基于S3C2410的嵌入式視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(一)
引言
圖像采集與存儲功能構(gòu)成的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范技術(shù)體系中不可缺少的重要組成部分,隨著微電子技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展,嵌入式技術(shù)也有了長足的進步。因此,基于嵌入式技術(shù)的圖像數(shù)據(jù)采集與存儲監(jiān)控系統(tǒng)以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富的特點,廣泛應(yīng)用于許多場合。
監(jiān)控系統(tǒng)工作于特定的環(huán)境下,具有很特殊的環(huán)境和結(jié)構(gòu)要求,這對監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件平臺提出了很高的要求。處理器性能的提高,接口傳輸數(shù)據(jù)能力的增強,特別是未來高容量存儲器的出現(xiàn),圖像監(jiān)控系統(tǒng)的小型化、多功能化是易于實現(xiàn)的,嵌入式技術(shù)引入圖像監(jiān)控系統(tǒng)后,兩個問題需要解決,一是靈活的圖像監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整,二是適合監(jiān)控規(guī)范、集圖像和信號檢測與控制一體的交互式軟件的設(shè)計。
1 系統(tǒng)平臺的搭建
1.1 硬件平臺的搭建
ARM(AdvancedRISCMachines),既可以認(rèn)為是一個公司的名字,也可以認(rèn)為是對一類微處理器的統(tǒng)稱,還可以認(rèn)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(shù)據(jù)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USB主機,1個USB設(shè)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(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。因為S3C2410內(nèi)部只有很小的存儲空間,所以我必須外擴系統(tǒng)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(gòu)建較大地存儲空間,系統(tǒng)的存儲器由FLASH和SDRAM構(gòu)成。數(shù)碼攝像頭通過USB接口與S3C2410芯片連接,通過S3C2410芯片來控制數(shù)碼攝像頭對圖像進行采集,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)過裁剪小型化后,可固化在存儲器或單片機中,應(yīng)用于特定嵌入式場合的專用Linux操作系統(tǒng)。具體的搭建流程如圖2所示。
2 USB攝像頭設(shè)備驅(qū)動的開發(fā)
在Linuxkernel源碼目錄中driver/usb/usb_skeleton.c提供了一個最基礎(chǔ)的USB驅(qū)動程序,我們稱為USB骨架。通過他僅需要修改極少的部分,就可以完成一個USB設(shè)備的驅(qū)動。我們的USB驅(qū)動開發(fā)也是從它開始的。USB驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)如下:
該結(jié)構(gòu)指明了USB設(shè)備驅(qū)動所要做的工作,具體內(nèi)容如下:
?。?)在驅(qū)動模塊加載的時候,向USB核心子系統(tǒng)注冊,并告訴子系統(tǒng)需要支持的設(shè)備。
(2)在卸載USB設(shè)備驅(qū)動程序向USB核心子系統(tǒng)注銷。
?。?)當(dāng)獲支持的設(shè)備插入或者拔出的時候,調(diào)用哪些功能。
在初始化函數(shù)中,USB設(shè)備驅(qū)動調(diào)用usb_register函數(shù)進行注冊。
以上介紹了簡單USB設(shè)備驅(qū)動程序的框架。但是我們要進行的攝像頭驅(qū)動開發(fā)比上述驅(qū)動稍微復(fù)雜些。除了之前講到的USB驅(qū)動還包括圖像采集部分的設(shè)備驅(qū)動。
首先,我們需要定義一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),其中一個包括圖片信息、采集模式、解碼方式。具體定義如下。
LinuxUSB驅(qū)動程序需要做的第一件事情就是在LinuxUSB子系統(tǒng)里注冊,并提供一些相關(guān)信息,例如這個驅(qū)動程序支持哪種設(shè)備,當(dāng)被支持的設(shè)備從系統(tǒng)插入或拔出時,會有哪些動作。所有這些信息都將傳送到USB子系統(tǒng)中。以下代碼完成USB攝像頭的注冊功能:
以上定義的數(shù)據(jù)含義如下ZC301是客戶端驅(qū)動程序的名稱,用于避免驅(qū)動程序的重復(fù)安裝和卸載。
zc301_probe則指向USB驅(qū)動程序的探測函數(shù)指針,提供給USB內(nèi)核的函數(shù),用于判斷驅(qū)動程序是否能對設(shè)備的某個接口進行驅(qū)動。
zc301_disconnect指向USB驅(qū)動程序中的斷開函數(shù)的指針,當(dāng)從系統(tǒng)中被移除或者驅(qū)動程序正在從USB核心中卸載時,USB核心將調(diào)用該函數(shù)。
zc301_table列表包含了一系列該驅(qū)動程序可以支持的所有不同類型的USB設(shè)備,如沒有設(shè)置該列表,則該驅(qū)動程序中的探測回調(diào)函數(shù)不會被調(diào)用。
系統(tǒng)啟動時,首先需要加載各種驅(qū)動模塊,然后向系統(tǒng)注冊了生產(chǎn)廠商號碼(VendorID)和產(chǎn)品號(Pro-ductID)。當(dāng)USB設(shè)備連接到主機上,系統(tǒng)會檢測它的VendorID和ProductID,如果與驅(qū)動模塊的注冊內(nèi)容匹配,則將該驅(qū)動程序與設(shè)備掛接起來[5]。當(dāng)插入攝像頭時,系統(tǒng)會調(diào)用zc301_probe函數(shù)。參數(shù)dev指定了設(shè)備信息,probe函數(shù)驗證所有可選配置的有效性,并調(diào)用usbvideo模塊的sbvideo_Regis-terVideoDevice()函數(shù)向videodev系統(tǒng)注冊。
當(dāng)系統(tǒng)完成驅(qū)動注冊后,調(diào)用staticintzc301_init(structusb_zc301*zc301)和staticvoidzc301_start(structusb_301*zc301)函數(shù)完成對設(shè)備的初始化過程:填寫各個寄存器值、啟動攝像頭。系統(tǒng)運行到這一步,基本完成了對攝像頭驅(qū)動加載及設(shè)備初始化。接下來需要通過讀取用戶設(shè)定的圖像規(guī)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(shù)。這些數(shù)值的讀取都是通過以下函數(shù)實現(xiàn)的:
在得到這些參數(shù)值后,再調(diào)用一套函數(shù),實現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置。每個參數(shù)設(shè)置函數(shù)和之前的參數(shù)取值函數(shù)是一一對應(yīng)的。具體函數(shù)如下:
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)
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