毕业设计论文-基于arm的图像采集无线传输系统的设计(修改稿

毕业设计论文-基于arm的图像采集无线传输系统的设计(修改稿内容摘要：

ARM 的选型 ARM 公 司 自 从 1990 年 在 英 国 剑 桥 成 立 以 来 ， 在 32 位RISC(ReducedInstruction Set Computer)CPU 开发领域中不断取得突破，其结构已经从 V3 发展到 V6。 目前非常流行的 ARM 芯核有 ARM7TDMI, StrongARM, ARM720T, ARM9TDMI, ARM922T,ARM940T, ARM946T, ARM966T, ARMIOTDMI 等。 另外 ARM 芯片还获得了许多实时操作系统 (Real Time Operating System)供应商的支持，比较著名的有 Windows CE, Linux, pSOS、 VxWorks, Nucleus, EPOC, uC/OS、 Beos 等 [18]。 我们在选择 ARM 芯片时主要参考以下因素 : (1) ARM 芯核 如果希望使用嵌入式操作系统来减少软件开发时间，就需要选择 ARM720T武汉工程大学毕业设计 （ 论文 ）说明书 8 以上带有 MMU ( Memory Management Unit )功能的 ARM 芯片。 目前只有 uCLinux等少数几种 Linux 不需要 MMU 的支持。 (2)功能 不同的系统需要各不相同，在选取就需要考虑处理器本身所能支持的功能，如 USB, DART、液晶显示等。 (3)性能 主要是从处理器的功耗、运算速度、稳定可靠性等方面考虑。 (4)价格 一般来说，在产品完成预定功能的情况下，都是希望成本越低越好。 但在选取时需要考虑处理器的价格以及由处理器而衍生出的开发价格，如开发工具、外围芯片等。 (5)熟悉程度和开发资源 选择一款自己熟悉的处理器可以大大减少开发的难度和周期，并降低开发风险。 在自己熟悉的处理器都无法满足的情况下，则应尽量选择开发资源较丰富的处理器。 (6)是否可升级 为了系统在以后的升级方便，应尽量选取具有相同封装的不同性能等级的处理器 ，并考虑系统未来可能会增加的功能。 (7)供货稳定性 供货是否稳定也是选取处理器时应考虑的一个重要因素，应尽量选取大厂家、通用性较好的芯片。 基于以上各种因素，本课题选择三星公司的 S3C2440作为嵌入式微处理器。 S3C2440 采用了 ARM920T 的内核， 的 CMOS 标准宏单元和存储器单元，芯片内部集成了 16KB 的指令 Cache 和 16KB 的数据 Cache，外部存储控制器， LCD 控制器， 4通道 DMA 并有外部请求引脚， 3 通道 DART, 2通道 SPI, 1 通道 IICBUS 接口， AC97 解码器接口， 2 端口 USB 主机 //1 端口USB 设备， 4通道 P WM 定时器和 1通道内部定时器，看门狗定时器， 8通道 10位 ADC 和触摸屏接口等 [19]。 武汉工程大学毕业设计 （ 论文 ）说明书 9 图像采集模块的选型 目 前 主 要 的 图 像 传 感 器 分 两 类 :CCD(Charge Coupled Device) 和CMOS(Complementary Metallic Oxide Semiconductor)。 CCD 使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。 数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，从而可以借助与计算机中丰富的软硬件资源，根据需要对图像进行处理。 CCD 主要由一个类似马赛克的网 格、聚光镜片，以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。 CMOS 也是一种可记录光线变化的半导体。 CMOS 的制造技术相比较与 CCD 来讲简单的多，与一般计算机芯片没有多大差别，主要是利用硅和锗这两种元素做成 ，使其在 CMOS 上共存着带 N(带负电 )和 P(带正电 )级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。 在相同分辨率下， CMOS 的价格比 CCD 便宜的多，但是 CMOS器件产生的图像质量相比 CCD 来说要低一些 [20]。 目前市场上绝大多数高端数码相机都使用 CCD作为感应器。 CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上。 与 CCD 相比较， CMOS 的优势之一在于电源消耗量比 CCD 低， CCD 为了提供高质量的影像品质，付出代价即较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪音降低，需由高压差改善传输效果。 但 CMOS 影像传感器将每一像素的电荷转换成电压，读取前便将其放大，利用 的电压即可驱动，电压消耗量因此要比 CCD 低的多。 CMOS 的另一个优势是与周边电路的整合性高，可将 ADC 与信号处理器整合在一起，使体积大幅缩小。 与 PC环境下相比，嵌入式系统环境中资源十分有限，另外从成本、电路设计负责度、电源消耗量等方面考虑，本课题选择采用基于CMOS 图像传感器作为感光器件及中星微 301 微处理芯片的 USB 接口摄像头作为系统的图像采集模块。 中星微 301 系列 USB 接口摄像头可以在 320240 和640480 及 800600 的 分辨率下轻松的达到 30fps/s 的速度， 30 万硬件像素，百万以上插值像素，完全可以实现视频画面或图像的清晰、流畅。 GPRS 模块的选型 目前无线通信品种较多，常见的无线模块分成 GPRS, CDMA, GSM, EDGE 等模块。 这些无线模块广泛应用于无线数据传输，电力 GPRS ( CDMA)通信系统、铁武汉工程大学毕业设计 （ 论文 ）说明书 10 路 GPRS ( CDMA)通信系统，无线监控， GPRS 智能交通系统等无线远程监控领域等行业。 目前国内市场上常见的无线模块品牌 主要有 :西门子、华为、摩托罗拉、飞图、展迅、 Enfora、明基、 SIMCOM, Wave 等。 本课题选用 Wave 公司的 GPRS 模块 Q2406B，如图 22 所示。 图 22 Q2406 实物图 GPRS 模块 Q2406B 是一块双频 GSM / GPRS 模块，内嵌协议栈，执行 ETSIGSM Phase 2+的标准，类别 4 ( 2W@900MHz )，类别 1(1 W@ 1800/1900MHz )外部3V/SVSIM。 由于 GPRS 模块 Q2406 内嵌了协议栈，所以进行软件编写时就可以省去协议栈的编写或移植，这样就节省了大量的软件开发时间 [21]。 嵌入式操作系统的选型 选择 linux 的原因有 ： (1)可应用于多种硬件平台。 Linux 已经被移植到多种硬件平台，这对受开销、时间限制的研究与开发项目很有吸引力。 原型可以在标准平台上开发然后移植到具体的硬件上，加快了软件与硬件的开发过程。 (2)Linux 可以随意地配置，不需要任何的许可证或商家的合作关系。 (3)它是免费的，源代码可以得到。 这是最吸引人的。 毫无疑问，节省大量的开发费用。 (4) Linux 它本身内置网络支持。 (5)Linux 的高度模块化使添加部件非常容易。 (6)Linux在台式机上的成功，使大家看到了 linux在嵌入式系统中的辉煌前景。 武汉工程大学毕业设计 （ 论文 ）说明书 11 本章小结 本章首先介绍了系统要实现的功能，并详细介绍了基于 ARM 的图像采集与无线传输系统的组成，详细分析了系统关键器件的选择原则，选定了本系统所采用的嵌入式微处理器、图像采 集模块、 GPRS 模块，最后介绍了本系统所采用的嵌入式 Linux，以及选择嵌入式 Linux 作为系统的嵌入式操作系统的原因。 武汉工程大学毕业设计 （ 论文 ）说明书 12 第 3 章 硬件系统设计 硬件系统结构框图 本系统以嵌入式微处理器 S3C2440 为系统控制中心，当 USB 接口摄像头获取图像数据后，经过 S3C2440 的压缩处理后，利用串口将图像数据送至 GPRS 模块 Q2406B 发送到远程服务器。 系统的硬件框图如图 31 所示。 NAND FLASH 接口电路设计 NAND FLASH 和 S3C2440 NAND FLASH 控制器分析 NAND FLASH 在嵌入式系统中的地位与 PC 上的硬盘类似，用来保存系统运行所必须的操作系统、应用程序、用户数据、运行过程中产生的各类数据，并且在系统电源关闭后 NAND FLASH 中的数据可以在掉电状态下永久保存。 本课题选用的 NAND FLASH 芯片是三星公司生产的容量为 64MB 的 K9F1208UOM[22]。 K9F1208UOM 的封装及外部引脚如图 32所示。 