《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于ARM處理器S3C2440的無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要: 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(jī)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(jī)和GPRS接收模塊。整個框圖如1所示。
關(guān)鍵詞: ARM s3C2440 無線監(jiān)控
Abstract:
Key words :

      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(rèn)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(jī)、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(jī)、無線AP、監(jiān)控終端等設(shè)備組成,如果需要遠(yuǎn)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(jì)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(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)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(jì)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(jì)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(jì)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(kuò)展接口設(shè)計(jì)

  2.1 攝像頭接口設(shè)計(jì)

  攝像頭(CAMERA)又稱為電腦相機(jī),電腦眼等,是一種視頻輸入設(shè)備,被廣泛的運(yùn)用于視頻會議,遠(yuǎn)程醫(yī)療及實(shí)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(jìn)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(dāng)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(jìn)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(dá)到滿電源幅值。

2.2 GPRS模塊的接口設(shè)計(jì)

  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(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)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(jì)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(jì)都比較簡單。但RS 232標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對應(yīng)電平2~3 V,標(biāo)準(zhǔn)邏輯“O”對應(yīng)0~4 V電平。顯然,與RS 232標(biāo)準(zhǔn)所述的電平信號完全不同。兩者之間要進(jìn)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(jì)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?yàn)槿绱?,用戶為了滿足特定的要求而對操作系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行創(chuàng)建、構(gòu)建、運(yùn)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)入。

 

 

 

  (2)創(chuàng)建項(xiàng)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(shí)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(xiàng)目:點(diǎn)擊菜單“Build OS”→“Sysgen”開始編譯項(xiàng)目。

  (4)下載運(yùn)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(yùn)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(jì)中的一個難點(diǎn),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(dāng)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(xiàng)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(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)。

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