1.引言
嵌入式技術、網(wǎng)絡技術和多媒體技術的結合不僅解決了模擬圖像在傳輸過程中的失真等問題，還使得設備的體積更加微型化、智能化和網(wǎng)絡化。伴隨網(wǎng)絡的發(fā)展，運用網(wǎng)絡設備作為傳輸媒介的圖像數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)成為主流。本文采用在 S3C2410芯片上建立Linux操作系統(tǒng)，在操作體統(tǒng)基礎上移植 Linux-Wlan-ng驅動程序，從而實現(xiàn)開發(fā)板具有無線通信能力。在Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核里添加OV511驅動程序，從而實現(xiàn) Linux下驅動Webeye V 2000攝像頭，通過Video4Linux接口控制攝像頭參數(shù)，圖片的格式和窗口大小等等。將采集到的圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡接口傳送到上位機或遠程終端進行處理。本文主要采集的是數(shù)控系統(tǒng)中加工零件的圖像信息，進行數(shù)據(jù)處理程序有：恢復 YUV格式的彩色圖，提取Y,U和V分量值，恢復Y格式的灰度圖，精度測量，邊緣檢測，二值化和特征值提取等等。
2. 系統(tǒng)硬件平臺
本文系統(tǒng)硬件平臺的處理器采用 Samsung公司的集成有 ARM920T內(nèi)核的處理器S3C2410，該處理器資源豐富，具有 16KB的指令 Cache和 16KB數(shù)據(jù) Cache、MMU虛擬存儲器管理器、LCD控制器、支持 NAND Flash系統(tǒng)引導， RAM控制器、3通道 UART、4通道 DMA、4通道帶 PWM定時器、RTC、并行 I/O口、8通道 10位 ADC、觸摸屏接口、 IIC接口、IIS接口、2個 USB接口控制器、 2通道 SPI及內(nèi)部 PLL時鐘倍頻器，主頻昀高可達 203MHz。此外，在處理器豐富資源的基礎上還進行了相關的配置和擴展，配置了 64MB的 Flash和 64MB的 SDRAM，并引出了兩個 HOST USB接口。首先在一個 USB接口上外接一個帶 USB口的攝像頭 Webeye V 2000，其內(nèi)部采用的是 ov7620、ov511和一個存儲芯片。然后在另一個 USB接口上外接的 USB口的無線網(wǎng)卡，以無線方式發(fā)送圖像數(shù)據(jù)到上位機或遠程終端。無線網(wǎng)卡采用 NETGEAR MA111，它基于 IEEE802.11b協(xié)議，昀大傳輸率為
11Mbps，它的室內(nèi)傳輸距離可達 100米，室外極限傳輸距離接近 500米，并可以通過自行調(diào)整不同傳輸率，工作在 11、5.5、2、1Mbps，來確保傳輸效果。 Samsung 2410并行 I/O口連接到運動控制芯片 MAX314，由 MAX314控制電機運動，構成嵌入式數(shù)控系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的硬件概圖如圖 2.1所示：
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3. WLAN網(wǎng)卡驅動的移植
本文選擇在嵌入式 Linux操作系統(tǒng)層面上對無線網(wǎng)卡驅動進行移植。
3.1 嵌入式LINUX操作系統(tǒng) Linux具有內(nèi)核小，多任務、多進程的特征,實時性效率高，源代碼開放，內(nèi)核直接支持網(wǎng)絡等優(yōu)點。由于嵌入式系統(tǒng)的硬件資源十分有限，因此不能直接把Linux作為操作系統(tǒng)，需要針對具體的應用功能配置內(nèi)核，制作根文件系統(tǒng)。只有這樣才能將整個系統(tǒng)能夠存放到容量較小的Flash中。Linux的動態(tài)模塊加載使Linux的裁減極為方便，高度模塊化和模塊化使添加非常容易。根據(jù)圖像采集模塊，無線傳輸模塊和數(shù)控系統(tǒng)模塊的需要配置適合的嵌入式Linux操作系統(tǒng)。系統(tǒng)采用VIVI啟動，內(nèi)核采用Linux-2.4.18，根文件系統(tǒng)采用Cramfs文件系統(tǒng)。 [!--empirenews.page--]
3.2 USB無線驅動程序的移植
由于Linux操作系統(tǒng)的開源特性和USB無線網(wǎng)卡逐漸成為標準設備,網(wǎng)絡上存在一部分開放的驅動源碼程序。本文在此基礎上做一些修改，移植到嵌入式平臺下即可成功驅動設備。NETGEAR公司的MA111型網(wǎng)卡,其芯片為prism2系列,故可選用linux-wlan-ng系列的驅動程序，驅動程序可以在http://www.linux-wlan.com網(wǎng)站上下載。編譯目標文件需要建立宿主機平臺，宿主機的操作平臺為：X86+Redhat 9.0操作系統(tǒng)，在此基礎上建立交叉編譯環(huán)境arm-linux-gcc。編譯的具體步驟如下：
①下載USB無線網(wǎng)卡驅動程序并解壓:
tar zxvf linux-wlan-ng-0.2.1-pre11.tar.gz
②vi src/mkmeta/Makefile
在Makefile文件中添加變量HOST_CC= gcc
③運用make config命令配置運行腳本
Build Prism2.5 USB (_usb) driver? (y/n) [y]: y
Linux source directory：根據(jù)具體情況而定
Prefix for build host compiler? (rarely needed) []: arm-linux-
④運用make命令對配置好的驅動程序進行編譯
⑤驅動程序編譯好后（prism2_usb.o和p80211.o）插上無線網(wǎng)卡，手動加載驅動程序，命令
如下:
#insmod prism2_usb.o
#insmod p80211.o prism2_doreset=1
4.無線傳輸測試
無線數(shù)據(jù)的傳輸測試包括兩種測試： AP模式和 ADHOC模式。在具體的測試過程中需要
關閉etho，打開wlan0。在 AP模式情況下設置開發(fā)板的 IP地址為：192.168.0.221，而無線路由器的 IP地址為：192.168.0.1，SSID為：AIBO_W_NET。對 USB 無線網(wǎng)卡設備進行配置, 包括設置網(wǎng)絡名稱、安全密碼、以及IP 地址等，AP模式下具體命令和測試結果如下：
./wlanctl wlan0 lnxreq_ifstate ifstate=enable
./wlanctl wlan0 lnxreq_autojoin ssid=AIBO_W_NET authtype=opensystem
./ifconfig eth0 down
./ifconfig wlan0 192.168.0.221 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.0.255
經(jīng)過以上命令配置后，運用PING命令測試開發(fā)板和路由器之間的通信完全暢通，說明開發(fā)板和上位機可以無線通信，為項目實現(xiàn)無線傳輸圖像數(shù)據(jù)奠定基礎。如圖4.1所示：
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5. 無線傳輸?shù)膽?
