嵌入式Linux開發(fā)論文開題報(bào)告

時(shí)間：2024-08-13 17:07:29 開題報(bào)告我要投稿

　　論文題目：基于嵌入式Linux的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

嵌入式Linux開發(fā)論文開題報(bào)告

　　課題類型：科研論文模擬實(shí)踐

　　學(xué)生姓名：李**

　　學(xué)號(hào)：****

　　專業(yè)班級(jí)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)061班

　　教學(xué)單位：計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系

　　指導(dǎo)教師：***

　　開題時(shí)間：***

　　一、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)內(nèi)容及研究意義(價(jià)值)

　　1.研究?jī)?nèi)容

　　本課題主要研究嵌入式Linux應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程。其主要包括：

　　(1)、交叉編譯環(huán)境的搭建;

　　(2)、嵌入式Linux的移植;

　　(3)、文件系統(tǒng)的制作;

　　(4)、USB攝像頭的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì);

　　(5)、視頻圖像的采集、壓縮、傳輸?shù)燃夹g(shù)。

　　(6)、嵌入式WEB服務(wù)器的建立

　　2.研究意義

　　為了更加高效地對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時(shí)考慮到各方面的成本因素而提出基于嵌入式Linux的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

　　該系統(tǒng)可應(yīng)用于各種小區(qū)、商場(chǎng)、醫(yī)院看護(hù)等公共場(chǎng)所的領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化，相比傳統(tǒng)的監(jiān)控模式，使監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的管理更加便捷，效率更高。

　　二、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)(文獻(xiàn)綜述)

　　嵌入式Linux(EMBEDEDLINUX)是指對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Linux經(jīng)過小型化裁剪處理之后，能夠固化在容量只有幾KB或者幾MB字節(jié)的存儲(chǔ)器芯片或者單片機(jī)中，是適合于特定嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合的專用Linux操作系統(tǒng)。在目前已經(jīng)開發(fā)成功的嵌入式系統(tǒng)中，大約有一半使用的是Linux，這與它自身的優(yōu)良特性是分不開的。嵌入式Linux同Linux一樣，具有低成本、多種硬件平臺(tái)支持、優(yōu)異的性能和良好的網(wǎng)絡(luò)支持等優(yōu)點(diǎn)。另外，為了更好地適應(yīng)嵌入式領(lǐng)域的開發(fā)，嵌入式Linux還在Linux基礎(chǔ)上做了部分改進(jìn)，如改善了內(nèi)核結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性等。目前國(guó)內(nèi)外不少大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、和知名公司都加入了嵌入式Linux的研究開發(fā)工作，較成熟的嵌入式Linux產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)。

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)在電信、銀行、交通、電力、水利、石化、智能大廈等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化方向發(fā)展。

　　以嵌入式視頻Web服務(wù)器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中主流的研究現(xiàn)狀，把視頻壓縮和Web服務(wù)器集中到一個(gè)很小的設(shè)備中，可以方便地接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，用戶只要通過Web訪問就可以方便地觀看Web服務(wù)器上的攝像機(jī)圖像。以嵌入式視頻web服務(wù)器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)布控區(qū)域廣闊，系統(tǒng)擴(kuò)展能力強(qiáng)，可組成非常復(fù)雜的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。采用基于嵌入式Web服務(wù)器為核心的監(jiān)控系統(tǒng)，在組網(wǎng)方式上與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控和基于PC平臺(tái)的監(jiān)控方式有極大的不同�；赪eb服務(wù)器輸出己完成模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換并壓縮，采用統(tǒng)一的協(xié)議(如TCP/IP協(xié)議)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，因此支持跨網(wǎng)關(guān)、跨路由器的遠(yuǎn)程視頻傳輸，性能穩(wěn)定可靠，無需專人管理。

　　數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備中具有圖像識(shí)別和特征提取的功能，通過圖像分析實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)探測(cè)和報(bào)警，使其更具視頻數(shù)字化、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、應(yīng)用的多媒體化、管理的智能化，這將成為今后數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)。

