基于ARM嵌入式IPCamera的設計與實現(xiàn)

0 前言

隨著社會的發(fā)展，人們對安全防范工作日益重視，監(jiān)控產品也從以前只在重要單位使用發(fā)展到各個領域都在應用。監(jiān)控產品的技術也從模擬向數字和網絡技術發(fā)展。網絡監(jiān)控產品使用較多的是硬盤錄像機，但價格比較高。有些場合對監(jiān)控的要求并不高，也不需要錄像，但有時又要在遠程了解一下當地的畫面，這時就希望使用一種低價的，又能實現(xiàn)遠程操作的監(jiān)控產品。所以就計劃設計IPCamera（網絡照相機），它能夠接受網絡或手機短信發(fā)來的命令進行拍照，并將照片發(fā)布到Web服務器上或手機上供用戶瀏覽。

1  IPCamera系統(tǒng)總體設計

       IPCamera系統(tǒng)的總體設計思路是：采用ARM9作為系統(tǒng)的處理器，利用普通USB攝像頭完成圖像采集。系統(tǒng)設計一塊網卡和一個GPRS模塊，用戶可以根據需要決定選用其中的一種、或者二種同時使用。手機能夠通過GSM網向IPCamera的GPRS發(fā)送拍照控制命令，系統(tǒng)會自動將拍下的照片通過GPRS模塊發(fā)回給手機；網絡用戶可以利用telnet協(xié)議向IPCamera發(fā)送拍照控制命令，然后再利用瀏覽器查看IPCamera上的照片。

2  IPCamera的硬件設計

在設計IPCamera時，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和成本等因素，因此將系統(tǒng)硬件設計為3個部分，即核心板、主板和GPRS模塊，如圖1所示。

核心板采用三星公司生產的S3C2410處理器；SDRAM采用2片HY57V561620AT-H構成64M；將它連接到系統(tǒng)nGCS6，所以它的起始地址為：0x03000000。NAND FLASH 采用SAMSUNG K9F1208芯片，F(xiàn)LASH芯片連接到系統(tǒng)的nGCS0，所以它的起始地址為：0x00000000。要系統(tǒng)從NAND FLASH啟動，應將S3C2410的OM0和OM1引腳都接地。

主板主要是一些接口電路。串行接口采用MAX3232芯片，由于本系統(tǒng)只使用一個串口，所以和S3C2410的TXD0和RXD0相連，構成第一個串口電路。JTAG接口直接由S3C2410處理器控制，只不過在連接電路上要加上接電阻。USB接口電路直接采用S3C2410內部的USB主機控制器，然后接上限流電阻和保險絲和USB插座。網卡采用AX88796-X86芯片，接在BANK2的位置上，所以片選接處理器的nGCS2信號，其地址為0X200，所以IO_BASE0、IO_BASE1、IO_BASE2三個引腳懸空，中斷選用INT2。網卡的邏輯地址是0x10000200。

GPRS模塊采用SIMCOM公司生產的SIM100-E芯片。通過第三個串口信號線TXD2和RXD2和處理器相連接。

圖1 IPCamera硬件結構圖

3  IPCamera引導程序、操作系統(tǒng)和驅動程序

IPCamera引導程序選用韓國Mizi公司開發(fā)的vivi。vivi必須經過裁剪、交叉編譯、下載到IPCamera等幾個過程。首先使用make menuconfig命令裁剪vivi，然后make命令編譯生成vivi的二進制鏡像文件，使用的編譯器是armv4l-unknown-linux-gcc和armv4l-unknown-linux-as，最后使用JTAG將vivi燒寫到IPCamera的flash芯片上。

考慮到成本，以及系統(tǒng)對實時性的要求不高等因素，所以決定選用Linux操作系統(tǒng)。目前發(fā)行的Linux操作系統(tǒng)都能支持ARM機的體系結構，所以只要根據平臺的具體結構進行移植。系統(tǒng)移植主要包括建立交叉編譯環(huán)境、修改內核源碼、內核裁剪和內核編譯4等個環(huán)節(jié)。內核裁剪時，要讓系統(tǒng)包括telnet和ftp服務。telnet服務主要實現(xiàn)能夠對IPCamera遠程操作，ftp服務主要實現(xiàn)IPCamera的文件上傳和下載。最后將編譯好的內核映象文件利用vivi軟件燒寫到IPCamera的flash芯片上。

IPCamera需要串口、USB、視頻設備和網卡等多個設備驅動程序^[2]，由于這些設備都是標準設備，所以可以到廠家去下載相應的設備驅動源程序，然后交叉編譯成Linux下的驅動程序，最后通過insmod^[3]命令向內核加載驅動程序。如：Linux系統(tǒng)提供了視頻設備的內核驅動video4linux（簡稱V4L），它為視頻設備的應用程序編程提供一系列接口函數，所以USB攝像頭

