基于ARM嵌入式视频采集的研究
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摘要
视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。嵌入式视频监控系统是以应用为中心、软硬件可裁减的、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积等综合性严格要求的专用计算机系统，亦即为监控系统量体裁衣的专用计算机系统。嵌入式视频监控系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。在视频监控上的嵌入式应用将是视频监控领域的一个重要发展方向。
本论文主要研究基于ARM嵌入式平台下的视频模块的设计，以及Linux系统在嵌入式环境下的裁剪与移植。就整体框架而言，可以将其分为硬件和软件两大部分。系统硬件部分的研究主要包括：ARM2410微处理器的体系结构，USB控制器和CMOS传感器的结构和功能；系统软件部分的研究主要包括：分析研究Linux内核结构及其裁剪方法，设计编写BootLoadcr启动代码，Linux环境下USB摄像头驱动程序的设计，以及视频采集的实现等工作。
本系统选用Linux作为嵌入式操作系统，并根据系统的特点设计了具体的软硬件方案。系统将视频摄像部分的数字输出信号通过USB端口传送至ARM开发板，并将视频内容传回PC显示。论文介绍了嵌入式系统引导程序Boot Loader的移植、Linux内核的移植及裁剪，以及嵌入式系统开发中所使用的主要相关技术。在对这些技术详细分析、研究和应用的基础上，实现了基于HHARM2410开发板的嵌入式系统视频采集及显示的功能。
As the important component of security system, the video monitor system is a powerful integrated one. It has been used in many cases for its visualization, convenience and abundant information. The video monitor system is the expert system that could adapt to the synthetically strict request of the application system on function, dependability, cost, volume and so on, application as the focus, with reducible soft and hard ware, that is, a custom-made appropriative system for monitor system. Embedded video monitor system is composed of embedded processor, relevant trunk hardware, embedded operating system and applications, etc. It's an independent device that integrates software and hardware. Embedded-application will be one important development direction for the fields of video monitor.
The thesis mainly studies how to tailor the Linux in embedded system, and the design of the video capture module based on ARM structure, As a complete unit, it can be divided into two major part for hardware and software. The research of systematic hardware mainly includes: the architecture of ARM2410 microprocessor, the structure and function of USB controller and the COMS sensor; the research of systematic software mainly includes: studying the structure of kernel for Linux and methods of tailoring (Linux), the design of BootLoader, the design of USB driver in Linux,, and the implement of video capture, etc.
We choose Linux as an embedded operating system, and have design the concrete software and hardware scheme according to the characteristic of the system. The system has transmitted the digital output signal of video recording part to ARM development board through USB port, and displayed video content through PC. The thesis has introduced the transplantation of embedded system leading procedure-Boot Loader, the transplantation and tailor of Linux kernel, and major relevant technology used during embedded system development. On the basis of the detailed analysis, study, and employ, we realize the function of embedded system video capture and display based on HHARM2410 development board.
本论文主要研究基于ARM嵌入式平台下的视频模块的设计，以及Linux系统在嵌入式环境下的裁剪与移植。就整体框架而言，可以将其分为硬件和软件两大部分。系统硬件部分的研究主要包括：ARM2410微处理器的体系结构，USB控制器和CMOS传感器的结构和功能；系统软件部分的研究主要包括：分析研究Linux内核结构及其裁剪方法，设计编写BootLoadcr启动代码，Linux环境下USB摄像头驱动程序的设计，以及视频采集的实现等工作。
本系统选用Linux作为嵌入式操作系统，并根据系统的特点设计了具体的软硬件方案。系统将视频摄像部分的数字输出信号通过USB端口传送至ARM开发板，并将视频内容传回PC显示。论文介绍了嵌入式系统引导程序Boot Loader的移植、Linux内核的移植及裁剪，以及嵌入式系统开发中所使用的主要相关技术。在对这些技术详细分析、研究和应用的基础上，实现了基于HHARM2410开发板的嵌入式系统视频采集及显示的功能。
As the important component of security system, the video monitor system is a powerful integrated one. It has been used in many cases for its visualization, convenience and abundant information. The video monitor system is the expert system that could adapt to the synthetically strict request of the application system on function, dependability, cost, volume and so on, application as the focus, with reducible soft and hard ware, that is, a custom-made appropriative system for monitor system. Embedded video monitor system is composed of embedded processor, relevant trunk hardware, embedded operating system and applications, etc. It's an independent device that integrates software and hardware. Embedded-application will be one important development direction for the fields of video monitor.
