%8f监控报警系统的以太网接口设计方案.pdf

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1、第2 5 卷第4 期2 0 0 9 年7 月齐齐哈尔大学学报J o u m a lo fQ：q i h a rU n i v e r s i t yV 0 1 2 5，N o 4J u l y 2 0 0 9一种图像监控报警系统的以太网接口设计方案滕艳平1，王海珍1，廉佐政2(1 齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院黑龙江齐齐哈尔1 6 1 0 0 6；2 齐齐哈尔大学计算中心黑龙江齐齐哈尔1 6 1 0 0 6)摘要：提出了一种基于$3 C 2 4 4 0 的图像监控报警系统重点分析了系统扩展D M 9 0 0 0 A 的以太网接口设计方案设计了基于嵌人式L i n u x2 6 的以太网的驱动

2、程序实现系统接入以太网。关键词：图像监控；报警系统；以太网接口；嵌人式L i n u x中图分类号：T P 3 9 3 儿文献标识码：A文章编号：1 0 0 7 9 8 4 X(2 0 0 9)0 4-0 0 1 8-0 4随着微电子技术和计算机技术的发展，嵌入式技术得到广泛的应用，它已经成为现代下业控制、通信、消费产品技术发展的方向。而以太网在实时操作、可靠传输、标准统一等方面的卓越性能及其便于安装、维护简单、不受通信距离限制等优点，已经被国内外很多监控、控制领域的研究人员广泛关注，并在实际应用中显示了突出的优势。为了提供实时的可靠性较高的应用于无人值守场所的安防报警系统，本文提出了一种图像

3、监控报警系统，重点分析了该系统的以太网接1 2：1 的硬件和驱动程序设计方案。l系统概述系统以i 星公司的$3 C 2 4 4 0 嵌人式微控制器、S i e m e n s 公司的G S M G P R S 模块M C 3 9 i、中j 占微Z C 3 01 的U S B 摄像头、D a v i c o m 公司的以太网卡芯片D M 9 0 0 0 A 等设备为主，设计了硬件平台，将嵌入式L i n u x 2 6 和嵌人式w e b 服务器移植9 1$3 C 2 4 4 0。系统以$3 C 2 4 4 0 为中央控制器。把摄像头采集的图像信息进行处理，当发现异常情况时发送警报信号给M C

4、3 9 i 芯片，M C 3 9 i 根据报警程序的设置通过短信方式向用户报警系统采用B S 软件体系架构，用户可以在不同的地点通过l E 浏览器查看监控现场的情况，实现远程图像监控。系统工作原理如图l 所示，服务器端的U S B 摄像头和嵌人式w 曲服务器的数量可随监控场所的增加而增加。下面重点分析系统的以太网接口设计方案。圈I 系统j 作原理2 以太网接口设计方案在嵌人式系统中增加以太网接1 2 1，通常由如下两种方法实现【I I。一种是采用带有以太网接口的嵌入式收穰日期：2 0 1 D-0 2-2 8基金项目：省教育厅科研项目(11 5 3 1 4 2 2)市科委重点项目作者简介：-I

5、艳平(1 9 6 5-)女副教授颈士主要从事操作系统计算机应用方向的研究，万方数据第4 期一种图像监控报警系统的以太网接口设计方案1 9 处理器，另一种是采用嵌入式处理器+网卡芯片。后者不受嵌人式处理器的限制，对其没有特殊要求通用性强。因此，本文采用嵌入式处理器+网卡芯片的方法使系统接人I n t e m e t 网，即使用$3 C 2 4 4 0 扩展以太网卡芯片D M 9 0 0 0 A，同时设计了D M 9 0 0 0 A 的硬件接E 1 电路和驱动程序。2 1D M 9 0 0 0 A 简介D M 9 0 0 0 A 是D a v i e o m 公司生产的以太网卡芯片，它实现以太网媒

6、体介质访问层和物理层的功能1 2 l，包括M A C 数据帧的组装拆分与收发、地址识别、C R C 编码校验、M L T-3 编码器、接收噪声抑制、输出脉冲成形、超时重传、链路完整性测试、信号极性检测与纠正等。D M 9 0 0 0 A 可与微处理器以8 位或1 6 位的总线方式连接【3 l，并可根据需要以单工或全双工等模式运行。在系统上电时，微处理器通过总线配置D M 9 0 0 0 A 内部网络控制寄存器、中断寄存器等，完成D M 9 0 0 0 A 的初始化，然后进人数据收发等待状态。2 2 网络接口的硬件电路设计参考s 3 c 2 4 4 0；卷片手册【4 1、D M 9 0 0 0

