基于ARM處理器S3C2440的無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在近一兩年開始全面普及，無論是在家庭用戶還是企業(yè)用戶中，我們都能看到無線技術(shù)的影子。 認識無線監(jiān)控，相信大家對有線監(jiān)控系統(tǒng)比較了解，有線監(jiān)控系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)攝像機、云臺、視頻服務(wù)器、監(jiān)控終端等設(shè)備組成。而無線監(jiān)控系統(tǒng)所需要的設(shè)備則比較簡單，它只需要無線網(wǎng)絡(luò)攝像機、無線AP、監(jiān)控終端等設(shè)備組成，如果需要遠距離無線監(jiān)控，還要增加戶外無線網(wǎng)橋等設(shè)備。

　　在此提出一種基于嵌入式Windows CE5．O的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。解決了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)成本高、體積大、傳輸距離有限、功耗大、安裝不方便等問題。該系統(tǒng)的設(shè)計將為無線視頻監(jiān)控提供一種新的思路、方法和技術(shù)路線；在安防、遠程教育、遠程視頻會議、醫(yī)療系統(tǒng)等無線視頻領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　Windows CE作業(yè)系統(tǒng)是Windows家族中最新的成員，專門設(shè)計給掌上型電腦（HPCs）所使用的電腦環(huán)境。這樣的作業(yè)系統(tǒng)可使完整的可攜式技術(shù)與現(xiàn)有的Windows桌面技術(shù)整合工作。 Windows CE 被設(shè)計成針對小型設(shè)備（它是典型的擁有有限內(nèi)存的無磁盤系統(tǒng)）的通用操作系統(tǒng)，  Windows CE 可以通過設(shè)計一層位于內(nèi)核和硬件之間代碼來用設(shè)定硬件平臺，這即是眾所周知的硬件抽象層（HAL）（在以前解釋時，這被稱為 OEMC （原始設(shè)備制造）適應(yīng)層，即 OAL; 內(nèi)核壓縮層，即 KAL. 以免與微軟的 Windows NT 操作系統(tǒng) HAL 混淆）。

　　1 系統(tǒng)的整體硬件框圖介紹

　　基于嵌入式WinCE5．0的無線監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要由嵌入式終端和服務(wù)器端的PC機組成。嵌入式終端平臺的微處理器選擇的是基于ARM9T20內(nèi)核的S3C2440，S3C2440有豐富的接口，其中攝像頭接口與CMOS的攝像頭相連，串口與GPRS發(fā)射模塊相連；服務(wù)器端主要是1臺PC機和GPRS接收模塊。整個框圖如1所示。

　　系統(tǒng)首先通過S3C2440微處理器控制CMOS攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過壓縮編碼后，再通過GPRS無線發(fā)射模塊將壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)射出去，在服務(wù)器端的PC機通過GPRS接收模塊接收數(shù)據(jù)，并通過相應(yīng)的應(yīng)用程序，對視頻數(shù)據(jù)進行解碼，并通過屏幕顯示出來。其中包含有S3C2440微處理器的嵌入式終端平臺的核心控制板如圖2所示。

 2 系統(tǒng)的擴展接口設(shè)計

　　2．1 攝像頭接口設(shè)計

　　攝像頭（CAMERA）又稱為電腦相機，電腦眼等，是一種視頻輸入設(shè)備，被廣泛的運用于視頻會議，遠程醫(yī)療及實時監(jiān)控等方面。普通的人也可以彼此通過攝像頭在網(wǎng)絡(luò)進行有影像、有聲音的交談和溝通。另外，人們還可以將其用于當前各種流行的數(shù)碼影像，影音處理。

　　攝像頭中用的圖像采集芯片為OV9650圖像傳感器，該圖像傳感器具有10位的數(shù)據(jù)接口和標準的SCCB接口，采用CSP一28封裝，體積小。

　　該芯片支持RGB(4：2：2)，YUV(4：2：2)，YCrCb(4：2：2)三種數(shù)據(jù)輸出格式，內(nèi)置138個設(shè)備控制寄存器，地址分別從Ox00～Ox8A，通過SCCB接口可以方便地設(shè)置傳感器視窗大小、增益、白平衡校正、曝光控制、飽和度、色調(diào)等參數(shù)。包含有圖像傳感器OV9650攝像頭模塊如圖3所示。

　　S3C2440有一個專用的攝像頭接口，CPU可以直接和CMOS圖像傳感器連接，當0V9650輸出數(shù)據(jù)格式為8位的YUV時，要用到數(shù)據(jù)線D2～D9(D9為MSB位，D2為LSB位)；當輸出的數(shù)據(jù)格式為10位RGB，用數(shù)據(jù)線D0～D9(D9為MSB位，D0為LSB位)，該系統(tǒng)用YUV格式。該攝像頭模塊與S3C2440的Camera接口連接，其電路圖分別如圖4～圖6所示。

其中用到了TI公司的電平轉(zhuǎn)換芯片74LVC4245，是一種雙電源的電平移位器，電平移位在其內(nèi)部進行。5 V端用5 V電源作為VDD_CAM，而3．3 V端則用3．3 V作為VCC33。雙電源能保證兩邊端口的輸出擺幅都能達到滿電源幅值。

2．2 GPRS模塊的接口設(shè)計

　　通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service）的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps.

