基于arm9的智能监测系统的设计_毕业论文(设计)(编辑修改稿)

基于arm9的智能监测系统的设计_毕业论文(设计)(编辑修改稿)内容摘要：

试、实现较难，系 统成本偏高。 视频采集芯片 +ARM 具有完整操作系统功能，拥有完备的网络协议栈和文件系统，功耗低，开发容易，成本较低。 缺少强大的运算能力，很难满足高实时性的场合。 根据上面的方案比较，对于网络视频监测系统来说，方案 1 由于没有强大的操作系统和网络协议栈，因此不太适合做网络视频监测系统；方案 2 是不错的选择，但是该方案采用了两个处理器，不但提高了成本，在设计、调试上更是带来困难，需要较长的开发周期；方案 3 主要问题是缺乏强大的图像处理能力，不能满足高实时性要求。 设计的系统主要用于局域网内的视频监测系统， 因 此采用的方案时只用 ARM 作为核心处理器的方案 3[7]。 监测系统硬件整体方案设计 智能监测系统硬件总体主要有嵌入式微处理器， Flash 存储器 ， SDRAM，网卡，监控终端以及 USB 接口摄像头，其整体硬件方案图如图 21 所示： S D R A MU S B 接 口以 太 网控 制 器T C P / I P协 议 栈以 太 网 驱动 程 序U S B 摄像 头I n t e r n e tG P R SU S B 接 口 硬 盘网 络 交 换 机移 动 监 控终 端监 控 终 端A R M 9 处理 器嵌 入 式L i n u x 操 作系 统图 21 智能监测系统总体图 黄山学院毕业论文 8 监测系统软件整体方案设计 智能监测系统的总体软件方案是在 Linux 操作系统之上的是应用程序模块组成，主要包括：视频服务器管理模块，图像采集模块，编码模块，控制模块，网络传送模块，视频 存储模块 [8]。 如图 22 所示为嵌入式视频服务器整体软件模型图。 摄 像 头视频管理模块视 频 采 集视 频 压 缩网 络 传 输网 络P C移 动 设 备L i n u x O S 应用 软 件控 制 信 息传 输 数 据( R T P / R T C P )访 问 请 求（ T C P / I P ） 图 22 监测系统软件模型图 3 监测系统的硬件设计 嵌入式系统 嵌入式系统定义 对于何为嵌入式系统， IEEE(国际电气和电子工程师协会 )的定义是这样的 ：用于控制、监测或者辅助于装置、机器和工厂车间运行操作的设施 (Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants )。 这是从应用上加以定义的，而目前国内普遍被认同的定义是 ： 以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减适合应用系统对功能、可靠性、成本、体积、以及功耗等严格要求的专用计算机系统。 它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。 对于这个定义，可以从如下几个方面来解读： (1) 嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的 (特别是面向行业的应黄山学院毕业论文 9 用 )，必须与具体的行业应用背景相结合， 必须具有很强的专用性，而且必须可以根据实际需要合理裁减、利用。 (2) 嵌入式系统是将先进的计算机技术、微电子技术以及各个行业的具体应用相结合的产物。 (3) 嵌入式系统要求对软硬件可以裁减，以适合各种需求。 特别是对于软件系统，其核心是往往是一个几 KB 到几十 KB 的微内核，可以对其进行功能扩展和裁减。 其实，嵌入式系统是一个外延极其广泛的名词，但凡与产品相结合的，具有嵌入式特点的系统都可以看作嵌入式系统，如一个手持 MP3，一个微型工业控制计算机都可以称作嵌入式系统。 现在讲的嵌入式系统主 要指近年来比较热的具有操作系统的嵌入式系统，设计中也将沿用这一观点 [9]。 嵌入式系统特点 嵌入式系统和一般的 PC 机上的应用系统不同，它有自己的特点： (1) 嵌入式系统通常是面向特定应用的。 嵌入式 CPU 与通用型的最大不同就是嵌入式 CPU 大多工作在为特定用户设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把在通用型计算机系统中许多由板卡完成的功能集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强。 (2) 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半 导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。 这一点就决定了它必然是一个技术密集、不断创新的知识密集型系统。 (3) 嵌入式系统的硬、软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，针对具体需求，对系统进行合理配置，达到理想性能。 (4) 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片中，而不是存贮于磁盘等载体中。 