基于ARM嵌入式IPCamera的设计与实现
0 前言
随着社会的发展，人们对安全防范工作日益重视，监控产品也从以前只在重要单位使用发展到各个领域都在应用。监控产品的技术也从模拟向数字和网络技术发展。网络监控产品使用较多的是硬盘录像机，但价格比较高。有些场合对监控的要求并不高，也不需要录像，但有时又要在远程了解一下当地的画面，这时就希望使用一种低价的，又能实现远程操作的监控产品。所以就计划设计ipcamera（网络照相机），它能够接受网络或手机短信发来的命令进行拍照，并将照片发布到web服务器上或手机上供用户浏览。
1 ipcamera系统总体设计
ipcamera系统的总体设计思路是：采用arm9作为系统的处理器，利用普通usb摄像头完成图像采集。系统设计一块网卡和一个gprs模块，用户可以根据需要决定选用其中的一种、或者二种同时使用。手机能够通过gsm网向ipcamera的gprs发送拍照控制命令，系统会自动将拍下的照片通过gprs模块发回给手机；网络用户可以利用telnet协议向ipcamera发送拍照控制命令，然后再利用浏览器查看ipcamera上的照片。
2 ipcamera的硬件设计
在设计ipcamera时，考虑到系统的稳定性和成本等因素，因此将系统硬件设计为3个部分，即核心板、主板和gprs模块，如图1所示。www.51kaifa.com
核心板采用三星公司生产的s3c2410处理器；sdram采用2片hy57v561620at-h构成64m；将它连接到系统ngcs6，所以它的起始地址为：0x03000000。nand flash 采用samsung k9f1208芯片，flash芯片连接到系统的ngcs0，所以它的起始地址为：0x00000000。要系统从nand flash启动，应将s3c2410的om0和om1引脚都接地。
主板主要是一些接口电路。串行接口采用max3232芯片，由于本系统只使用一个串口，所以和s3c2410的txd0和rxd0相连，构成第一个串口电路。jtag接口直接由s3c2410处理器控制，只不过在连接电路上要加上接电阻。usb接口电路直接采用s3c2410内部的usb主机控制器，然后接上限流电阻和保险丝和usb插座。网卡采用ax88796-x86芯片，接在bank2的位置上，所以片选接处理器的ngcs2信号，其地址为0x200，所以io_base0、io_base1、io_base2三个引脚悬空，中断选用int2。网卡的逻辑地址是0x10000200。
gprs模块采用simcom公司生产的sim100-e芯片。通过第三个串口信号线txd2和rxd2和处理器相连接。
图1 ipcamera硬件结构图
3 ipcamera引导程序、操作系统和驱动程序
ipcamera引导程序选用韩国mizi公司开发的vivi。vivi必须经过裁剪、交叉编译、下载到ipcamera等几个过程。首先使用make menuconfig命令裁剪vivi，然后make命令编译生成vivi的二进制镜像文件，使用的编译器是armv4l-unknown-linux-gcc和armv4l-unknown-linux-as，最后使用jtag将vivi烧写到ipcamera的flash芯片上。
考虑到成本，以及系统对实时性的要求不高等因素，所以决定选用linux操作系统。目前发行的linux操作系统都能支持arm机的体系结构，所以只要根据平台的具体结构进行移植。系统移植主要包括建立交叉编译环境、修改内核源码、内核裁剪和内核编译4等个环节。内核裁剪时，要让系统包括telnet和ftp服务。telnet服务主要实现能够对ipcamera远程操作，ftp服务主要实现ipcamera的文件上传和下载。最后将编译好的内核映象文件利用vivi软件烧写到ipcamera的flash芯片上。www.51kaifa.com
ipcamera需要串口、usb、视频设备和网卡等多个设备驱动程序［2］，由于这些设备都是标准设备，所以可以到厂家去下载相应的设备驱动源程序，然后交叉编译成linux下的驱动程序，最后通过insmod［3］命令向内核加载驱动程序。如：linux系统提供了视频设备的内核驱动video4linux（简称v4l），它为视频设备的应用程序编程提供一系列接口函数，所以usb摄像头
就可以采用v4l驱动程序。
4 ipcamera应用程序的设计
ipcamera主要包括3个应用程序，即：usb摄像头拍照、web服务和gprs操作控制等程序。这些应用程序都是用c语言来编写，然后通过交叉编译生成可执行文件。
4.1 usb摄像头拍照程序的设计
usb摄像头采用video4linux驱动，v4l图像采集的方法有两种，即overlay和mmap。本系统采用mmap，这种方法是通过将设备文件影射到内存的方法，直接通过指针操作内存的方式读取摄像头采集到的图像数据。控制拍照功能函数如下：