　　另外，新的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究也受到關(guān)注，比如對(duì)于一種新的錄像監(jiān)控系統(tǒng)—數(shù)字硬盤錄像機(jī)(DigitalvideoRecord，DvR)的研究陽(yáng)】。數(shù)字硬盤錄像機(jī)摒棄了傳統(tǒng)的模擬數(shù)據(jù)，采用了數(shù)字化的方式記錄數(shù)據(jù)。具有存儲(chǔ)量大，成本低，檢索方便的特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域受到重用。

　　三、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)研究方案及工作計(jì)劃(含工作重點(diǎn)與難點(diǎn)及擬采用的途徑)

　　1、設(shè)計(jì)思路：

　　系統(tǒng)的主體設(shè)計(jì)思想是將視頻終端和嵌入式Web服務(wù)器整合在一起，攝像頭傳送來的視頻信號(hào)經(jīng)過壓縮后，通過內(nèi)部總線傳送到內(nèi)置的Web服務(wù)器。該服務(wù)器可直接接上Internet，網(wǎng)絡(luò)上用戶可以直接用瀏覽器(如IE瀏覽器)觀看服務(wù)器上的監(jiān)控圖像。

　　這種方案是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的方法，使用了近來發(fā)展迅速的嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)以及圖像處理的技術(shù)，具有較高的技術(shù)水平。由于把視頻采集壓縮和Web功能集成到一個(gè)設(shè)備內(nèi)直接連入網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到即插即看，省掉很多復(fù)雜的電路，安裝也很方便(僅需設(shè)置IP地址)，用戶無需使用專用軟件，在具有網(wǎng)絡(luò)接口的地方都可以直接使用。這種視頻監(jiān)控系統(tǒng)除應(yīng)用于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，也可以應(yīng)用在其它如小區(qū)，醫(yī)院病床監(jiān)護(hù)等各種設(shè)備之間距離較大的情況。

　　本文將設(shè)計(jì)一個(gè)基于嵌入式Linux的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)，即對(duì)嵌入式Linux在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用展開研究。本系統(tǒng)的主要硬件組成為基于三星S3C2440的mini2440開發(fā)系統(tǒng)和USB攝像頭。操作系統(tǒng)采用在嵌入式技術(shù)中流行的嵌入式Linux。系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，同時(shí)具有網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程控制功能。當(dāng)然在此基礎(chǔ)上也可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)視頻前端的訪問和控制。

　　本文將對(duì)嵌入式Linux在ARM開發(fā)平臺(tái)上內(nèi)核、文件系統(tǒng)的開發(fā)和移植，視頻前端設(shè)備(USB攝像頭)驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)，視頻圖像的采集和壓縮，服務(wù)器的建立及視頻圖像的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)妊芯績(jī)?nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的論述，并對(duì)系統(tǒng)建成后在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行了測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。

　　2、應(yīng)用的技術(shù)分析：

　　集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)等多種技術(shù)為一體的嵌入式技術(shù)進(jìn)入到了一個(gè)飛速發(fā)展的階段，嵌入式系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用到了航空、消費(fèi)電子、信息家電、網(wǎng)絡(luò)通信等各個(gè)領(lǐng)域。ARM9S3C2440是嵌入式處理器是性價(jià)比較優(yōu)秀的芯片，在各個(gè)領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用有著廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)ARM9S3C2440微處理器與Linux的結(jié)合越來越緊密，逐漸在嵌入式領(lǐng)域得到廣范的應(yīng)用。目前，在便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品、無線設(shè)備、汽車、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)產(chǎn)品等都可以看到S3C2440與Linux相結(jié)合的身影。

　　SamsungS3C2440A是一個(gè)很不錯(cuò)的嵌入式微處理器，價(jià)格相當(dāng)較便宜、內(nèi)部資源多、最主要的是國(guó)內(nèi)很多人使用，相關(guān)的資料比較多。基本參數(shù)：ARM920T內(nèi)核，400M主頻，最高可達(dá)到533M，支持NANDFLASH、NORFLASH、SDRAM、支持STN/TFTLCD、4通道DMA、3通道UART、2通道SPI、IIC總線、IIS/AC97音頻控制器、SD/MMC控制器、2通道USBHOST1通道USBDEVICE、4通道PWM、8通道A/D轉(zhuǎn)換、觸摸屏控制器、RTC、CMOS攝像頭、多功能I/O及多種電源管理

