ARM和CDMA在远程视频监控系统中的应用 - 全文

引言

　　CDMA （Code Division Multiple Access） 又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术，CDMA允许所有使用者同时使用全部频带（1.2288Mhz），且把其他使用者发出讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞 （collision） 问题。CDMA中所提供语音编码技术，通话品质比目前GSM好，且可把用户对话时周围环境噪音降低，使通话更清晰。就安全性能而言，CDMA不但有良好的认证体制，更因其传输特性，用码来区分用户，防止被人盗听的能力大大增强。 Wideband CDMA（WCDMA）宽带码分多址传输技术，为IMT-2000的重要基础技术，将是第三代数字无线通信系统标准之一。这里开发的嵌入式远程视频系统就是充分利用CDMA网络技术和嵌入式系统的特点而搭建的数据传输系统，特别适合边远偏僻或不具备常规网络传输条件的地方使用，例如车载视频系统、交通路口（车牌实时监视）及城市路灯的等。

　　1 嵌入式Linux系统

　　嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机系统。

　　Linux是一类Unix计算机操作系统的统称。Linux操作系统的内核的名字也是“Linux”。Linux操作系统也是自由软件和开放源代码发展中最着名的例子。Linux本身只表示Linux内核，但在实际上人们已经习惯了用Linux来形容整个基于Linux内核，并且使用GNU 工程各种工具和数据库的操作系统。

　　本系统选用的处理器是SAMSUNG公司的一款中高端arm9内核的CPU-S3C2410，其内建有MMU，主频可达到203MHz，运行嵌入式Linux2.4系统正好如鱼得水，不但保持了嵌入式系统小型化、低功耗、易携带的特点，又充分利用了Linux系统的内存、文件、线程管理功能。

　　2 系统结构

　　系统一般可分为实时和触发模式两种，可以根据具体的情况设计合适的方式，如果采用实时，将占用较多网络资源，成本相对较高，采用触发模式的运行成本较低。

　　当遇异常情况后，触发终端拍摄图片，同时其内部的嵌入式模块和CDMA模块协同运作，完成Internet的接入，并把拍摄到的图片数据经打包后发送给中心主机，或发送给指定的E-mail地址，中心主机登录到Internet上后运行服务器端软件就可以浏览由点发来的图片。

　　3 硬件系统设计

　　要能够正确运行一个操作系统，硬件方面至少应该包括CPU、内存和固态存储器、系统内部以及外设接口。

　　S3C2410处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核，采用0.18um制造工艺的32位微控制器。该处理器拥有：独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND闪存控制器，3路UART，4路DMA，4路带PWM的Timer ，I/O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，IIC-BUS 接口，IIS-BUS 接口，2个USB主机，1个USB设备，SD主机和MMC接口，2路SPI。具有3个UART、1个RTC和触摸屏接口，还具有I2C、USB Host、USB Device等接口，充分满足了系统的需要。

　　由于剪裁后的Linux系统所占得存储空间非常小，我们选择Nor Flash作为固体存储器，通过16位数据与CPU交换数据，并利用其上端8MB空间（00800000H-00ffffffH）开辟了一个jffs2文件存储系统，存储系统的配置文件。

　　64MB的SDRAM为2片K4S561632C，通过32位数据与CPU交换数据。

　　通过MAX3232C电平转换芯片和RTL8019网络芯片转换成一个RS-232接口和一个以太网接口，用串口线和以太网网线与PC机相连，组成可以交叉编译的开发环境。

　　通过CPU上集成的USB Host接口直接与USB摄像头连接，考虑到监控与控制模块接口的要求，选用USB1.1接口的红外线摄像头。

　　通过CPU上集成的UART接口直接与CDMA Modem模块相连接，选用价格适中的AnyData公司的DTGS-800 CDMA模块。

　　4 软件系统设计

　　4.1 控制终端程序设计

　　控制终端软件的核心是嵌入式Linux操作系统，Linux本身作为一个桌面系统，进入嵌入式操作系统领域时，小型化的目的是在满足操作系统基本功能和用户特定需要的情况下，使内核尽可能小，作为一个操作系统，Linux内核主要负责程序的管理与调度、内存的管理及对外设的驱动和管理等，由于Linux内核采用模块化的设计，很多模块可以独立地加载或卸载，所以小型化就是对Linux内核重新编译，在编译时仔细地选择嵌入式设备所需要的功能模块，同时删除不需要的功能，这里只需要串口驱动、USB摄像头接口驱动（包含USB Host，USB Core和USB Device）还有拨号网络应用，还要支持PPP、TCP/IP网络协议，其他都可以删除掉。

　　具体程序设计包括Bootloader启动

　　a）系统加电后复位。

　　b）Bootloader初始化CPU、SDRAM、分配地址空间等。

　　c）Bootloader把Linux内核的压缩文件解压到SDRAM中，同时把控制权从Bootloader移交到Linux。Linux的内核有两种运行方式可供选择。可以在Flash存储器上直接运行，也可以加载到内存中运行。Flash存储器运行方式就是把内核的可执行映像烧写到Flash存储器上，系统启动时从Flash存储器的某个地址开始运行内核，进入SDRAM继续运行，这种做法能减少内存需要，实际上很多嵌入式系统都采用这种方法，内存加载方式把内核的压缩文件存放在Flash存储器上，系统启动时自动读取压缩文件并在内存中解压，然后开始执行。

　　d）开始执行SDRAM中的代码，Linux内核初始化，完成堆栈，中断的分配等。

　　e）加载串口驱动模块和USB

　　f）运行PPP拨号程序，通过CDMA网络与Internet进行连接，在Linux下的PPP包是专门为解决Modem拨号上网问题而编写的，并且是公开源代码的，PPP拨号脚本程序主要是通过调用pppd和chat这两个应用程序，并通过AT指令实现对Modem的操作。

　　至此，已经建立了从图像采集到图像传输的完整的嵌入式监控系统，但是，作为一个嵌入式操作系统，他是为某一专门的用途而设计的。运行不同的用户应用程序，就可以实现用户要求的不同功能。

　　我们运行的用户程序是一个无限循环的过程，控制终端在不断等待拍照请求，通过比较识别认为有请求后，CPU通过USB摄像头驱动控制摄像头拍照，同时接收图片并发送控制中心，或通过SMTP协议，发送到指定的Email地址。

　　4.2 控制中心服务器程序设计

　　服务器端软件实现的主要功能是接收、保存和重显由嵌入式终端发送过来的监控图片，控制中心主机通过拨号、带宽上网等方式登录到Internet上，注意必须申请一个静态IP地址，使主机每次登录到Internet所获得的IP地址（互联网IP地址）不变，主机登录Internet后，即可运行服务器端软件，服务器端程序设计主要包括网络通信、接收图片、保存图片、即时重显图片和察看图片，用户通过此软件可以方便地浏览由控制终端发来的图片。

　　另一种方案是不设置控制中心服务器，控制终端抓怕到的图片直接发送到指定的Email地址，这种方案容易管理，只需定期查收Email，清除Email存储空间即可，运行成本很低，但可靠性差。

　　5 结束语

　　利用无线网络与IT技术对传统监控领域进行革新，是市场的需要，在这个过程中，嵌入式系统因其体积小、处理能力强、支持网络服务等功能，无疑扮演了重要角色。