基于arm的網絡視頻傳輸系統(tǒng)【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設計)</p><p>　題 目：基于ARM的網絡視頻傳輸系統(tǒng)</p><p>　學 院：</p><p>　學生姓名：</p><p>　專 業(yè)：電子信息工程</p><p>　班 級：</p><p>　指導教師：</p>

2、;<p>　起止日期：</p><p>　　基于ARM的網絡視頻傳輸系統(tǒng)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著網絡應用技術的飛速發(fā)展，人們對網絡應用的要求也就越來越高。與傳統(tǒng)的數據格式如文本、圖像和圖形已被數字化，可通過網絡存儲、傳送和表現的方式不同，視頻和音頻等連續(xù)媒體具有較大容量的數據存儲和占用較

3、高的網絡帶寬，以及實現在網絡上傳輸連續(xù)媒體最重要的準則――實時傳輸并連續(xù)播放決定了其在網絡中傳輸需要采用一些特定的技術，如視頻傳輸技術、視頻流控制技術、帶寬技術等。隨著嵌入式技術的不斷發(fā)展和人們對降低視頻傳輸成本提高傳輸質量的要求，基于ARM的網絡視頻傳輸研究已成為研究的熱點。本文提出了一種嵌入式網絡視頻傳輸系統(tǒng)的設計方案，以S3C2410為嵌入式處理器，Linux為操作系統(tǒng)構建了嵌入式網路視頻的傳輸系統(tǒng)軟硬件平臺，文中在研究Linux

4、的基礎上，從系統(tǒng)總體設計角度把嵌入式系統(tǒng)技術和internet技術結合起來，實現了基于ARM的網絡視頻傳輸系統(tǒng)，文中簡要介紹了基于ARM的網絡視頻傳輸系統(tǒng)的設計方案，重點闡述了軟件系統(tǒng)的設計、調試和實現。主要進行了如下研究：</p><p>　　首先分析了嵌入式系統(tǒng)的特點與優(yōu)勢，結合本文的要求提出了系統(tǒng)的整體結構框架。</p><p>　　搭建基于S3C2410的嵌入式開發(fā)環(huán)境，重點介紹了

5、ARM處理器、視頻采集與傳輸等模塊的介紹，主要考慮設備的選擇和兼容性。</p><p>　　然后從系統(tǒng)的功能出發(fā)，結合搭建的軟硬件環(huán)境和實現原理，完成軟件部分。重點介紹了視頻采集與接收等應用軟件模塊。從數據結構、功能結構、系統(tǒng)實現和編程細想方面進行了說明。</p><p>　　最后通過實驗結果測試分析，達到了本文的預訂目標，實現了基于ARM的網絡視頻傳輸系統(tǒng)。</p><

6、;p>　　關鍵詞：視頻流；嵌入式；Linux；S3C2410</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of network application technology, the network application requirements also more and m

7、ore high.. And the traditional data formats such as text, images and graphics has been digital, but through the network storage, transport and performance in different ways, Video and audio and continuous media has a gre

8、at capacity data storage and take up higher network bandwidth, as well as the realization on the network transmission continuous media's most important rules-real-tim</p><p>　　The first analysis of the e

9、mbedded system characteristics and advantages, combined with the design requirements of this paper put forward the integral design of the system architecture.</p><p>　　Build the development environment based

10、 on S3C2410 embedded, focusing on the ARM processor, video collection and transmission of the module introduces, the main consideration of the choice of equipments and compatibility.</p><p>　　Then from the f

11、unction of the system, combining with the hardware and software environment and build realize principle, complete the software of the design. Focusing on the video collection and receiving application software modules. F

12、rom function structure, programming, data structure to dwell on the system and the instructions.</p><p>　　The experimental results test analysis to this paper reservation goal to realize the network based on

13、 ARM video transmission system.</p><p>　　Keywords: streaming video; Embedded; Linux; S3C2410 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　

14、AbstractII</p><p><b>　　第1章 引言1</b></p><p>　　1.1 嵌入式系統(tǒng)的概念1</p><p>　　1.1.1 嵌入式系統(tǒng)的定義[1]1</p><p>　　1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的特征[2]1</p><p>　　1.2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展與研究

15、意義2</p><p>　　1.2.1 嵌入式的發(fā)展[6]2</p><p>　　1.2.2 嵌入式的研究意義[4]2</p><p>　　第2章 嵌入式linux系統(tǒng)3</p><p>　　2.1 嵌入式Linux系統(tǒng)3</p><p>　　2.2 嵌入式 Linux的特點及優(yōu)勢[11]3</p&g

16、t;<p>　　第3章 系統(tǒng)的硬件與軟件環(huán)境5</p><p>　　3.1 系統(tǒng)的基本原理與結構[15]5</p><p>　　3.2 構建系統(tǒng)硬件環(huán)境5</p><p>　　3.2.1 ARM處理器的介紹6</p><p>　　3.2.2 S3C24106</p><p>　　3.2.3 以太

17、網8</p><p>　　3.2.4 JTAG9</p><p>　　3.2.5 USB[17]9</p><p>　　3.2.6 其他模塊簡介10</p><p>　　3.3 搭建軟件環(huán)境10</p><p>　　第4章 軟件平臺的搭建11</p><p>　　4.1編譯環(huán)境搭建

18、11</p><p>　　4.2 嵌入式Linux移植11</p><p>　　4.1.1 Linux內核的移植12</p><p>　　4.1.2 Linux內核的編譯13</p><p>　　4.2 Bootloader13</p><p>　　4.2.1 Bootloader的概念13</p>

19、;<p>　　4.2.2 Bootloader的功能14</p><p>　　4.2.3 vivi 介紹15</p><p>　　4.3根文件系統(tǒng)的移植15</p><p>　　第5章 嵌入式Linux驅動移植16</p><p>　　5.1 視頻采集模塊16</p><p>　　5.1.1 視

20、頻采集模塊簡介16</p><p>　　5.1.2 攝像頭驅動移植16</p><p>　　5.1.3 客戶端視頻流移植16</p><p>　　5.1.4 視頻流采集16</p><p>　　5.2 MPEG-4 簡介18</p><p>　　5.3 視頻傳輸模塊19</p><p&g