The thesis mainly studies how to tailor the Linux in embedded system, and the design of the video capture module based on ARM structure, As a complete unit, it can be divided into two major part for hardware and software. The research of systematic hardware mainly includes: the architecture of ARM2410 microprocessor, the structure and function of USB controller and the COMS sensor; the research of systematic software mainly includes: studying the structure of kernel for Linux and methods of tailoring (Linux), the design of BootLoader, the design of USB driver in Linux,, and the implement of video capture, etc.
We choose Linux as an embedded operating system, and have design the concrete software and hardware scheme according to the characteristic of the system. The system has transmitted the digital output signal of video recording part to ARM development board through USB port, and displayed video content through PC. The thesis has introduced the transplantation of embedded system leading procedure-Boot Loader, the transplantation and tailor of Linux kernel, and major relevant technology used during embedded system development. On the basis of the detailed analysis, study, and employ, we realize the function of embedded system video capture and display based on HHARM2410 development board.
引文
[1] 王田苗．嵌入式系统设计与实例开发．北京：清华大学出版社，2003，23～142
[2] 符意德编著，嵌入式系统设计原理及应用．北京：清华大学出版社，2004，1～223
[3] Frank Vahid Tony Givargis著，骆丽译．嵌入式系统设计．北京航空航天大学出版社，2004，1～102
[4] 陈章龙，唐志强，涂时亮．嵌入式技术与系统一Intel Xscale结构与开发．北京航空航天大学出版社，2004，208～279
[5] 毛德操，胡希明．嵌入式系统一采用公开源码和StrongARM／Xscale处理器．杭州：浙江大学出版社，2003，1～53
[6] Consortium Efficient Embedded Security Standards(EESS), Version 2.0, 2003
[7] 周立功等编著．ARM嵌入式系统实验教程(一)．北京航空航天大学出版社，2004，1～283
[8] Burton H Lee Embedded internet system: Poised for takeoff[J]. IEEE Internet Computing, 1998, 14(2): 24～29
[10] Jacek W. Embedded Interuet Technology in Process Control Devices. IEEE Internet Computing, 2000, 34(3): 301～308
[10] 张晓林，崔迎炜．嵌入式系统设计与实现．北京航天航空大学出版社，2002，1～144[11] 熊光泽，詹瑾瑜．嵌入式系统软／硬件协同设计技术综述．计算机应用，2003(22)：1020～1025
[12] 吕京建，肖海桥．嵌入式系统开发工具及RTOS平台．中国单片机公共实验室(BOL)，2001
[13] Andrea A, Casini A L. Embedded Java in a web-based teleradiology system[J]. IEEE Internet Computing, 1998, 2(3): 60～68
[14] David S H. Crafting a Java virtual machine in silicon[J], IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, 2001, 4(1): 54～56
[15] 谭浩强著．C程序设计(第二版)．北京：清华大学出版社，1999，1～233
