基于arm的远程监控系统设计(毕业设计论文)(编辑修改稿)

基于arm的远程监控系统设计(毕业设计论文)(编辑修改稿)内容摘要：

视频监控系统 6 图 芯片的内部结构图一 表 芯片引脚图一 管脚模块 功能简介 UART 实现串行口数据的输入输出 JTAG 支持 ARM 标准的嵌入式在线仿真与下载 LCD CTRL 控制ＬＣＤ模块编程 图 芯片的内部结构图二 表 芯片引脚图二 管脚模块 功能简介 Address 27 路地址总线，地址总线是专门用来传送地址的，其可寻址空间2^27 位 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 7 图 芯片的内部结构图三 表 芯片引脚图三 管脚模块 功能简介 Data 数据总线，用于实现 ARM 板与外界数据信号的传输 图 芯片的内部结构图四 图 芯片引脚图四 管脚模块 功能简介 VD 电源接口，本开发板的电源可选范围较广，并且多出用到开发板电源，所以电源接口相对较为丰富 GPC PC 端口，输入输出数据传输端口 USB 本开发板有两个 USB 接口，可以接 USB 摄像头、 USB 键盘、 USB 鼠标 基于 ARM 的远程视频监控系统 8 图 为本系统开发板的实物图： 图 系统开发板的实际俯视图 开发平台的硬件模块介绍 本设计中使用的硬件平台是 Samsung 公司的 S3C2440 开发板，其主要包含如下几个模块： CPU 处理器、 SDRAM 存储器、 FALSH 存储器、电源系统及接口、复位系统、网络接口等，接下来就对以上几个模块做简要介绍。 （ 1） CPU 处理器 本开发板使用的是 Samsung 公司的 S3c2440A 处理器，主频 400MHZ，最 高可达到 533MHZ。 S3C2440A 采用了 ARM920t 的内核，其功耗低、结构简单， 且全静 态设计，使它特别适用于对成本和功率敏感型的应用。 S3C2440A 突 出优点是其核心处理器是由 Advanced RISC Machines 有限公司设计的 16/32 位 ARM920t 的 RISC 处理器。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 9 （ 2） 电源系统及接口 本开发板的电源系统结构相对比较简单，其直接使用外接的 5V 电源，然后通过降压芯片来得到所需的 、 、 电压。 具体电路结构如图 所示 : 图 图 基于 ARM 的远程视频监控系统 10 （ 3） 复位系统 在该设计中用到的开发平台其使用的是专用复位芯片 MAX811，来实 现低电平复位，其电路结构如图 所示： 图 复位系统电路结构图 （ 4） 网络接口 本开发板在在设计时，拓展了一个 DM9200 网卡芯片，用以实现对网络的支持，它可适应 10M/100M 网络，在使用时可以直接用普通的网线连接，即可实现与开发板的网络连接。 拓展 DM9200 网卡电路结构如图 所示： 图 拓展 DM9200 网卡电路结构图 视频监控系统硬件电路设计 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 11 本设计系统的硬 件架构大致如图 所示： 图 系统的硬件架构图 在设计中，主要有用到开发板的 JTAG 接口、 FLASH 存储器、 SDRAM 存储器及 DM9200 网卡部分，下面就对这几个部件做个详细的介绍。 （ 1） JTAG 接口 在本设计中， JTAG 的主要功能是用来实现对开发板进行相关 程序的调试与下载。 JTAG 接口主要包括 4 线， TDI、 TDO、 TCK、 TMS 等，分被为数据输入线、数据输出线、时钟线、模式选择。 其电路结构简图如图 所示： 图 JTAG 接口电路结构简图 （ 2） FSLAH 在本设计中选用 FSLAH 型号为 K9F1208， K9F1208 是 Samsung 公司生产的FLASH JTAG CPU S3C2440A 以太网控制器 DM9200 USB SDRAM 数码摄像头 远程客户端 基于 ARM 的远程视频监控系统 12 512 Mb(64M8 位 )NAND Flash 存储器。 该存储器内部存储结构为块 大小为 (16 KB+512 字节 )，页大小为 528 字节， 528 字节 32 页 4 09 块，可实现程序自动擦写、页程序、块擦除、智 能的读／写和擦除操作一次可以读 /写或者擦除 4 页或者块的内容 ,内部有命令寄存器。 其内部有很多寄存器，可以通过控制各类寄存器来实现对 K9F1208 的控制。 其电路结构图如 图 所示： 图 FSLAH 电路结构图 （ 3） SDRAM SDRAM 型号为 HY57V561620BT， HY57V561620B 是一个 268435456 位 CMOS 同步 DRAM,理想情况下适合对于这个主要内存应用哪一个需要大内存密度和高带宽。 HY57V561620B 是提供完全同步 操作引 用一个积极边缘的这个时钟。 所有输入和输出同步 ——免疫与这个上升边缘的这个时钟输入。 这个数据路径部流水线到实现非常高带宽。 所有输入和输出电压水平是兼容与 LVTTL。 其电路结构如图 所示： 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 13 图 SDRAM 电路结构图 （ 4） DM9200 网卡功能介绍 DM9200 是一款由 DAVICOM 公司生产的高度集成、低功耗的快速以太网控制器，该芯片配有一个标准的 10M/100M 网络适应功能，物理层支持以太网数据接口。 为达到低功耗目的，其支持 供电，根据具体需求可以提供八位、十六位、三十二位三种不同的连接方 式，从而支持多种型号的机器。 DM9200 的主要寄存器包括数据读写寄存器、 DM9200 状态寄存器、 DM9200状态存储器等。 