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1 系統(tǒng)平臺的硬件結(jié)構(gòu) 本文使用的系統(tǒng)平臺硬件功能框圖如圖1所示，該平臺采用Samsung公司的處理器S3C2410。該處理器內(nèi)部集成了ARM公司ARM920T處理器核的32b微控制器，資源豐富，帶獨(dú)立的16kB的指令Cache和16kB數(shù)據(jù)Cache，LCD控制器、RAM控制器，NAND閃存控制器，3路UART、4路DMA、4路帶PWM的Timer、并行I/O口、8路10位ADC、Touch Screen接口，I2C接口，I2S接口、2個(gè)USB接口控制器、2路SPI，主頻最高可達(dá)203MHz。在處理器豐富資源的基礎(chǔ)上，還進(jìn)行了相關(guān)的配置和擴(kuò)展，平臺配置了16MB 16b的FLASH和64MB 32位的SDRAM，通過以太網(wǎng)控制器芯片AX88796擴(kuò)展了一個(gè)網(wǎng)口，另外引出了一個(gè)HOST USB接口。在USB接口上外接一個(gè)帶USB口的攝像頭。另外，還配有分辨率為320×240，256色的LCD。 2 嵌入式Linux簡介 Linux操作系統(tǒng)具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，他的內(nèi)核穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、支持多種硬件平臺、源代碼完全開放，可裁減和低成本的特性非常適合于嵌入式應(yīng)用，并且Linux本身直接提供完整的TCP/IP協(xié)議，可非常方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。但Linux內(nèi)核本身不具備強(qiáng)實(shí)時(shí)性，且內(nèi)核體積較大，而且嵌入式系統(tǒng)的硬件資源有限，因此把Linux用于嵌入式系統(tǒng)，必須對Linux進(jìn)行實(shí)時(shí)化和嵌入式化，即通過配置內(nèi)核，裁減shell和嵌入式C庫對系統(tǒng)定制，使整個(gè)系統(tǒng)能夠存放到容量較小的FLASH中，Linux的動(dòng)態(tài)模塊加載，使Linux的裁減極為方便，高度模塊化的部件使添加非常容易。 整個(gè)系統(tǒng)軟件是在嵌入式Linux的基礎(chǔ)上構(gòu)建的。S3C2410平臺使用的Linux內(nèi)核是在Linux－2.4.18內(nèi)核打上patch－2.4.18－S3C2410這個(gè)補(bǔ)丁后編譯而成。S3C2410平臺使用的文件系統(tǒng)是yaffs，文件系統(tǒng)包括應(yīng)用程序、模塊、配置文件和庫等，圖像的采集和顯示是建立在嵌入式Linux內(nèi)核之上的，整個(gè)軟件系統(tǒng)如圖2所示。 通常宿主機(jī)和目標(biāo)板上的處理器不同，宿主機(jī)通常為Intel處理器，而目標(biāo)板如圖1所示為SAMSUNG S3C2410，所以程序需要使用針對處理器特點(diǎn)的編譯器才能生成在相應(yīng)平臺上可運(yùn)行的代碼，GNU編譯器提供這樣的功能，在編譯時(shí)，可以選擇開發(fā)所需的宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)，從而建立開發(fā)環(huán)境。在進(jìn)行嵌入式開發(fā)前的第一步工作就是把一臺PC機(jī)作為宿主機(jī)開發(fā)機(jī)，并在其上安裝指定操作系統(tǒng)。對于嵌入式Linux，宿主機(jī)PC上應(yīng)安裝Linux系統(tǒng)。之后，在宿主機(jī)上建立交叉編譯調(diào)試的開發(fā)環(huán)境，開發(fā)環(huán)境的具體建立這里不細(xì)談。本文采用移植性很強(qiáng)的C語言在宿主機(jī)上編寫視頻采集程序，再利用交叉編譯調(diào)試工具編譯鏈接生成可執(zhí)行代碼，最后向目標(biāo)平臺移植。 3 基于Video4Linux的圖像采集 Video4Linux是Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，他為針對視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供一系列接口函數(shù)，在Linux下，視頻采集設(shè)備的正常使用依賴于對Video4 Linux標(biāo)準(zhǔn)的支持。如果使用Video4Linux，在編譯內(nèi)核時(shí)，一定要選中Multimedia Devices下的Video for Linux選項(xiàng)，本文針對的設(shè)備文件是 / dev / video，使用的器件是基于OV511的USB攝像頭。在運(yùn)行程序前，一定要先加載USB及OV511設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊，同時(shí)加載Video4Linux模塊，分別使用命令：modprobe usbcore，modprobe usbohci，modprobe videodev和modprobe ov511，以確保生成設(shè)備文件/dev/video，若使用的Linux操作系統(tǒng)不支持modprobe命令，也可使用insmod命令。