基于ARM11的嵌入式Web网络监控系统设计.pdf

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1、V i d e oa p p l i c a t i o n&p r o j e c t钡频应用与工程文章编号：1 0 0 2 8 6 9 2(2 0 l1)0 9 0 1 2 2-0 3基于A R M ll 的嵌入式W e b 网络监控系统设计唐永彬，杨恢东(暨南大学。广东广州。5 1 0 6 3 2)【摘要】介绍了以基于最新A R M l l 体系结构的S 3 c 6 4 1 0 处理器为核心的嵌入式W e b 网络监控系统的相关理论与可行性，并且以此为基础给出了一种创新的基于$3 C 6 4 1 0 处理器实现嵌入式W e b 网络图像与视频传输系统的解决方案。该方案首先论述了选择A R

2、 M l l 处理器的原因，并且重点介绍了采用$3 C 6 4 1 0 的优势，简要介绍了各种相关的集成模块。其次，对嵌入式开发采用L i n u x 操作系统进行了仔细的分析，并且详细讲解了嵌入式W e b 服务器b o a 和c g i 库的移植，为嵌入式W e b 网络监控平台的搭建和配置提供了思路。最后主要针对视频数据的采集接口V 4 1 进行了分析，为编写视频数据采集应用程序提供了有益的参考。【关键词1A R M l l；网络监控系统；L i n u x 操作系统【中图分类号】T P 2 7 3【文献标识码】AD e s i g nf o rE m b e d d e dW e bN

3、 e t w o r kM o n i t o r i n gS y s t e mB a s e do nA 蹦1 lT A N GY o n g b i n，Y A N GH u i d o n g(J N a nU n i v e r s i t y,G u a n g z h o u5 1 0 6 3 2，C h i n a)【A b s t r a c t】B a s e do nt h el a t e s t$3 C 6 4 1 0A R M l1p r o c e s s o rc o r e，t h et h e o r ya n df e a s i b i l i t y

4、o fe m b e d d e dW e bn e t w o r km o n i t o r i n gs y s t e ma r ei n t r o d u c e da n da ni n n o v a t i v et r a n s p o r t a t i o ns y s t e ms o l u t i o n sf o ri m a g ea n dv i d e ot r a n s m i s s i o nn e t w o r ki sb r o u g h to u t F i r s t，t h el e a s,o nf o rt h e s e l

5、 e c t i o n o fA R M l1p r o c e s s o ri sd i s c u s s e da n da d v a n t a g eo fu s i n g$3 C 6 4 1 0i sh i g h l i g h t e d S e c o n d，e m b e d d e dL i n u xo p e r a t i n gs y s t e mw h i c hi su s e di nt h i ss y s t e mi sc a r e f u l l ya n a l y z e d，a n dt h et r a n s p l a n

6、tf o re m b e d d e dW e bs e r v e rb o aa n dc g il i b r a r ya r ea l s oi n t r o d u c e d，w h i c hp r o v i d e si d e af o rc o n s t r u c t i n ge m b e d d e dW e bn e t w o r km o n i t o r i n gp l a t f o r ma n di t sc o n f i g u r a t i o n F i n a l l y，V 4 1i sa n a l y z e dt op

7、 r o v i d eau s e f u lr e f e r e n c e【K e yw o r d s】A R M Il；n e t w o r km o n i t o r i n gs y s t e m；L i n u xo p e r a t i n gs y s t e m0引言随着半导体技术、网络技术和微处理器的迅猛发展，嵌入式系统不断朝着更小更高效更低耗的方向发展，而当前网络技术与嵌入式技术的结合催生了基于嵌入式的网络监控系统。作为新生的技术，其应用前景十分广悯，因此正越来越多地受到重视。很多的领域需要一种具备高效的网络数据的处理与传输的系统，、同时对系统的体积、功耗、