7、A 的：占片手册1 5 1 本文设计了系统的网络接口硬件电路，如图2 所示，系统采用$3 C 2 4 4 0 作为嵌人式微控制器，它通过地址线、数据线及读、写、复位线扩展D M 9 0 0 0 A，D M 9 0 0 0 A通过网络隔离变压器H R 9 1l1 0 5 A 设计了R J 4 5 接头。S 3 I C 2 4 4 0D M 9 0 0 0 AD T A 0 一1 5S D O 1 5H I 圆1 1 1 0 5 AA 2C M Dt t O EI o R 弗R X D+附n W El O W#R)a D-咒K-啼R 1 4 5j C S 4C S#T x D T X+_ _ _

8、_ _ _ _ _-_ _ _ _-_ _ 一E 町7D r rE l d)-T X n l U 5 E TP W I t S 硼图2 系统网络接口硬件电路示意图图2 显示了$3 C 2 4 4 0、D M 9 0 0 0 A、H R 9 I l1 0 5 A 主要引脚的连接方式，其中D M 9 0 0 0 A 的P W R S T#、S D 0 1 5、T 等引脚分别与$3 C 2 4 4 0 的n R E S E T、D A T A 0 一1 5、E I N T 7 等引脚连接，表示$3 C 2 4 4 0 复位时为D M 9 0 0 0 A 加电、肩动其进人工作状态，D M 9 0 0

9、0 A 以1 6 位总线方式与$3 C 2 4 4 0 传输数据，当D M 9 0 0 0 A将网络中的数据接收到缓冲区或发送完缓冲区的数据时都以中断的方式通知S 3 C 2 4 4 0，它通过执行中断服务程序处理该中断。H R 9I l1 0 5 A 是一个内置网络变压器的I U 4 5 接头。2 3 网络接口的驱动程序设计本系统采用嵌入式L i n u x2 6 操作系统系统中所有的设备都是通过接口进行访问的，在内核肩动或者网络设备接人系统时网络接口驱动程序便向系统内核注册检测到的网络设备。网络驱动程序至少包括初始化、发送、接收等模块，考虑到嵌入式系统资源有限，本文设计的网络驱动程序还包括

10、打开与关闭网络设备模块，下面分别分析这些模块的设计。(I)初始化模块。当系统加载网络驱动程序时，首先执行初始化模块设计的功能即确定D M 9 0 0 0 A数据、地址端口的物理地址，检测网络设备是否存在，D M 9 0 0 0 A 内部串行N I C 的值是否正确然后构造网络设备的数据结构，如配置网络接口的I O 基地址、设置中断号等。(2)打开与关闭设备。打开设备模块检测系统网络的连接情况，如果发现设备的连接请求则设置网络设备的丁作模式、使能发送和接收中断、登记与中断服务程序相应的功能函数；否则使系统处于节电模式。关闭设备模块则在网络设备断开连接时，释放打开设备模块所分配的资源，以便减轻嵌人

11、式系统的负担、充分利用系统的资源。(3)发送模块。D M 9 0 0 0 A 向网络设备发送数据时，就要执行发送模块设计的功能。即先把系统要发万方数据2 0 齐齐哈尔大学学报2 0 0 9 年送的数据传送到D M 9 0 0 0 A 内部的发送缓冲区中该缓冲区的数据由数据结构s k _ b u 壤示按其特点组织成数据帧的形式，然后把要发送的数据长度写入D M 9 0 0 0 A 的传输包长度寄存器。最后使能发送。如果数据发送成功，则向$3 C 2 4 4 0 提出发送中断请求。考虑到实际应用中会出现多个数据帧并发传输，设置了传输队列，将并发传输的数据帧事先存放在传输队列中发送时先检测传输队列是