int cap（char * filename）
{┅
/***初始化设备***/
if （device_init（default_device， &vd， 0， 3） == -1）www.51kaifa.com
{ perror（“device_init： failed.。。”）;
return -1; }
/***内存映射***/
if （v4l_grab_frame（&vd， 0））
return -1;
if （v4l_grab_sync（&vd））
return -1;
img = device_get_address（&vd）;
/***读取图像数据***/
p=img;
for （i=0;i《pal_nc_height;i++）
for （j=0;j《pal_nc_width;j++）
{ tmpc=*（p）;
*（p）=*（p+2）;
*（p+2）=tmpc;
p+=3; }
/***转换图像数据格式，保存为jpg文件***/
if （write_jpeg（filename， img， 70， 0））www.51kaifa.com
return -1;
┅
}
4.2 web服务程序的设计
web服务是通过http协议与客户端通信，工作流程如图2所示。http是一个请求、响应协议，即客户端发出一个请求，服务器端则响应这个请求。http利用可靠的tcp协议连接，默认使用80端口。目前市场上有许多web 服务程序，但要将其移植到本系统中需要一定的工作量，所以可以设计一个简单的web服务程序。程序的主函数如下：
图2 web工作流程图
int main（int argc， char *argv［］）
{┅
/*设置信号处理句柄*/
signal（sigchld， sig_ign）;
signal（sigpipe， sig_ign）;
┅
/*建立tcp流socket*/
if （argc 》 1 && ！strcmp（argv［1］， “-i”）） {
fclose（stderr）;
handleconnect（0）;
exit（0）;
}
if（（s = socket（af_inet， sock_stream， ipproto_tcp）） == -1） {
perror（“unable to obtain network”）;
exit（1）;
}
if（（setsockopt（s， sol_socket， so_reuseaddr， （void *）&true，
sizeof（true））） == -1） {
perror（“setsockopt failed”）;
exit（1）;
}
server_sockaddr.sin_family = af_inet;
server_sockaddr.sin_port = htons（server_port）;
server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl（inaddr_any）;
/*绑定监听端口*/
if（bind（s， （struct sockaddr *）&server_sockaddr，
sizeof（server_sockaddr）） == -1） {
perror（“unable to bind socket”）;
exit（1）;
}
/*设置允许客户连接数*/
if（listen（s， 8*3） == -1） {
perror（“unable to listen”）;
exit（4）;
}
/*侦听客户连接请求并进行处理*/
while （1） {
len = sizeof（ec）;
if（（fd = accept（s， （void *）&ec， &len）） == -1） {
exit（5）;
close（s）;
}
handleconnect（fd）;
}
4.3 gprs操作控制程序设计
gprs操作程序主要任务是监视手机短信，然后根据短信决定具体操作。程序主要利用gprs的at命令和socket套接字来完成短信发送和图片传输。gprs操作程序主函数如下：
main（）
{┅
{ /**根据条件拍照***/
if（takepicture==true）
{ remove（“1.jpg”）;
rename（“2.jpg”，“1.jpg”）;
┅
rename（“6.jpg”，“5.jpg”）;
cap（“6.jpg”）;
}
/**根据条件给手机发图片***/
if（sendpicture==true）
sendpictomob（“6.jpg”）;
}
┅
}
5 结束语
在样机中，硬件由3部分组成，即：核心板、主板和gprs模块；引导使用vivi；操作系统采用linux2.6.0。系统经过测试，效果较好。本文作者创新点是：利用gsm网络和internet网络控制远程拍照，并将拍下的照片发布在internet供用户浏览。这种产品体积小、可靠性高、无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。它将会有较好的应用前景。
