基于TCP/IP网络的嵌入式Linux智能系统研究

    李佳润

    

    

    

    摘要：由于嵌入式技术得到了发展，低成本的嵌入式监控系统也进一步占领市场，而且这种系统受到了很大关注。文章设计的基于ARM9的平台通过USB摄像头抓取图片和视频流的系统实现了监测功能，并被广泛应用在防盗报警、可视门铃中，具有低成本和高性能的优点。

    关键词：嵌入式；Linux操作系统；监控

    1.监控系统研究背景

    对于监控系统来说，人们通常认为其有较高配置的要求且价格昂贵。随着IT技术的不断进步，监控系统也不断地发展，一些千元智能系统获得了广泛的关注，而且在可视门铃等方面应用很广泛。

    视频监控为企业也带来了很多的好处。比如将其应用于生产监控系统中，能够提高管理监督效果：监控系统通过架设在不同生产现场的摄像机，将现场的视频集中传送到监控室，管理人员不用亲临现场，在监控室中或通过上网就能同时对多处生产现场进行实时监督和管理，大大提高了监督效率，及时发现生产过程中存在的违规现象，及时纠正错误，降低重大生产事故发生的可能性。降低管理成本，节省管理人员大量的差旅费用，对于业务范围和地域性较广的企业，可以减少施工现场的管理人员，降低支出成本；提高生产现场的文明和安防状况，“视频监控系统”安装以后可以有效地监督生产现场工作环境和生产秩序，减少不文明行为，做好防盗工作。作为企业的管理层，他们在出差的过程中也能够随时了解生产区的情况，大大提高了其对生产现场的了解程度，提高了其工作的管理效率。便于调查和明确责任：由于生产过程录像被存储备份，即使发生了一些不可预测的事件，也便于事故发生以后第一事件内明确事故责任，找出事故发生的原因，避免今后类似事件的重演。

    当今，随着微处理器技术的发展，嵌入式控制器的应用几乎无处不在：移动电话、家用电器、汽车，无不有它的踪影。嵌入控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点，其应用己深入到工业、农业、教育、國防、科研以及日常生活等各个领域，对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。

    本文根据市场的发展需求，设计了非常廉价的家用控制系统，通过一般的USB摄像头就可以获得图像，然后可以存流畅储到u盘中，也可以在PC上查看监控图像，最高的分辨率有640X480，图像清晰流畅，还可以对亮度和对比度进行调节。这种系统和一般的设备比较而言，价格更低，而且更容易操作。主要是因为它体积比较小。视频监控可以获取监控目标的图像信息，可以监视和记录视频图像，而且可以根据图像信息作出相应的动作，可以实现对目标的监控以及防范，在军事，海关以及公安等领域和场合获得了广泛的应用。由于技术的进步和成本的降低，所以在其家庭中使用得很广泛。本文设计是基于ARM9的平台通过USB摄像头抓取图片和视频流的功能系统实现了监测，具有重要的意义和作用。

    2.TCP/IP协议分析

    TCP/IP协议是互联网的基础，也是进行基于协议分析的入侵检测系统的所需要的基本知识，现在我们简要的介绍y。因为是在20世纪60年代末由美国政府资助的一个网络研究项目，到20世纪90年代已经发展成了非常常用的网络形式，它具有更加开放的系统，而且不用花太多时间就可以公开得到，也叫做全球互联网，该WAN（厂域网）已成为全球最大的计算机网络。TCP/IP协议被分为4个层次，如表1所示。

    3.系统硬件设计

    3.1系统硬件总体方案

    该系统硬件实现了在HHARM2410打字的目的，而且这个平台提供了一个USB接口，但是系统需要配备两个接口，一个接口是进行图像采集的，那个接口可以在U盘中使用，所以可以将图像存储到U盘中，同时也需要一个USB接口并装配一个红外小板，因为这样能够控制采集，红外采暖上装配有红外传感器以及继电器，USB摄像头使用了分辨率最高的Zc301P芯片。S3C2410中已经设置了总线控制器，不进行外扩，而且窗口可以进行系统调制，最终很好地进行网络视频的数据传输，也可以在根文件下载或者进行调试。

    系统外设资源分配如表2所示。

    4.嵌入式系统软件开发流程

    4.1建立宿主机开发环境

    许多Linux软件可以通过native的方式实现，可以进行本机开发和调试，通过本机运行，这种方式在嵌入系统中使用不够广泛，因为嵌入系统中没有足够的资源，也不能对开发工具进行调试和运行，如果一般的嵌入式系统使用了一种交叉编译的方式，这种方式可以建立在主机上面，开发版也叫作目标板。

    在开发的时候可能会通过交叉编译，连接工具生成一种二进制代码，然后可以在文件上面下载，也可以在目标主机上运行，而且由于租金以及目标版式不相同的，而且主机是英特尔或者是AMD的处理器，GNu这种编译器具有不同的功能，所以在编译的时候需要选择主机以及目标机，有利于建立更好的开发环境，所以在进行嵌入式开发的时候，需要安装一台具有操作系统的主机，主机上要安装Linux，但版本有多种，使用的是常用的Red Hat Linux 9.0版本。

    如果在一台电脑中需要安装Windows以及Linux系统，那么就需要经常启动机器，但是这样做可能会给工作环境产生影响，所以在安装Windows系统的时候，电脑安装虚拟软件，安装Linux虚拟系统和真正安装Linux系统是相同的，这里不需要进行说明，而且在选择软件的时候可以安装所有的软件，有利于以后使用系统服务，也要学会选择配置防火墙的规则。

