軟件訪問視頻服務(wù)器，即可瀏覽現(xiàn)場信息，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻采集。系統(tǒng)總體如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示。

系統(tǒng)處理器采用高性能ARM9處理器S3C2440，S3C2440是基于ARM920T核心的RISC處理器，主頻為400 MHz，實現(xiàn)了MMU，具有AMBA總線和哈佛結(jié)構(gòu)高速緩沖體系結(jié)構(gòu)，有獨立的16 KB的指令緩存和16 KB的數(shù)據(jù)緩存。主要應(yīng)用于高性能，低價格，低功耗的嵌入式設(shè)備和手持設(shè)備。處理器內(nèi)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(shè)備，4通道PWM定時器和內(nèi)部看門狗定時器，130個GPIO等。

NAND FLASH采用K9F2G08，該存儲芯片容量大，高達256 MB，改寫速度非?？?，易于使用，具有可靠的耐用性，適合用于大量數(shù)據(jù)存儲，該FLASH以512 B為塊進行讀寫操作，通過輸入輸出接口傳送地址和命令，傳遞專門的數(shù)據(jù)接口與CPU相連，數(shù)據(jù)總線為8 b，寫入操作必須在空白區(qū)域進行，所以在改寫數(shù)據(jù)時要先進行擦除，然后再寫入。

NAND FLAsH在本系統(tǒng)中用來存放bootloader引導代碼，Linux內(nèi)核代碼以及Yaffs文件系統(tǒng)。SDRAM為同步動態(tài)隨機存儲器，類似于PC機的內(nèi)存，在系統(tǒng)啟動時，先將內(nèi)核代碼從FLASH復制到SDRAM中，用來程序的讀取，存儲，執(zhí)行，從而提高CPU讀取和寫入數(shù)據(jù)的速度。本采用2片32 MB的HY57V作為系統(tǒng)內(nèi)存，把他們并聯(lián)起來形成32位的數(shù)據(jù)總線，提高CPU的訪問速度，增加運行Linux系統(tǒng)的流暢性。由于SDRAM掉電不能保存數(shù)據(jù)，所以要不斷的進行動態(tài)刷新來保存數(shù)據(jù)，使用之前要進行初始化。

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(yīng)10 Mb/s和100 Mb/s的網(wǎng)絡(luò)，處理器通過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，即可實現(xiàn)以太網(wǎng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的連接。設(shè)備驅(qū)動程序在Linux操作系統(tǒng)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。攝像頭采用市場普通USB攝像頭，即插即用，處理器通過USB控制器控制攝像頭。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件可分為Bootloader，Linux內(nèi)核，Yaffs文件系統(tǒng)和MJPG-streamer視頻服務(wù)器，系統(tǒng)框圖如圖3所示。

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

Linux內(nèi)核采用Linux 2.6.32版本，運行make menuconfig配置萬能驅(qū)動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，即可選擇萬能驅(qū)動USB攝像頭。

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