Linux系统在嵌入式DVR中的应用

    以强稳定性的优势，嵌入式DVR越来越被安防行业与广大客户所接受。嵌入式DVR的稳定性优势不光来自于硬件的低故障率，很大因素取决于嵌入式DVR中所采用的操作系统及应用软件的高稳定性，它所选用的软件平台起着至关重要的作用。

       从国内嵌入式DVR的领军人物海康威视公司在嵌入式DVR的开发历程上，可清晰地看出Linux系统在嵌入式DVR中的地位日益凸显出来。海康威视公司第一代嵌入式DVR的研发初期，在确定以Samsung S3C2510加Ti的DM642作为其硬件平台的时候，采用了Linux与VxWorks同时开发，相互参照、评估，最终主要由于基于对WindRiver 的VxWorks商用软件的信赖，选用了VxWorks作为其操作系统及软件开发平台；在第二代嵌入式DVR技术选型时，定下了以Ti的Davinci平台作为硬件平台，由于Linux提供了对该平台的实现，而VxWorks不能提供该硬件平台的支持，海康威视公司选择性地将软件平台转向了Linux系统；而在第三代嵌入式DVR的预言期间，就明确、肯定地将Linux定为海康威视公司下一代嵌入式DVR的系统平台。不难看出，Linux凭着其自身的特点，各方面的优势逐步成为了嵌入式DVR软件平台的主角。

        当今非手机类的嵌入式产品中，主流的操作系统有VxWorks，各种版本的Linux、uCOS-II、uC/OS，Qnx等等。其中最著名的VxWorks是美国Wind River公司推出的一种嵌入式强实时操作系统，自20世纪80年代问世以来，以其高性能、高可靠性、高实时性等特点成为实时操作系统中最具特色的系统。尤其以成功应用于美国军方、国防部、航空航天项目如火星探测车和爱国者导弹等高科技产品而声名鹊起。自1996年登陆中国，短短几年就已成为国防、工业自动化、网络通信、航空航天、医疗仪器、状态监控以及消费电子产品等嵌入式实时领域的首选操作系统。

       VxWorks 作为商用软件，以其实时性、可靠稳定性著称于世，也因此被广泛用在第一代的嵌入式DVR系统中。但正是它所具有的这些特性也必定限制了其发展，因为是商用软件，所以有专业的、全职的技术人员进行维护，虽然WindRiver是一家非常成功的嵌入式软件公司，也同时可以拥有相当庞大的研发队伍，但针对现代IT迅猛发展所带来的众多的硬件平台、海量的软件、协议而言，那是相当有限的，所以造成VxWorks系统现在所能支持的硬件平台有限，只能支持一些主流厂家的典型平台，完全不能和日新月异的硬件平台所同步，也违背了IT产业著名的摩尔定理。为了保证其可靠性，兼顾实时性的特点，WindRiver在集成软件模块时非常谨慎，发展也就必然缓慢，造成不能对众多的软件协议实现及时地支持。

       而且针对DVR系统，主要实现视音频的编码录制任务，对于VxWorks推崇的实时特性并不能得到有效利用，在DVR系统中，每秒25帧、50场及20毫秒视频编码的实际处理任务都是由DSP或ASIC芯片等专用芯片完成，而CPU上运行的操作系统所负责的仅仅是应用级的程序调度，VxWorks所能达到的微时限（Deadline）特性对于DVR所需的应用任务来说简直是牛刀杀鸡。而uCOS-II、uC/OS，Qnx等操作系统由于其本身产生的目的、设计的特性、维护运营的模式都更适合于纯的工业控制领域。

       Linux自诞生那天开始，就以开源自由的特性吸引了全世界成千上万优秀的技术人员投入到Linux软件的开发中来，使Linux系统得以高速发展，也使得Linux可以支持市场上绝大多数的硬件平台和各式各样的软件协议，保持着高度一致的同步性。在Linux的应用初期，Linux的自由开放特性也使得不少商家对其产生很多的误解，认为Linux就是不需要投入的！“开源意味着自由，但并不是成本上的免费，尽管有时候的确免费。”位于加利福尼亚州San Mateo的开源软件开发公司Untangle 的CTO Dirk Morris所说的话给了Linux应用一个很好的参见。开源软件具有灵活性、可靠性、安全以及易于采用等诸多特点，但免费不能算特点，至少不是主要特点。由于开源软件参与的人员来自于世界各地，不同行业，不同领域，不同目的，开发质量也良莠不齐，获得的技术支持很有限，使得开源产品通常都不是一个完整的产品，也一定程度上造成使用Linux会遇到很多困难。因此我们一定不要把开源简单地看成免费软件，而应该把它视为自由软件，自由软件意味着用户可以自由地运行、拷贝、分发、研究和修改软件。开源的本质是为程序员提供自由地查看和修改代码的能力，让程序员可以学习和借鉴别的程序员的设计思路，然后进一步扩展和完善该产品，正是这个流程让Linux功能越来越强大，性能越来越稳定。