針對S3C2410芯片和Linux操作系統(tǒng)平臺移植Linux-Wlan-ng主要應用到嵌入式數(shù)控系統(tǒng)中采集加工零件的圖像數(shù)據(jù)，監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)中零件加工過程和精確測量。因為Linux操作系統(tǒng)中嵌有ov511芯片的驅動，故在編譯Linux操作系統(tǒng)時需要加載ov511驅動，有動態(tài)和靜態(tài)兩種加載方式。本文采用靜態(tài)加載方式，在系統(tǒng)啟動時就不需要手動加載驅動程序。主要步驟：
①(*)選擇Multimedia device->下的Video for linux。加載video4linux模塊， 為視頻采集設備提供了編程接口；
②在usb support->目錄下(*)選擇support for usb和usb camera ov511 support。這使得在內(nèi)核中加入了對采用OV511接口芯片的USB數(shù)字攝像頭的驅動支持。 [!--empirenews.page--]
軟件通過Video4Linux編程接口對圖像或視頻數(shù)據(jù)進行采集，并編寫相應的網(wǎng)絡傳輸程序實現(xiàn)遠程傳輸圖像數(shù)據(jù)。Video4Linux是Linux中關于視頻設備的內(nèi)核驅動，它為針對視頻設備的應用程序編程提供一系列接口函數(shù)，這些視頻設備包括現(xiàn)今市場上流行的TV卡、視頻捕捉卡和USB攝像頭等。對于USB口攝像頭，其驅動程序中需要提供基本的I/O操作接口函數(shù)open、read、write、close的實現(xiàn)。對中斷的處理實現(xiàn)，內(nèi)存映射功能以及對I/O通道的控制接口函數(shù)ioctl的實現(xiàn)等，并把它們定義在struct file_operations中。本系統(tǒng)采用內(nèi)存映射法，即mmap()方式截取圖像或視頻數(shù)據(jù)。mmap（）函數(shù)調(diào)用使得進程之間通過映射同一個普通文件實現(xiàn)共享內(nèi)存。該映射內(nèi)容區(qū)可讀可寫并且不同進程間可共享,不需要任何數(shù)據(jù)的拷貝。采集到圖像數(shù)據(jù)后，運用網(wǎng)絡接口無線傳輸?shù)缴衔粰C或遠程終端上進行數(shù)據(jù)處理。上位機中涉及到的程序有：將YUV420P格式的數(shù)據(jù)轉換成RGB格式，提取Y,U和V分量值，將YUV格式的數(shù)據(jù)文件轉換成txt文件便于運用Matlab仿真，測量加工零件的距離等（涉及到單目測距方法，在以后的論文中討論）；套接口是網(wǎng)絡通信的基礎，在Linux下定義的一些套接口的函數(shù)大致如下：對于一個簡單TCP/IP服務器，其基本結構如下所示：
①建立套接字函數(shù)socket()；②綁定地址和端口函數(shù)bind()；③建立套接口隊列函數(shù)listen()；④接收連接函數(shù)accept()；⑤處理連接函數(shù)read()/write()；⑥關閉套接口close()。
與之對應的客戶程序的基本結構如下所示：
①建立套接字函數(shù)socket()；②連接服務器connect()；③處理連接函數(shù)write()/read ()；④關閉套接口close()；
運用無線網(wǎng)絡傳回圖像數(shù)據(jù)恢復的圖片如圖5.1，5.2和5.3所示（僅提取Y分量即灰度圖，大小320X240，攝像頭和黑斑距離50CM，+X代表攝像頭向右移動XCM）：
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6. 結束語
本文提出了一套基于嵌入式平臺（S3C2410芯片+Linux操作系統(tǒng)）的圖像采集、無線傳輸和數(shù)控系統(tǒng)的設計和應用。在嵌入式數(shù)控系統(tǒng)加工零件過程中，運用圖像采集模塊和無線傳輸模塊獲取零件加工的過程，當前狀態(tài)和精確測量。應用結果證明：系統(tǒng)很好的完成了圖像采集和無線傳輸，得到的圖像清晰，采集的數(shù)據(jù)可用于圖像處理。特別是：平臺中無線傳輸模塊和數(shù)控制系統(tǒng)模塊的結合實現(xiàn)傳遞信息，共享資源；使得數(shù)控領域具有分布式，移動性，微型化和智能化等特點。
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