[16] Rochit Raj Suman. System On Chip: Design and Test, 2003, 15～25
[17] 刘峥嵘、张智超、许振山等编著．嵌入式Linux应用开发详解．北京：机械工业出版社，2004，1～203
[18] 周巍松等．Linux系统分析与高级编程技术．北京：机械工业出版社，1999，100～122
[19] 陈文智，李善平．边学边干——Linux内核指导．杭州：浙江大学出版社，2004，56～395
[20] 赵昌永．基于嵌入式Linux的视频采集系统设计：[硕士学位论文]．浙江大学，2006
[21] Linux内核源代码帮助文档Ver2．4．18
[22] Mark Mitchell, Jeffrey Oldham, and Alex Samuel. Advanced Linux Programming. www.newriders.com
[23] 佚名．嵌入式Linux系统小型化技术．因特网，2003
[24] 孙天泽编著．嵌入式设计及Linux驱动开发指南——基于ARM9处理器．北京：电子工业出版社，2005，1～156
[25] Jacek W. Embedded Internet Technology in Process Control Devices. IEEE Internet Computing, 2000, 34(3): 301～308
[26] ALESSANDRO RUBINI&JONATHAN CORBET著，魏永明，骆刚等译，Linux设备驱动程序．第二版．北京：中国电力出版社，2002，1～186
[27] John Catsoulis著，徐君明，许铁军，黄年松等译．嵌入式硬件设计．中国电力出版社，2004．113～189
[28] Jean J．Labrosse著，袁勤勇，黄绍金，唐著等译．嵌入式系统构建．北京：机械工业出版社，2003，17～166
[29] 马忠梅、马广云等．ARM嵌入式处理器结构与应用基础．北京航空航天大学出版社，2002，1～255
[30] Francia G A. Embedded Systems Programming. The Journal of Computing in Small Colleges, 2001, 17(2): 217～223
[31] Garvey A, Lesser V. Design to time real-time scheduling[J]. IEEE Trans on Systems, Man and Cybemetics, 1993, 23(6): 58～67
[32] Samsung Electronics. S3C2410X USER'S MANUAL(Revision 1.2), 2003
[33] 刘斌．基于嵌入式系统的视频采集模块的设计：[硕士学位论文]．西安电子科技大学，2006
[34] 联想软件设计中心嵌入式研发处系统设计工程师．Linux下的硬件驱动一USB设备，2003．7
[35] 毛德操，胡希明．Linux内核源代码情景分析(下册)．杭州；浙江大学出版社，2003，59～380
[36] 郭剑．基于嵌入式系统的数字图象处理技术的研究：[硕士学位论文]．西安电子科技大学，2006
[37] Detlef Fliegl. Programming Guide for Linux USB Device Drivers, 2000, 1～120
[38] (美)W．Richard Stevens著，尤晋元等译．UNIX环境高级编程．北京：机械工业出版社，2004，1～163
[39] 华恒科技．HHARM2410摄像头调试记录，2005
[40] Gleicon S. Moraes. Programming-v41, 2001, 1～283
[41] Alan Cox. Video4Linux Programming, 2000, 18～243
[42] Lingzh_Sh．基于video4linux的视频设备编程，2004．2
[43] 王滔，于洁．Linux系统下USB摄像头驱动开发．计算机应用，2004(6)：553～556
[44] 戴丽．基于Video4Linux的USB摄像头采集实现．华恒科技Linux技术论坛，2006．3
[45] Alex Buell. FrameBuffer HOWTO, 2000, 1～101
[2] 符意德编著，嵌入式系统设计原理及应用．北京：清华大学出版社，2004，1～223
[3] Frank Vahid Tony Givargis著，骆丽译．嵌入式系统设计．北京航空航天大学出版社，2004，1～102
[4] 陈章龙，唐志强，涂时亮．嵌入式技术与系统一Intel Xscale结构与开发．北京航空航天大学出版社，2004，208～279
[5] 毛德操，胡希明．嵌入式系统一采用公开源码和StrongARM／Xscale处理器．杭州：浙江大学出版社，2003，1～53
[6] Consortium Efficient Embedded Security Standards(EESS), Version 2.0, 2003
[7] 周立功等编著．ARM嵌入式系统实验教程(一)．北京航空航天大学出版社，2004，1～283
[8] Burton H Lee Embedded internet system: Poised for takeoff[J]. IEEE Internet Computing, 1998, 14(2): 24～29