由于大部分嵌入式系统必须具有较高的实时性，因此对程序的质量，特别是可靠性，有着较高的要求。 (5) 嵌入式系统本身并不具备在其上进行开发的能力， 都是通过交叉编译开发完成的，即采用宿主机和目标机的开发模式，在 PC 上开发完，编译成功后下载到目标机运行的模式 [10]。 嵌入式系统的组成 一般而言，一个完整的嵌入式系统由四部分组成 :嵌入式微处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件。 系统结构如图 31 所示。 嵌入式外围设备主要包括以太网 RJ45 接口，串行口， USB 接口， SD 卡存储接口，摄像头接口，电源接口等等。 嵌入式应用软件种类繁多，不甚枚举，下黄山学院毕业论文 10 面介绍常见的嵌入式微处理器和嵌入式操作系统 [11]。 嵌入式应用软件嵌入式操作系统嵌入式微处理器软件系统嵌入式外围设备硬件系统 图 31 嵌入式系统结构图 1. 常见嵌入式处理器 (1) 嵌入式微控制器 (MCU)：其典型代表是单片机 ： 将 ROM/EPPROM, RAM,总线、定时 /计数器、 I/O, PWM, A/D, D/A 等必要的功能和外设集成于芯片内部，实现单片化，体积大大减小，功耗、成本大为降低，可靠性也有很大提高，代表产品有 MCS51/96/196 系列。 (2) 嵌入式微处理器 (MPU)：由通用计算机 CPU 演变而来，其主要特征是具有 32 位或 64 位，而其性能可堪比 PC 机 CPU，具有功耗低、体积小、可靠性高等优点，其主要类型有 ARM/Strong ARM 系列、 PowerPC,MIPS 系列。 (3) 嵌入式 DSP 处理器 (DSP )：一种类似于微处理器的的设备， DSP 常常支持复杂指令集去非常快地完成通用的信号处理计算，其代表产品 TI 的TMS320C2020/C6000 等。 (4) 嵌入式片上系统 (SOC)：其最大的特点是实现了软硬件的无缝结合，直接在处理器内嵌入操作系统的代码，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统 电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。 其性能优于以传统工艺设计的应用系统。 2. 常见嵌入式操作系统 (1) Windows CE WinCE 是由微软公司推出的，为有限资源平台设计的多任务、多优先级、有完整优先权的实时嵌入式操作系统，现己发展到 WinMobile。 其最大特点是应用开发简单、界面优美。 该操作系统的基本内核需要至少 200 KB 内存空间。 它的最大缺点是实时性不好，只能用于对实时性要求不高的场合，并且需要一定的版权费。 黄山学院毕业论文 11 (2) Vxworks Vxworks 是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。 它支持多种处理器，如 x86, ARM, MIPS, Power PC 等。 Vxworks 被广泛应用于通信、军事、航空航天等高精尖技术领域以及实时性要求极高的领域中，具有高性能的内核和友好的用户开发环境，开发便利。 (3) pSOS 现在 pSOS 属于 WindRiver 公司的产品。 这个系统是一个模块化、高性能的实时操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供一个完全多任务环境，在定制的或是商业化的硬件上可达到高性能和高可靠性。 (4) Linux 经过几年的发展， Linux 技术和产品日趋成熟，有越来越多的公司了解了Linux 的优点而选用 Linux 作为主要的平台。 Linux 以其独特的特性，在数字视频监测领域己经有了一段时间的应用，其可针对不同硬件设备与数字影像监测应用需求而量身订制，可有效减少对硬件资源的需求。 为了有效降低数字视频监测、安全管理系统的整体运作成本， Linux OS 应是最适当的选择。 采用 Linux 进行嵌入式系统开发具有以下优点：源代码开放，软件资源丰富；成本低，优秀的开发工具；广泛的硬件支持，良好的可移植性；强大的 网络支持功能；系统安全可靠 [12]。 系统主要硬件介绍 嵌入式处理器 设计中选择 ARM作为系统核心处理器， ARM架构是第一款 RSIC微处理器，是一种可扩展、可移植、可集成的处理器。 其代表处理器 ARM9 实物图如图 32所示。 采用 RSIC 架构的 ARM 微处理器一般有如表 31 所示的特点 [13]： 表 31 ARM CPU 特点 序号 特点 1 体积小，低功耗，低成本、高性能 2 支持 Thumb/ARM 双指令集，能很好的兼容 8/16 位操作 3 大量使用寄存器，大多数数据操作都在寄存器 中完成，指令执行速度更快 黄山学院毕业论文 12 4 寻址方式灵活简单，执行效率高 5 指令长度更长 基于以上的一些优点，随着更多应用在嵌入式系统中的实现，作为 32 位结构体系中的翘楚， ARM 在各种应用领域里得了极其广泛的应用。 目前在市场上常用的 ARM 处理器有 ARM7 系列、 ARMS 系列。 但 ARM9 代表了 ARM 公司主流的处理器，得到了更。