21、t;　　5.3.1 視頻傳輸模塊簡介19</p><p>　　5.3.2 視頻服務器移植19</p><p>　　5.3.3 WEB服務器的搭建20</p><p>　　5.3.4 IE瀏覽器搭建20</p><p>　　第6章 系統(tǒng)測試21</p><p>　　6.1 Linux調試環(huán)境21</p&

22、gt;<p>　　6.2 系統(tǒng)運行結果21</p><p><b>　　總結22</b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　?。蹍⒖嘉墨I］24</b></p><p><b>　　第1章 引言</b&g

23、t;</p><p>　　1.1 嵌入式系統(tǒng)的概念</p><p>　　1.1.1 嵌入式系統(tǒng)的定義[1]</p><p>　　何謂嵌入式系統(tǒng)？根據IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視和設備有耐性的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipm

24、ent, machinery or plants）?？梢钥闯銮度胧较到y(tǒng)是電腦軟件和硬件的結合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置，由嵌入式處理器、應用軟件、外圍設備和嵌入式操作系統(tǒng)組成。目前國內一個普遍被認同的定義是：主要是以應用為中心、其基礎是計算機技術、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)主要是是面向用戶、面向產品、面向應用的，它必須和

25、具體的應用相結合才會有生命力，更具有優(yōu)勢，因此嵌入式系統(tǒng)是與應用緊密相結合的，具有很強的專用性，必須結合實際應用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應用系統(tǒng)的體積、可靠性、功能、成本等要求。</p><p>　　1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的特征[2]</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)和應用軟件，之前嵌入式系統(tǒng)的設計方法是采用硬件優(yōu)先的原則（在只粗略估計軟件任務的需求情況下進行硬件設計與實現）。

26、這種設計方法只能用來改善硬件軟件各自的性能，在短短的設計時間內無法對軟硬件系統(tǒng)設計出更加優(yōu)化的性能，還是要靠設計者不斷的實驗與從中得到的經驗</p><p>　　隨著電子系統(tǒng)功能的日益強大，硬件與軟件不再是分開的兩個概念，它們是緊密結合、互相影響的。軟硬件協(xié)同設計方法的出現對軟硬件進行描述、綜合和驗證采用同一的方法和工具。協(xié)同設計軟硬件體系的結構，最大限度挖掘系統(tǒng)的能力，可避免獨立設計軟硬件系統(tǒng)結構帶來的弊端，得

27、到高性能低代價的設計方案。</p><p>　　從嵌入式系統(tǒng)的定義我們可以看出如今嵌入式系統(tǒng)具有如下特征：相對于Windows的內核要小的多，系統(tǒng)也比較精簡，有利于控制成本和系統(tǒng)的安全性；嵌入式系統(tǒng)的專用性很強，嵌入式系統(tǒng)的軟硬件都有著其獨特的設計，根據不同的任務往往系統(tǒng)的硬件也會隨之變化，所以嵌入式系統(tǒng)的軟硬件之間具有很強的專用性，很多設備微處理器是不能通用的，一般要對硬件系統(tǒng)進行移植；嵌入式系統(tǒng)中要求軟件是固

28、話儲存，用來提高其運行速度，軟件的代碼可靠性也提高，只是嵌入式系統(tǒng)高時效的作用；嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)也需要有其獨有的開發(fā)工具與環(huán)境，這是因為嵌入式系統(tǒng)本身是沒有自主開發(fā)的能力的，其也不能直接修改程序功能，開發(fā)時，主機主要進行程序的開發(fā)，目標機進行發(fā)開完畢后的執(zhí)行工作，主機與目標機交替結合進行開發(fā)；為了保證在執(zhí)行程序運行時的實時性、可靠性等，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)更加的標準化，多任務的操作系統(tǒng)是必須使用的。</p><p>

29、　　1.2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展與研究意義</p><p>　　1.2.1 嵌入式的發(fā)展[6]</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)自1971年興起，至今己經歷30多年的歷史，近幾年隨著計算機、通信、消費電子的不斷發(fā)展，嵌入式技術已經成為一個技術研究熱點。縱觀嵌入式技的發(fā)展過程，大致經歷了四個階段。</p><p>　　第一階段是以單片機為核心的可編程控制器系統(tǒng)，主要功能是控

30、制設備，具有監(jiān)測、伺服、指令設備的功能。系統(tǒng)在工業(yè)控制系統(tǒng)應用廣泛，這一階段的系統(tǒng)一般沒有操作系統(tǒng)的支持，通過匯編語言對系統(tǒng)直接控制。這個階段系統(tǒng)結構和功能相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶接口，價格低，主要用于國內工業(yè)領域。</p><p>　　第二階段是以嵌入式CPU為基礎，以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。主要特點是CPU種類繁多，通用性比較弱;系統(tǒng)開銷小，效率高;操作系統(tǒng)具有一定的兼容性和

31、擴展性。</p><p>　　第三階段是以嵌入式操縱系統(tǒng)為標志的嵌入式系統(tǒng)。主要特點是嵌入式操作系統(tǒng)能運行于各種不同類型的微處理上，兼容性好;操作系統(tǒng)內核小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴展性;具備文件和目錄管理、多任務、網絡支持、窗形接口以及用戶界面功能;具有大量的應用程序接口API，開發(fā)應用程序較簡單;嵌入式應用軟件豐富。</p><p>　　第四階段是以Internet為標志的嵌入

32、式系統(tǒng)，這是一個正在迅速發(fā)展的階段。目前大多數嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外，但隨著Internet的發(fā)展以及Internet技術與信息家電、工業(yè)控制技術結合日益密切，嵌入式設備與Internet的結合將代表嵌入式系統(tǒng)的未來。</p><p>　　綜上所述，嵌入式系統(tǒng)技術日益完善，從16位嵌入式微處理器的推出，到如今32位微處理器占主導地位，微處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域，嵌入式操作系統(tǒng)已經從

