嵌入式Linux开发论文开题报告

嵌⼊式Linux开发论⽂开题报告

嵌⼊式Linux开发论⽂开题报告

论⽂题⽬：基于嵌⼊式　论⽂题⽬：基于嵌⼊式Linux的视频监控系统

课题类型：科研论⽂模拟实践

学⽣姓名：李**

学号：****

专业班级：计算机科学与技术061班

教学单位：计算机科学与⼯程系

指导教师：***

开题时间：***

⼀、毕业设计(论⽂)内容及研究意义(价值)

1.研究内容

本课题主要研究嵌⼊式Linux应⽤系统的开发过程。其主要包括：

(1)、交叉编译环境的搭建;

(2)、嵌⼊式Linux的移植;

(3)、⽂件系统的制作;

(4)、USB摄像头的驱动设计;

(5)、视频图像的采集、压缩、传输等技术。

(6)、嵌⼊式WEB服务器的建⽴

2.研究意义

为了更加⾼效地对监控现场进⾏实时监控和远程监控，同时考虑到各⽅⾯的成本因素⽽提出基于嵌⼊式Linux的视频监控系统。

该系统可应⽤于各种⼩区、商场、医院看护等公共场所的领域，实现视频监控的⽹络化，数字化，相⽐传统的监控模式，使监控现场的管理更加便捷，效率更⾼。

⼆、毕业设计(论⽂)研究现状和发展趋势(⽂献综述)

嵌⼊式Linux(EMBEDEDLINUX)是指对标准Linux经过⼩型化裁剪处理之后，能够固化在容量只有⼏KB或者⼏MB字节的存储器芯⽚或者单⽚机中，是适合于特定嵌⼊式应⽤场合的专⽤Linux操作系统。在⽬前已经开发成功的嵌⼊式系统中，⼤约有⼀半使⽤的是Linux，这与它⾃⾝的优良特性是分不开的。嵌⼊式Linux同Linux⼀样，具有低成本、多种硬件平台⽀持、优异的性能和良好的⽹络⽀持等优点。另外，为了更好地适应嵌⼊式领域的开发，嵌⼊式Linux还在Linux基础上做了部分改进，如改善了内核结构，提⾼了系统的实时性等。⽬前国内外不少⼤学、研究机构、和知名公司都加⼊了嵌⼊式Linux的研究开发⼯作，较成熟的嵌⼊式Linux产品也不断涌现。 视频监控系统在电信、银⾏、交通、电⼒、⽔利、⽯化、智能⼤厦等诸多领域有着⼴泛的应⽤。随着计算机技术、多媒体技术和⽹络技术的发展，视频监控系统正向数字化、⽹络化、集成化和智能化⽅向发展。

以嵌⼊式视频Web服务器为核⼼的视频监控系统是视频监控系统中主流的研究现状，把视频压缩和Web服务器集中到⼀个很⼩的设备中，可以⽅便地接⼊计算机⽹络，⽤户只要通过Web访问就可以⽅便地观看Web服务器上的摄像机图像。以嵌⼊式视频web服务器为核⼼的视频监控系统布控区域⼴阔，系统扩展能⼒强，可组成⾮常复杂的监控⽹络。采⽤基于嵌⼊式Web服务器为核⼼的监控系统，在组⽹⽅式上与传统的模拟监控和基于PC平台的监控⽅式有极⼤的不同。基于Web服务器输出⼰完成模拟到数字的转换并压缩，采⽤统⼀的协议(如TCP/IP协议)在⽹络上传输，因此⽀持跨⽹关、跨路由器的远程视频传输，性能稳定可靠，⽆需专⼈管理。

数字视频监控系统设备中具有图像识别和特征提取的功能，通过图像分析实现运动探测和报警，使其更具视频数字化、系统的⽹络化、应⽤的多媒体化、管理的智能化，这将成为今后数字视频监控系统的主要发展趋势。

另外，新的视频监控系统的研究也受到关注，⽐如对于⼀种新的录像监控系统—数字硬盘录像机(DigitalvideoRecord，DvR)的研究阳】。数字硬盘录像机弃了传统的模拟数据，采⽤了数字化的⽅式记录数据。具有存储量⼤，成本低，检索⽅便的特点，在许多领域受到重⽤。

三、毕业设计(论⽂)研究⽅案及⼯作计划(含⼯作重点与难点及拟采⽤的途径)