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1 ipcamera系统总体设计
ipcamera系统的总体设计思路是：采用arm9作为系统的处理器，利用普通usb摄像头完成图像采集。系统设计一块网卡和一个gprs模块，用户可以根据需要决定选用其中的一种、或者二种同时使用。手机能够通过gsm网向ipcamera的gprs发送拍照控制命令，系统会自动将拍下的照片通过gprs模块发回给手机；网络用户可以利用telnet协议向ipcamera发送拍照控制命令，然后再利用浏览器查看ipcamera上的照片。
2 ipcamera的硬件设计
在设计ipcamera时，考虑到系统的稳定性和成本等因素，因此将系统硬件设计为3个部分，即核心板、主板和gprs模块，如图1所示。www.51kaifa.com
核心板采用三星公司生产的s3c2410处理器；sdram采用2片hy57v561620at-h构成64m；将它连接到系统ngcs6，所以它的起始地址为：0x03000000。nand flash 采用samsung k9f1208芯片，flash芯片连接到系统的ngcs0，所以它的起始地址为：0x00000000。要系统从nand flash启动，应将s3c2410的om0和om1引脚都接地。
主板主要是一些接口电路。串行接口采用max3232芯片，由于本系统只使用一个串口，所以和s3c2410的txd0和rxd0相连，构成第一个串口电路。jtag接口直接由s3c2410处理器控制，只不过在连接电路上要加上接电阻。usb接口电路直接采用s3c2410内部的usb主机控制器，然后接上限流电阻和保险丝和usb插座。网卡采用ax88796-x86芯片，接在bank2的位置上，所以片选接处理器的ngcs2信号，其地址为0x200，所以io_base0、io_base1、io_base2三个引脚悬空，中断选用int2。网卡的逻辑地址是0x10000200。
gprs模块采用simcom公司生产的sim100-e芯片。通过第三个串口信号线txd2和rxd2和处理器相连接。
图1 ipcamera硬件结构图
3 ipcamera引导程序、操作系统和驱动程序
ipcamera引导程序选用韩国mizi公司开发的vivi。vivi必须经过裁剪、交叉编译、下载到ipcamera等几个过程。首先使用make menuconfig命令裁剪vivi，然后make命令编译生成vivi的二进制镜像文件，使用的编译器是armv4l-unknown-linux-gcc和armv4l-unknown-linux-as，最后使用jtag将vivi烧写到ipcamera的flash芯片上。
考虑到成本，以及系统对实时性的要求不高等因素，所以决定选用linux操作系统。目前发行的linux操作系统都能支持arm机的体系结构，所以只要根据平台的具体结构进行移植。系统移植主要包括建立交叉编译环境、修改内核源码、内核裁剪和内核编译4等个环节。内核裁剪时，要让系统包括telnet和ftp服务。telnet服务主要实现能够对ipcamera远程操作，ftp服务主要实现ipcamera的文件上传和下载。最后将编译好的内核映象文件利用vivi软件烧写到ipcamera的flash芯片上。www.51kaifa.com
ipcamera需要串口、usb、视频设备和网卡等多个设备驱动程序［2］，由于这些设备都是标准设备，所以可以到厂家去下载相应的设备驱动源程序，然后交叉编译成linux下的驱动程序，最后通过insmod［3］命令向内核加载驱动程序。如：linux系统提供了视频设备的内核驱动video4linux（简称v4l），它为视频设备的应用程序编程提供一系列接口函数，所以usb摄像头
就可以采用v4l驱动程序。
4 ipcamera应用程序的设计
ipcamera主要包括3个应用程序，即：usb摄像头拍照、web服务和gprs操作控制等程序。这些应用程序都是用c语言来编写，然后通过交叉编译生成可执行文件。
4.1 usb摄像头拍照程序的设计
usb摄像头采用video4linux驱动，v4l图像采集的方法有两种，即overlay和mmap。本系统采用mmap，这种方法是通过将设备文件影射到内存的方法，直接通过指针操作内存的方式读取摄像头采集到的图像数据。控制拍照功能函数如下：
int cap（char * filename）
{┅
/***初始化设备***/
if （device_init（default_device， &vd， 0， 3） == -1）www.51kaifa.com