33、簡單走向成熟，嵌入使系統(tǒng)應用將日益廣泛。</p><p>　　1.2.2 嵌入式的研究意義[4]</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是一種以應用為中心，以計算機技術為基礎，結合了先進的計算機技術、半導體技術、電子技術等的專用計算機系統(tǒng)，被看作技術密集、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。近幾年有著前所未有的發(fā)展，以軟硬件組成為顯著特征、以消費電子類為主導的智能設備發(fā)展迅速。嵌入式Linux是一個開放的、可

34、裁減的、32 位的實時操作系統(tǒng)，與其他操作系統(tǒng)相比，其具有可靠性好、實時性高、內核體積小等特點，被廣泛用于各種嵌入式設備的開發(fā)，尤其應用于工業(yè)控制、信息家電、移動通信、個人電子消費品等各個領域。</p><p>　　未來的嵌入式設備為了適應網絡發(fā)展的要求，必然要求硬件上提供各種網絡通信接口。傳統(tǒng)的單片機對于網絡支持不足，而新一代的嵌入式處理器已經開始內嵌網絡接口，除了支持TCP／IP協(xié)議，還有的支IEEE1394

35、、USB、CAN、Bluetooth[20]或IrDA通信接口中的一種或者幾種，同時也需要提供相應的通信組網協(xié)議軟件和物理層驅動軟件。軟件方面系統(tǒng)系統(tǒng)內核支持網絡模塊，甚至可以在設備上嵌入Web瀏覽器，真正實現隨時隨地用各種設備上網。</p><p>　　第2章 嵌入式linux系統(tǒng)</p><p>　　2.1 嵌入式Linux系統(tǒng)</p><p>　　嵌入式Lin

36、ux是日益流行的Linux操作系統(tǒng)的修改調整,因此它是可以在嵌入式計算機系統(tǒng)上運行的操作系統(tǒng)[7]。嵌入式Linux繼承了互聯(lián)網無限制的開放源碼的資源,同時也有嵌入式操作系統(tǒng)的特點。嵌入式Linux的特征是版權費免費，采購成本媒體成本技術支持世界的自由軟件開發(fā)者提供免費的支持網絡屬性,同時其優(yōu)異的性能,能夠簡單的移植軟件,開放的源碼,有許多應用程序支持，應用的產品開發(fā)周期短，新產品快速推向市場,因為有很多開放代碼可以引用和移植，實時性能

37、的RT_Linux Hardhat Linux[19]等嵌入式Linux支持實時性能穩(wěn)定性及安全性好。</p><p>　　現在隨著科學技術的不斷進步，以及集成電路的規(guī)模一直在擴大提高，一批數量多、價格低、結構精巧、功能強大的CPU出現在市場上，同時這也給了嵌入式Linux系統(tǒng)提供了一個豐富的硬件平臺。目前嵌入式Linux在應用上遠遠超過了普通的計算機系統(tǒng)，其應用領域非常廣泛,主要的應用領域是信息家電、PDA、機

38、頂盒、數字電話答錄機、以太網交換機、數據網絡、路由器、集線器、遠程訪問服務器、ATM、醫(yī)療電子、交通電腦外圍設備、工業(yè)控制、航空航天等領域[8]。</p><p>　　2.2 嵌入式 Linux的特點及優(yōu)勢[11]</p><p>　　Linux是一個類似于Unix操作系統(tǒng),起源于芬蘭名為Linux Torvalds的愛好者,是現在最流行的是一個開源的操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)的最大優(yōu)點

39、是其自由和開放的源代碼,和它的穩(wěn)定性和可靠性。Linux操作系統(tǒng),因為它的開放性和得到了最多的公司的支持,用戶可以根據自己的需要修改,還可以使用眾多的在線資源和網絡開發(fā)人員,更方便地獲得必要的技術支持。網絡技術的進步和Linux的開發(fā),Linux系統(tǒng)已經成為了微軟公司的Windows系列產品的一個強大的對手。許多開發(fā)人員自己不希望在操作系統(tǒng)上的程序受制于他人和增加產品開發(fā)成本,所以開源Linux是最好的起點。Linux有偉大的自由發(fā)展小

40、組。此外,由于其開放性工程師對系統(tǒng)可以更好的理解,而且可以針對特定的硬件解決方案和產品需要優(yōu)化。目前,在行業(yè)已經達成了一項共識:嵌入式Linux是代表總體趨勢,其巨大的市場潛力和釀造的無限的商機將吸引眾多制造商進入這一領域。</p><p>　　Linux系統(tǒng)不僅可以運行在PC平臺,同時在嵌入式系統(tǒng)中大放異彩。Linux從1991年開始至今,在20年的短時間已經發(fā)展成為一個強大的、提高設計的操作系統(tǒng),Linux由

41、于其自身的特點,在這個領域的嵌入式系統(tǒng)可以說是取得了快速的發(fā)展,</p><p>　　該操作系統(tǒng)有以下優(yōu)勢：</p><p>　　Linux是開源的,沒有黑箱技術,許多Linux世界各地的愛好者們是Linux開發(fā)人員強有力的技術支持，和其他嵌入式操作系統(tǒng),比如Windows CE、VxWorks系統(tǒng)是一個非開放的操作系統(tǒng),這樣第三方很難實現定制產品。</p><p>

42、;　　Linux源代碼是可用的,內容豐富,文檔是完整的,容易解決各種問題。</p><p>　　Linux內核小,效率高,內核的更新速度很快，而且是可以定制的，其系統(tǒng)內核最小只有約134KB，WindowsCE在這很尷尬,占據了過多的RAM。</p><p>　　Linux首次實現了TCP / IP協(xié)議棧的操作系統(tǒng),他的核心結構在網絡方面很完整,并提供包括10Mbit、100Mbit和10

43、00Mbit以太網網絡，以及無線網絡, Token Ring和光纖和衛(wèi)星支持,它是依賴于網絡設備是最好的選擇。</p><p>　　Linux內核結構設計考慮自適應系統(tǒng)可以降低要求,因此用戶可以根據自己的需求使用內核來減少。</p><p>　　Linux可靠性高,可以說是經驗證的,可以用在這里的主要任務和操作系統(tǒng)的情況。例如,Web服務器在世界中,絕大多數是Linux操作系統(tǒng)。每天我們通