1、设计思路：

系统的主体设计思想是将视频终端和嵌⼊式Web服务器整合在⼀起，摄像头传送来的视频信号经过压缩后，通过内部总线传送到内置的Web服务器。该服务器可直接接上Internet，⽹络上⽤户可以直接⽤浏览器(如IE浏览器)观看服务器上的监控图像。

这种⽅案是当前应⽤较为⼴泛的'⽅法，使⽤了近来发展迅速的嵌⼊式技术、⽹络化技术以及图像处理的技术，具有较⾼的技术⽔平。由于把视频采集压缩和Web功能集成到⼀个设备内直接连⼊⽹络，达到即插即看，省掉很多复杂的电路，安装也很⽅便(仅需设置IP地址)，⽤户⽆需使⽤专⽤软件，在具有⽹络接⼝的地⽅都可以直接使⽤。这种视频监控系统除应⽤于远程⽹络实验系统中，也可以应⽤在其它如⼩区，医院病床监护等各种设备之间距离较⼤的情况。

本⽂将设计⼀个基于嵌⼊式Linux的嵌⼊式视频监控系统，即对嵌⼊式Linux在视频监控系统中的应⽤展开研究。本系统的主要硬件组成为基于三星S3C2440的mini2440开发系统和USB摄像头。操作系统采⽤在嵌⼊式技术中流⾏的嵌⼊式Linux。系统将实现实验现场的⽹络化实时视频监控，同时具有⽹络化远程控制功能。当然在此基础上也可实现对多个视频前端的访问和控制。

本⽂将对嵌⼊式Linux在ARM开发平台上内核、⽂件系统的开发和移植，视频前端设备(USB摄像头)驱动程序的开发，视频图像的采集和压缩，服务器的建⽴及视频图像的⽹络传输等研究内容进⾏了详细的论述，并对系统建成后在实际中的应⽤进⾏了测试和实验。

2、应⽤的技术分析：

集计算机技术、通信技术、微电⼦技术等多种技术为⼀体的嵌⼊式技术进⼊到了⼀个飞速发展的阶段，嵌⼊式系统已被⼴泛应⽤到了航空、消费电⼦、信息家电、⽹络通信等各个领域。ARM9S3C2440是嵌⼊式处理器是性价⽐较优秀的芯⽚，在各个领域的开发应⽤有着⼴阔的应⽤前景。同时ARM9S3C2440微处理器与Linux的结合越来越紧密，逐渐在嵌⼊式领域得到⼴范的应⽤。⽬前，在便携式消费类电⼦产品、⽆线设备、汽车、⽹络、存储产品等都可以看到S3C2440与Linux相结合的⾝影。

SamsungS3C2440A是⼀个很不错的嵌⼊式微处理器，价格相当较便宜、内部资源多、最主要的是国内很多⼈使⽤，相关的资料⽐较多。基本参数：ARM920T内核，400M主频，最⾼可达到533M，⽀持NANDFLASH、NORFLASH、SDRAM、⽀持STN/TFTLCD、4通道DMA、3通道UART、2通道SPI、IIC总线、IIS/AC97⾳频控制器、SD/MMC控制器、2通道USBHOST1通道USBDEVICE、4通道PWM、8通道A/D转换、触摸屏控制器、RTC、CMOS摄像头、多功能I/O及多种电源管理

在众多嵌⼊式操作系统中，Linux⽬前发展最快、应⽤最为⼴泛[1]。性能优良、源码开放的Linux具有体积⼩、内核可裁减、⽹络功能完善、可移植性强等诸多优点，⾮常适合作为嵌⼊式操作系统。⼀个最基本的Linux操作系统应该包括：引导程序、内核与根⽂件系统三部分。

USB设备驱动程序的设计包括主机端设备驱动程序设计、主机控制器驱动程序设计和设备端驱动程序设计三部分组成。主机端设备驱动程序就是通常说的设备驱动程序，它是主机环境中为⽤户应⽤程序提供⼀个访问USB外设的接⼝。Linux为这部分驱动程序提供编程接⼝，驱动程序设计者只要按照需求编写驱动程序框架，通过调⽤操作系统提供的API接⼝函数可以完成对USB外设的特定访问。

