基于USB的嵌入式图像采集系统设计与实现

论文摘要

目前国内外对图像采集系统的研究主要着重于基于PC机的图像采集,这样的系统有局限性,主要就是携带性差,很多特殊场合下采集不方便。在应用需求的牵引和IT技术的推动下,嵌入式系统的开发在图像采集处理领域的应用也日益增多。本课题的研究目标是设计出一个基于嵌入式技术的图像采集系统。本文针对嵌入式系统的特点和现实中的应用需求,研究实现了一套基于Intel Xscale的PXA250处理器的图像采集终端处理系统,并具有基本的网络传输功能。以PAX250为核心,通过开发板板载的ISP1161 USB主控制器,将USB摄像头采集的图像信息传输到存储器中,再通过网络接口传送到远程PC机上,实现了图像采集及网络传输。该系统体积小巧,电路连接简单,移植了嵌入式操作系统,可以方便地进行后续开发增加用户所需功能。从而提高了设备的智能程度,具有一定的工程实用价值。本文从软件和硬件两方面实现了嵌入式系统开发过程的相关模块。系统硬件控制平台的研究主要包括：ARM处理器及PXA250微处理的体系结构,USB控制器ISP1161的功能和结构,以及Sistang开发板的应用要求；系统软件运行平台的研究主要包括USB协议介绍,Linux下设备驱动程序开发机制,Linux环境下USB驱动程序的设计,图像采集系统设计,以及网络传输的实现等工作。嵌入式操作系统选用Linux,并根据系统的特点设计了具体的软硬件方案。介绍了嵌入式系统交叉编译环境的建立,系统引导程序Redboot、内核移植、Jffs2文件系统等嵌入式系统开发中所使用的主要相关技术。最后给出系统调试运行结果。实验表明,该系统数据传输稳定,可靠性高,能满足系统的基本要求,而且移植了嵌入式操作系统,可以方便地进行后续开发,增加用户所需功能,具有广泛应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 嵌入式系统简述
• 1.2 嵌入式系统的发展趋势
• 1.3 本论文工作和内容
• 1.4 本论文研究的工作意义
• 第二章 嵌入式系统的体系结构
• 2.1 嵌入式系统的定义与特征
• 2.2 嵌入式系统的发展过程
• 2.3 嵌入式Linux操作系统
• 2.3.1 嵌入式Linux现状
• 2.3.2 嵌入式Linux特点
• 2.4 ARM微处理器
• 2.4.1 ARM——Advanced RISC Mahines
• 2.4.2 ARM微处理器系列
• 2.4.3 Xscale微内核系列
• 2.5 PXA250开发板—Sistang系统结构
• 2.6 系统总体架构设计
• 第三章 USB主机系统及主控制器ISP1161
• 3.1 USB主机系统构架
• 3.1.1 USB主机系统结构
• 3.1.2 USB主机控制器
• 3.1.3 主机控制器驱动程序
• 3.1.4 USB核心驱动程序
• 3.2 USB数据通信的实现
• 3.2.1 USB的数据格式
• 3.2.2 USB设备的枚举过程
• 3.2.3 USB设备描述符
• 3.3 Sitsang板USB主控器芯片ISP1161
• 3.3.1 Sitsang板USB结构
• 3.3.2 ISP1161的USB-HOST实现
• 第四章 图象采集系统软件开发模块
• 4.1 Linux下驱动程序开发概述
• 4.1.1 Linux下设备驱动程序
• 4.1.2 Linux下设备驱动程序的类别
• 4.1.3 Linux设备驱动程序结构
• 4.2 Linux下USB驱动程序设计
• 4.2.1 USB数据流传输模型
• 4.2.2 USB主控制器驱动程序设计
• 4.2.3 USB设备驱动程序
• 4.3 USB摄像头驱动程序流程
• 4.4 USB摄像头驱动程序分析
• 第五章 上层软件环境搭建及实现
• 5.1 交叉编译环境的搭建
• 5.1.1 宿主机和目标机
• 5.1.2 建立交叉开发环境
• 5.2 Linux操作系统创建
• 5.2.1 Redboot创建
• 5.2.2 Linux内核移植
• 5.2.3 Jffs2文件系统移植
• 5.3 视频采集系统软件构架
• 5.3.1 视频采集接口函数V4L
• 5.3.2 视频采集应用程序设计
• 5.4 网络传输模块程序设计
• 5.4.1 TCP/IP协议简介
• 5.4.2 网络传输的TCP套接字编程
• 第六章 系统测试
• 6.1 功能测试
• 6.2 性能测试
• 6.3 模块测试
• 第七章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文