转：基于ARM嵌入式IPCamera的设计与实现

只看该作者 · 2011-11-13 11:20

作者:朱华生
摘  要：如何设计一款能够通过网络实现远程拍照和浏览照片的IPCamera？本文通过采用ARM9和USB摄像头实现IPCamera。IPCamera使用S3C2410、AX88796等元件来组成硬件平台，再将Linux系统移植到硬件平台上，然后设计好相应的驱动程序和应用程序，最后将软件下载到硬件平台。 www.51kaifa.com
关键词： ARM；IPCamera；嵌入式
0 前言
随着社会的发展，人们对安全防范工作日益重视，监控产品也从以前只在重要单位使用发展到各个领域都在应用。监控产品的技术也从模拟向数字和网络技术发展。网络监控产品使用较多的是硬盘录像机，但价格比较高。有些场合对监控的要求并不高，也不需要录像，但有时又要在远程了解一下当地的画面，这时就希望使用一种低价的，又能实现远程操作的监控产品。所以就计划设计IPCamera（网络照相机），它能够接受网络或手机短信发来的命令进行拍照，并将照片发布到Web服务器上或手机上供用户浏览。
1  IPCamera系统总体设计
   IPCamera系统的总体设计思路是：采用ARM9作为系统的处理器，利用普通USB摄像头完成图像采集。系统设计一块网卡和一个GPRS模块，用户可以根据需要决定选用其中的一种、或者二种同时使用。手机能够通过GSM网向IPCamera的GPRS发送拍照控制命令，系统会自动将拍下的照片通过GPRS模块发回给手机；网络用户可以利用telnet协议向IPCamera发送拍照控制命令，然后再利用浏览器查看IPCamera上的照片。
2  IPCamera的硬件设计
在设计IPCamera时，考虑到系统的稳定性和成本等因素，因此将系统硬件设计为3个部分，即核心板、主板和GPRS模块，如图1所示。www.51kaifa.com
核心板采用三星公司生产的S3C2410处理器；SDRAM采用2片HY57V561620AT-H构成64M；将它连接到系统nGCS6，所以它的起始地址为：0x03000000。NAND FLASH 采用SAMSUNG K9F1208芯片，FLASH芯片连接到系统的nGCS0，所以它的起始地址为：0x00000000。要系统从NAND FLASH启动，应将S3C2410的OM0和OM1引脚都接地。
主板主要是一些接口电路。串行接口采用MAX3232芯片，由于本系统只使用一个串口，所以和S3C2410的TXD0和RXD0相连，构成第一个串口电路。JTAG接口直接由S3C2410处理器控制，只不过在连接电路上要加上接电阻。USB接口电路直接采用S3C2410内部的USB主机控制器，然后接上限流电阻和保险丝和USB插座。网卡采用AX88796-X86芯片，接在BANK2的位置上，所以片选接处理器的nGCS2信号，其地址为0X200，所以IO_BASE0、IO_BASE1、IO_BASE2三个引脚悬空，中断选用INT2。网卡的逻辑地址是0x10000200。
GPRS模块采用SIMCOM公司生产的SIM100-E芯片。通过第三个串口信号线TXD2和RXD2和处理器相连接。

图1 IPCamera硬件结构图

3 IPCamera引导程序、操作系统和驱动程序
IPCamera引导程序选用韩国Mizi公司开发的vivi。vivi必须经过裁剪、交叉编译、下载到IPCamera等几个过程。首先使用make menuconfig命令裁剪vivi，然后make命令编译生成vivi的二进制镜像文件，使用的编译器是armv4l-unknown-linux-gcc和armv4l-unknown-linux-as，最后使用JTAG将vivi烧写到IPCamera的flash芯片上。
考虑到成本，以及系统对实时性的要求不高等因素，所以决定选用Linux操作系统。目前发行的Linux操作系统都能支持ARM机的体系结构，所以只要根据平台的具体结构进行移植。系统移植主要包括建立交叉编译环境、修改内核源码、内核裁剪和内核编译4等个环节。内核裁剪时，要让系统包括telnet和ftp服务。telnet服务主要实现能够对IPCamera远程操作，ftp服务主要实现IPCamera的文件上传和下载。最后将编译好的内核映象文件利用vivi软件烧写到IPCamera的flash芯片上。www.51kaifa.com

IPCamera需要串口、USB、视频设备和网卡等多个设备驱动程序[2]，由于这些设备都是标准设备，所以可以到厂家去下载相应的设备驱动源程序，然后交叉编译成Linux下的驱动程序，最后通过insmod[3]命令向内核加载驱动程序。如：Linux系统提供了视频设备的内核驱动video4linux（简称V4L），它为视频设备的应用程序编程提供一系列接口函数，所以USB摄像头