12、否已满，如果已满则暂停向传输队列存放数据帧直到队列中的数据帧都发送完成时，重新启动传输队列；如果传输队列未满，则可以继续存放并发传输的数据帧。(4)接收模块。网络设备向D M 9 0 0 0 A 发送数据时，D M 9 0 0 0 A 需要执行接收模块设计的功能。即D M 9 0 0 0 A 先把数据接收到其数据缓冲区中，然后向$3 C 2 4 4 0 提出接收中断请求，由$3 C 2 4 4 0 执行中断服务程序从该缓冲区中取数据。具体过程如下：D M 9 0 0 0 A 接收缓存区中的每个数据帧包括首部、有效数据和C R C 校验码等j 部分。正确数据帧的首部内容依次是01H、以太网数据帧

13、状态、以太网数据帧长度的低字节和高字节接收模块先检测数据帧首部的第一个字节是不是0 1 H 如果是则说明有数据，如果是O O H，则说明无数据，要复位D M 9 0 0 0 A；然后向$3 C 2 4 4 0 目p 请一块s k构缓冲区。从接收缓存区中取数据帧并依次放到该缓冲区中，每取数据帧的2 个字节，将该h 数u t 据端-n 帧的长度减l，直D M 到9 减0 0 为0 A 0，说明一个数据帧已经取出，再取下一个数据帧，直到遇到首字节是0 0 H 的帧，说明D M 9 0 0 0 A 接收缓存区中的数据已取完；最后将接收到的数据传输到网络协议的上层。2 4 将驱动程序加入嵌入式L i n

14、 u x 内核为了使嵌人式L i n u x 肩动时加载驱动程序功能，设计完成的网络接口驱动程序需要事先加入内核源码其基本步骤如下：(1)驱动程序源代码(d m 9 0 0 0 a c)和相应的头文件(d m 9 0 0 0 a h)放在内核源码的d r i v e r s n e t a r m 目录下(2)修改K c o n f i g 文件找到内核源码d d v e r r d n e t a r m 目录下的K c o n f i g 文件，在其最后添加以下内容：C o n f i gA R M D M 9 0 0 0 AT r i s t a t e“D M 9 0 0 As u p

15、 p o r t D e p e n d so nN E T _ E T H E R N E T&A R M&A R C H _ S 3 C 2 4 4 0T oc o m p i l et h e d r i v e ra sam o d u l e，c h o o s eME e r e(3)修改M a k e f i l e 文件找到内核源码d r i v e r s n e t a r m 目录下的M a k e f i l e 文件，在其最后添加以下内容：O b j 一$(C O N F I Q 月R M _ D M 9 0 0 A)+=d m 9 0 0 0 a O通过上面的设置，

16、在编译内核时，就可以依据内核配置选项，将d m 9 0 0 0 a 的驱动程序以模块方式动态加载到内核，或以静态方式编译到内核中。3 结束语提出了一种基于$3 C 2 4 4 0 微控制器的图像监控报警系统的网络接口设计方案。该方案给出了$3 C2 4 4 0扩展D M 9 0 0 0 A 的硬件接口电路及驱动程序设计方案由于方案中使用了D M 9 0 0 0 A，在实际应用中该系统能够在嵌人式L i n u x)青n 动时接人I n t e r a c t 网络，而且通信快速、可靠。具有较高的实时性。因此。该方案将有较好的应用前景。参考文献【l】于明，范书瑞，曾祥烨A R M 9 嵌人式系统

17、设计与开发教程 M I 2 0 0 6：2 1 8-2 2 3【2 Jh t t p h i h a i d u c o r n f r o n t _ 0 3 1 2 b l o g i t e n d 3 0 0 4 1 e 2 2 e S 0 a b 2 4 8 9 2 5 8 0 7 d 2 h t m l【3】苏耀峰王德刚，魏急渡D M 9 0 0 0 A 与基带信号处理平台的结合应用【J】国外电子元器件2 0 0 7(4)：5 3-5 6 4 1h t t p w w w e l e e f a n s e o mI S lh t t p s o f t 1 a o g u c o

18、 m d a t a s h e e t f 2 7 1 D M 9 0 0 0 A,E T C _ 1 7 7 5 1 3 4 p a l万方数据第4 期一种图像监控报警系统的以太网接口设计方案2 l Ad e s i g np r o p o s a lo fE t h e r n e ti n t e r f a c eo r i e n t e do ni m a g em o n i t o r i n gw a r n i n gs y s t e mT E N GY a h p i n 9 1。W A N GH a i z h e n l，L I A NZ u o-z h e n