44、過網絡瀏覽,24小時運行,證明了Linux的可靠性[13]。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的硬件與軟件環(huán)境</p><p>　　3.1 系統(tǒng)的基本原理與結構[15]</p><p>　　通過查閱的大量有關嵌入式系統(tǒng)的資料，了解到本系統(tǒng)的基本原理思想是將攝像頭通過USB接口連接到嵌入式系統(tǒng)板的USBHOST，將嵌入式Web服務器與視頻端整合在一起。攝像頭采集視頻圖

45、像信號壓縮過之后，由內部的總線傳送到內置的Web服務器上，客服端通過B/S結構可以在IE瀏覽器上訪問Web服務器上看到視頻傳輸后的畫面。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的基本結構包含3個部分，如圖3.1所示。</p><p>　　圖 3.1 嵌入式系統(tǒng)的基本結構</p><p>　　嵌入式應用程序是利用操作系統(tǒng)運用在操作系統(tǒng)上，通過操作系統(tǒng)的機制來完成特定功能的嵌入

46、式應用。</p><p>　　嵌入式操作系統(tǒng)有著內核小專用性強等特點，是完成嵌入式任務的跳讀和控制的核心。不同的應用通常有不同的硬件環(huán)境，硬件環(huán)境是整個嵌入式操作系統(tǒng)和應用程序運行的硬件平臺且硬件平臺的多樣性是嵌入式系統(tǒng)的一個主要特點。</p><p>　　3.2 構建系統(tǒng)硬件環(huán)境</p><p>　　系統(tǒng)硬件平臺功能如圖3.2所示。硬件方面采用S3C2410處理器

47、，基于ARM處理器的常用系統(tǒng)，嵌入式硬件平臺采用以S3C2410處理器為核心，主要包括了以太網接口模塊、USB接口模塊、LCD接口模塊和JTAG模塊等。</p><p>　　圖 3.2 系統(tǒng)硬件框圖</p><p>　　3.2.1 ARM處理器的介紹</p><p>　　ARM是Advanced RISC Machines的簡稱，它是一種處理器，它也是一個公司的名字

48、。ARM公司成立于1990年11月在英國劍橋，這是一個世界領先的16 / 32處理器的嵌入式解決方案供應商，為全球各大電子公司提供高性能，低成本高效率的精簡指令集處理器，外設和系統(tǒng)芯片技術授權。相比其他嵌入式處理器，ARM有三個特點：體積小，低功耗，低成本和高性能；16 / 32雙指令集；全球眾多合作伙伴。</p><p>　　ARM公司專注于設計。ARM核以其優(yōu)異的性能、體積小、功耗低、緊湊的代碼密度和多個來源

49、的優(yōu)秀組合而著名的,它的RISC性能是行業(yè)的領導者，具有體積小集成在一起，成本最低的芯片，以很低的功耗和價格來提供高性能處理器。ARM已經成為手機、掌上電腦、多媒體數碼消費者和其他嵌入式RISC解決方案的標準。</p><p>　　ARM處理器以優(yōu)異的性能,使系統(tǒng)設計者可以充分滿足要求的精確解答。從第三方制造商的廣泛的支持，設計師可以使用豐富的標準開發(fā)工具和臂優(yōu)化軟件。ARM架構基于RISC精簡指令集計算機(RI

50、SC)原則。RISC指令集相關聯(lián)的解碼機制比復雜指令集(CISC)設計更簡單。這個簡單的體系結構的ARM已經充分反映：高指令的吞吐量；優(yōu)秀的實時中斷響應；體積小高性價比處理器宏單元。ARM32架構被公認為行業(yè)領先的32位嵌入式RISC微處理器核心，所有的ARM處理器分享這個系統(tǒng)結構。這確保當開發(fā)人員更高性能處理器，在軟件開發(fā)中可以獲得最大回報的。ARM處理器本身是32位設計，還配備了16個THUMB指令集，來運行這個軟件編碼為更短的16

51、位指令。和相當于32代碼，thumb指令集使用的內存空間的儲蓄的35%，但是保留了一部分32位優(yōu)勢的系統(tǒng)。Thumb狀態(tài)和正常的ARM之間的切換狀態(tài)是零的開銷。如果需要，每個例程使用切換。這允許設計者完成優(yōu)化控制軟件。ARM的Jazelle技術提供了Java加速，可以基于軟件的Java虛擬機(JVM)更高的性能。與相同的非Java加速原子核相比，減少了80%的電力消耗。這些</p><p>　　3.2.2 S3C

52、2410</p><p>　　基于上面的介紹,該系統(tǒng)采用ARM9 S3C2410處理器。圖3.3為S3C2410實物圖。三星電子公司生產S3C2410是基于ARM920T處理器RISC核心16/32。 為了降低系統(tǒng)的成本和降低的外圍設備,芯片還整合成以下組件:16 K緩存命令,16 K數據緩存、MMU、外部內存控制器,控制器的液晶(支持STN和TFT),NAND閃存控制器,4 DMA通道,3通道UART、1個I2

53、C總線控制器,I2S總線控制器以及4頻道PWM定時器和一個內部定時器,通用I / O端口、實時時鐘、8通道10 位ADC和觸摸屏界面,USB主/從口,SD卡界面,及2頻道SPI和PLL鎖相環(huán)的時鐘。本芯片是目前廣泛應用于PDA、移動通訊、路由器、工業(yè)控制等。</p><p>　　圖3.3 S3C2410實物圖</p><p>　　S3C2410片上外設詳細介紹如下：</p>

54、<p>　?。?）1.8 V核心電壓、電壓3.3伏內存,3.3 V外部I / O電壓;</p><p>　?。?）外部存儲控制器(SDRAM控制器和芯片邏輯);</p><p>　?。?）LCD控制器(支持4 K色STN和256 K色液晶顯示器);</p><p>　　（4）與外部請求插頭的4通道DMA;</p><p>　?。?）

55、3通道UART,2通道SPI;</p><p>　?。?）1通道主要IIC總線和1通道道IIC控制器;</p><p>　?。?）2 USBl.1主要的設備接口,USB1.1從設備接口;</p><p>　　（8）4頻道PWM定時器以及通道內部定時器;</p><p>　?。?）看門狗定時器;</p><p>　　（1