    如果完成了安装的话，可能会占用系统很大的硬盘空间，所以在启动Linux系统以后，到底应该进入x模式还是文本模式，这是需要思考的。而且完成以后也要进行修改，以便选择进入windows的系统还是文本系统，这样做有很大的好处，可以在Windows系统上避免出现无法执行umounl文件系统，这是因为fam监控程序可能会和Windows系统产生冲突，VMware里面不包括串口，所以在安装以后需要安装串口，否则就不能显示开发版的信息，然后需要在主机上建立各种电影调试的环境，而且在开发环境完成以后，可以生成根目录下的子目录。

    4.2Samba服务器配置

    Samba实现了和Linux以及windows系统之间的文件共享，而且可以有实现打印共享目标。可以在Linux系统下面安装服务器，那么用户就可以安全地访问文件系统。

    虽然Linux系统下你安装了各种编译工具，但是始终没有Windows系统的Source Insight更好的效果，SourceInsightN以进行程序分析，可以在工作的时候对源代码进行解析，并且可以对本身的符号数据库进行维护，可以汲取比较有用的上下文信息，而且可以通过不同的颜色进行区分变量以及各种函数名。Source Insight开发得比较成功以及比较庞大的软件，所以我们应该放弃LinuxY的编辑工具采用Source Insight软件，但是它只能在Windows，系统的环境下运行，Samba的文件的共享就有利于解决这个问题，可以通过Source Insight编辑修改LinuxY的程序，然后可以通过交叉编译工具进行直接编译，更有利于进行系统调试，有利于软件开发周期的缩短。

    4.3应用软件开发

    如果将主机和目标板通过以太网口连接的话，在主机上可以运行minicom作为目标版的显示终端，而且在目标板上可以获得mount主机硬盘，最终可以让应用程序在目标板上实现调试。

    5.系统调试及运行结果

    5.1ARM Linux的启动过程

    为了获得对ARM Linux的启动，在内核中运行一个程序，这有利于对设备进行初始化，也可以调动Linux对内核信息进行传递，一般说来，最小的bootloader可以获得以下几个功能：

    （1）实现和进行RAM初始化；（2）对一个串口实现初始化；（3）对机器类型检测；（4）确定内核启动参数列表；（5）对内核映像使用。

    5.2图像及视频采集程序调试

    在arm板启动Linux板后，装摄像头，GPIO和按键驱动程序（spca5xx_0，gpio test.o和keV4.o已编入根文件系统/modules目录），并创建gpiotest和keys4节点，安装u盘，运行以下命令：

    #insmod/modules/spca5xx.o

    #insmod/modules/gpio test.o

    #insmod/modules/key4.o

    #mknod/dev/gpiotest c 221 0

    #mknod/dev/keys4 c 138 0

    #mount-t vfat/dev/sdal/tmp

    这些命令可以被写入文件re.10cal脚本中，直接执行系统电源。

    采集到的图片如图1所示。

    5.3网络监控程序调试

    网络监控程序可以在arm板上进行运行，可以将客户端文件http-java-applet目录下的“controljpg”和“JWebcamPlayer.jar”“index.html”文件复制到arm文件系统下，并且可以对文件添加某种权限，可以把Rrm板接入局域网，实现局域网的主机通过boa web server访问arm板。

    6.系统部署方案

    6.1方案设计

    首先是针对现场环境选用适合的前端摄像机和主控设备，以保证监看效果。其次，总部“监控中心”监控管理平台的构建。由于监控指挥中心是整个监控系统的最高控制中心，担负着10个分公司20路摄像机和报警信息的监控任务，因此，“監控指挥中心”监控平台应充分保证系统运行的稳定性、使用的简便性，管理的灵活性，以及功能的完善性。这里，推荐使用网络集中管理平台。该管理平台具体包括以下几部分：（1）中心服务器：主要负责系统设备管理、信息认证，以优化网络资源，提高稳定性；（2）视频工作站：主要负责对所有图像的网络存储和监控操作。（3）电视客户端是以PC机作为视频图像解码设备并以显示器作为视频图像显示终端设备来显示网络传输来的网络视频信号，支持多画面分割显示、单屏显示和画面轮循切换显示等多种显示模式。

    6.2系统组成及单元介绍

    6.2.1各分公司

    （1）前端部分：包括室内固定半球摄像机、室内高速球等监控设备，也包括紧急按钮等报警探测设备。这部分主要负责信号的采集。（2）传输部分：主要指视频缆、电源线、控制线、报警线等传输线缆，负责各种信号的传输。

    6.2.2总部监控中心

    通过网络对所有网点的视频信号、报警信号进行集中监控和监管。具体包括：

    （1）中心服务器：中心服务器是整个系统集中监控管理核心，由计算机和中心服务器软件组成。（2）视频工作站：由计算机和视频工作站软件构成。负责具体连接前端数字设备，为用户提供所有远程视频图像的显示、录像和云台控制等，其功能相当于一台网络数字硬盘录像机。

    7.结语

    本文使用嵌入式LinuxTVide04Linux API函数可以对视频图像程序进行采集，并且通过内存映射mmap的方式实现了对图像的采集，也可以提高采集的效率，最终有利于定时采集和热释红外采集，这可以叫作人为采集的过程，也可以让人进入区域实现采集的目标，从而实现了智能控制的目标，并给出了部署方案。