基于ARM920T處理器核的圖像采集系統設計

引言

　　隨著微電子技術和軟件技術的發展，嵌入式技術也有了長足的進步。因此，基于嵌入式技術的圖像數據采集與存儲監控系統以其直觀、方便、信息內容豐富的特點，廣泛應用于許多場合。

　　處理器性能的提高，接口傳輸數據能力的增強，特別是未來高容量存儲器的出現，圖像監控系統的小型化、多功能化是易于實現的，嵌入式技術引入圖像監控系統后，兩個問題需要解決，一是靈活的圖像監控系統結構調整，二是適合監控規范、集圖像和信號檢測與控制一體的交互式軟件的設計。

　　1 系統平臺的搭建

　　1.1 硬件平臺的搭建

　　ARM(AdvancedRISCMachines)，既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一類微處理器的統稱，還可以認為是一種技術的名字。

　　S3C2410處理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用0.18um制造工藝的32位微控制器。該處理器擁有：獨立的16KB指令Cache和16KB數據Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶PWM的Timer，I/O口，RTC，8路10位ADC，TouchScreen接口，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，2個USB主機，1個USB設備，SD主機和MMC接口，2路SPI。S3C2410處理器最高可運行在203MHz。

　　由S3C2410為核心的圖像采集系統的硬件結構如圖1所示。因為S3C2410內部只有很小的存儲空間，所以我必須外擴系統的存儲器，作為32位的微處理器，S3C2410支持8位，16位和32位尋址方式，有16M×32位的尋址能力，可方便地構建較大地存儲空間，系統的存儲器由FLASH和SDRAM構成。數碼攝像頭通過USB接口與S3C2410芯片連接，通過S3C2410芯片來控制數碼攝像頭對圖像進行采集，并存儲在存儲器中。

　　1.2 軟件平臺的搭建

　　嵌入式Linux(EmbeddedLinux)是指對Linux經過裁剪小型化后，可固化在存儲器或單片機中，應用于特定嵌入式場合的專用Linux操作系統。具體的搭建流程如圖2所示。

　　2 USB攝像頭設備驅動的開發

　　在Linuxkernel源碼目錄中driver/usb/usb_skeleton.c提供了一個最基礎的USB驅動程序，我們稱為USB骨架。通過他僅需要修改極少的部分，就可以完成一個USB設備的驅動。我們的USB驅動開發也是從它開始的。USB驅動程序結構如下：

　　該結構指明了USB設備驅動所要做的工作，具體內容如下：

　　(1)在驅動模塊加載的時候，向USB核心子系統注冊，并告訴子系統需要支持的設備。

　　(2)在卸載USB設備驅動程序向USB核心子系統注銷。

　　(3)當獲支持的設備插入或者拔出的時候，調用哪些功能。

　　在初始化函數中，USB設備驅動調用usb_register函數進行注冊。

　　以上介紹了簡單USB設備驅動程序的框架。但是我們要進行的攝像頭驅動開發比上述驅動稍微復雜些。除了之前講到的USB驅動還包括圖像采集部分的設備驅動。

　　首先，我們需要定義一個數據結構，其中一個包括圖片信息、采集模式、解碼方式。具體定義如下。

　　LinuxUSB驅動程序需要做的第一件事情就是在LinuxUSB子系統里注冊，并提供一些相關信息，例如這個驅動程序支持哪種設備，當被支持的設備從系統插入或拔出時，會有哪些動作。所有這些信息都將傳送到USB子系統中。以下代碼完成USB攝像頭的注冊功能：

　　以上定義的數據含義如下ZC301是客戶端驅動程序的名稱，用于避免驅動程序的重復安裝和卸載。

　　zc301_probe則指向USB驅動程序的探測函數指針，提供給USB內核的函數，用于判斷驅動程序是否能對設備的某個接口進行驅動。

　　zc301_disconnect指向USB驅動程序中的斷開函數的指針，當從系統中被移除或者驅動程序正在從USB核心中卸載時，USB核心將調用該函數。

　　zc301_table列表包含了一系列該驅動程序可以支持的所有不同類型的USB設備，如沒有設置該列表，則該驅動程序中的探測回調函數不會被調用。

　　系統啟動時，首先需要加載各種驅動模塊，然后向系統注冊了生產廠商號碼(VendorID)和產品號(Pro-ductID)。當USB設備連接到主機上，系統會檢測它的VendorID和ProductID，如果與驅動模塊的注冊內容匹配，則將該驅動程序與設備掛接起來[5]。當插入攝像頭時，系統會調用zc301_probe函數。參數dev指定了設備信息，probe函數驗證所有可選配置的有效性，并調用usbvideo模塊的sbvideo_Regis-terVideoDevice()函數向videodev系統注冊。

　　當系統完成驅動注冊后，調用staticintzc301_init(structusb_zc301*zc301)和staticvoidzc301_start(structusb_301*zc301)函數完成對設備的初始化過程：填寫各個寄存器值、啟動攝像頭。系統運行到這一步，基本完成了對攝像頭驅動加載及設備初始化。接下來需要通過讀取用戶設定的圖像規格，其中包括：圖像格式、分辨率、顏色深度、對比度和亮度等參數。這些數值的讀取都是通過以下函數實現的：

　　在得到這些參數值后，再調用一套函數，實現參數的設置。每個參數設置函數和之前的參數取值函數是一一對應的。具體函數如下：

　　通過調用上面的函數，我們基本得到了所需的參數值，這樣我們就可以啟動攝像頭了。