56、0）版本1 SD接口,兼容2.11版本的MMC接口;</p><p>　　（11）117個常見的I / O端口,一個24外部中斷源;</p><p>　?。?2）電源模式:正常、低功耗、休閑和省電模式;</p><p>　　（13）8頻道10位ADC和觸摸屏口;</p><p>　?。?4）與日歷功能RTC(實時控制器);</p>

57、<p>　?。?5）在芯片與PLL時鐘生成器。</p><p>　　圖3.4為S3C2410的外部資源結構圖。</p><p>　　圖3.4 S3C2410資源結構圖</p><p>　　在具有豐富的外圍資源S3C2410芯片上,大大減少的外圍設備了需求,提高系統(tǒng)的集成和可靠性。在一個內存管理系統(tǒng)，S3C2410也有自己的突出特點。芯片支持大端和小端處

58、理器模式,支持8個128M的內存地址空間,每個Bank支持8/16/32位數據總線編程,擁有一個起始地址和大小的可編程Bank7和7個開始地址固定Bank0-6,所有內存Bank可以編程解決尋址周期,支持外部信號擴展總線周期。支持SDRAM的自動刷新,支持多種類型的ROM啟動,包括: NOR 閃存、,NAND閃存,9eeprom等。</p><p><b>　　3.2.3 以太網</b>&l

59、t;/p><p>　　以太網是一種廣泛使用的通用PC機的局域網技術，嵌入式系統(tǒng)是連接到以太網，從而讓嵌入式有更多的智能設備。我在這里使用了低功耗、高性能16位CS8900A以太網控制器。這個芯片使用起來較靈活，它的物理層接口、數據傳輸模式和工作模式可以根據需要動態(tài)調整，根據內部寄存器的設置以適應不同的應用程序。</p><p>　　CS8900A主要特點有：內置引擎為802.3MAC；符合IE

60、EE802.3以太網標準，并帶有ISA接口；內置4K字節(jié)RAM；有I/O、DMA等多種操作模式；支持10Base2、10Base5和10BaseT的AUI接口；全雙工操作。</p><p>　　在S3C2410與CS8900A之間的數據傳輸采用I/O模式，然后讀寫管腳nMEMR#和nMEMW#需要設置成高電平，從而可以關閉存儲器方式。CS8900A通過一個隔離變壓器連接到以太網上。在發(fā)送端隔離變壓器E2023變壓

61、比為1:2.5，在接受端隔離變壓器E2023變壓比為l:l。變壓器的作用是將外部線路與CS8900A隔離開，防止干擾和帶電插拔的時候燒壞元器件。</p><p>　　3.2.4 JTAG</p><p>　　JTAG是聯(lián)合測試團隊(Joint Test ActionGroup)的英文縮寫，由JTAG團隊采用的芯片測試協(xié)議的問題被確定為國際標準和使用的名字。在這個系統(tǒng)中，JTAG接口用于Fl

62、ash燒錄程序和模擬接口，并在同一時間，作為一個共同的平臺，擴展性和適應性都要求有JTAG接口系統(tǒng)。JTAG基于ieeell49.1系統(tǒng)是標準的邊界掃描測試，主要用于集成電路芯片掃描測試。最先進的芯片，如：數字信號處理器（DSP），可編程邏輯器件（CPLD），現場可編程門陣列（FPGA）和該系統(tǒng)使用的ARM芯片測試接口，支持JTAG邊界掃描測試標準。</p><p>　　JTAG4條主要的接口信號：測試時鐘輸入線

63、，測試數據輸入線，測試數據輸出線的應用和測試模式選擇線，及一個可選的信號線：測試復位線，和地線。在設計與雙列引腳連接器的S3C 2410測試線可以得出。如圖3.5為JTAG的接口電路圖。</p><p>　　圖3.5 JTAG接口電路圖</p><p>　　3.2.5 USB[17]</p><p>　　S3C2410成功的集成了USB主機控制器和設備控制器，在其外

64、部有2個USB主設備接口和一個從設備接口。S3C2410的USB模塊遵從OHCll.0標準并兼容USB1.1標準，USB控制器有著三種傳輸方式：DMA的批量傳輸、中斷傳輸和控制傳輸。S3C2410按照USB1.1標準協(xié)議連接即可，引出的USB連接口十分方便，同時支持低速和高速的USB設備傳輸。下圖為USB主機接口電路圖。</p><p>　　圖3.6 USB主機接口電路</p><p>　

65、　其中，DNO與NPO是S3C2410的USB主機控制模塊引腳。</p><p>　　3.2.6 其他模塊簡介</p><p>　　鍵盤和液晶顯示LCD模塊嵌入在人機界面設計的最重要的一部分。在設計的獨立式鍵盤按鍵的方法，每一個關鍵環(huán)節(jié)S3C2410的外部中斷的管腳。當按鈕被按下，產生電平觸發(fā)中斷信號。S3C2410內置液晶控制器，并支持三種類型的液晶屏幕：四位雙掃描，四位單掃描，八位單掃

66、描顯示類型；支持單色模式，4級和16級灰度液晶，256色和4096色液晶；支持不同大小的LCD（640 x480，320×240，160 x160）等。</p><p>　　3.3 搭建軟件環(huán)境</p><p>　　搭建軟件平臺主要設計做了以下工作：編譯的環(huán)境搭建為建立交叉編譯環(huán)境；嵌入式Linux的移植，對嵌入式Linux內核移植和Bootloader的移植。下圖3.7為軟件部

67、分整體框架。</p><p>　　圖3.7 軟件部分整體框架</p><p>　　第4章 軟件平臺的搭建</p><p><b>　　4.1編譯環(huán)境搭建</b></p><p>　　嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)通常采用交叉編譯調試模式。在主機上建立交叉編譯器調試環(huán)境,使用開發(fā)板叫做目標板。一般的主機和目標板上使用不同的CPU,所以