{ perror（“device_init： failed.。。”）;
return -1; }
/***内存映射***/
if （v4l_grab_frame（&vd， 0））
return -1;
if （v4l_grab_sync（&vd））
return -1;
img = device_get_address（&vd）;
/***读取图像数据***/
p=img;
for （i=0;i《pal_nc_height;i++）
for （j=0;j《pal_nc_width;j++）
{ tmpc=*（p）;
*（p）=*（p+2）;
*（p+2）=tmpc;
p+=3; }
/***转换图像数据格式，保存为jpg文件***/
if （write_jpeg（filename， img， 70， 0））www.51kaifa.com
return -1;
┅
}
4.2 web服务程序的设计
web服务是通过http协议与客户端通信，工作流程如图2所示。http是一个请求、响应协议，即客户端发出一个请求，服务器端则响应这个请求。http利用可靠的tcp协议连接，默认使用80端口。目前市场上有许多web 服务程序，但要将其移植到本系统中需要一定的工作量，所以可以设计一个简单的web服务程序。程序的主函数如下：
图2 web工作流程图
int main（int argc， char *argv［］）
{┅
/*设置信号处理句柄*/
signal（sigchld， sig_ign）;
signal（sigpipe， sig_ign）;
┅
/*建立tcp流socket*/
if （argc 》 1 && ！strcmp（argv［1］， “-i”）） {
fclose（stderr）;
handleconnect（0）;
exit（0）;
}
if（（s = socket（af_inet， sock_stream， ipproto_tcp）） == -1） {
perror（“unable to obtain network”）;
exit（1）;
}
if（（setsockopt（s， sol_socket， so_reuseaddr， （void *）&true，
sizeof（true））） == -1） {
perror（“setsockopt failed”）;
exit（1）;
}
server_sockaddr.sin_family = af_inet;
server_sockaddr.sin_port = htons（server_port）;
server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl（inaddr_any）;
/*绑定监听端口*/
if（bind（s， （struct sockaddr *）&server_sockaddr，
sizeof（server_sockaddr）） == -1） {
perror（“unable to bind socket”）;
exit（1）;
}
/*设置允许客户连接数*/
if（listen（s， 8*3） == -1） {
perror（“unable to listen”）;
exit（4）;
}
/*侦听客户连接请求并进行处理*/
while （1） {
len = sizeof（ec）;
if（（fd = accept（s， （void *）&ec， &len）） == -1） {
exit（5）;
close（s）;
}
handleconnect（fd）;
}
4.3 gprs操作控制程序设计
gprs操作程序主要任务是监视手机短信，然后根据短信决定具体操作。程序主要利用gprs的at命令和socket套接字来完成短信发送和图片传输。gprs操作程序主函数如下：
main（）
{┅
{ /**根据条件拍照***/
if（takepicture==true）
{ remove（“1.jpg”）;
rename（“2.jpg”，“1.jpg”）;
┅
rename（“6.jpg”，“5.jpg”）;
cap（“6.jpg”）;
}
/**根据条件给手机发图片***/
if（sendpicture==true）
sendpictomob（“6.jpg”）;
}
┅
}
5 结束语
在样机中，硬件由3部分组成，即：核心板、主板和gprs模块；引导使用vivi；操作系统采用linux2.6.0。系统经过测试，效果较好。本文作者创新点是：利用gsm网络和internet网络控制远程拍照，并将拍下的照片发布在internet供用户浏览。这种产品体积小、可靠性高、无需专人管理，非常适合于无人值守的环境。它将会有较好的应用前景。
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