Linux和CDMA的远程视频监控系统
关键词：
arm , cdma , linux , 视频监控
cdma（码分多址）无线网络具有覆盖面广，高效、低成本的特点，cdma网络的数据传输速率可达200kb/s，这里开发的嵌入式远程视频监控系统就充分利用cdma无线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，例如车载视频监控系统、交通路口（车牌实时监视）及城市路灯的监控等。
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，目前嵌入式系统已经无处不在，从汽车、家用微波炉、pda（个数字助理）、电视机、到工控生产现场、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品方面，都能发现嵌入式系统的踪影。
linux本身作为一个桌面系统，其最大的特点是操作系统源代码公开并且遵循gpl协议，其内核采用模块化的设计，易于裁减，特别适合嵌入式系统的小型化要求，在嵌入式系统中占据了半壁江山。
本监控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（内存管理单元），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，大大方便了程序的开发和程序中多任务功能的实现。
2、监控系统结构
监控系统一般可分为实时监控和触发模式监控两种，可以根据具体的情况设计合适的监控方式，如果采用实时监控，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，这里采用触发模式，监控系统结构见图1。
图1 嵌入式远程视频监控系统
当遇异常情况后，触发监控终端拍摄图片，同时其内部的嵌入式控制模块和cdma模块协同运作，完成internet的接入（包括拨号、ppp和ctp/ip协议的处理等），并把拍摄到的图片数据经打包后发送给控制中心主机，或发送给指定的e-mail地址，控制中心主机登录到internet上后运行服务器端软件就可以浏览由监控点发来的图片。
3、硬件系统设置
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、系统内部总线以及外设接口，具体硬件系统结构见图2。
图2 监控系统控制终端硬件结构图
samsung公司的s3c2410 cpu具有3个uart、1个rtc和触摸屏接口，还具有i2c总线、usb host、usb device等接口，充分满足了系统的需要，而且性价比极高，是一个很不错的选择。
由于剪裁后的linux系统所占得存储空间非常小（只有几mb），我们选择norflash作为固体存储器，型号是e28f128j3a150，容量为16mb，通过16位数据总线与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位数据总线与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，一切功能的实现都基于linux操作系统完成，linux本身作为一个桌面系统，进入嵌入式操作系统领域时，需要解决的问题主要包括硬件支持、提供二次开发的环境以及小型化（裁减内核）等，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usbdevice）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，使系统运行所需要的内核显著减小至1mb以内。
具体程序设计包括bootloader启动代码、设备驱动程序（usb摄像头接口驱动程序、串口驱动程序）、拨号、ppp及tcp/ip协议处理，监控接收转发控制程序等。控制流程如图3所示。
图3 控制终端程序流程
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，这种方式相对较复杂，但运行速度更快，我们采用的就是这种方式。
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摄像头驱动模块，完成串口和usb口的初始化。
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，生动地体现了嵌入式系统的灵活性。
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，完成一次请求。
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。
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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，目前嵌入式系统已经无处不在，从汽车、家用微波炉、pda（个数字助理）、电视机、到工控生产现场、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品方面，都能发现嵌入式系统的踪影。
linux本身作为一个桌面系统，其最大的特点是操作系统源代码公开并且遵循gpl协议，其内核采用模块化的设计，易于裁减，特别适合嵌入式系统的小型化要求，在嵌入式系统中占据了半壁江山。
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2、监控系统结构
监控系统一般可分为实时监控和触发模式监控两种，可以根据具体的情况设计合适的监控方式，如果采用实时监控，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，这里采用触发模式，监控系统结构见图1。
图1 嵌入式远程视频监控系统
当遇异常情况后，触发监控终端拍摄图片，同时其内部的嵌入式控制模块和cdma模块协同运作，完成internet的接入（包括拨号、ppp和ctp/ip协议的处理等），并把拍摄到的图片数据经打包后发送给控制中心主机，或发送给指定的e-mail地址，控制中心主机登录到internet上后运行服务器端软件就可以浏览由监控点发来的图片。
3、硬件系统设置
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、系统内部总线以及外设接口，具体硬件系统结构见图2。
图2 监控系统控制终端硬件结构图
samsung公司的s3c2410 cpu具有3个uart、1个rtc和触摸屏接口，还具有i2c总线、usb host、usb device等接口，充分满足了系统的需要，而且性价比极高，是一个很不错的选择。
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具体程序设计包括bootloader启动代码、设备驱动程序（usb摄像头接口驱动程序、串口驱动程序）、拨号、ppp及tcp/ip协议处理，监控接收转发控制程序等。控制流程如图3所示。
图3 控制终端程序流程
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，这种方式相对较复杂，但运行速度更快，我们采用的就是这种方式。
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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。
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