68、我們使用相應的交叉編譯器來生成相應的目標板操作的代碼。由理查德·斯托爾曼發(fā)展GNU編譯器將提供這個功能,在嵌入式開發(fā)工作之前,我們必須準備一個PC作為主機,和電腦安裝了相對的操作系統(tǒng),在目標板安裝在嵌入式Linux操作系統(tǒng)。然后,在主機上建立交叉編譯調試開發(fā)環(huán)境。當然,我們可以直接下載相應的交叉編譯工具,本文的主機arm-linux-gcc3.1.4,使用C語言編碼視頻采集程序,使用一個交叉編譯器工具調試,并最終生成可執(zhí)行代碼

69、,然后將可執(zhí)行代碼移植到目標平臺。構建交叉編譯環(huán)境是嵌入式開發(fā)是一個至關重要的一個步驟。大多數的ARM設備平臺并沒有提供充足的資源進行編譯的過程,所以大部分的翻譯工作在主機中進行,搭建一個ARM-Linux交叉編譯環(huán)境在主機上編譯相應的應用程序,生成的代碼可以在ARM平臺上運行。</p><p>　　在Linux下的嵌入式交叉編譯環(huán)境主要目標系統(tǒng)的編譯器gcc;目標系統(tǒng)的二進制工具binutils，包括ar，ob

70、jeopy，strip工具集;目標系統(tǒng)庫glibc;目標系統(tǒng)的Linux內核頭文件以和 GNU Make工具。</p><p>　　由于建立一個交叉編譯器環(huán)境是一個很復雜的過程,所以本系統(tǒng)采用預編譯完的交叉編譯器工具鏈,交叉工具鏈cross-3.3.2.tar.bz2可以很好地應用于該系統(tǒng)使用Linux-2.6.8內核。從互聯(lián)網下載到PC主機,將提取安裝到宿主Linux系統(tǒng)中,步驟如下:</p>&

71、lt;p>　?。?）在宿主機/usr/local目錄下建一個目錄名為ARM;命令對#:MKDIR/usr/local/ARM；</p><p>　?。?）cross-3.3.2.tar.bz2副本；</p><p>　?。?）到當前目錄轉到/usr/local/arm,解壓壓縮包;命令:tar-jxvf cross-3.3.2.tar. ba2；</p><p&g

72、t;　　（4）將解壓下的目錄/bin添加到環(huán)境變量當中去，并且命令：</p><p>　　#exportPATH =/usr/local/arm/3.3.2/bin:$PATH</p><p>　　的交叉編譯器構建環(huán)境。</p><p>　　4.2 嵌入式Linux移植</p><p>　　Linux作為一個完整和穩(wěn)定的開放源代碼的操作系統(tǒng)

73、，可以運行在多種硬件平臺，包括X86，電腦電源，ARM等使標準Linux可以在不同的處理器上運行的工作臺，需要后移植的過程。移植從軟件是一套軟件可以在不同的硬件平臺，在正常操作過程。這意味著，我們的軟件為Linux操作系統(tǒng)，硬件的ARM 9處理器為核心芯片的平臺。操作系統(tǒng)作為硬件上運行平臺和應用程序之間的程序代碼，操作系統(tǒng)的移植以ARM 9處理器平臺，說一些很受歡迎的ARM 9處理器結構，操作系統(tǒng)相應的修正，將很快的平臺的部分進行修改。

74、內核移植一方面包括：，Linux內核的移植，啟動代碼Bootloader的移植。</p><p>　　4.1.1 Linux內核的移植</p><p>　　從http：//www．kernel．org/pub/linux/kernel/v2．6/linux2．6．14．tar．bz2下載linux2.6.14內核至home/arm/dev_home/kernel。</p>&

75、lt;p>　　[root@localhost～]#su arm</p><p>　　[arm@localhost～]#cd $KERNEL</p><p>　　[arm@localhost kernel]#tar xzvf linux2.6.14.tar.gz</p><p>　　[arm@localhost kernel]#pwd</p>&l

76、t;p>　　/home/arm/dev_home/kernel</p><p>　　[arm@localhost kernel]#cd linux2.6.14</p><p>　　進入內核解壓后的目錄。</p><p>　　修改內核目錄樹根下的的Makefile，指明交叉編譯器。</p><p>　　[arm@localhost lin

77、ux2.6.14]#</p><p>　　vi Makefile</p><p>　　找到ARCH和CROSS_COMPILE，修改</p><p><b>　　ARCH?=arm</b></p><p>　　CROSS_COMPILE?=armlinux</p><p>　　然后設置PATH環(huán)境

78、變量，使其可以找到交叉編譯工具鏈。</p><p>　　[arm@localhost linux2.6.14]#</p><p>　　echo $PATH</p><p>　　/usr/local/arm/3.4.4/bin:/usr/kerberos/bin:/usr/10cal/bin:/usr/bin:/bin:/</p><p>　　

79、usr/X1lR6/bin:/home/ly/bin</p><p>　　如果/usr/local/arm/3.4.4/bin搜索路徑，加入下面語句在～/.bashrc中</p><p>　　[arm@localhost linux2.6.14]#</p><p>　　vi～/.bashrc</p><p>　　export PATH=/us

80、r/local/arm/3.4.4/bin: $PATH</p><p>　　為了我們的內核支持devfs以及在啟動時并在/sbin/init運行之前能自動掛載/dev21為devfs文件系統(tǒng)，修改fs/Kconfig文件</p><p>　　[arm@localhost linux2.6.14]$</p><p>　　vi fs/Kconfig</p>

81、<p>　　找至menu”Pseudo filesystems”添加如下語句：</p><p>　　config DEVFs_FS</p><p>　　bool”/dev file system support(OBSOLETE)”</p><p><b>　　default y</b></p><p>　

82、　config DEVFS_MOUNT</p><p>　　bool”Automatically mount at boot”</p><p><b>　　default y</b></p><p>　　depends on DEVFS_FS</p><p>　　配置內核產生config文件：</p>&l

83、t;p>　　[arm@localhost linux2.6.14]$</p><p>　　cp arch/arm/configs/smdk2410_defconfig/config</p><p>　　[arm@localhost linux2.6.14]$</p><p>　　make menuconfig</p><p>　　接下來

