基于ARM920T处理器核的图像采集系统设计

基于ARM920T处理器核的图像采集系统设计,第1张

  引言

  随着微电子技术和软件技术的发展,嵌入式技术也有了长足的进步。因此,基于嵌入式技术的图像数据采集与存储监控系统以其直观、方便、信息内容丰富的特点,广泛应用于许多场合。

  处理器性能的提高,接口传输数据能力的增强,特别是未来高容量存储器的出现,图像监控系统的小型化、多功能化是易于实现的,嵌入式技术引入图像监控系统后,两个问题需要解决,一是灵活的图像监控系统结构调整,二是适合监控规范、集图像和信号检测与控制一体的交互式软件的设计。

  1 系统平台的搭建

  1.1 硬件平台的搭建

  ARM(AdvancedRISCMachines),既可以认为是一个公司的名字,也可以认为是对一类微处理器的统称,还可以认为是一种技术的名字。

  由S3C2410为核心的图像采集系统的硬件结构如图1所示。因为S3C2410内部只有很小的存储空间,所以我必须外扩系统的存储器,作为32位的微处理器,S3C2410支持8位,16位和32位寻址方式,有16M×32位的寻址能力,可方便地构建较大地存储空间,系统的存储器由FLASH和SDRAM构成。数码摄像头通过USB接口与S3C2410芯片连接,通过S3C2410芯片来控制数码摄像头对图像进行采集,并存储在存储器中。

  

基于ARM920T处理器核的图像采集系统设计,第2张

 

  1.2 软件平台的搭建

  嵌入式Linux(EmbeddedLinux)是指对Linux经过裁剪小型化后,可固化在存储器或单片机中,应用于特定嵌入式场合的专用Linux *** 作系统。具体的搭建流程如图2所示。

  

基于ARM920T处理器核的图像采集系统设计,第3张

 

  2 USB摄像头设备驱动的开发

  在Linuxkernel源码目录中driver/usb/usb_skeleton.c提供了一个最基础的USB驱动程序,我们称为USB骨架。通过他仅需要修改极少的部分,就可以完成一个USB设备的驱动。我们的USB驱动开发也是从它开始的。USB驱动程序结构如下:

  

基于ARM920T处理器核的图像采集系统设计,第4张

 

  该结构指明了USB设备驱动所要做的工作,具体内容如下:

  (1)在驱动模块加载的时候,向USB核心子系统注册,并告诉子系统需要支持的设备。

  (2)在卸载USB设备驱动程序向USB核心子系统注销。

  (3)当获支持的设备插入或者拔出的时候,调用哪些功能。

  在初始化函数中,USB设备驱动调用usb_register函数进行注册。

  

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  以上介绍了简单USB设备驱动程序的框架。但是我们要进行的摄像头驱动开发比上述驱动稍微复杂些。除了之前讲到的USB驱动还包括图像采集部分的设备驱动。

  首先,我们需要定义一个数据结构,其中一个包括图片信息、采集模式、解码方式。具体定义如下。

  

基于ARM920T处理器核的图像采集系统设计,第6张

 

  

基于ARM920T处理器核的图像采集系统设计,第7张

 

  LinuxUSB驱动程序需要做的第一件事情就是在LinuxUSB子系统里注册,并提供一些相关信息,例如这个驱动程序支持哪种设备,当被支持的设备从系统插入或拔出时,会有哪些动作。所有这些信息都将传送到USB子系统中。以下代码完成USB摄像头的注册功能:

  

基于ARM920T处理器核的图像采集系统设计,第8张

 

  以上定义的数据含义如下ZC301是客户端驱动程序的名称,用于避免驱动程序的重复安装和卸载。

  zc301_probe则指向USB驱动程序的探测函数指针,提供给USB内核的函数,用于判断驱动程序是否能对设备的某个接口进行驱动。

  zc301_disconnect指向USB驱动程序中的断开函数的指针,当从系统中被移除或者驱动程序正在从USB核心中卸载时,USB核心将调用该函数。

  zc301_table列表包含了一系列该驱动程序可以支持的所有不同类型的USB设备,如没有设置该列表,则该驱动程序中的探测回调函数不会被调用。

  系统启动时,首先需要加载各种驱动模块,然后向系统注册了生产厂商号码(VendorID)和产品号(Pro-ducTID)。当USB设备连接到主机上,系统会检测它的VendorID和ProducTID,如果与驱动模块的注册内容匹配,则将该驱动程序与设备挂接起来[5]。当插入摄像头时,系统会调用zc301_probe函数。参数dev指定了设备信息,probe函数验证所有可选配置的有效性,并调用usbvideo模块的sbvideo_Regis-terVideoDevice()函数向videodev系统注册。

  当系统完成驱动注册后,调用staTIcintzc301_init(structusb_zc301*zc301)和staTIcvoidzc301_start(structusb_301*zc301)函数完成对设备的初始化过程:填写各个寄存器值、启动摄像头。系统运行到这一步,基本完成了对摄像头驱动加载及设备初始化。接下来需要通过读取用户设定的图像规格,其中包括:图像格式、分辨率、颜色深度、对比度和亮度等参数。这些数值的读取都是通过以下函数实现的:

  

基于ARM920T处理器核的图像采集系统设计,第9张

 

  在得到这些参数值后,再调用一套函数,实现参数的设置。每个参数设置函数和之前的参数取值函数是一一对应的。具体函数如下:

  

基于ARM920T处理器核的图像采集系统设计,第10张

 

  通过调用上面的函数,我们基本得到了所需的参数值,这样我们就可以启动摄像头了。

  

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