基于ARM9视频监控系统的设计与研究

第３３卷第３期　２０１２年６月　韩山师范学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈａｎｓｈａｎ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖ０１．３３　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２０１２　基于ＡＲＭ９视频监控系统的设计与研究　张（１．嘉应学院土木工程学院，广东梅州敏　，钟平　广东潮州，５２１０４１）　５１４０１５；２．韩山师范学院教育信息技术部摘要：该视频监控系统利用基于ＡＲＭ９内核的￥３Ｃ２４４０微处理通过ＵＳＢ摄像头采集终端数据，经过　网络把采集的视频发送到ＷＥＢ服务器，用户可通过浏览器进行视频监控，还可以在终端设备上记录和显示　温度数据．　关键词：嵌入式；ＡＲＭ９；视频监控系统　中图分类号：ＴＰ２９　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００７—６８８３（２０１２）０３—００７３—０５　１引言　随着信息技术的迅猛发展，互联网技术在日常生活中的应用日益广泛和深入，特别是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与　家庭的接轨，给居民带来很多便利的生活条件．同时，嵌入式设备的网络互联已成为发展的必然趋　势．因此，嵌入式Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术有着非常广阔的应用前景．　当前嵌入式系统的开发已不是简单的单片机硬件开发，它还需要高性能的操作系统和相应的开发　工具支持．基于ＡＲＭ９内核的微处理器，在市场上处于绝对的领导地位，并且属于高性能、廉价、耗　能低的ＲＩＳＣ处理器，适用于多种领域，比如嵌入式控制，视频监控应用等．在嵌入式操作系统中，　Ｌｉｎｕｘ具有内核精简、代码开源、功能强大和易于移植等特点．因此，越来越多大中型企业及政府部　门投入更多的资源用于开发Ｌｉｎｕｘ，而且它也越来越为嵌入式开发者所青睐ｕ　．本系统是基于Ｌｉｎｕｘ操　作系统开发的，使用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络协议将终端采集到的数据打包发送到ＷＥＢ服务器，用户通过互联　网，可实现零客户端访问，以使用网页的形式实现人机交互．　２系统关键技术　ＡＲＭ处理器是一种体积小、低功耗、低成本、高性能的３２位微处理器，被广泛应用于嵌入式系　统中．当前ＡＲＭ体系结构包括：为改善代码密度的Ｔｈｕｍｂ指令集，ＤＳＰ应用的算术运算指令集和允　许直接执行Ｊａｖａ字节码的Ｊａｚｅｌｌｅ技术．ＡＲＭ的Ｊａｚｅｌｌｅ技术使Ｊａｖａ￣ｌ速性能比基于软件的Ｊａｖａ虚拟机高　收稿日期：２０１１一ｉ１－０７　基金项目：梅州市科技局嘉应学院联合项目（２００９ＫＪ３１）资助．　作者简介：张敏（１９８０一），男，广东梅州人，嘉应学院土木工程学院讲师　・７３・　

得多．ＣＰＵ功能上增加的ＤＳＰ指令集增强了１６位和３２位算术能力，为其提高了性能和灵活性．　Ｃｏｍｍｏｎ　Ｇａｔｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，简称ＣＧＩ，是服务器端和用户沟通的程序．大部份的ＣＧＩ程序被解释处理　来自表单的输入信息，并在服务器产生相应的处理，或将相应的信息反馈给浏览器．ＣＧＩ程序使网页　具有交互功能的同时，也提供了许多ＨＴＭＬ无法做到的功能．如记数器、顾客信息表格的提交以及统　计和ＷＥＢ数据库等．　ＳＱＬｉｔｅ是一个开源的、内嵌式的、关系型的轻型数据库，其在便携性、易用性、紧凑性、有效性　和可靠性方面有突出的表现．ＳＱＬｉｔｅ占用的资源非常低，只需要几百ＫＢ内存就够了，并且数据库服　务器运行在程序中，不需要网络配置和管理，方便了用户的使用．除了上述优点外，ＳＱＬｉｔｅ能够支持　Ｗｉｎｄｏｗｓ／Ｌｉｎｕｘ／Ｕｎｉｘ等主流的操作系统，服务器和客户端运行在同一个过程中，减少了网络访问的消　耗，简化了数据库的管理．　Ｑｔ是跨平台的应用程序和ｕＩ框架，包括跨平台类库、集成开发工具和跨平台ＩＤＥ．使用Ｑｔ只需　一次性开发应用程序，无须重新编写代码，便可跨不同桌面和嵌入式系统部署这些应用程序．Ｑｔ的　良好封装机制使得Ｑｔ的模块化程度非常高，方便用户使用．其中它提供的ｓｉｇｎａｌｓ／ｓｌｏｔｓ的安全类型来替　代ｃａｌｌｂａｃｋ，有利于各控件间的工作．　３系统硬件模块设计　本文的视频监控系统的硬件框架如图１所示，它包括控制服务器的￥３Ｃ２４４０主控芯片、视频采集　的网络摄像头、数据存储的Ｕ盘、温度监控模块、用于显示和控制服务器相关功能的触摸屏ＬＣＤ显示　器、警报模块以及连接网络的ＤＭ９０００芯片．　图１　视频监控系统的硬件框架图　本系统中，把ＡＲＭ９内核的￥３Ｃ２４４０微处理器作为整个系统的控制服务器，￥３Ｃ２４４０是基于　ＡＲＭ９２０Ｔ内核的１６／３２位ＲＩＳＣ微处理器，是一款专为手持设备设计的芯片，其特点是低功耗和高速　的计算能力，ＣＰＵ处理主频为４００ＭＨｚ．￥３Ｃ２４４０的接口资源多，具有１００Ｍ以太网ＲＪ一４５接口，１个　ＵＳＢ　Ｈｏｓｔ和１个ＵＳＢ　Ｓｌａｖｅ　Ｂ型接口等接口，本设计使用３２ｂｉｔ数据总线６４Ｍ的ＳＤＲＡＭ，ＳＤＲＡＭ时钟频　率高达ＩＯＯＭＨｚ，并使用了２５６Ｍ的掉电非易失的ＮａｎｄＦｌａｓｈ口　．　网络摄像头是使用ＵＳＢ接口的天敏摄像头，其采用松翰ＳＮ９Ｃ２８８ＰＦＧ主控芯片，搭配ＣＭＯＳ感光　元件，硬件分辨率为３Ｏ万像素，最大分辨率为６４０×４８０，ＵＳＢ　２．０接口，能有效提高图像速度并且兼　容ＵＳＢ　１．１．该摄像头支持抓取、储存静态照片（ＢＭＰ／ＪＧＰ格式）功能．　ＬＣＤ显示器是使用３．５寸的触摸屏，分辨率为２４０×３２０，采用ＲＧＢ彩色模式，适合应用于ＰＤＡ等　小型设备中．　本系统的工作流程是：网络摄像头和温度监控模块采集数据，核心芯片￥３Ｃ２４４０处理采集到的数　．７４．　

