ARM和CDMA在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

CDMA （Code Division Multiple Access） 又稱碼分多址，是在無線通訊上使用的技術(shù)，CDMA允許所有使用者同時(shí)使用全部頻帶（1.2288Mhz），且把其他使用者發(fā)出訊號(hào)視為雜訊，完全不必考慮到訊號(hào)碰撞 （collision） 問題。CDMA中所提供語音編碼技術(shù)，通話品質(zhì)比目前GSM好，且可把用戶對(duì)話時(shí)周圍環(huán)境噪音降低，使通話更清晰。就安全性能而言，CDMA不但有良好的認(rèn)證體制，更因其傳輸特性，用碼來區(qū)分用戶，防止被人盜聽的能力大大增強(qiáng)。 Wideband CDMA（WCDMA）寬帶碼分多址傳輸技術(shù)，為IMT-2000的重要基礎(chǔ)技術(shù)，將是第三代數(shù)字無線通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)之一。這里開發(fā)的嵌入式遠(yuǎn)程視頻系統(tǒng)就是充分利用CDMA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)而搭建的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，特別適合邊遠(yuǎn)偏僻或不具備常規(guī)網(wǎng)絡(luò)傳輸條件的地方使用，例如車載視頻系統(tǒng)、交通路口（車牌實(shí)時(shí)監(jiān)視）及城市路燈的等。

1 嵌入式Linux系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴(yán)格的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

Linux是一類Unix計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱。Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核的名字也是“Linux”。Linux操作系統(tǒng)也是自由軟件和開放源代碼發(fā)展中最著名的例子。Linux本身只表示Linux內(nèi)核，但在實(shí)際上人們已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來形容整個(gè)基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫(kù)的操作系統(tǒng)。

本系統(tǒng)選用的處理器是SAMSUNG公司的一款中高端arm9內(nèi)核的CPU-S3C2410，其內(nèi)建有MMU，主頻可達(dá)到203MHz，運(yùn)行嵌入式Linux2.4系統(tǒng)正好如魚得水，不但保持了嵌入式系統(tǒng)小型化、低功耗、易攜帶的特點(diǎn)，又充分利用了Linux系統(tǒng)的內(nèi)存、文件、線程管理功能。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)一般可分為實(shí)時(shí)和觸發(fā)模式兩種，可以根據(jù)具體的情況設(shè)計(jì)合適的方式，如果采用實(shí)時(shí)，將占用較多網(wǎng)絡(luò)資源，成本相對(duì)較高，采用觸發(fā)模式的運(yùn)行成本較低。

當(dāng)遇異常情況后，觸發(fā)終端拍攝圖片，同時(shí)其內(nèi)部的嵌入式模塊和CDMA模塊協(xié)同運(yùn)作，完成Internet的接入，并把拍攝到的圖片數(shù)據(jù)經(jīng)打包后發(fā)送給中心主機(jī)，或發(fā)送給指定的E-mail地址，中心主機(jī)登錄到Internet上后運(yùn)行服務(wù)器端軟件就可以瀏覽由點(diǎn)發(fā)來的圖片。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

要能夠正確運(yùn)行一個(gè)操作系統(tǒng)，硬件方面至少應(yīng)該包括CPU、內(nèi)存和固態(tài)存儲(chǔ)器、系統(tǒng)內(nèi)部以及外設(shè)接口。

S3C2410處理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用0.18um制造工藝的32位微控制器。該處理器擁有：獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶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個(gè)USB主機(jī)，1個(gè)USB設(shè)備，SD主機(jī)和MMC接口，2路SPI。具有3個(gè)UART、1個(gè)RTC和觸摸屏接口，還具有I2C、USB Host、USB Device等接口，充分滿足了系統(tǒng)的需要。

由于剪裁后的Linux系統(tǒng)所占得存儲(chǔ)空間非常小，我們選擇Nor Flash作為固體存儲(chǔ)器，通過16位數(shù)據(jù)與CPU交換數(shù)據(jù)，并利用其上端8MB空間（00800000H-00ffffffH）開辟了一個(gè)jffs2文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置文件。

64MB的SDRAM為2片K4S561632C，通過32位數(shù)據(jù)與CPU交換數(shù)據(jù)。

通過MAX3232C電平轉(zhuǎn)換芯片和RTL8019網(wǎng)絡(luò)芯片轉(zhuǎn)換成一個(gè)RS-232接口和一個(gè)以太網(wǎng)接口，用串口線和以太網(wǎng)網(wǎng)線與PC機(jī)相連，組成可以交叉編譯的開發(fā)環(huán)境。

通過CPU上集成的USB Host接口直接與USB攝像頭連接，考慮到監(jiān)控與控制模塊接口的要求，選用USB1.1接口的紅外線攝像頭。

通過CPU上集成的UART接口直接與CDMA Modem模塊相連接，選用價(jià)格適中的AnyData公司的DTGS-800 CDMA模塊。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 控制終端程序設(shè)計(jì)