84、做的是針對文件系統(tǒng)的設置，目標板上要上的文件系統(tǒng)是cramfs，故做如下<>Second extended fs support#去除對ext2的支持</p><p>　　Pseudo filesystems></p><p>　　[*]/proc file system support</p><p>　　[*]Virtual memory fi

85、le system support(former shm fs)</p><p>　　[*]/dev file system support(OBSOLETE)</p><p>　　[*]Automatically mount at boot(NEW)</p><p>　　#這里會看到我們先前修改fs/Kconfig的成果，devfs已經被支持上了</p>

86、;<p>　　Miscellaneous filesystems></p><p>　　<*>Compressed ROM file system support(cramfs)</p><p><b>　　#支持cramfs</b></p><p>　　Network File Systems></

87、p><p>　　<*>NFS file system support</p><p>　　保存退出，產生.config文件。</p><p>　　.config文件能從提供的2.6.14的內核包中找到，文件名為config.back。</p><p>　　4.1.2 Linux內核的編譯</p><p>　　編

88、譯內核是相對比較簡單的,只要實施以下命令:</p><p>　　(1) make clean這個命令在正式編譯內核時先清理環(huán)境,以確保沒有錯誤.O文件存在。</p><p>　　(2) make dep這個命令是要編譯相關的依賴文件。</p><p>　　(3) make zlmage這個命令是最終的編碼命令。</p><p>　　(4) m

89、ake install這個命令可以相關文件復制到默認目錄。當然,在嵌入式設備的編譯時這一步可以去掉。因為特定的內核安裝應該手動執(zhí)行，生成的zlmage(bzlmage)文件是最終得到的內核映像文件,它是與我們的硬件平臺相關的,是建立在Makefile文件中,因為我們使用ARM平臺,因此圖像文件在arch/arm/boot/zlmage下。</p><p>　　4.2 Bootloader</p>&

90、lt;p>　　4.2.1 Bootloader的概念</p><p>　　Bootloader引導加載程序是在操作系統(tǒng)內核操作前的一個小程序,用于初始化硬件設備、內存空間,為最后調用操作系統(tǒng)內核環(huán)境好。Bootloader引導加載程序是嚴重依賴硬件實現,所以沒有一般的Bootloader,但可以得出結論,以指導用戶特定的Bootloader引導裝載程序設計和實現。大多數的Bootloader分為第一和第二階

91、段兩大部分。在第一階段的存儲設備的初始化代碼依賴系統(tǒng)結構的匯編代碼。第二階段的代碼有相對較高的可讀性和可移植性,通常使用C語言來實現更復雜的功能。</p><p>　　Bootloader引導裝載程序首先出現在計算機領域。在個人計算機系統(tǒng),當系統(tǒng)開始,第一個程序運行的是主板BIOS。BIOS程序負責底層硬件初始化和后續(xù)程序提供了訪問硬件接口的功能。當BIOS過程完成后,將推動MBR開始的代碼復制到內存并執(zhí)行,該代

92、碼的操作系統(tǒng)啟動過程通常被稱為Bootloader引導加載程序。在這里,BIOS系統(tǒng)將給控制權給引導加載程序,引導加載程序將提供一些系統(tǒng)的參數來操作系統(tǒng)內核,操作系統(tǒng)可以在一個特定的系統(tǒng)環(huán)境可以成功啟動。</p><p>　　然而,對于嵌入式系統(tǒng),它通常不喜歡BIOS固件,這樣整個系統(tǒng)加載啟動任務全由引導裝載程序完成。和嵌入式系統(tǒng),不同的硬件系統(tǒng)有成千上萬的方式,這些硬件的一些初始化工作之前還必須執(zhí)行操作系統(tǒng)啟動

93、。這導致了嵌入式系統(tǒng)引導裝載程序功能和特定的實現遠遠超過PC系統(tǒng)的復雜程度。嵌入式系統(tǒng)BootLoader:是一個單獨的程序代碼存儲在目標平臺,非易失性存儲介質。通過這個項目,我們可以初始化硬件設備,設置內存空間映射,將系統(tǒng)的硬件和軟件環(huán)境放在一個相對適當的位置，以便為最終調用操作系統(tǒng)內核準備好正確的環(huán)境。因為引導裝載程序代碼直接面對處理器核心和硬件控制器編程,通常使用匯編語言。一般的內容包括中斷矢量表、初始化內存系統(tǒng)，初始化堆棧，初始

94、化用戶程序的執(zhí)行環(huán)境、改變處理器模式和調用主應用程序。</p><p>　　4.2.2 Bootloader的功能</p><p>　　Bootloader是過度依賴于硬件而實現的。每一個不同體系結構的處理器都有不同的Bootloader。但是Bootloader的發(fā)展也傾向于支持各種體系結構，如U-Boot從開始就只支持PowerPC，如今還支持PowerPC，ARM，MIPS，X86和

95、其他體系結構。除了依靠于處理器的體系結構外，Bootloader實際上取決于特定的嵌板設備配置，也就是說，對于兩塊不同的嵌入式板而言，即使它們是由同一種處理器構建的，要想讓運行在一塊板子上的Bootloader程序也能運行在另一塊板子上，通常也都需要對Bootloader進行移植。所以在嵌入式世界里建立一個通用的Bootloader幾乎是不可能的。于是出現多種引導加載程序，如armboot，blob，redboot，vivi和U-Boo

96、t等。盡管如此，我們仍然可以對Bootloader歸納出一個通用的啟動流程來。</p><p>　　Bootloader通常是任何硬件上執(zhí)行的第一段代碼。要安裝它并給出其控制,引導加載程序來執(zhí)行以下類型的功能:</p><p>　　(1)初始化CPU速度；</p><p>　　(2)初始化內存,包括啟用內存銀行、初始化內存配置寄存器；</p><

97、p>　　(3)來初始化串行端口；</p><p>　　(4)啟用指令/數據緩存；</p><p>　　(5)設置堆棧指針；</p><p>　　(6)設置參數和結構參數的區(qū)域結構和識別；</p><p>　　(7)實現的POST來標識現有設備,并報告任何問題；</p><p>　　(8)為電源管理提供一個暫停/恢