据并分别发送到浏览器和ＬＣＤ显示器．与此同时，系统会把温度模块采集到的数据保存在ｕ盘中，如　果采集到的温度值超过用户定义的界限，系统会控制报警模块，发出警报提示用户温度已超过界限　值．此外，用户可以通过ＬＣＤ显示器或浏览器设置系统参数和查询数据．　４系统软件功能模块设计与实现　视频监控系统一共分成四大模块，每个模块下又有各种详细的功能操作，针对不同的用户，各大　功能模块有所不同．　４．１嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统平台构建　该模块主要包括Ｕ—ＢＯＯＴ移植，Ｌｉｎｕｘ内核移植和文件系统的制作．ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ是在操作系统内核　启动之前运行的一段小程序，通过这段程序来初始化硬件设备，从而将系统的软硬件环境带到一个合　适的状态，以便最终调用操作系统内核准备好正确的环境，最后从别处（Ｆｌａｓｈ、以太网、ＵＡＲＴ）载　人内核映像到主存并跳到入口．Ｕ—ｂｏｏｔ是遵循ＧＰＬ条款的开放源码项目，不仅支持多平台多操作系统，　而且代码结构合理．本设计是通过Ｕ—ＢＯＯＴ可载人系统的Ｌｉｎｕｘ内核，以及设置相关Ｌｉｎｕｘ启动参数．　嵌入式Ｌｉｎｕｘ不但具有版权免费，代码开放等特点，而且它独特的模块机制，用户可以根据需　要，实时地将某些模块插入到内核或从内核里移出，并且可以把内核裁剪到非常小巧，加之Ｌｉｎｕｘ支　持所有标准的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络协议，并且很容易移植到嵌入式系统中．本设计使用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络协议将终　端采集到的数据打包，发送到网络上，最终传送至浏览器，以及构建ＷＥＢ服务器，以网页的形式实　现人机交互　．　文件系统是Ｌｉｎｕｘ操作系统的重要组成部分，是目录和文件组成的一种层次结构．ＹＡＦＦＳ是一个　专门为ＮＡＮＤ　Ｆｌａｓｈ存储器设计的嵌入式文件系统，适用于大容量的存储设计．其基于日志的文件系统　的特点，提供磨损平衡和掉电恢复的健壮性．ＹＡＦＦＳ利用更高效的　映射结构把文件位置映射到物理位置方式，节省了内存和提高了文　件数据块的查找速度．　４．２设备驱动　该模块主要包括了温度模块的驱动、ＵＳＢ摄像头的驱动和报警　模块的驱动等．设备驱动充当了硬件和应用软件之间的纽带，使得　开发系统时只需调用系统软件的应用编程接口就可以让硬件完成要　求的工作．本设计独自编写了温度模块和报警模块的驱动，以及移　植了ＵＳＢ摄像头等驱动，为连接硬件和内核提供了桥梁，为系统处　理并发任务提供了方便．同时也通过ｍａｋｅ　ｍｅｎｕｃｏｎｆｉｇ为内核配置　了ｕ盘，为系统可以连接ｕ盘提供相应的设置．　４．３　ＷＥＢ服务的实现　Ｂｏａ是一个非常小巧的Ｗｅｂ服务器，源代码开放、性能优秀，特　别适合应用在嵌入式的系统中．Ｂｏａ服务器的大体移植过程如下：　首先，进入ｓｒｃ文件夹中修改相关文件内容，如在ｓｒｃ／ｃｏｍｐａｔ．ｈ　中找到　＃ｄｅｆｉｎｅ　ＴＩＭＥＺＯＮＥ—ＯＦＦＳＥＴ（ｆｏｏ）ｆｏｏ＃＃一＞ｔｍ　ｇｍｔｏｆｆ　ＯＦＦＳＥＴ（ｆｏｏ）ｆｏｏ－＞ｔｍ—ｇｍｔｏｆｆ　修改成　＃ｄｅｆｉｎｅ　ＴＩＭＥＺＯＮＥ—然后注释掉ｓｒｃ／ｂｏａ．ｃ一些提示出错的代码．　接着，进人ｓｒｃ文件，修改Ｍａｋｅｆｉｌｅ中的内容：　・图２系统参数设置大体流程图　７５・　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｖｉｄｅｏ　Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ９　ＺＨＡＮＧ　Ｍｉｎ　，ＺＨＯＮＧ尸　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｙｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｅｉｚｈｏｕ　５１４０１５，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｓｈａｎ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｏｚｈｏｕ　５２１０４１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｖｉｄｅｏ　ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ９　ｋｅｍｅｌ￥３Ｃ２４４０　ｍｉｃｒｏ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ＵＳＢ　ｃａｍｅｒａ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｄａｔａ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｏ　ｃｏｌｌｅｃｔ　ｖｉｄｅｏ　ｓｅｎｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＷＥＢ　ｓｅｒｖｅｒ，ｔｈｅ　ｕｓｅｒ　ｃａｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｂｒｏｗｓｅｒ　ｆｏｒ　ｖｉｄｅｏ　ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｔｏ　ｒｅｃｏｒｄ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒ－　ａｔｕｒｅ　ｄａｔａ．　