控制終端軟件的核心是嵌入式Linux操作系統(tǒng)，Linux本身作為一個(gè)桌面系統(tǒng)，進(jìn)入嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域時(shí)，小型化的目的是在滿足操作系統(tǒng)基本功能和用戶特定需要的情況下，使內(nèi)核盡可能小，作為一個(gè)操作系統(tǒng)，Linux內(nèi)核主要負(fù)責(zé)程序的管理與調(diào)度、內(nèi)存的管理及對(duì)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)和管理等，由于Linux內(nèi)核采用模塊化的設(shè)計(jì)，很多模塊可以獨(dú)立地加載或卸載，所以小型化就是對(duì)Linux內(nèi)核重新編譯，在編譯時(shí)仔細(xì)地選擇嵌入式設(shè)備所需要的功能模塊，同時(shí)刪除不需要的功能，這里只需要串口驅(qū)動(dòng)、USB攝像頭接口驅(qū)動(dòng)（包含USB Host，USB Core和USB Device）還有撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，還要支持PPP、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其他都可以刪除掉。

具體程序設(shè)計(jì)包括Bootloader啟動(dòng)

a）系統(tǒng)加電后復(fù)位。

b）Bootloader初始化CPU、SDRAM、分配地址空間等。

c）Bootloader把Linux內(nèi)核的壓縮文件解壓到SDRAM中，同時(shí)把控制權(quán)從Bootloader移交到Linux。Linux的內(nèi)核有兩種運(yùn)行方式可供選擇?？梢栽贔lash存儲(chǔ)器上直接運(yùn)行，也可以加載到內(nèi)存中運(yùn)行。Flash存儲(chǔ)器運(yùn)行方式就是把內(nèi)核的可執(zhí)行映像燒寫到Flash存儲(chǔ)器上，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)從Flash存儲(chǔ)器的某個(gè)地址開始運(yùn)行內(nèi)核，進(jìn)入SDRAM繼續(xù)運(yùn)行，這種做法能減少內(nèi)存需要，實(shí)際上很多嵌入式系統(tǒng)都采用這種方法，內(nèi)存加載方式把內(nèi)核的壓縮文件存放在Flash存儲(chǔ)器上，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)讀取壓縮文件并在內(nèi)存中解壓，然后開始執(zhí)行。

d）開始執(zhí)行SDRAM中的代碼，Linux內(nèi)核初始化，完成堆棧，中斷的分配等。

e）加載串口驅(qū)動(dòng)模塊和USB

f）運(yùn)行PPP撥號(hào)程序，通過CDMA網(wǎng)絡(luò)與Internet進(jìn)行連接，在Linux下的PPP包是專門為解決Modem撥號(hào)上網(wǎng)問題而編寫的，并且是公開源代碼的，PPP撥號(hào)腳本程序主要是通過調(diào)用pppd和chat這兩個(gè)應(yīng)用程序，并通過AT指令實(shí)現(xiàn)對(duì)Modem的操作。

至此，已經(jīng)建立了從圖像采集到圖像傳輸?shù)耐暾那度胧奖O(jiān)控系統(tǒng)，但是，作為一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)，他是為某一專門的用途而設(shè)計(jì)的。運(yùn)行不同的用戶應(yīng)用程序，就可以實(shí)現(xiàn)用戶要求的不同功能。

我們運(yùn)行的用戶程序是一個(gè)無限循環(huán)的過程，控制終端在不斷等待拍照請(qǐng)求，通過比較識(shí)別認(rèn)為有請(qǐng)求后，CPU通過USB攝像頭驅(qū)動(dòng)控制攝像頭拍照，同時(shí)接收?qǐng)D片并發(fā)送控制中心，或通過SMTP協(xié)議，發(fā)送到指定的Email地址。

4.2 控制中心服務(wù)器程序設(shè)計(jì)

服務(wù)器端軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能是接收、保存和重顯由嵌入式終端發(fā)送過來的監(jiān)控圖片，控制中心主機(jī)通過撥號(hào)、帶寬上網(wǎng)等方式登錄到Internet上，注意必須申請(qǐng)一個(gè)靜態(tài)IP地址，使主機(jī)每次登錄到Internet所獲得的IP地址（互聯(lián)網(wǎng)IP地址）不變，主機(jī)登錄Internet后，即可運(yùn)行服務(wù)器端軟件，服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)主要包括網(wǎng)絡(luò)通信、接收?qǐng)D片、保存圖片、即時(shí)重顯圖片和察看圖片，用戶通過此軟件可以方便地瀏覽由控制終端發(fā)來的圖片。

另一種方案是不設(shè)置控制中心服務(wù)器，控制終端抓怕到的圖片直接發(fā)送到指定的Email地址，這種方案容易管理，只需定期查收Email，清除Email存儲(chǔ)空間即可，運(yùn)行成本很低，但可靠性差。

5 結(jié)束語

利用無線網(wǎng)絡(luò)與IT技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)控領(lǐng)域進(jìn)行革新，是市場(chǎng)的需要，在這個(gè)過程中，嵌入式系統(tǒng)因其體積小、處理能力強(qiáng)、支持網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等功能，無疑扮演了重要角色。