视频采集是基于Video4Linux的视频采集模块来实现，Linux系统中的视频⼦系统Video4Linux为视频应⽤程序提供了⼀套统⼀的API,视频应⽤程序通过调⽤即可操作各种不同的视频捕获设备，包括电视卡、视频捕获卡和USB摄像头等。对于摄像头的视频采集，需要使⽤Video4Linux提供的设备接⼝/dev/video0,若⽂件中没有这个设备⽂件，则先建⽴该设备节点⽂件。 要实现监控现场，除了完成视频采集的编程，还需要把视频图像数据通过⽹络传输出去，因此需要在完成视频读取的基础上建⽴WEB服务器，⼀是为了实现对硬件设备的扩展和访问，⼆是为了实现客户端和服务器之间的数据通讯

3、技术⽅案⽐较：

本课题的主要要⽅案选择是在操作系统的选择。除了WinCE的实时性稍差外，⼤多数嵌⼊式操作系统的实时性都很强，所以也可称为实时操作系统RealTimeOperatingSystem.⽬前最重要的RTOS主要包括：

(1)、传统的经典RTOS：最主要的便是Vxworks操作系统，以及其Tornado开发平台。Vxworks因出现稍早，实时性很强(据说可在1ms内响应外部事件请求)，并且内核可极微(据说最⼩可8K)，可靠性较⾼等，所以在北美，Vxworks占据了嵌⼊式系统的多半疆⼭。特别是在通信设备等实时性要求较⾼的系统中，⼏乎⾮Vxworks莫属。Vxworks的很多概念和技术都和Linux很类似，主要是C语⾔开发。但Vxworks因价格很⾼，所以⼀些⼩公司或⼩产品中往往⽤不起。不适合我做课题。

(2)、WindowsCE嵌⼊式操作系统：Microsoft也看准了嵌⼊式的巨⼤市场，MS永远是最厉害的，WinCE出来只有⼏年时间，但⽬前已占据了很⼤市场份额，特别是在PDA、⼿机、显⽰仪表等界⾯要求较⾼或者要求快速开发的场合，WinCE⽬前已很流⾏(据说有⼀家卖⼯控机的公司板⼦卖得太好，以⾄来不及为客户裁减WinCE)。WinCE⽬前主要为5.0版(。NET)，开发平台主要为WinCEPlatformBuilder，有时也⽤EVC环境开发⼀些较上层的应⽤，虽然有着良好的性能，但开发成本过⾼不适宜我们学习。

(3)、嵌⼊式Linux操作系统：Linux的前途除作为服务器操作系统外，最成功的便是在嵌⼊式领域的应⽤，原因当然是免费、开源、⽀持软件多、呼拥者众，这样嵌⼊式产品成本会低。Linux本⾝不是⼀个为嵌⼊式设计的操作系统，不是微内核的，并且实时性不强。⽬前应⽤在嵌⼊式领域的Linux系统主要有两类：⼀类是专为嵌⼊式设计的已被裁减过的Linux系统，最常⽤的是uClinux(不带MMU功能)，可在ARM7上跑;另⼀类是跑在ARM9上的，⼀般是将Linux2.4内核系列或者Linux2.6系列内核移植在其上，可使⽤更多的Linux功能(当然uClinux更可跑在ARM9上)。很多⼈预测，嵌⼊式Linux预计将占嵌⼊式操作系统的50%以上份额，⾮常重要。由于开源免费等等的优势，适合本课题实现，是理想的⽅案选择。

4、设计重点难点：

本课题重点和难点在于交叉编译环境的搭建，Linux内核的编译，根⽂件系统的制作，视频采集的实现，视频图像的压缩和传输等知识要点。

5、总体描述与系统框架：

6、各⼦模块的实现⽅法：

(1)、建⽴嵌⼊式linux开发环境：在XP系统中虚拟⼀个linux开发环境，在linux系统下载arm-Linux-gcc交叉编译⼯具并配置交叉编译环境。

(2)、Linux内核的移植：配置标准的Linux内核，编译，下载⾄开发板中。

(3)、⽂件系统的制作：⽤busybox编译⼀个根⽂件系统，创建映像⽂件。

(4)、USB驱动设计，修改配置Linux内核并编译。

(5)、视频压缩：将USB摄像头传来的每⼀帧图像压缩成JPEG格式的图⽚。

(6)、嵌⼊式WEB服务器的设计：⽤Boa配置编译并移植到开发板中。

(7)、⽤户浏览器访问服务器实现监控：通过局域⽹设置IP地址与嵌⼊式Linux系统的IP地址属同⼀⽹段即可访问服务器。