       随着Linux的日益成熟，使用者对其有了进一步深入的了解，它所拥有的自由、开源本性，使得Linux具有广泛的硬件支持特性、不断自我修复的完善性、强大的软件协议特别是网络的支持功能，也必定决定了其将用作各式各样的嵌入式系统中，嵌入式DVR当然也不会例外。而且白热化的DVR市场，使得成本因素、稳定因素、灵活因素越来越被各DVR用户所看重，因此Linux也就自然成为了现代嵌入式DVR中的主角。为了提升嵌入式DVR的竞争力，现在嵌入式DVR产品的比拼已不局限于图像编码的压缩率、清晰度等基本的视频特性上，更关注于嵌入式DVR作为一个系统所能提供的服务，因此而带来了各式各样且非常新颖的需求，这种需求也只有具有灵活特性和广大资源的Linux平台才能完成，对于某个功能，比如客户想要在DVR上加上SIP网关的功能，对于VxWorks这样的封闭系统是很难实现的，而对于Linux来讲，只要在主流的PC平台上实现了，那对于嵌入式DVR平台来讲，仅仅是一个交叉编译的修正实现。若要对某个新颖硬件的支持，比如某款新的CPU推出，或某个WiFi功能的支持，各厂家、协议组织都会推出相应的Linux的示例程序，得到相应的源代码，我们要做的大多数仅仅是个平移实现的工作。

       从应用模式上分，适合于嵌入式系统的Linux主要有三类，支持不含MMU单元CPU平台的uClinux，通用内核加上相应硬件平台补丁的Linux（如Montavista，WindRiver提供的Linux），注重于强实时性的RT-Linux。因DVR自身对实时性要求不高，所以RT-Linux类的linux不太适用于我们的行业，更多地依据所选择的硬件平台特性而选择前两种Linux，如在海康威视公司第一代DVR系统中就采用了uClinux，第二、第三代DVR就采用了通用的Linux系统。

        在嵌入式DVR中实现Linux系统主要分为几个部分：引导装载程序、Linux内核、Linux的根文件系统及相应的应用程序。

        引导装载程序通常是在任何硬件上执行的第一段代码，就像普通PC机上所运行的BIOS程序，时下嵌入式系统中比较流行的引导装载程序有u-boot、vivi等，做的工作、实现的功能大致相仿，主要实现初始化 CPU、内存、Flash、串行端口、网口等基本的外设，设置参数区域并构造参数结构和标记，从Flash加载内核程序并最终跳转到内核的开始。

        Linux内核版本的更新速度非常快，但Linux的内核版本发行同Linux对嵌入式处理器支持程度的发展是不同步的，因此，需要对特定的处理器体系结构选择合适的内核，并且根据其硬件功能部件加上相应的补丁。为配合现在的嵌入DVR所应用的硬件平台，如ARM9 或PowerPC，以及相应的硬件外设，如无线网卡、USB2.0、SD卡等等流行的外设应用，建议选用较新的2.6版本的Linux内核。然后针对不同的硬件模块、应用模块，对内核进行裁减、编译、打包。

       因嵌入式DVR中所应用的存储空间（Flash芯片的容量）一般都较小，在构建整个系统的根文件系统时，必须考虑节省空间，且结合DVR本身应用的相对单一性，一般都使用busybox、uClibc这样的精简模块构成DVR系统的软件环境。

       在嵌入式DVR系统中最主要的应用软件当然是对压缩的视音频数据的采集、存储、分发，特别是一些网络协议的实现等相应的特性功能。在应有系统里还有很重要的一块就是DVR的GUI系统，嵌入式DVR与PC-DVR相比较弱的一环也在于界面的相对不友好性，所以提供一个较好的GUI系统对于能否实现一款易用、有竞争力的DVR产品起着关键的作用。国内飞漫公司提供的MiniGUI就是个很不错的选择，基于MiniGUI平台，可以提供方便开发、易于集成的良好的用户界面。

       可以预见，在今后的嵌入式DVR产品中，Linux系统必将占据绝对的领导地位。由于Linux系统的广泛应用，也必将使嵌入式DVR的开发、销售模式得到变革性的更新，嵌入式DVR的应用会上升到一个全新的高度。