一般來講，基于Video4Linux的圖像采集的程序流程如圖3所示。 以下簡單介紹程序的編寫，在這里只給出關(guān)鍵部分的實(shí)現(xiàn)代碼。 首先，必須聲明包含2個(gè)頭文件： 在獲取圖像信息后，還可根據(jù)需要改變這些信息，例如對比度、亮度、調(diào)色板等，具體做法是先給video_picture中相應(yīng)變量賦新值，再利用VIDIOCSPICT ioct1函數(shù)。 第2部分，使用mmap方式的單幀圖象采集： 然后調(diào)用ioct1（grab_fd，VIDIOCSYNC，＆fRAMe）函數(shù)，該函數(shù)成功返回則表示采集完畢，采集到的圖像數(shù)據(jù)放到以data為起始地址，長度為240×320×3的內(nèi)存區(qū)域中，讀取該內(nèi)存中的數(shù)據(jù)便可得到圖像數(shù)據(jù)。 在此基礎(chǔ)上同樣可實(shí)現(xiàn)連續(xù)幀的采集，即一次采集連續(xù)多幀圖像的數(shù)據(jù)，Video4Linux最多支持一次采集32幀，此時(shí)首先要設(shè)置grab_buf.frame為要采集的幀數(shù)，而每一幀的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的位置為data＋grab_vm.offsets[frame]，其中g(shù)rab_vm為video_mbuf結(jié)構(gòu)體變量的一個(gè)聲明，利用ioct1（fd，VIDIOCGMBUF，＆grab_vm）便可獲得grab_vm的信息。 4 基于FrameBuffer的圖象顯示 當(dāng)Video4Linux使用mmap方式采集圖像時(shí)，他總是盡最大努力將圖像直接顯示在屏幕上，但并不一定能夠完成，因此一個(gè)完整的設(shè)備應(yīng)該具有圖像顯示的功能，一般來講，嵌入式Linux下顯示一幅圖像總共有以下幾種方法： （1）在利用Video4Linux采集圖像時(shí)，將采集到的圖象數(shù)據(jù)直接放到FrameBuffer的內(nèi)存映射區(qū)中，而Video4Linux也支持這種功能，利用VIDIOCSFBUF和VIDIOCGFBUF這兩個(gè)ioct1函數(shù)，可設(shè)置和獲得struct video_buffer。但該方法并不是每個(gè)圖像采集設(shè)備都支持。 （2）進(jìn)圖像數(shù)據(jù)存成各種格式（例如bmp），在各種GUI軟件中，均會直接顯示不同格式的圖像的函數(shù)，如MiniGui中的FillBoxWithBitmap函數(shù)。 （3）直接將圖像數(shù)據(jù)寫入FrameBuffer中。 在這里主要介紹第3種。 FrameBuffer設(shè)備是運(yùn)行在Linux控制臺上的一個(gè)優(yōu)秀的圖形接口，他幾乎支持所有的硬件，提供了統(tǒng)一的API接口，很好地實(shí)現(xiàn)了硬件無關(guān)性，他可以直接操作顯存，而且還留有提供圖形加速功能的接口，運(yùn)行時(shí)不需要root權(quán)限；FrameBuffer的設(shè)備節(jié)點(diǎn)是/dev/fb＊，用戶若要使用他，需要在編譯內(nèi)核時(shí)選中FrameBuffer，其簡單的使用程序如下： 從vinfo和finfo中取得顯存起始地址、分辨率、色深等信息，然后根據(jù)這些計(jì)算出需映射顯存的大小。 由此便可直接操作大小為screensize，起始地址為fbp的內(nèi)存區(qū)域，在LCD上直接顯示圖像、圖形、文字等，例如執(zhí)行memset（fbp，0，screensize）將進(jìn)行清屏操作。 需要注意的是，對于色深為8位或8位以下的設(shè)備，在進(jìn)行繪圖操作前還需要設(shè)置合適的調(diào)色板，操作調(diào)色板要用到fb_camp結(jié)構(gòu)，執(zhí)行ioctl（fd，F(xiàn)BIOGETCMAP，＆old_cmap）將保存調(diào)色板信息，執(zhí)行ioctl（fd，F(xiàn)BIO－PU TCMAP，＆new_cmap）將設(shè)置新的調(diào)色板。以下介紹如何顯示一個(gè)象素，這里假設(shè)LCD為24位色的。 由此便可逐一顯示每個(gè)象素，進(jìn)而顯示整幅圖像。 5 結(jié)語 由于Linux的驅(qū)動(dòng)模型支持模塊堆疊技術(shù)，內(nèi)核開發(fā)者已提供了一些通用模塊，因此，雖然文中是以USB攝像頭為例，但只要針對自己的圖像采集設(shè)備編寫基于Video4 Linux的驅(qū)動(dòng)程序，針對自己的LCD編寫基于FRAMeBuffer的驅(qū)動(dòng)程序，以上的程序便可成為通用的圖像采集與顯示程序。應(yīng)用本文所述方法完成圖像采集與顯示工作，再加上相關(guān)的處理并接入網(wǎng)絡(luò)，就構(gòu)成了一個(gè)智能終端設(shè)備，可用于工廠、銀行等場合全天候的智能監(jiān)控，圖像的網(wǎng)絡(luò)通信等，具有廣闊的是市場和應(yīng)用前景。 |
