基于嵌入式Linux的機房遠程監測系統研究

3. 2 ZC0301 攝像頭視頻采集程序設計

Video4linux 是Linux 內核里支持影像設備的一組API，配合適當的采集卡與相關驅動程序，可以實現視頻采集。驅動視頻采集設備完成視頻采集和處理，需要相應的驅動程序和視頻流采集程序。視頻采集程序的內容主要包括攝像頭的初始化、打開、關閉、參數設置以及數據讀取等。

Video4linux 視頻采集的實現過程如下：

（ 1） 初始化程序，包括打開視頻設備文件，讀取視頻采集設備信息以及設備緩沖區信息等； 初始化攝像頭參數主要通過init_videoIn 函數來完成。

（ 2） 打開視頻采集設備。初始化工作完成后，通過V4L_open 函數檢查攝像頭設備是否加載，如能夠檢測到攝像頭設備，使用open 系統調用以只讀的方式打開視頻設備。

（ 3） 獲取視頻設備信息和圖像信息。通過調用設備I /O 通道管理函數ioctl 中的VIDIOCGCAP 參數獲取視頻采集設備的名稱、類型、通道數、圖像寬度和高度等信息參數，調用ioctl 函數中的VIDIOCGPICT 參數讀取視頻采集設備緩沖video_picture 信息。

（ 4） 視頻采集。在V4L 體系下，采用內存映射方式采集視頻。內存映射方式視頻讀取的具體操作如下：

①首先使用ioctl 系統調用VIDOOCGMBUF 命令獲取攝像頭存儲緩沖區的幀信息，之后初始化video_mbuf，修改video_mmbuf 設置。

②映射設備文件到內存。

③截取圖像，有單幀截取和連續幀截取兩種方式。進行單幀截取需先準備內存空間； 然后調用ioctl 函數的VIDIOCMCAPTURE 命令，以非阻塞形式開始一幀圖像截取； 接著調用ioctl（ fd，VIDIOCSYNC，＆frame）函數判斷該幀是否截取完畢； 最后就可將圖像數據寫入到Frame Buffer 中。若進行連續幀截取，則需通過循環語句中，使用VIDIOCMCAPTURE 和VIDIOCSYNC 函數判斷是否完成截取，并給采集到的每幀圖像賦地址。

（ 5） 關閉攝像頭。視頻采集完成以后，最后的工作是關閉視頻采集設備。以內存映射的方法獲取視頻數據，需要在視頻采集任務完成之后關閉內存映射，然后調用close_v4l 函數關閉視頻設備。關閉視頻設備需要判斷視頻獲取方式： 如是內存映射方式，則通過munmap 函數。

4 嵌入式Web 監控的實現

嵌入式Web 監控的實現包括了Boa 服務器移植、CGI 網頁交互程序設計兩個部分。

4. 1 Boa 服務器移植

在嵌入式遠程監控系統中，Web 服務器的性能對系統的整體性能具有直接影響，因此Web 服務器的選擇和設計尤為重要。高效率的Web 服務器，才能使監控系統的能得到充分的發揮。

Boa 是一款單任務的HTTP 服務器，它支持CGI 技術，且具有自動生成目錄和解壓文件等功能。在運行效率方面，由于其只為CGI 程序創建新的進程，因此具有很高的HTTP 請求處理速度。故選用Boa 來構建嵌入式服務器。

服務器主要作用是為整個系統提供了一種網絡接入和信息服務方式。系統通過應用HTTP 協議聯網，調用具有數據請求和控制功能的CGI 程序，實現服務器對客戶端瀏覽器請求的處理，最終實現信息在瀏覽器的動態顯示，達到遠程監控的目的。

4. 2 CGI 網頁交互程序設計

CGI 技術即通用網關接口（ Common Network Interface） 技術，它支持WEB 數據動態刷新、轉換和顯示。

基于CGI 接口設計的程序運行在WEB 服務器端，像其他類型程序設計一樣，其必須通過CGI 標準格式進行編寫。CGI 程序的運行由瀏覽器端的輸入觸發，它的任務就是執行指令，將所需數據轉換為環境變量進行處理，并回傳處理結果。WEB 服務器與CGI 程序之間通過四種途徑進行通信： 環境變量、命令行、標準輸入和標準輸出。

CGI 的基本工作過程為： 根據瀏覽器的請求，CGI 程序通過執行Boa 服務器指令，調用其它應用程序進行處理，最后將處理結果以HTML 形式反饋給瀏覽器顯示。CGI 工作流程示意圖如圖3 所示。

圖3 CGI 工作流程示意圖

4. 3 系統測試

本系統的測試工作主要是在實驗室的局域網環境下進行的。

其中下位機為以S3C2440 處理器為核心的嵌入式目標板，配合ZC0301 攝像頭和數字溫度傳感器DS18B20，通過構建Linux 操作系統并移植Boa，將其配置成為嵌入式服務器； 下位機采用通用的PC 機，通過瀏覽器與服務器進行交互。上位機監控端和下位機嵌入式服務器通過網線和上位機相連接，構建成為局域網開發環境。