　　在眾多嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux目前發(fā)展最快、應(yīng)用最為廣泛[1]。性能優(yōu)良、源碼開放的Linux具有體積小、內(nèi)核可裁減、網(wǎng)絡(luò)功能完善、可移植性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為嵌入式操作系統(tǒng)。一個(gè)最基本的Linux操作系統(tǒng)應(yīng)該包括：引導(dǎo)程序、內(nèi)核與根文件系統(tǒng)三部分。

　　USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)包括主機(jī)端設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和設(shè)備端驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)三部分組成。主機(jī)端設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序就是通常說的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它是主機(jī)環(huán)境中為用戶應(yīng)用程序提供一個(gè)訪問USB外設(shè)的接口。Linux為這部分驅(qū)動(dòng)程序提供編程接口，驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)者只要按照需求編寫驅(qū)動(dòng)程序框架，通過調(diào)用操作系統(tǒng)提供的API接口函數(shù)可以完成對(duì)USB外設(shè)的特定訪問。

　　視頻采集是基于Video4Linux的視頻采集模塊來實(shí)現(xiàn)，Linux系統(tǒng)中的視頻子系統(tǒng)Video4Linux為視頻應(yīng)用程序提供了一套統(tǒng)一的API,視頻應(yīng)用程序通過調(diào)用即可操作各種不同的視頻捕獲設(shè)備，包括電視卡、視頻捕獲卡和USB攝像頭等。對(duì)于攝像頭的視頻采集，需要使用Video4Linux提供的設(shè)備接口/dev/video0,若文件中沒有這個(gè)設(shè)備文件，則先建立該設(shè)備節(jié)點(diǎn)文件。

　　要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，除了完成視頻采集的編程，還需要把視頻圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸出去，因此需要在完成視頻讀取的基礎(chǔ)上建立WEB服務(wù)器，一是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的擴(kuò)展和訪問，二是為了實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通訊

　　3、技術(shù)方案比較：

　　本課題的主要要方案選擇是在操作系統(tǒng)的選擇。除了WinCE的實(shí)時(shí)性稍差外，大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性都很強(qiáng)，所以也可稱為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RealTimeOperatingSystem.目前最重要的RTOS主要包括：

　　(1)、傳統(tǒng)的經(jīng)典RTOS：最主要的便是Vxworks操作系統(tǒng)，以及其Tornado開發(fā)平臺(tái)。Vxworks因出現(xiàn)稍早，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)(據(jù)說可在1ms內(nèi)響應(yīng)外部事件請(qǐng)求)，并且內(nèi)核可極微(據(jù)說最小可8K)，可靠性較高等，所以在北美，Vxworks占據(jù)了嵌入式系統(tǒng)的多半疆山。特別是在通信設(shè)備等實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)中，幾乎非Vxworks莫屬。Vxworks的很多概念和技術(shù)都和Linux很類似，主要是C語言開發(fā)。但Vxworks因價(jià)格很高，所以一些小公司或小產(chǎn)品中往往用不起。不適合我做課題。

　　(2)、WindowsCE嵌入式操作系統(tǒng)：Microsoft也看準(zhǔn)了嵌入式的巨大市場(chǎng)，MS永遠(yuǎn)是最厲害的，WinCE出來只有幾年時(shí)間，但目前已占據(jù)了很大市場(chǎng)份額，特別是在PDA、手機(jī)、顯示儀表等界面要求較高或者要求快速開發(fā)的場(chǎng)合，WinCE目前已很流行(據(jù)說有一家賣工控機(jī)的公司板子賣得太好，以至來不及為客戶裁減WinCE)。WinCE目前主要為5.0版(。NET)，開發(fā)平臺(tái)主要為WinCEPlatformBuilder，有時(shí)也用EVC環(huán)境開發(fā)一些較上層的應(yīng)用，雖然有著良好的性能，但開發(fā)成本過高不適宜我們學(xué)習(xí)。