98、復支持；</p><p>　　(9)跳轉到開始內核。一旦你將引導裝載程序安裝到目標的閃存,它將會執(zhí)行我們上面提到的所有初始化。然后,它準備接收來自主機的內核和文件系統(tǒng)。一旦加載到內核,引導加載程序將控制權交給內核。</p><p>　　在啟動時Bootloader只運行在很短的時間,但對于嵌入式系統(tǒng),它是一個非常重要的系統(tǒng)組成部分。當我們使用單片機這種操作系統(tǒng),通常只需要初始化CPU和其他

99、硬件設備,可以直接加載程序,不需要單獨建立一個引導加載程序。但對于一個大型的系統(tǒng),建立或移植的引導程序,可以給后續(xù)發(fā)展帶來很多便利。大多數的引導裝載程序包含兩個不同的操作模式:啟動加載程序模式和下載模式。</p><p>　　啟動加載程序模式:在這種模式下, Bootloader從目標機的固態(tài)存儲設備中將操作系統(tǒng)加載到RAM運行,整個過程沒有用戶干預。這個模式是引導裝載程序正常模式,因此在嵌入式產品的發(fā)布時,引導

100、裝載程序必須工作在這個模式。</p><p>　　下載模式：在這種模式下，目標機上的Bootloader通過串口、USB接口或網絡等通訊手段從開發(fā)機上下載內核映像和根文件系統(tǒng)映像等到RAM中。然后可以再被Bootloader寫到目標機上的固態(tài)存儲介質，或者直接引導系統(tǒng)。前一種功能通常是第一次使用編寫內核與根文件系統(tǒng)到固態(tài)存儲介質時或者當系統(tǒng)更新使用；后者為開發(fā)人員早期的發(fā)展過程。工作于這種模式下的Bootload

101、er通常都會向它的終端用戶提供簡單的命令行接口。Bootloader與主機之間進行文件傳輸所用的通信設備及協(xié)議，最常見的情況就是通過串口與主機之間進行文件傳輸，傳輸協(xié)議通常是Xmodem/Ymodem/Zmodem協(xié)議中的一種。但串行傳輸速度是有限的,所以通過以太網連接,并通過使用TFTP協(xié)議或通過USB接口下載該文件是一個更好的選擇。</p><p>　　4.2.3 vivi 介紹</p><

102、;p>　　Vivi是現今很受歡迎的一款專門為ARM9處理器的設計的Bootloader，其操作方便的同時還提供一個完整的命令系統(tǒng)。Vivi是韓國Mizi公司開發(fā)了一個Bootloader,適合ARM9處理器,支持S3C2410處理器,它的源代碼可以在www.mizi.com網站上下載。就像和其他的Bootloader一樣，vivi的兩種工作模式,即啟動加載程序模式和下載模式。在啟動加載模式系統(tǒng)可以及時啟動Linux內核。在下載模式

103、,vivi提供了一個命令行接口,該接口可以使vivi完成相應的功能。</p><p>　　4.3根文件系統(tǒng)的移植</p><p>　　根文件系統(tǒng)是存放Linux系統(tǒng)所必需的各種工具軟件、庫文件、腳本、配置文件和其他特殊文件的地方。根文件的移植具有以下幾個步驟:建立根文件系統(tǒng)目錄root，并在root目錄下創(chuàng)建一些子目錄/Bin、zetc、 /Proe、/lib、/user；編譯busybo

104、x可以提供一百多種GNU常用工具。Busybox所有命令都編譯成一個文件，sh、ep、is等其他命令都是指向busybox文件的鏈接；啟動腳本的編寫的一般系統(tǒng)啟動，都被要求能夠執(zhí)行相應的初始化操作，寫在命令行的init=/linuxrc；制作eramfs映像，#mkcramfs root root.cramfs，root.cramfs是支持yaffs的cramfs格式根文件映像。到此為止，根文件系統(tǒng)生成完成，通過bootloader的燒

105、寫功能移植到目標板上。</p><p>　　第5章 嵌入式Linux驅動移植</p><p>　　5.1 視頻采集模塊</p><p>　　5.1.1 視頻采集模塊簡介</p><p>　　在Linux操作系統(tǒng)，所有外部設備被視為是一種特殊的文件，稱為外設文件。內核和應用程序之間的接口是一個系統(tǒng)調用，而外部設備驅動是內核之間的接口和外圍設備，

106、外部設備驅動程序可以完成設備的初始化，提供各種操作設備文件和中斷處理功能，使得對外操作像正常文件。攝像頭屬于視頻設備類，按照標準videoforlinux（v4l）標準。v4l標準可提供音頻接口規(guī)范，是所有的音頻和視頻設備的接口驅動程序，包括內核，驅動程序，應用程序的通信標準。目前v4l標準除了包括音頻和視頻捕獲和處理的內容，包括USB攝像頭。視頻應用程序通過標準系統(tǒng)，操作各種不同的視頻捕獲設備。v4l注冊視頻設備的虛擬文件，可通過應用

107、視頻設備訪問的實現。</p><p>　　該系統(tǒng)的視頻采集分成兩個步驟，第一步是在內核接口寫入攝像頭相機的驅動程序，下一步是為獲取視頻數據上的應用開發(fā)。我們利用現有的接口的攝像頭的驅動程序，同時編譯了上層視頻數據采集和編碼程序。</p><p>　　5.1.2 攝像頭驅動移植</p><p>　　我們使用USB攝像頭是中星微公司設計的zc301芯片的攝像頭,其輸出J

108、PEG格式的圖像,圖像質量,和自動曝光控制和白平衡控制,市場目前主流的視頻處理芯片。USB攝像頭的程序是一種復雜的模塊,因為它不僅關系到攝像頭內部CMOS圖像采集芯片的操作,而且還可以和USB接口的相關操作的,獨立發(fā)展的相對難度比較大。這里我們使用互聯(lián)網對這些攝像頭驅動程序補丁,將遷移到嵌入式ARM板子上。</p><p>　　5.1.3 客戶端視頻流移植</p><p>　　客戶端的流媒