19、 9 2(1 C o l l e g eo f C o m p u t e ra n dC o n t r o lE n g i n e e r i n g Q i q i h a rU n i v e r s i t y H e i l o n g j i a n gQ i q i h d r1 6 1 0 0 6。C h i n a；2 C o m p u t eC e n t e r，Q i q i h a rU n i v e r s i t y H e i l o n g j i a n gQ i q i h a r1 6 1 0 0 6 C h i n a)A b s t r a

20、c t：T h ep a p e rp r o p o s e dak i n do fi m a g em o n i t o r i n gw a r n i n gs y s t e mb a s e d$3 C 2 4 4 0，a n da n a l y z e dm a i n l yt h ed e s i g np r o p o s a lo fE t h e m e ti n t e r f a c eb yD M 9 0 0 0 A。a n df i n a l l yd e s i g n e dt h ed r i v e r sb a s e de m b e d

21、d e dL i n u x2 6，a l lt h a tm a d et h es y s t e mj o i ni nt h ei n t e m e t K e yw o r d s：i m a g em o n i t o r i n g；w a r n i n gs y s t e m；E t h e m e ti n t e r f a c e；e m b e d d e dL i n u xU G 删A V E 在机床整机防护罩设计中的应用1 建立防护罩三维模型(1)确定机床防护罩大致尺寸及基本轮廓。利用人机工程学及相关机床的安全操作范围及机床加工的要求确定机床的大致尺寸、拉

22、门的大小防护罩的高度等。这台机床要求整机吊装首先防护照不能坐落到地面防护罩的支撑部件与工作台部件高度可调；根据机床加工的最大工件尺寸确定拉门的有效宽度；再就是根据机床操作及对刀观察等确定防护罩的基本轮廓最后设计出的防护罩的基本形状俯视如一把菜刀。【2)运用U C J W A V E 技术初步设计。l、绘制控制草图。这个草图控制控制防护罩的基本轮廓以后操作的很多特征及组件都与其相关这也就是U G 建模的关联性必须做到参数化建模W A V E是参数化组件的关键技术这样才能作到系统工程。基本轮廓包括机床工作台底座的形状工作台的大小最大加工工件的尺寸工作台的位置等。2、用基准平面控制防护罩的高度。防护

23、罩由多个钣金件由螺钉把合而成，属于多个组件为了达到整体控制高度在设计阶段可调运用U G，W A V E 中几何链接关系。选择从控制草图所在的组件做两个基准平面来定位整机防护罩的高度如图。图中基准平面2、4 控制整机防护的高度基准平面4 控制到地面的高度基准平面2 控制到基准平面4 的距离。基准平面3 控制防护罩底座的高度底座的高度和里面的防水及走线、美观有关基准平面l 控制拉门上沿的高度这个高度和拉门上滑道的结构有关尽量做到最小使外观和谐。2 定义装配结构和零部件细节设计完成控制草图及其它大致尺寸后在装配导航器巾使用M B 3 弹出菜单中的C r e a t eN e wL e v d(如图)

24、可以建立装配结构，在新建立的组件上绘制钣金结构雏形待方案确定下来后用钣金模块完成详细结构设计。该方法与自顶向下(T o pD o w n)装配方法相似两者都可以在执行一个命令中完成建立组件和相关复制几何体到新组件在建立空组件时(不复制几何体)两者相同。区别在于自顶向下(T o pD o w n)装配时复制的几何体没有关联性，而且只能对S o l i dB o d y、S h e e tB o d y 整体复制不能复制实体、片体上的面，边等。而W A V E 方法采用关联性复制几何体的方法，复制几何体的类型更多，可以包括点(线或边的控制点)线【实体或片体的边)，面体基准等在组件中的几何体没有参数不能编辑。工作台及其防水部分就和T 作台的大小相关做几何链接一般都是关联草图、基准平面、实体平面使脉络明了方便以后的修改这个写作文差不多要实现完美的上下文控制思路明确完全发挥参数化建模技术、W A V E 技术使防护罩设计完全可控、可修改。当大体结构、关键尺寸及相关的一些数值尺寸确定下来后，用u c 的钣金模块(s h e e tm e t a l)完成详细设计。【陈红，郭文武郑丹；齐重数控装备股份有限公司，黑龙江齐齐哈尔1 6 H gD 5)万方数据