　　S3C2440有3個UART通道，利用其中一個通道設(shè)計串口，使其與GPRS模塊連接，由于S3C2440自帶的UART控制器，使得硬件開發(fā)和軟件設(shè)計都比較簡單。但RS 232標準所定義的高、低電平信號，與一般的微控制器系統(tǒng)的電路所定義的高、低電平信號完全不同，如S3C2440系統(tǒng)的標準邏輯“1”對應(yīng)電平2～3 V，標準邏輯“O”對應(yīng)0～4 V電平。顯然，與RS 232標準所述的電平信號完全不同。兩者之間要進行通信，必須經(jīng)過信號電平的轉(zhuǎn)換，目前常使用的電平轉(zhuǎn)換芯片有MAX232，MAX3221和MAX324．3，具體設(shè)計電路如圖7和圖8所示。

　　3 操作系統(tǒng)平臺的定制

　　Windows CE是高度模塊化的嵌入式操作系統(tǒng)，正因為如此，用戶為了滿足特定的要求而對操作系統(tǒng)進行定制，如果為自己的嵌入式設(shè)備定制Windows CE操作系統(tǒng)，則須進行創(chuàng)建、構(gòu)建、運行和發(fā)布OS等一系列操作。在無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，根據(jù)功能要求，利用Platform Builder5．0定制系統(tǒng)的流程如下：

　　(1)導入BSP開發(fā)包。由于用的是三星公司的基于ARM920T核的S3C2440，所以在BSP包中找到SMDK2440文件下的SMDK2440．CEC文件將其導入。打開“Platform Builder5．0”，選擇“File”菜單下的 “Manage Catalog Features”，如圖9所示。在彈出的對 話框中單擊“Import”，瀏覽到SMDK2440文件下的 smdk2440．cec文件，將其導入。

　　(2)創(chuàng)建項目。根據(jù)WinCE無線監(jiān)控系統(tǒng)的要求，在定制系統(tǒng)的過程中選擇合適的組件來實現(xiàn)。其中包括的組件有：支持應(yīng)用程序開發(fā)的MFC組件和支持網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)組件等。

　　(3)編譯項目：點擊菜單“Build OS”→“Sysgen”開始編譯項目。

　　(4)下載運行時映像，調(diào)試成功后啟動。編譯成功后會在目WinCES00PBWorkspacestestlRelDirsmdk2 440_ARMV4I_Release下生成nk．bin和nk．nb0等文件，將nk．nb0下載到硬件平臺上運行。

　　4 驅(qū)動程序的開發(fā)

　　4．1 攝像頭驅(qū)動的開發(fā)

　　攝像頭驅(qū)動開發(fā)是設(shè)計中的一個難點，也是一個關(guān)鍵部分。由于攝像頭采集的視頻數(shù)據(jù)可以當作數(shù)據(jù)流來處理，所以對于攝像頭的驅(qū)動將采用流式接口的方法來開發(fā)。

　　(1)在Platform Builder中打開前面定制的操作系統(tǒng)工程，然后在新建一個WIN32 DLL項目，添加2個C++的源文件，即：camera．cpp和IIc．cpp，其中camer—a．cpp包含驅(qū)動的入口函數(shù)DLLMain()；驅(qū)動的前綴為“CIS”，IIc．cpp包含通過ICC接口對攝像頭相關(guān)寄存器進行配置的函數(shù)。

　　(2)根據(jù)前面的硬件電路和OV9650芯片的工作時序，通過編寫流接口的CIS_Init函數(shù)實現(xiàn)OV9650初始化。主要包括以下3步：調(diào)用InterruptInitialize(SYSINTR_CAM，CameraEvent，NULL，0)函數(shù)通知系統(tǒng)注冊中斷；調(diào)用CreateEvent()函數(shù)創(chuàng)建一個CameraEvent事件；調(diào)用CreateThread()函數(shù)創(chuàng)建CameraThread線程。在Camera Capture Thread服務(wù)函數(shù)中調(diào)用WaitForSingleObject(CameraEvent，Dis—play Time)函數(shù)等待Camera Event事件的發(fā)生。此事件由與其關(guān)聯(lián)的SYSINTR_CAM中斷來觸發(fā)。此外還有其它流接口函數(shù)(CIS_IOControl等)也可以以類似的方法實現(xiàn)。