8、稳定性也有非常严格的要求”I。文中介绍了一种以高性能处理器$3 C 6 4 1 0 为核心的嵌入式W e b 网络监控系统的实现方案。1系统需求与总体方案设计1 1 系统需求分析本系统的侧重点是网络视频数据的处理与传输，由于数据流在网络传输时有较大的数据吞吐量，在网络环境条件不佳的情况下会出现阻塞现象，为了在实际的传输环境中避免或者减小这样的影响，提高传输效率，采用了嵌入式L i n u x 操作系统。网络功能是L i n u x 操作系统的优势，支持各种常用的网络传输协议，加之L i n u x支持多线程技术，可以同时处理多个不同的事务，满足1 2 2 烹鳃撼薅2 0 1 1 年第3 5 卷

9、第0 9 期(总第3 5 9 期)各种复杂的网络应用。而且L i n u x 各个功能部件以模块的形式置于微内核的上层，可以在运行时加载，这样高度的模块化构建方法使得嵌入式系统有十分良好的扩展性。1 2 方案选择从总体来讲，目前在嵌入式W e b 监控系统方面，主要有两种思路：第一类：以D S P 和A R M 处理器互补的形式搭建的平台。这类系统的突出优势在于充分利用了D S P 强大的数字信号处理能力和A R M 处理器优越的控制能力，可以同时保证视频信号的处理速度和控制传输能力。但是此方案的成本较高。第二类，以A R M 为核心，其内嵌了高性能的视频数据处理模块，配合L i n u x

10、操作系统的驱动程序，保证了视频数据处理的高效性和完整性；而在视频数据的采集与传输方面，运用了D M A，F I F O 等高性能模块，为系统提供了较强的控制传输能力。因为各个模块均集成在A R M处理器上，成本相对较低。基于以上分析，本系统采用单一A R M 处理器为核心的结构，在提供一定控制能力的基础上，同时满足视频万方数据信号的处理和传输的基本要求1 2 1。2 硬件设计本系统使用的硬件平台功能框图如图1 所示。该平台采用三星公司最新的处理器$3 C 6 4 1 0。该处理器基于A R M l l 7 6 J Z F S 内核，采用了6 4 3 2 位内部总线架构，而且内部资源非常丰富，集

11、成了许多强大的硬件加速器如多格式编解码器(M F C)支持M P E G 4 H 2 6 4 编解码、V C1的解码，支持实时视频会议和N T S C，P A L 的输出。在片上资源非常丰富的基础上，对硬件系统的配置进行了相关的扩展，包括1 块2 5 6M B 的N A N DF l a s h 和2 块6 4M b y t e 的D D RS D R A M，1 个连接P C 机用于调试的串口、2 个U S B 接口、1 个以太网控制芯片D M 9 0 0 0 A E 扩展了1 个网络口。在主控U S B 接口外接Z C 3 0 3 芯片的数字摄像头酬。|蒜H 网D M 络9 控0 0 制0

12、 A 器El|串M A 口X 芯2 3 片2I晶振h-厂忘矗副u s B t 艨&J r A G 接口竺!：卜震刨图l 硬件平台3软件设计3 1 嵌入式W e b 服务器b o a 的移植b o a 是一款单任务的轻量级W e b 服务器，与其他大型的W e b 服务器相比，它并不为每个网络连接单独创建进程，也不需要复制自身进程来处理多个连接，而是通过建立请求列表的方式来处理连接请求，同时它只为c g i程序创建新的进程，节省了系统资源，非常适合移植至嵌入式系统中去，而且它还具有自动生成目录、自动解压文件等功能，因此b o a 具有很高的处理速度和效率。移植b o a，在其官网下载源代码，最新

13、的版本是0 9 4 1 3。在b o a 源代码的根目录中找到M a k e f i l e 文件，设置交叉编译器，交叉编译之后执行a r m l i n u x-s t r i pb o a 去除b o a 中的调试信息，经过此操作，b o a 的大小会由2 3 2k b y t e 缩小成6 2k b y t e。修改b o a 配置文件b o a c o n f，部分重要的具体配置如下：P o r t8 0，监听端口U s e r m o tG r o u pr o o tI I 钼户以及用户组D o c u m e n t R o o t w e bI H T M L 文档的主目录非常

