基于ARM的遠程無線視頻監(jiān)控終端設(shè)計

1．2 中央管理控制模塊
中央管理控制模塊是以嵌入式ARM微處理器為核心，實現(xiàn)視頻圖像信號的采集與壓縮管理、視頻圖像數(shù)據(jù)的收發(fā)，以及控制信號的解釋執(zhí)行等。該中央管理控制模塊包括：電源和復(fù)位電路、系統(tǒng)時鐘電路、Flash存儲器接口電路、SDRAM接口電路、JTAG接口電路、串行接口電路等。
1．3 無線傳輸模塊
無線傳輸模塊采用GPRS Modem傳輸壓縮后的視頻圖像數(shù)據(jù)，GPRS Modem中的MC55無線模塊闈具有3頻段，適用于歐洲和亞洲的頻段：90 0，1 800和1 900 MHz，其3種頻段的切換可由AT指令控制。MC55模塊是系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)接口，具有GPRS class-10多時隙功能，class-B操作模式，支持增強型AT命令集，模塊自帶TCP／IP協(xié)議棧。嵌入式微處理器S3C2440通過串口與GPRS Modem提供的串口相連，所有數(shù)據(jù)都通過串口實現(xiàn)交換。嵌入式微處理器S3C2440與GPRS Modem連接的電路原理圖如圖4所示。

2 監(jiān)控終端的軟件設(shè)計
監(jiān)控終端的軟件設(shè)計是基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的，其模塊框圖如圖5所示。

1)在監(jiān)控終端硬件基礎(chǔ)上搭建一個軟件平臺即操作系統(tǒng)層，搭建的軟件開發(fā)平臺需要完成系統(tǒng)啟動代碼的設(shè)計(U-BOOT的修改與移植)、嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的移植以及設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)等。系統(tǒng)啟動代碼即Bootloader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核之前運行的一段小程序。通過這段小程序，可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好正確的環(huán)境。通過對U-Boot-1．3．3的修改和移植完成系統(tǒng)啟動代碼的設(shè)計。監(jiān)控終端軟件的核心是嵌入式Linux操作系統(tǒng)，一切功能的實現(xiàn)都基于Linux操作系統(tǒng)完成的。嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核采用Linux 2．6．26的內(nèi)核版本，并對其進行配置，實現(xiàn)操作系統(tǒng)在監(jiān)控終端硬件平臺上的移植。根文件系統(tǒng)是指嵌入式Linux系統(tǒng)啟動時所使用的第一個文件系統(tǒng)，在啟動內(nèi)核時需要掛載根文件系統(tǒng)來支持訪問外部設(shè)備，以及裝載和運行內(nèi)核模塊與應(yīng)用程序，通過BusyBox1．6．1進行配置實現(xiàn)了根文件系統(tǒng)的建立，同時通過Cramfs工具包，制作了Cramfs文件系統(tǒng)。
嵌入式Linux系統(tǒng)內(nèi)核通過設(shè)備驅(qū)動程序與外圍設(shè)備進行交互，設(shè)備驅(qū)動程序是一組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)，它們通過定義的接口控制一個或多個設(shè)備，設(shè)計了IME6400驅(qū)動程序和MC55驅(qū)動程序。將IME6400按照字符設(shè)備來處理，編寫一個字符設(shè)備驅(qū)動。字符設(shè)備是Linux中最簡單的設(shè)備，應(yīng)用程序使用標準的系統(tǒng)調(diào)用打開、讀取、寫和關(guān)閉。內(nèi)核使用file_operations結(jié)構(gòu)訪問驅(qū)動程序的函數(shù)，open()函數(shù)用于完成設(shè)備打開計數(shù)、中斷申請和環(huán)形緩沖區(qū)的初始化工作；release()函數(shù)的用法和作用正好與open()函數(shù)相反；ioctl()函數(shù)用于提供各種各樣的硬件控制，即應(yīng)用程序需要通過ioctl()函數(shù)來讀取和修改環(huán)形緩沖區(qū)的標識變量。MC55的設(shè)備驅(qū)動程序主要包括MC55的file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及MC55的打開、關(guān)閉、讀、寫，MC55的硬件初始化等函數(shù)。MC55的打開函數(shù)MC55_open()用于實現(xiàn)GPRS設(shè)備的打開；關(guān)閉函數(shù)MC55_close()用于實現(xiàn)GPRS設(shè)備的關(guān)閉；讀函數(shù)MC55_read()用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取接收；寫函數(shù)MC55_write()用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送；I／O初始化程序MC55_ hardware_init()實現(xiàn)對GPRS設(shè)備輸入、輸出端口的初始化；MC55的初始化程序void_initMC55_init()完成對GPRS設(shè)備的初始化工作。
2)在軟件平臺的基礎(chǔ)上，開發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用程序即應(yīng)用層。借助交叉編譯工具，開發(fā)視頻監(jiān)控終端上運行的采集、壓縮、傳輸程序。監(jiān)控終端的應(yīng)用程序主要包括MPGE4壓縮編碼模塊控制程序和GPRS模塊傳輸數(shù)據(jù)的程序，同時還要對視頻A／D轉(zhuǎn)換器SAA7111A的工作方式進行配置。
SAA7111A工作方式的配置是微處理器S3C2440通過I2C總線對其內(nèi)部32個寄存器的配置實現(xiàn)的。SAA7111A初始化設(shè)定為：1路模擬視頻信號輸入(AI11)、自動增益控制、PAL制式、YUV4：2：2的16位數(shù)字視頻信號輸出。由于輸入視頻信號屬于PAL制式，需要把寄存器08H中的FSEL(50、60 Hz場頻選擇)位設(shè)置為0；另外還需要把該寄存器中的HPLL(鎖相環(huán)使能選擇)位設(shè)置為O，使HREF(行輸出參考)、VREF(場輸出參考)信號輸出同步；把寄存器11H中的COLO位設(shè)置為1。表示Y和C通道同時工作；把11H中的OEHV、OEYC位設(shè)置為11，功能是使能芯片的VPO、HS、VS、HREF、VREF這些輸出端口。