就可以采用V4L驅動程序。

4  IPCamera應用程序的設計

IPCamera主要包括3個應用程序，即：USB攝像頭拍照、Web服務和GPRS操作控制等程序。這些應用程序都是用C語言來編寫，然后通過交叉編譯生成可執(zhí)行文件。

4.1  USB攝像頭拍照程序的設計

USB攝像頭采用video4linux驅動，V4L圖像采集的方法有兩種，即overlay和mmap。本系統(tǒng)采用mmap，這種方法是通過將設備文件影射到內存的方法，直接通過指針操作內存的方式讀取攝像頭采集到的圖像數據?？刂婆恼展δ芎瘮等缦拢?/p>

int cap(char * fileName)

{┅

       /***初始化設備***/

if (device_init(DEFAULT_DEVICE, &vd, 0, 3) == -1)

    {   perror("device_init: failed...");

        return -1;  }

        /***內存映射***/

    if (v4l_grab_frame(&vd, 0))

            return -1;

    if (v4l_grab_sync(&vd))

            return -1;

    img = device_get_address(&vd);

        /***讀取圖像數據***/

    p=img;

    for (i=0;i

        for (j=0;j

            { tmpc=*(p);

              *(p)=*(p+2);

              *(p+2)=tmpc;

              p+=3;  }

/***轉換圖像數據格式，保存為jpg文件***/

    if (write_jpeg(fileName, img, 70, 0))

        return -1;

┅

}

4.2  Web服務程序的設計

Web服務是通過http協(xié)議與客戶端通信，工作流程如圖2所示。http是一個請求、響應協(xié)議，即客戶端發(fā)出一個請求，服務器端則響應這個請求。http利用可靠的TCP協(xié)議連接，默認使用80端口。目前市場上有許多Web 服務程序，但要將其移植到本系統(tǒng)中需要一定的工作量，所以可以設計一個簡單的Web服務程序。程序的主函數如下：

圖2 Web工作流程圖[!--empirenews.page--]

int main(int argc, char *argv[])

{┅

  /*設置信號處理句柄*/

  signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

  signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

   ┅

  /*建立TCP流SOCKET*/

  if (argc > 1 && !strcmp(argv[1], "-i")) {

    fclose(stderr);

    HandleConnect(0);

    exit(0);

  }

  if((s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) == -1) {

    perror("Unable to obtain network");

    exit(1);

  }

  if((setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void *)&true,

         sizeof(true))) == -1) {

    perror("setsockopt failed");

    exit(1);

  }

  server_sockaddr.sin_family = AF_INET;

  server_sockaddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

  server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

  /*綁定監(jiān)聽端口*/

  if(bind(s, (struct sockaddr *)&server_sockaddr,

      sizeof(server_sockaddr)) == -1)  {

    perror("Unable to bind socket");

    exit(1);

  }

 /*設置允許客戶連接數*/

  if(listen(s, 8*3) == -1) {

    perror("Unable to listen");

    exit(4);

  }

/*偵聽客戶連接請求并進行處理*/

   while (1) {

    len = sizeof(ec);

    if((fd = accept(s, (void *)&ec, &len)) == -1) {

      exit(5);

      close(s);

    }

    HandleConnect(fd);

 }

4.3 GPRS操作控制程序設計

    GPRS操作程序主要任務是監(jiān)視手機短信，然后根據短信決定具體操作。程序主要利用GPRS的AT命令和SOCKET套接字來完成短信發(fā)送和圖片傳輸。GPRS操作程序主函數如下：

main()

{┅

    { /**根據條件拍照***/

    if(TakePicture==TRUE)

      { remove("1.jpg");

        rename("2.jpg","1.jpg");

        ┅

        rename("6.jpg","5.jpg");

        cap("6.jpg");

      }

 /**根據條件給手機發(fā)圖片***/

   if(SendPicture==TRUE)

        SendPicToMob("6.jpg");

}

┅

}

5 結束語

在樣機中，硬件由3部分組成，即：核心板、主板和GPRS模塊；引導使用vivi；操作系統(tǒng)采用linux2.6.0。系統(tǒng)經過測試，效果較好。本文作者創(chuàng)新點是：利用GSM網絡和Internet網絡控制遠程拍照，并將拍下的照片發(fā)布在Internet供用戶瀏覽。這種產品體積小、可靠性高、無需專人管理，非常適合于無人值守的環(huán)境。它將會有較好的應用前景。

參考文獻：

[1] 李軍華,尹文明.基于GPRS的大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子技術應用,2006,8:83-85.

[2] 朱華生,葉軍. 嵌入式系統(tǒng)IIC設備驅動程序設計與實現(xiàn)[J].微計算機信息,2006,（10-2）:120-123.

[3] 朱華生,胡凱利.基于Linux系統(tǒng)的HHARM9電機驅動程序設計[J].南昌工程學院學報.2005,4:51-53.