摘 要： 如何設計一款能夠通過網絡實現遠程拍照和瀏覽照片的IPCamera？本文通過采用ARM9和USB攝像頭實現IPCamera。IPCamera使用S3C2410、AX88796等元件來組成硬件平臺，再將Linux系統移植到硬件平臺上，然后設計好相應的驅動程序和應用程序，最后將軟件下載到硬件平臺。
關鍵詞： ARM；IPCamera；嵌入式
0 前言
隨著社會的發展，人們對安全防范工作日益重視，監控產品也從以前只在重要單位使用發展到各個領域都在應用。監控產品的技術也從模擬向數字和網絡技術發展。網絡監控產品使用較多的是硬盤錄像機，但價格比較高。有些場合對監控的要求并不高，也不需要錄像，但有時又要在遠程了解一下當地的畫面，這時就希望使用一種低價的，又能實現遠程操作的監控產品。所以就計劃設計IPCamera（網絡照相機），它能夠接受網絡或手機短信發來的命令進行拍照，并將照片發布到Web服務器上或手機上供用戶瀏覽。
1 IPCamera系統總體設計
IPCamera系統的總體設計思路是：采用ARM9作為系統的處理器，利用普通USB攝像頭完成圖像采集。系統設計一塊網卡和一個GPRS模塊，用戶可以根據需要決定選用其中的一種、或者二種同時使用。手機能夠通過GSM網向IPCamera的GPRS發送拍照控制命令，系統會自動將拍下的照片通過GPRS模塊發回給手機；網絡用戶可以利用telnet協議向IPCamera發送拍照控制命令，然后再利用瀏覽器查看IPCamera上的照片。
2 IPCamera的硬件設計
在設計IPCamera時，考慮到系統的穩定性和成本等因素，因此將系統硬件設計為3個部分，即核心板、主板和GPRS模塊，如圖1所示。
核心板采用三星公司生產的S3C2410處理器；SDRAM采用2片HY57V561620AT-H構成64M；將它連接到系統nGCS6，所以它的起始地址為：0x03000000。NAND FLASH 采用SAMSUNG K9F1208芯片，FLASH芯片連接到系統的nGCS0，所以它的起始地址為：0x00000000。要系統從NAND FLASH啟動，應將S3C2410的OM0和OM1引腳都接地。
主板主要是一些接口電路。串行接口采用MAX3232芯片，由于本系統只使用一個串口，所以和S3C2410的TXD0和RXD0相連，構成第一個串口電路。JTAG接口直接由S3C2410處理器控制，只不過在連接電路上要加上接電阻。USB接口電路直接采用S3C2410內部的USB主機控制器，然后接上限流電阻和保險絲和USB插座。網卡采用AX88796-X86芯片，接在BANK2的位置上，所以片選接處理器的nGCS2信號，其地址為0X200，所以IO_BASE0、IO_BASE1、IO_BASE2三個引腳懸空，中斷選用INT2。網卡的邏輯地址是0x10000200。
GPRS模塊采用SIMCOM公司生產的SIM100-E芯片。通過第三個串口信號線TXD2和RXD2和處理器相連接。
圖1 IPCamera硬件結構圖
3 IPCamera引導程序、操作系統和驅動程序
IPCamera引導程序選用韓國Mizi公司開發的vivi。vivi必須經過裁剪、交叉編譯、下載到IPCamera等幾個過程。首先使用make menuconfig命令裁剪vivi，然后make命令編譯生成vivi的二進制鏡像文件，使用的編譯器是armv4l-unknown-linux-gcc和armv4l-unknown-linux-as，最后使用JTAG將vivi燒寫到IPCamera的flash芯片上。
考慮到成本，以及系統對實時性的要求不高等因素，所以決定選用Linux操作系統。目前發行的Linux操作系統都能支持ARM機的體系結構，所以只要根據平臺的具體結構進行移植。系統移植主要包括建立交叉編譯環境、修改內核源碼、內核裁剪和內核編譯4等個環節。內核裁剪時，要讓系統包括telnet和ftp服務。telnet服務主要實現能夠對IPCamera遠程操作，ftp服務主要實現IPCamera的文件上傳和下載。最后將編譯好的內核映象文件利用vivi軟件燒寫到IPCamera的flash芯片上。
IPCamera需要串口、USB、視頻設備和網卡等多個設備驅動程序[2]，由于這些設備都是標準設備，所以可以到廠家去下載相應的設備驅動源程序，然后交叉編譯成Linux下的驅動程序，最后通過insmod[3]命令向內核加載驅動程序。如：Linux系統提供了視頻設備的內核驅動video4linux（簡稱V4L），它為視頻設備的應用程序編程提供一系列接口函數，所以USB攝像頭
就可以采用V4L驅動程序。
4 IPCamera應用程序的設計
IPCamera主要包括3個應用程序，即：USB攝像頭拍照、Web服務和GPRS操作控制等程序。這些應用程序都是用C語言來編寫，然后通過交叉編譯生成可執行文件。
4.1 USB攝像頭拍照程序的設計
USB攝像頭采用video4linux驅動，V4L圖像采集的方法有兩種，即overlay和mmap。本系統采用mmap，這種方法是通過將設備文件影射到內存的方法，直接通過指針操作內存的方式讀取攝像頭采集到的圖像數據。控制拍照功能函數如下：
int cap(char * fileName)