14、重要C G I P a t h b i n：u s r P o i n u s r s b i n：s b i n，肺黾供C G I 程序的P A T H 环境变量S c r i p t A l i a s，e g i b i n w e b c g i-b i n I t E 常重要，C G I 脚本路径3 2c g i 技术简介以及c g i 库的移植所谓的c s i(公共网关接口)，是一种与W e b 服务器交互的扩展程序，其使用的是一组通用的标准接口。为了完成客户端与服务器的动态交互，根据c g i 标准设计的应用程序运行在服务器端。处理来自客户端浏览器的数据，例如表单数据的处理、W

15、e b 数据库的访问以及远程控制等。编写不同的c 西程序，完成视频采集设备的初始化配置以及即时控制，实现各种处理以及传输的任务I S l。移植c s i c 库，在其官网下载源代码，使用的是c g i c 2 0 5 版，设置交叉编译器进行交叉编译。新建目录 w e b，w e b c g i-b i n，将编译好的c g i c 库文件拷贝到w e b c g i b i n 目录下，编写测试程序，程序如下：#i n c l u d e i n tm a i n 0lp r i n f f(“c o n t e n t t y p e：t e x t，1 1 t 批)；p r i n f f

16、(“、】n”)；p r i n f f(“c g i t e s t 、l I”)；p f i n f f(“、n”)；p r i n f f(“c g i，t e s t!_ n”)；p r i n f f(“k n”)；p r i n f f(“”；编泽后将测试文件放)w e b c g i-b 耐中，在P C 输入h t t p：1 9 2 1 6 8 0 1 5 c g i-b i n c g i t e s t c s i，可以浏览到正常的画面。3 3 视频数据的采集L i n u x 内置了标准的视频接口V i d e o F o r L i n u x(简称V 4 L)，V 4

17、L 支持数字摄像头的各种操作，应用程序只要遵循这个接口标准就可以使视频设备正常工作。本系统的软件设计遵循了结构化的编程思想，对重要的操作和数据进行了必要的封装，以提高扩展性和可维护性。重要的数据结构定义如下：t y p e d e f s t r u c tv 4 L s t r u c ti n tf d；臌备文件描述符s t r u c tv i d e o _ e a p a b l i t yc a p a b i l i t y 臌备基本信息s t r u c tv i d e ob u f f e rb u f f e r,s t r u c tv i d e o _ w i n

18、d o ww i n d o w；c a p t u r ea 弛a 信息s t m c tv i d e o _ c h a n n e lc h a n n e l 8 ；s t r u c tv i d e o _ p i c t u r ep i c t u r e；s t r u c tv i d e o _ m m a pm m a p；m m a p 映射帧信息s t r u c tv i d e o _ m b u fm b u f；u n s i g n e dc h a r*m a p；加。年第，料期e 总第。，期)1 t 电d，o 视,t zn 6 投tn ecr 求zn

19、 g12 3万方数据I v 4 1d e v i c e：v 4 1-d i e 涵盖了世蔷采集降I 像的各种桶眭以及宴际的数据帧缓冲医n 嵌凡式L i n u x t ，U S B 数字摄像头设备映射为设备文 1：I d e v l v 4 1 v i d e o，在对其进行仟何操作与z t 普j|丘文件操作类似w薯时没备文件操作首先打开泄备v 4 1 一 f d=o p e n(“d e v v 4 l，v i d e o”0R D W R)第二步获取没胬各种属性，通过系统凋埘i o c t l 来获取把各种属性填充到v 4 1d e v i c e中的相关J 芷员例如i m：t l(、4

20、 1 一，V I D I O C G C A P(v 4 1 一)r a p a h i l i l y)之屙必须 殳赶需翌采集的像舳格式包括分辨率颜色等具体操作呵获取属忭类似先填充好相芙结构冉通过I 卵d 酷苜，例如i o c t l(v 4 1 一 f d V I D I O CS P I C(v 4 1 一 p i c t u r e)最后建立映射v 4 1 咖a p=(un fs i g n e dc h a r+)m m a p(0b u f f e rs l z h P R O T R E A D I P R O T W R I T E M A P _ S H A R E D v

