嵌入式Linux系統(tǒng)下的視頻服務(wù)器解析方案

0 引言

通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)普及到人類(lèi)生活的各個(gè)方面，布控區(qū)域廣闊的網(wǎng)絡(luò)視頻采集系統(tǒng)也在迅速的發(fā)展，嵌入式視頻采集系統(tǒng)的服務(wù)器直接連入已經(jīng)建成的網(wǎng)絡(luò)，既沒(méi)有線(xiàn)纜長(zhǎng)度的限制，也沒(méi)有信號(hào)衰減的限制，通過(guò)沒(méi)有距離概念的網(wǎng)絡(luò)，徹底拋棄了地域的限制。系統(tǒng)具有幾乎無(wú)限的無(wú)縫擴(kuò)展能力，所有設(shè)備都以IP地址劃分，增加設(shè)備只是意味著IP地址的增加，可組成非常復(fù)雜的視頻采集系統(tǒng)，服務(wù)器輸出的視頻數(shù)據(jù)已完成模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換并壓縮，采用TCP/IP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，支持跨網(wǎng)關(guān)、跨路由器的遠(yuǎn)程視頻信息傳輸。

本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)視頻采集的需要，將網(wǎng)絡(luò)傳輸與視頻采集相結(jié)合，設(shè)計(jì)了以S3C2440為核心的USB攝像頭視頻采集和嵌入式Linux系統(tǒng)下的視頻服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻信息采集。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是以ARM9處理器S3C2440為核心，在嵌入式Linux系統(tǒng)平臺(tái)下，通過(guò)USB攝像頭采集視頻信息，然后對(duì)所得到的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)送到視頻服務(wù)器MJPG-streamer上，視頻服務(wù)器經(jīng)過(guò)對(duì)圖像壓縮處理，經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)傳輸出去，遠(yuǎn)端客戶(hù)機(jī)通過(guò)瀏覽器或者專(zhuān)用軟件訪(fǎng)問(wèn)視頻服務(wù)器，即可瀏覽現(xiàn)場(chǎng)信息，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻采集。系統(tǒng)總體如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示。

系統(tǒng)處理器采用高性能ARM9處理器S3C2440，S3C2440是基于ARM920T核心的RISC處理器，主頻為400 MHz，實(shí)現(xiàn)了MMU，具有AMBA總線(xiàn)和哈佛結(jié)構(gòu)高速緩沖體系結(jié)構(gòu)，有獨(dú)立的16 KB的指令緩存和16 KB的數(shù)據(jù)緩存。主要應(yīng)用于高性能，低價(jià)格，低功耗的嵌入式設(shè)備和手持設(shè)備。處理器內(nèi)部集成了完備的硬件資源，外部存儲(chǔ)控制器，4通道DMA，3通道的UART，2通道SPI，2通道USB主機(jī)和1通道USB設(shè)備，4通道PWM定時(shí)器和內(nèi)部看門(mén)狗定時(shí)器，130個(gè)GPIO等。

NAND FLASH采用K9F2G08，該存儲(chǔ)芯片容量大，高達(dá)256 MB，改寫(xiě)速度非?？?，易于使用，具有可靠的耐用性，適合用于大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，該FLASH以512 B為塊進(jìn)行讀寫(xiě)操作，通過(guò)輸入輸出接口傳送地址和命令，傳遞專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)接口與CPU相連，數(shù)據(jù)總線(xiàn)為8 b，寫(xiě)入操作必須在空白區(qū)域進(jìn)行，所以在改寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)要先進(jìn)行擦除，然后再寫(xiě)入。

NAND FLAsH在本系統(tǒng)中用來(lái)存放bootloader引導(dǎo)代碼，Linux內(nèi)核代碼以及Yaffs文件系統(tǒng)。SDRAM為同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，類(lèi)似于PC機(jī)的內(nèi)存，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，先將內(nèi)核代碼從FLASH復(fù)制到SDRAM中，用來(lái)程序的讀取，存儲(chǔ)，執(zhí)行，從而提高CPU讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)的速度。本采用2片32 MB的HY57V作為系統(tǒng)內(nèi)存，把他們并聯(lián)起來(lái)形成32位的數(shù)據(jù)總線(xiàn)，提高CPU的訪(fǎng)問(wèn)速度，增加運(yùn)行Linux系統(tǒng)的流暢性。由于SDRAM掉電不能保存數(shù)據(jù)，所以要不斷的進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新來(lái)保存數(shù)據(jù)，使用之前要進(jìn)行初始化。

目前最流行的以太網(wǎng)控制器是DAVICOM公司的DM9000網(wǎng)卡芯片，該芯片自適應(yīng)10 Mb/s和100 Mb/s的網(wǎng)絡(luò)，處理器通過(guò)GPIO與網(wǎng)卡相連，支持3.3 V接口電壓，32位接口存儲(chǔ)器可以方便直接與S3C2440相連，在連接RJ-45接口，即可實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的連接。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在Linux操作系統(tǒng)下可以方便的移植，故選擇此網(wǎng)卡芯片作為以太網(wǎng)控制器。攝像頭采用市場(chǎng)普通USB攝像頭，即插即用，處理器通過(guò)USB控制器控制攝像頭。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件可分為Bootloader，Linux內(nèi)核，Yaffs文件系統(tǒng)和MJPG-streamer視頻服務(wù)器，系統(tǒng)框圖如圖3所示。

“Bootloader是在操作系統(tǒng)運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序，來(lái)完成硬件設(shè)備的初始化，從而將系統(tǒng)軟硬件環(huán)境帶到合適狀態(tài)，為最終調(diào)用操作系統(tǒng)做好準(zhǔn)備”。Bootloader可以從SAMSUNG公司官方網(wǎng)站下載，經(jīng)過(guò)交叉編譯生成Bin文件，下載到板子上。

Linux內(nèi)核采用Linux 2.6.32版本，運(yùn)行make menuconfig配置萬(wàn)能驅(qū)動(dòng)USB攝像頭，在Device Drivers下，選擇Multimedia device，選擇Video Capture adapters，選擇V4L USB devices，選擇GSPA based webcams，即可選擇萬(wàn)能驅(qū)動(dòng)USB攝像頭。

系統(tǒng)采用Yaffs文件系統(tǒng)，Yaffs是專(zhuān)為嵌入式系統(tǒng)使用NAND型閃存而設(shè)計(jì)的一種日志型文件系統(tǒng)。它減少了一些功能，速度更快，掛載時(shí)間很短，對(duì)內(nèi)存的占用較小，所以系統(tǒng)采用Yaffs文件系統(tǒng)。