基于嵌入式Linux的USB视频信号实时采集系统设计

论文摘要

图像是信息的主要载体,人们所获得的信息70%以上是通过视觉得到的,而视频采集作为视频信号处理与传输的基础成为视频系统中一个重要组成部分。随着计算机技术和多媒体技术、通讯技术的发展,嵌入式视频采集系统的研发成了计算机领域的热点。视频采集系统广泛应用于远程教学系统、远距离诊断系统、视频会议等场合,对采集速度、图像质量、传输方式等都有较高的要求。嵌入式系列提供种类繁多的ARM处理器具有低成本和高性能等特点,且嵌入式操作系统具有开源、易开发等优势,因此,嵌入式系统对视频采集系统的研制与广泛应用有重用的现实意义。论文在分析了各种处理器的特点后,选择ARM S3C2410A作为系统处理器,S3C2410A是Samsung公司推出的一款32位RISC微处理器,内嵌ARM920T内核,带有全性能MMU,可靠性高,能为手持设备及一般应用提供高性价比的解决方案[1]。在诸多嵌入式操作系统中,选择Linux为操作系统,Linux是个新颖的UNIX操作系统,适用于许多微处理器系统,是源码开放而又高度流行的一种操作系统,具有可移植、内核小、效率高和强大的网络支持等一系列独特优势。此外,课题采用USB摄像头作为视频获取工具,USB接口方式是目前使用最广的一种接口方式,现有的主板都支持USB连接方式,方便和强大的扩充能力是USB接口的最大优点,而且USB接口的摄像头即插即用更加方便。文章首先针对S3C2410A处理器进行外围电路及模块电路的设计,绘制出PCB板,并进行了电气规则检查。其次,构建嵌入式Linux,主要包括介绍引导程序原理与内核适当的裁剪、编译,并且在处理器为S3C2410的ATM9开发板上面进行成功移植,为应用软件的开发做好准备。再次,利用Linux kernel里Video4linux提供的APIs配合驱动进行视频采集软件编程与编译。最后,在新编译的Linux内核里加载USB摄像头及V4L相关驱动,针对编译的图像采集程序与加载的USB摄像头驱动进行了测试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 嵌入式发展现状
• 1.3 课题研究意义
• 1.4 论文内容及组织
• 2 嵌入式系统方案选型
• 2.1 嵌入式系统定义与特点
• 2.2 嵌入式系统的组成
• 2.2.1 嵌入式处理器
• 2.2.2 嵌入式操作系统
• 2.2.3 外设及外围电路
• 2.2.4 应用软件
• 2.3 系统平台选型
• 2.3.1 嵌入式处理器的选用
• 2.3.2 嵌入式操作系统的选型
• 2.4 软件设计
• 2.5 本章小结
• 3 系统硬件平台设计
• 3.1 硬件总体结构
• 3.2 微处理器
• 3.2.1 ARM 微处理器
• 3.2.2 S3C2410A 芯片
• 3.3 硬件外围电路
• 3.3.1 电源模块
• 3.3.2 存储器模块
• 3.3.3 USB 接口模块
• 3.3.4 串行通信接口模块
• 3.3.5 总体硬件电路板
• 3.4 开发平台介绍
• 3.5 本章小结
• 4 嵌入式 Linux 软件平台搭建
• 4.1 嵌入式 Linux
• 4.1.1 Linux 内核特点
• 4.1.2 Linux 内核版本
• 4.2 嵌入式 Linux 操作系统搭建流程
• 4.3 建立配置开发环境
• 4.3.1 虚拟机建立及配置
• 4.3.2 宿主机的开发环境建立
• 4.3.3 串口通讯设置
• 4.3.4 安装交叉编译器
• 4.4 建立根文件系统
• 4.4.1 YAFFS 文件系统简介
• 4.4.2 YAFFS 文件系统的移植
• 4.5 编译移植嵌入式 Linux
• 4.5.1 内核配置编译
• 4.5.2 引导程序bootloader
• 4.5.3 移植操作系统
• 4.6 本章小结
• 5 视频采集程序设计
• 5.1 前言
• 5.2 驱动加载
• 5.2.1 Linux 外部设备通信的实现
• 5.2.2 ov511 及USB 驱动加载
• 5.2.3 启动新内核查看驱动
• 5.3 视频采集程序设计
• 5.3.1 Video4Linux 简介
• 5.3.2 程序流程
• 5.3.3 采集程序实现过程
• 5.4 makefile
• 5.4.1 makefile 简介
• 5.4.2 编写makefile 与程序编译
• 5.4.3 程序编译及测试
• 5.5 应用程序的移植
• 5.5.1 移植的几种方法
• 5.5.2 网络文件系统（NFS）调试
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 系统改进与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• B. 硬件系统环境