嵌入式Linux系统下的视频服务器解析方案

0 引言

通信网络已经普及到人类生活的各个方面，布控区域广阔的网络视频采集系统也在迅速的发展，嵌入式视频采集系统的服务器直接连入已经建成的网络，既没有线缆长度的限制，也没有信号衰减的限制，通过没有距离概念的网络，彻底抛弃了地域的限制。系统具有几乎无限的无缝扩展能力，所有设备都以IP地址划分，增加设备只是意味着IP地址的增加，可组成非常复杂的视频采集系统，服务器输出的视频数据已完成模拟到数字的转换并压缩，采用TCP/IP协议在网络上传输，支持跨网关、跨路由器的远程视频信息传输。

本文根据网络视频采集的需要，将网络传输与视频采集相结合，设计了以S3C2440为核心的USB摄像头视频采集和嵌入式Linux系统下的视频服务器，从而实现了远程网络视频信息采集。

1 系统总体设计

该系统是以ARM9处理器S3C2440为核心，在嵌入式Linux系统平台下，通过USB摄像头采集视频信息，然后对所得到的视频数据通过内部总线送到视频服务器MJPG-streamer上，视频服务器经过对图像压缩处理，经过以太网传输出去，远端客户机通过浏览器或者专用软件访问视频服务器，即可浏览现场信息，从而实现网络视频采集。系统总体如图1所示。

2 系统硬件设计

系统的硬件框图如图2所示。

系统处理器采用高性能ARM9处理器S3C2440，S3C2440是基于ARM920T核心的RISC处理器，主频为400 MHz，实现了MMU，具有AMBA总线和哈佛结构高速缓冲体系结构，有独立的16 KB的指令缓存和16 KB的数据缓存。主要应用于高性能，低价格，低功耗的嵌入式设备和手持设备。处理器内部集成了完备的硬件资源，外部存储控制器，4通道DMA，3通道的UART，2通道SPI，2通道USB主机和1通道USB设备，4通道PWM定时器和内部看门狗定时器，130个GPIO等。

NAND FLASH采用K9F2G08，该存储芯片容量大，高达256 MB，改写速度非常快，易于使用，具有可靠的耐用性，适合用于大量数据存储，该FLASH以512 B为块进行读写操作，通过输入输出接口传送地址和命令，传递专门的数据接口与CPU相连，数据总线为8 b，写入操作必须在空白区域进行，所以在改写数据时要先进行擦除，然后再写入。

NAND FLAsH在本系统中用来存放bootloader引导代码，Linux内核代码以及Yaffs文件系统。SDRAM为同步动态随机存储器，类似于PC机的内存，在系统启动时，先将内核代码从FLASH复制到SDRAM中，用来程序的读取，存储，执行，从而提高CPU读取和写入数据的速度。本采用2片32 MB的HY57V作为系统内存，把他们并联起来形成32位的数据总线，提高CPU的访问速度，增加运行Linux系统的流畅性。由于SDRAM掉电不能保存数据，所以要不断的进行动态刷新来保存数据，使用之前要进行初始化。

目前最流行的以太网控制器是DAVICOM公司的DM9000网卡芯片，该芯片自适应10 Mb/s和100 Mb/s的网络，处理器通过GPIO与网卡相连，支持3.3 V接口电压，32位接口存储器可以方便直接与S3C2440相连，在连接RJ-45接口，即可实现以太网物理层和数据链路层的连接。设备驱动程序在Linux操作系统下可以方便的移植，故选择此网卡芯片作为以太网控制器。摄像头采用市场普通USB摄像头，即插即用，处理器通过USB控制器控制摄像头。

3 系统软件设计

本系统软件可分为Bootloader，Linux内核，Yaffs文件系统和MJPG-streamer视频服务器，系统框图如图3所示。

“Bootloader是在操作系统运行之前运行的一段小程序，来完成硬件设备的初始化，从而将系统软硬件环境带到合适状态，为最终调用操作系统做好准备”。Bootloader可以从SAMSUNG公司官方网站下载，经过交叉编译生成Bin文件，下载到板子上。

Linux内核采用Linux 2.6.32版本，运行make menuconfig配置万能驱动USB摄像头，在Device Drivers下，选择Multimedia device，选择Video Capture adapters，选择V4L USB devices，选择GSPA based webcams，即可选择万能驱动USB摄像头。

系统采用Yaffs文件系统，Yaffs是专为嵌入式系统使用NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。它减少了一些功能，速度更快，挂载时间很短，对内存的占用较小，所以系统采用Yaffs文件系统。