其中数据读写寄存器主要用来控制数据的读写、 DM9200 状态寄存器主要是用来表征 DM9200 的工作状态、 DM9200 状态存储器存储这个时候DM9200 工作状态等。 下面给出设计中拓展的的 DM9200 芯片的结构图。 图 DM9200 芯片的引脚结构图 基于 ARM 的远程视频监控系统 14 第 3 章 视频 监控 系统软件总设计 视频监控系统软件总流程图设计 视频监控系统软件总流程图如图 所 示： 图 视频监控系统软件总流程图 视频监控系统软件平台设计 烧写 Bootloader 内核移植 建立根文件系统 加载摄像头驱动程序 视频采集系统的应用程序设 计 视频编码程序设计 视频网络传输程序的设计 Video4Linux设 备 驱 动 加载 视频采集程序的实现（流程图以及源程序设计） 视频编码流程图 视频编码模块软件实现 视频网络传输流程图 视频网络传输软件实现 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 15 视频监控系统软件各模块功能设计 （ 1） 视频监控系统软件平台设计 本文设计的是一个基于 ARM+Linux 平台下的远程视频监控系统，在这个过程中合理的去选择软件平台十分重要，这个软件平台也为后续程序的运行提供一个保障。 Linux 操作系统由于其适用平台广泛、源代码开放（用户可任意修改）、可移植性强 等优点而被选作我们软件平台，并且后面将要介绍的视频采集以及视频编码、视频传输都将依赖 Linux 操作系统的存在。 要实现 Linux 操作系统在 ARM 开发板上的移植就必须向 ARM 开发板烧写Bootloader 引导程序，在 Bootloader 程序的引导下，可实现 Linux 操作系统的移植，最后还需为嵌入式 Linux 添加根文件系统。 （ 2） 视频采集系统的应用程序设计 该模块主要功能是实现对视频采集端数据的采集、存储本文在这一块弱化了对硬件的需求，没有选择专用的视频采集卡，而是通过 Linux 系统支持的Video4linux 驱动，用编程软件来实现整个功能。 （ 3） 视频编码程序设计 视频编码是视频图像处理的一个重要研究领域，其最重要的目的是在保证图像质量的前提下尽可能少的表征视频信息。 在这个设计中，采用的是 MPEG4编码器， MPEG4 是一套广泛用于视频、音频的图像编码软件，其中支持 MPEG4编码标准的编码软件重要有 FFmpeg、 OpenDIVX、 Xvidcore 等，在本研究中使用的是基于 linux 操作系统的 FFmpeg 编码器。 FFmpeg 编码器是一个基于 Linux 操作系统的开源免费软件，其包含了非常先进的音频 /视频编码 库 Libavformat 和 Libavcodec，前者采用常用的音 /视频格式文件的生成和解析，后者包含了所有的编码解析函数。 （ 4） 视频网络传输程序设计 经过采集、处理后的数据，最终需想办法传输到控制机端，本文没有采取传统串行传输，而是采用了内建视频流媒体服务器，从而将视频信号传递给远端用户，它以 TCP/IP 协议栈为基础构建，需要实现 TCP 和 UDP 等协议，有 IP 地址，使任何一个客户机都能访问这些数据信息。 基于 ARM 的远程视频监控系统 16 第 4 章 视频采集系统软件设计 视频采集系统的软件平台设计 视频采集系统软件平 台设计主要包括 Bootloader 的选择，嵌入式 Linux 的编译，建立根文件系统，加载摄像头驱动。 Bootloader的选择 本设计中使用的是韩国 MIZI 公司专门为三星 S3C2440A 芯片设计的一款bootloader，作为一款专门针对特定芯片开发的 bootloader， vivi 有着其自身的局限性，下面介绍如何将 uboot 在 S3C2440A 芯片上移植： （ 1）在 board 目录下创建 smdk2440 目录，主要包括 、 、 和 等； （ 2）在 cpu 目录下创建 arm920t 目录，主要包括 、 、 、 和 等文件； （ 3）在 include/configs 目录下添加 ，它定义了宏定义； （ 4）修改 uboot 根目录下的 Makefile 文件。 （ 5）运行 make. 如果没有错误，就可以开始进行与硬件相关的代码移植工作了。 连接开发板后，就可以得到如下界面图 ： 图 连接开发板后的界面图 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 17 嵌入式 Linux 的编译 本文选择的是 版本内核，其编译过程主要如下所示： 拷贝 内核压缩包到 fedora 14 虚拟操作系统中，在命令窗口中执行如下命令： : cd desktop tar xvzf C/ 待解压成功后，进入 内核包中，找到 Makefile 文件，对 Makefile进行如下修改： ARCH ?= $(SUBARCH) 修改为 ARCH。 =arm CROSS_COMPILE ?= 修改为 CROSS_COMPILE。 =armlinuxgcc 编译内核代码 cd make clean make S3C2410dk_defconfig 以菜单形式配置源代码，主要包括对个驱动程序的添加于卸除，执行如下命令 make menuconfig 内核最终编译 make uImage 最终得到的 uImage 文件就是我们最终用来下载到开发板上的内核代码。 下载成功后，给开发板上电， Linux 编译成功，即可得到 如下界面 ： 图 编译成功界面图 基于 ARM 的远程视频监控系统 18 建立根文件系统 Linux 内核在系统启动时的最后操作是加载根文件系统，根文件系统里面装载有很多我们需要的应用程序、和其它一些用得到的库函数、服务等。 对于嵌入式 Linux 来说，它绝大部分的文件都保存在 flash 中，。