21、4 1 一 f d O)，发送V I D I O C M C A P T U l l E 控制命令，采集阿像数据在v 4 1 一 m a p 指向的各帧数据可以对其进行初始化或控制操作利H$3 C 6 4 1 0 集成的相关视频处理模块接I 侧女I l M P E G 一处理接IM p e 9 4 _ f o r _ 6 4 1 0()对图像数据进行视频流处理通过R T P 吏时传输掷议或者原生U D P 卧迎进行网络传输发送到浏览器终端一，i!行实时j|(【控整体流程如图2 所乐：M*m*14 结论率最统实现丁矗 式W e b 网络监控系统的搭建，移(上接第1 1 7 页)O F A 9 F

22、 A l T?d e i=1 0J l8 6 9 4 3 3 州p l I y m=p d r 阿f fs z 川【1 Z f f A?_ _ Gz 目l e n q i ue l9 fI t a m l n g t o d e t r t m u f t i-v i e wf u c e Bi nm“1 d c W P 帆t h e2 n dI n t e m a t i o n a lc。l Po i D e e l n p m e n l4 n dL e a r n i n g W*h 1 D CU S A：I E E EP 2 0 3 2I I o lUszZ H Lb Z H N G

23、 Z l u!n q i u“S m t i s t i e a l l e 帅i n go f n m l t iv i e wh fPd e t,Y E I U O tR 0 1 e 1h t t p：c 5 c d“h m 酬h】e“P I a l l。c l s s“1 2 0 h l 水挑R M u V I e 删”c o 2 0 U(t l o n 2 扯2 0 M np p t1 2 4 烹螺爨磐：。，一”一一n”。”植b o a 到嵌人式“n 姒操作系统拘建了嵌入式W e b 服务器，朋户可“直接通过网砸浏览器对视频采集设备进行没置和控制，经过宴际测试本系统配备了A R M I

24、 l 高性能处理器在视频数据处殚和传输方面比凡】传统的A R M 9 处理器更有优势。经过测试+无论是数据传输还是在数据采箍的环节均比A R M 9 表现出很好的性能达判r 项期的效果。实际删斌结果如图3 所示。西3 宴拽果f 截目参考文献：1 l 林镕*慧R 4 m 自T A R b l 嵌 女*H 目m i Iq m 自m 牡$z O 3 0(9)8 88 91 2 1*嵌*w“月*#【】勺目像$镕#”j m A 吣#*$2 0 1 02 9(3J1 9 8-2 0 I川3I，m*4，H#TA R M 9 n 目 a$镕M K g i Im W&$2 0 0 8，3 2 7)，8 48 6

25、4 李傩 g f n n u 慨 武乳h*g n I l*镕与生m|J l*n m 2 0 1 03 6(2)：3 23 3I qb4、浅&l n u x n H *f m L M I n M R“q m m#2 0 0 86 1$i 1 FL i n u x*自*M I2 9#m：*m f m 2。1 0【7 1“愀口#f A R M F h 4 1 日6 i 女&目镕M#l D l#2 0 0 8 目_ 倥4#T A R M I I M n m#，f D】K 口十自，。1 0”*”：镕女#“瓣 日女方自自 镕木与#自镕”：#*$(1 9 6 7 一)#&*R 女自*电$。女*：m w n#

26、日：1 0 1 0-1 1-1 3I I I】#R 女*一#m m 镕K E#B U l”#m墟_ m i A 晒 1 2 17 57 8【I2】B O N M A 5 s A R cS C H W A R T ZE II m p”v e d r r e l a l i o n hl e m p h em a t e h i n go n t h eL 1 8 c l p y i d l J IP a t t e mR m nt _ I 啉 9 9 81 9 8)7 6 5 7 7 0 女*#神H H 日目：m l 1 j H万方数据基于ARM11的嵌入式Web网络监控系统设计基于ARM11的嵌入式Web网络监控系统设计作者：唐永彬，杨恢东，TANG Yongbin，YANG Huidong作者单位：暨南大学,广东广州,510632刊名：电视技术英文刊名：VIDEO ENGINEERING年，卷(期)：2011,35(9)本文链接：http:/