ｋｅｙ　ｗｏｒｄ：ｅｍｂｅｄｄｅｄ；ＡＲＭ９；ｖｉｄｅｏ　ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ　ｓｙｓｔｅｍ　责任编辑尔迟杨培奎　（上接第６６页）　Ｋｅｙ　Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｄｒ０ｐｌｅｔ—ｂａｓｅｄ　Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ　ＣＡＩＬＯｎｇ－ｆｅｉ，ＸＵ　Ｃｈｕｎ－ｘｉｕ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｈａｎｓｈａｎ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｏｚｈｏｕ　５２１０４１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｃｒｏｄｒｏｐｌｅｔｓ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｏｎ　ａ　ｃｈｉｐ　ｗｅｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｕｎｉｆｏｒｌＴｌ　ｓｉｚｅ，ｌＯＷ　ｖｏｌｕｍｅ　ａｎｄ　ｆａｓｔ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｐｏｓｉｎｇ　ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ　ｆｏｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｄ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ．Ｒｅｃｅｎｔｌｙ，　ｄｒｏｐｌｅｔ——ｂａｓｅｄ　ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ　ｅｖｏｌｖｅｄ　ｒａｐｉｄｌｙ　ｉｎ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｆｉｅｌｄｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｄｒｏｐｌｅｔ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｂｙ　ｍａｓｓ　ｓｐｅｃ——　ｔｒｏｍｅｔｒｙ，ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｒｏｐｌｅｔ　ｗｉｔｈ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｇｒａｄｉｅｎｔｓ，ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｏｕｂｌｅ　ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ，　ｄｒｏｐｌｅｔ—ｂａｓｅｄ　ｇｅｎｅ　ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｅｉｎ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ．Ｔｈｅ　ｄｒｏｐｌｅｔ－ｂａｓｅｄ　ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ　ｉｓ　ｂｅｃｏｍｉｎｇ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｆｏｒ　ａ　ｗｉｄｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｌｉｆｅ　ｓｃｉｅｎｃｅｓ　ａｎｄ　ｍｅｄｉｃｉｎｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｒｏｐｌｅｔ　ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ；ｍａｓｓ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｉｃ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ；ｄｒｏｐｌｅｔｓ　ｗｉｔｈ　ｇｒａｄｉｅｎｔｓ；ｄｏｕｂｌｅ　ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ；ｇｅｎｅ　ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ　责任编辑尔迟杨培奎　・７７・