　　(3)、嵌入式Linux操作系統(tǒng)：Linux的前途除作為服務(wù)器操作系統(tǒng)外，最成功的便是在嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用，原因當(dāng)然是免費(fèi)、開源、支持軟件多、呼擁者眾，這樣嵌入式產(chǎn)品成本會(huì)低。Linux本身不是一個(gè)為嵌入式設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)，不是微內(nèi)核的，并且實(shí)時(shí)性不強(qiáng)。目前應(yīng)用在嵌入式領(lǐng)域的Linux系統(tǒng)主要有兩類：一類是專為嵌入式設(shè)計(jì)的已被裁減過的Linux系統(tǒng)，最常用的是uClinux(不帶MMU功能)，可在ARM7上跑;另一類是跑在ARM9上的，一般是將Linux2.4內(nèi)核系列或者Linux2.6系列內(nèi)核移植在其上，可使用更多的Linux功能(當(dāng)然uClinux更可跑在ARM9上)。很多人預(yù)測(cè)，嵌入式Linux預(yù)計(jì)將占嵌入式操作系統(tǒng)的50%以上份額，非常重要。由于開源免費(fèi)等等的優(yōu)勢(shì)，適合本課題實(shí)現(xiàn)，是理想的方案選擇。

　　4、設(shè)計(jì)重點(diǎn)難點(diǎn)：

　　本課題重點(diǎn)和難點(diǎn)在于交叉編譯環(huán)境的搭建，Linux內(nèi)核的編譯，根文件系統(tǒng)的制作，視頻采集的實(shí)現(xiàn)，視頻圖像的壓縮和傳輸?shù)戎R(shí)要點(diǎn)。

　　5、總體描述與系統(tǒng)框架：

　　6、各子模塊的實(shí)現(xiàn)方法：

　　(1)、建立嵌入式linux開發(fā)環(huán)境：在XP系統(tǒng)中虛擬一個(gè)linux開發(fā)環(huán)境，在linux系統(tǒng)下載arm-Linux-gcc交叉編譯工具并配置交叉編譯環(huán)境。

　　(2)、Linux內(nèi)核的移植：配置標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核，編譯，下載至開發(fā)板中。

　　(3)、文件系統(tǒng)的制作：用busybox編譯一個(gè)根文件系統(tǒng)，創(chuàng)建映像文件。

　　(4)、USB驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，修改配置Linux內(nèi)核并編譯。

　　(5)、視頻壓縮：將USB攝像頭傳來的每一幀圖像壓縮成JPEG格式的圖片。

　　(6)、嵌入式WEB服務(wù)器的設(shè)計(jì)：用Boa配置編譯并移植到開發(fā)板中。

　　(7)、用戶瀏覽器訪問服務(wù)器實(shí)現(xiàn)監(jiān)控：通過局域網(wǎng)設(shè)置IP地址與嵌入式Linux系統(tǒng)的IP地址屬同一網(wǎng)段即可訪問服務(wù)器。

　　7、預(yù)期結(jié)果：

　　制作出一個(gè)能實(shí)際應(yīng)用的基于嵌入式Linux的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。USB攝像頭能捕獲現(xiàn)場(chǎng)視頻并傳至WEB服務(wù)器，同時(shí)客戶端的瀏覽器能訪問服務(wù)器對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　8、工作計(jì)劃：

　　l第1周畢業(yè)實(shí)習(xí)(1)

　　l第2周畢業(yè)實(shí)習(xí)(2)

　　l第3周需求分析，并開始撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

　　l第4周系統(tǒng)可行性分析

　　l第5周Linux操作系統(tǒng)的安裝與使用

　　l第6周開發(fā)環(huán)境的搭建，并練習(xí)操作

　　l第7周嵌入式Linux內(nèi)核編譯移植

　　l第8周文件系統(tǒng)制作移植

　　l第9周linux環(huán)境下編程練習(xí)

　　l第10周驅(qū)動(dòng)編寫準(zhǔn)備練習(xí)

　　l第11周USB攝像頭驅(qū)動(dòng)編寫