基于嵌入式Linux的機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)研究

3. 2 ZC0301 攝像頭視頻采集程序設(shè)計

Video4linux 是Linux 內(nèi)核里支持影像設(shè)備的一組API，配合適當(dāng)?shù)牟杉ㄅc相關(guān)驅(qū)動程序，可以實(shí)現(xiàn)視頻采集。驅(qū)動視頻采集設(shè)備完成視頻采集和處理，需要相應(yīng)的驅(qū)動程序和視頻流采集程序。視頻采集程序的內(nèi)容主要包括攝像頭的初始化、打開、關(guān)閉、參數(shù)設(shè)置以及數(shù)據(jù)讀取等。

Video4linux 視頻采集的實(shí)現(xiàn)過程如下：

（ 1） 初始化程序，包括打開視頻設(shè)備文件，讀取視頻采集設(shè)備信息以及設(shè)備緩沖區(qū)信息等； 初始化攝像頭參數(shù)主要通過init_videoIn 函數(shù)來完成。

（ 2） 打開視頻采集設(shè)備。初始化工作完成后，通過V4L_open 函數(shù)檢查攝像頭設(shè)備是否加載，如能夠檢測到攝像頭設(shè)備，使用open 系統(tǒng)調(diào)用以只讀的方式打開視頻設(shè)備。

（ 3） 獲取視頻設(shè)備信息和圖像信息。通過調(diào)用設(shè)備I /O 通道管理函數(shù)ioctl 中的VIDIOCGCAP 參數(shù)獲取視頻采集設(shè)備的名稱、類型、通道數(shù)、圖像寬度和高度等信息參數(shù)，調(diào)用ioctl 函數(shù)中的VIDIOCGPICT 參數(shù)讀取視頻采集設(shè)備緩沖video_picture 信息。

（ 4） 視頻采集。在V4L 體系下，采用內(nèi)存映射方式采集視頻。內(nèi)存映射方式視頻讀取的具體操作如下：

①首先使用ioctl 系統(tǒng)調(diào)用VIDOOCGMBUF 命令獲取攝像頭存儲緩沖區(qū)的幀信息，之后初始化video_mbuf，修改video_mmbuf 設(shè)置。

②映射設(shè)備文件到內(nèi)存。

③截取圖像，有單幀截取和連續(xù)幀截取兩種方式。進(jìn)行單幀截取需先準(zhǔn)備內(nèi)存空間； 然后調(diào)用ioctl 函數(shù)的VIDIOCMCAPTURE 命令，以非阻塞形式開始一幀圖像截取； 接著調(diào)用ioctl（ fd，VIDIOCSYNC，＆frame）函數(shù)判斷該幀是否截取完畢； 最后就可將圖像數(shù)據(jù)寫入到Frame Buffer 中。若進(jìn)行連續(xù)幀截取，則需通過循環(huán)語句中，使用VIDIOCMCAPTURE 和VIDIOCSYNC 函數(shù)判斷是否完成截取，并給采集到的每幀圖像賦地址。

（ 5） 關(guān)閉攝像頭。視頻采集完成以后，最后的工作是關(guān)閉視頻采集設(shè)備。以內(nèi)存映射的方法獲取視頻數(shù)據(jù)，需要在視頻采集任務(wù)完成之后關(guān)閉內(nèi)存映射，然后調(diào)用close_v4l 函數(shù)關(guān)閉視頻設(shè)備。關(guān)閉視頻設(shè)備需要判斷視頻獲取方式： 如是內(nèi)存映射方式，則通過munmap 函數(shù)。

4 嵌入式Web 監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

嵌入式Web 監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)包括了Boa 服務(wù)器移植、CGI 網(wǎng)頁交互程序設(shè)計兩個部分。

4. 1 Boa 服務(wù)器移植

在嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，Web 服務(wù)器的性能對系統(tǒng)的整體性能具有直接影響，因此Web 服務(wù)器的選擇和設(shè)計尤為重要。高效率的Web 服務(wù)器，才能使監(jiān)控系統(tǒng)的能得到充分的發(fā)揮。

Boa 是一款單任務(wù)的HTTP 服務(wù)器，它支持CGI 技術(shù)，且具有自動生成目錄和解壓文件等功能。在運(yùn)行效率方面，由于其只為CGI 程序創(chuàng)建新的進(jìn)程，因此具有很高的HTTP 請求處理速度。故選用Boa 來構(gòu)建嵌入式服務(wù)器。

服務(wù)器主要作用是為整個系統(tǒng)提供了一種網(wǎng)絡(luò)接入和信息服務(wù)方式。系統(tǒng)通過應(yīng)用HTTP 協(xié)議聯(lián)網(wǎng)，調(diào)用具有數(shù)據(jù)請求和控制功能的CGI 程序，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器對客戶端瀏覽器請求的處理，最終實(shí)現(xiàn)信息在瀏覽器的動態(tài)顯示，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。

4. 2 CGI 網(wǎng)頁交互程序設(shè)計

CGI 技術(shù)即通用網(wǎng)關(guān)接口（ Common Network Interface） 技術(shù)，它支持WEB 數(shù)據(jù)動態(tài)刷新、轉(zhuǎn)換和顯示。

基于CGI 接口設(shè)計的程序運(yùn)行在WEB 服務(wù)器端，像其他類型程序設(shè)計一樣，其必須通過CGI 標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行編寫。CGI 程序的運(yùn)行由瀏覽器端的輸入觸發(fā)，它的任務(wù)就是執(zhí)行指令，將所需數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為環(huán)境變量進(jìn)行處理，并回傳處理結(jié)果。WEB 服務(wù)器與CGI 程序之間通過四種途徑進(jìn)行通信： 環(huán)境變量、命令行、標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出。

CGI 的基本工作過程為： 根據(jù)瀏覽器的請求，CGI 程序通過執(zhí)行Boa 服務(wù)器指令，調(diào)用其它應(yīng)用程序進(jìn)行處理，最后將處理結(jié)果以HTML 形式反饋給瀏覽器顯示。CGI 工作流程示意圖如圖3 所示。

圖3 CGI 工作流程示意圖

4. 3 系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)的測試工作主要是在實(shí)驗室的局域網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行的。

其中下位機(jī)為以S3C2440 處理器為核心的嵌入式目標(biāo)板，配合ZC0301 攝像頭和數(shù)字溫度傳感器DS18B20，通過構(gòu)建Linux 操作系統(tǒng)并移植Boa，將其配置成為嵌入式服務(wù)器； 下位機(jī)采用通用的PC 機(jī)，通過瀏覽器與服務(wù)器進(jìn)行交互。上位機(jī)監(jiān)控端和下位機(jī)嵌入式服務(wù)器通過網(wǎng)線和上位機(jī)相連接，構(gòu)建成為局域網(wǎng)開發(fā)環(huán)境。