就可以采用V4L驱动程序。

4 IPCamera应用程序的设计

IPCamera主要包括3个应用程序，即：USB摄像头拍照、Web服务和GPRS操作控制等程序。这些应用程序都是用C语言来编写，然后通过交叉编译生成可执行文件。

4.1 USB摄像头拍照程序的设计

USB摄像头采用video4linux驱动，V4L图像采集的方法有两种，即overlay和mmap。本系统采用mmap，这种方法是通过将设备文件影射到内存的方法，直接通过指针操作内存的方式读取摄像头采集到的图像数据。控制拍照功能函数如下：

int cap(char * fileName)
{┅
   /***初始化设备***/
if (device_init(DEFAULT_DEVICE, &vd, 0, 3) == -1)www.51kaifa.com
{ perror("device_init: failed...");
      return -1;  }
      /***内存映射***/
if (v4l_grab_frame(&vd, 0))
         return -1;
if (v4l_grab_sync(&vd))
         return -1;
img = device_get_address(&vd);
      /***读取图像数据***/
p=img;
for (i=0;i<PAL_NC_HEIGHT;i++)
      for (j=0;j<PAL_NC_WIDTH;j++)
         { tmpc=*(p);
            *(p)=*(p+2);
            *(p+2)=tmpc;
            p+=3;  }
/***转换图像数据格式，保存为jpg文件***/
if (write_jpeg(fileName, img, 70, 0))www.51kaifa.com
      return -1;
┅
}

4.2 Web服务程序的设计

Web服务是通过http协议与客户端通信，工作流程如图2所示。http是一个请求、响应协议，即客户端发出一个请求，服务器端则响应这个请求。http利用可靠的TCP协议连接，默认使用80端口。目前市场上有许多Web 服务程序，但要将其移植到本系统中需要一定的工作量，所以可以设计一个简单的Web服务程序。程序的主函数如下：

图2 Web工作流程图

int main(int argc, char *argv[])
{┅
  /*设置信号处理句柄*/
  signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
  signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
┅
  /*建立TCP流SOCKET*/
  if (argc > 1 && !strcmp(argv[1], "-i")) {
fclose(stderr);
HandleConnect(0);
exit(0);
  }
  if((s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) == -1) {
perror("Unable to obtain network");
exit(1);
  }
  if((setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void *)&true,
      sizeof(true))) == -1) {
perror("setsockopt failed");
exit(1);
  }
  server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
  server_sockaddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
  server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  /*绑定监听端口*/
  if(bind(s, (struct sockaddr *)&server_sockaddr,
   sizeof(server_sockaddr)) == -1)  {
perror("Unable to bind socket");
exit(1);
  }
/*设置允许客户连接数*/
  if(listen(s, 8*3) == -1) {
perror("Unable to listen");
exit(4);
  }
/*侦听客户连接请求并进行处理*/
while (1) {
len = sizeof(ec);
if((fd = accept(s, (void *)&ec, &len)) == -1) {
   exit(5);
   close(s);
}
HandleConnect(fd);
}
4.3 GPRS操作控制程序设计
GPRS操作程序主要任务是监视手机短信，然后根据短信决定具体操作。程序主要利用GPRS的AT命令和SOCKET套接字来完成短信发送和图片传输。GPRS操作程序主函数如下：
main()
{┅
{ /**根据条件拍照***/
if(TakePicture==TRUE)
   { remove("1.jpg");
      rename("2.jpg","1.jpg");
      ┅
      rename("6.jpg","5.jpg");
      cap("6.jpg");
   }
/**根据条件给手机发图片***/
if(SendPicture==TRUE)
      SendPicToMob("6.jpg");
}
┅

}

5 结束语

在样机中，硬件由3部分组成，即：核心板、主板和GPRS模块；引导使用vivi；操作系统采用linux2.6.0。系统经过测试，效果较好。本文作者创新点是：利用GSM网络和Internet网络控制远程拍照，并将拍下的照片发布在Internet供用户浏览。这种产品体积小、可靠性高、无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。它将会有较好的应用前景。

参考文献：

[1] 李军华,尹文明.基于GPRS的大棚智能监控系统[J].电子技术应用,2006,8:83-85.

[2] 朱华生,叶军. 嵌入式系统IIC设备驱动程序设计与实现[J].微计算机信息,2006,（10-2）:120-123.

[3]