[10] Jacek W. Embedded Interuet Technology in Process Control Devices. IEEE Internet Computing, 2000, 34(3): 301～308
[10] 张晓林，崔迎炜．嵌入式系统设计与实现．北京航天航空大学出版社，2002，1～144[11] 熊光泽，詹瑾瑜．嵌入式系统软／硬件协同设计技术综述．计算机应用，2003(22)：1020～1025
[12] 吕京建，肖海桥．嵌入式系统开发工具及RTOS平台．中国单片机公共实验室(BOL)，2001
[13] Andrea A, Casini A L. Embedded Java in a web-based teleradiology system[J]. IEEE Internet Computing, 1998, 2(3): 60～68
[14] David S H. Crafting a Java virtual machine in silicon[J], IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, 2001, 4(1): 54～56
[15] 谭浩强著．C程序设计(第二版)．北京：清华大学出版社，1999，1～233
[16] Rochit Raj Suman. System On Chip: Design and Test, 2003, 15～25
[17] 刘峥嵘、张智超、许振山等编著．嵌入式Linux应用开发详解．北京：机械工业出版社，2004，1～203
[18] 周巍松等．Linux系统分析与高级编程技术．北京：机械工业出版社，1999，100～122
[19] 陈文智，李善平．边学边干——Linux内核指导．杭州：浙江大学出版社，2004，56～395
[20] 赵昌永．基于嵌入式Linux的视频采集系统设计：[硕士学位论文]．浙江大学，2006
[21] Linux内核源代码帮助文档Ver2．4．18
[22] Mark Mitchell, Jeffrey Oldham, and Alex Samuel. Advanced Linux Programming. www.newriders.com
[23] 佚名．嵌入式Linux系统小型化技术．因特网，2003
[24] 孙天泽编著．嵌入式设计及Linux驱动开发指南——基于ARM9处理器．北京：电子工业出版社，2005，1～156
[25] Jacek W. Embedded Internet Technology in Process Control Devices. IEEE Internet Computing, 2000, 34(3): 301～308
[26] ALESSANDRO RUBINI&JONATHAN CORBET著，魏永明，骆刚等译，Linux设备驱动程序．第二版．北京：中国电力出版社，2002，1～186
[27] John Catsoulis著，徐君明，许铁军，黄年松等译．嵌入式硬件设计．中国电力出版社，2004．113～189
[28] Jean J．Labrosse著，袁勤勇，黄绍金，唐著等译．嵌入式系统构建．北京：机械工业出版社，2003，17～166
[29] 马忠梅、马广云等．ARM嵌入式处理器结构与应用基础．北京航空航天大学出版社，2002，1～255
[30] Francia G A. Embedded Systems Programming. The Journal of Computing in Small Colleges, 2001, 17(2): 217～223
[31] Garvey A, Lesser V. Design to time real-time scheduling[J]. IEEE Trans on Systems, Man and Cybemetics, 1993, 23(6): 58～67
[32] Samsung Electronics. S3C2410X USER'S MANUAL(Revision 1.2), 2003
[33] 刘斌．基于嵌入式系统的视频采集模块的设计：[硕士学位论文]．西安电子科技大学，2006
[34] 联想软件设计中心嵌入式研发处系统设计工程师．Linux下的硬件驱动一USB设备，2003．7
[35] 毛德操，胡希明．Linux内核源代码情景分析(下册)．杭州；浙江大学出版社，2003，59～380
[36] 郭剑．基于嵌入式系统的数字图象处理技术的研究：[硕士学位论文]．西安电子科技大学，2006
[37] Detlef Fliegl. Programming Guide for Linux USB Device Drivers, 2000, 1～120
[38] (美)W．Richard Stevens著，尤晋元等译．UNIX环境高级编程．北京：机械工业出版社，2004，1～163
[39] 华恒科技．HHARM2410摄像头调试记录，2005
[40] Gleicon S. Moraes. Programming-v41, 2001, 1～283
[41] Alan Cox. Video4Linux Programming, 2000, 18～243
[42] Lingzh_Sh．基于video4linux的视频设备编程，2004．2
[43] 王滔，于洁．Linux系统下USB摄像头驱动开发．计算机应用，2004(6)：553～556
[44] 戴丽．基于Video4Linux的USB摄像头采集实现．华恒科技Linux技术论坛，2006．3
[45] Alex Buell. FrameBuffer HOWTO, 2000, 1～101