武汉工程大学毕业设计 （ 论文 ）说明书 13 图 33K9F1208UOM 的内部结构图 K9F1208UOM 的内部结构分为 10 个功能部件 : (1)XBuffers Latcheamp。 Decoders:用于行地址 （ 2） Y Buffers Latcheamp。 Decoders:用于行地址。 （ 3） Command Register:用于命令字。 （ 4） Control Logic amp。 High Voltage Generator:控制逻辑及产 生 Flash 所需高压。 (5)Nand Flash:存储部件。 ( 6 ) Page Register amp。 S/A:页寄存器，当读、写某页时，会将数据先读入 /写入此寄存器，大小为 528 字节。 武汉工程大学毕业设计 （ 论文 ）说明书 14 (7)Y Gating。 (8)I/O Buffersamp。 Latches。 (9)Global Buffers。 (10)Output Driver。 K9F1208UOM 的容量为 64M X 8bit，分为 131072 行 (页 )、 528 列。 每一页大小为 512 字节，外加 16 字节的额外空间。 K9F 1208UOM 的命令、地址、数据都通过 8个 I/O 口输入 /输出，这种形式使得 K9F1208UOM 引脚得到减少，并易于扩展系统容量。 写入命令、地址或数据时，都需要将 WE, CE信号同时拉低。 数据在 WE信号的上升沿被 NAND Flash 存。 命令锁存信号 CLE、地址锁存信号ALE 用来分辨、锁存命令或地址。 NAND Flash 时需要发送命令，然后发出地址序列，最后读 /写数据。 需要使用各个使能信号来分辨是命令、地 址还是数据 [23]。 S3C2440的 NAND Flash控制器提供了 NFCONF, NFCONT, NFCMMD, NFADDR, NFDATA, NFSTA39。 I，和其他与 ECC 有关的寄存器。 NAND Flash 的读写操作顺序如下 : (1)设置 NFCONF, NFCONT 寄存器，配置 NAND Flash。 (2)向 NFCMD 寄存器写入命令。 (3)向 NFADDR 寄存器吸入地址。 (4)读 /写数据 :寄存器写入地址。 通过寄存器 NFSTAT检测 NAND Flash的状态，在启动某个操作后，检测 R/nB 信号以确定该 操作是否完成、是否成功。 NAND FLASH 接口电路 S3C2440 与 K9F1208UOM 的接口电路如图 34所示。 武汉工程大学毕业设计 （ 论文 ）说明书 15 图 34K9F1208UOM 与 S3C2400 的连线图 如图 34 所示， K9F1208UOM 与 S3C2440 的连线有 :8 个 v0 引脚 (voowo},S个使能信号 ((nWE, ALE, CLE, nCE, nRE), 1 个状态引脚 (RDY/B)，另外还有 1个写保护引脚 ((nWP)。 地址、数据和命令都是在这些使能信号的配合下，通过8个 I/O 引脚传输。 SDRAM 接口电路设计 S3C2440 存储控制器分析 S3C2440 的存储控制器提供了访问外部设备所需的信号，它具有如下特性 :支持数据的大端、小端存储模式 (可以通过软件设置 )。 每个 BANK 的地址空间为128MB，总共 1 GB(BBANKs)； 可编程控制的总线位宽 (8/16/32bit)，不过 BANKO只能选择两种位宽 (8/16bit)； 共计 8 个 BANK } BANKO～ BANKS 可以支持外接ROM, SRAM等， BANK6～ BANK7除可以支持 ROM, SRAM外，还支持 SDRAM等 ； BANKO～BANK6 共 7个 BANK 的起始地址是固定的 ； BANK7 的起始地址可编程选择。 BANK6, BANK 的地址空间大小是可编程控制的 ； 每个 BANK 的访问周期均可编程控制 ；可以通过外部的“ wait”信号延长总线的访问周期。 在外接 SDRAM 时，支持自刷新和省 电模式。 S3C2440 在系统复位后的存储控制器的地址空间分布如图 35所示武汉工程大学毕业设计 （ 论文 ）说明书 16 SDRAM 的选择及接口电路设计 目前 SDRAM 生产厂家众多，所以选择一款合适的 SDRAM 芯片对整个系统的开 发 也 是 十 分 重 要 的。 选 用 的 是 两 片 三。