{┅
/***初始化設備***/
if (device_init(DEFAULT_DEVICE, &vd, 0, 3) == -1)
{ perror("device_init: failed...");
return -1; }
/***內存映射***/
if (v4l_grab_frame(&vd, 0))
return -1;
if (v4l_grab_sync(&vd))
return -1;
img = device_get_address(&vd);
/***讀取圖像數據***/
p=img;
for (i=0;i
for (j=0;j
{ tmpc=*(p);
*(p)=*(p+2);
*(p+2)=tmpc;
p+=3; }
/***轉換圖像數據格式，保存為jpg文件***/
if (write_jpeg(fileName, img, 70, 0))www.51kaifa.com
return -1;
┅
}
4.2 Web服務程序的設計
Web服務是通過http協議與客戶端通信，工作流程如圖2所示。http是一個請求、響應協議，即客戶端發出一個請求，服務器端則響應這個請求。http利用可靠的TCP協議連接，默認使用80端口。目前市場上有許多Web 服務程序，但要將其移植到本系統中需要一定的工作量，所以可以設計一個簡單的Web服務程序。程序的主函數如下：
圖2 Web工作流程圖
int main(int argc, char *argv[])
{┅
/*設置信號處理句柄*/
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
┅
/*建立TCP流SOCKET*/
if (argc > 1 && !strcmp(argv[1], "-i")) {
fclose(stderr);
HandleConnect(0);
exit(0);
}
if((s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) == -1) {
perror("Unable to obtain network");
exit(1);
}
if((setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void *)&true,
sizeof(true))) == -1) {
perror("setsockopt failed");
exit(1);
}
server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
server_sockaddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
/*綁定監聽端口*/
if(bind(s, (struct sockaddr *)&server_sockaddr,
sizeof(server_sockaddr)) == -1) {
perror("Unable to bind socket");
exit(1);
}
/*設置允許客戶連接數*/
if(listen(s, 8*3) == -1) {
perror("Unable to listen");
exit(4);
}
/*偵聽客戶連接請求并進行處理*/
while (1) {
len = sizeof(ec);
if((fd = accept(s, (void *)&ec, &len)) == -1) {
exit(5);
close(s);
}
HandleConnect(fd);
}
4.3 GPRS操作控制程序設計
GPRS操作程序主要任務是監視手機短信，然后根據短信決定具體操作。程序主要利用GPRS的AT命令和SOCKET套接字來完成短信發送和圖片傳輸。GPRS操作程序主函數如下：
main()
{┅
{ /**根據條件拍照***/
if(TakePicture==TRUE)
{ remove("1.jpg");
rename("2.jpg","1.jpg");
┅
rename("6.jpg","5.jpg");
cap("6.jpg");
}
/**根據條件給手機發圖片***/
if(SendPicture==TRUE)
SendPicToMob("6.jpg");
}
┅
}
5 結束語
在樣機中，硬件由3部分組成，即：核心板、主板和GPRS模塊；引導使用vivi；操作系統采用linux2.6.0。系統經過測試，效果較好。本文作者創新點是：利用GSM網絡和Internet網絡控制遠程拍照，并將拍下的照片發布在Internet供用戶瀏覽。這種產品體積小、可靠性高、無需專人管理，非常適合于無人值守的環境。它將會有較好的應用前景。
參考文獻：
[1] 李軍華,尹文明.基于GPRS的大棚智能監控系統[J].電子技術應用,2006,8:83-85.
[2] 朱華生,葉軍. 嵌入式系統IIC設備驅動程序設計與實現[J].微計算機信息,2006,（10-2）:120-123.
[3] 朱華生,胡凱利.基于Linux系統的HHARM9電機驅動程序設計[J].南昌工程學院學報.2005,4:51-53.