基于ARM11的嵌入式Web监控系统的研究与实现

随着嵌入式计算机、互联网、数字图像以及通信等技术的发展，视频监控技术也得到迅速的发展，并渗透到人们的现实生活中。视频监控的领域涉及安全监控、远程医疗、智能家居、视频实时会议等。

文中利用Web和嵌入式技术，以ARM11-S3C6410处理器为硬件核心，以嵌入式Linux系统作为软件平台，研究并实现了一个嵌入式Web实时监控系统，为嵌入式设备接入Internet提供了一种简单且有效的解决技术，进而可以实现通过Web浏览器对嵌入式设备进行远程监控的目的。

1 系统总体设计

文中设计一种典型的嵌入式Web监控系统主要通过嵌入式终端上的摄像头进行视频图像的采集，视频服务器MJPG—streamer然后对采集过来的数据进行压缩，传输JPEG格式的图像到用户客户端浏览器。用户可以通过Web浏览器实时远程监控摄像头采集到的视频图像。系统整体框架如图1所示。

2 硬件设计

本系统使用的硬件平台功能框图如图2所示。该平台采用三星处理器S3C6410。该处理器基于ARM1176JZF—S内核，64/32位内部总线架构，并且具有丰富的内部资源，支持MPEG4/H.264编解码、VC1的解码，实时视频会议和NTSC，PAL的输出。在片上资源非常丰富的基础上，对硬件系统的配置进行了相关的扩展，包括1块256 MB的NAND Flash和2块64 Mbyte的DDR SDRAM，1个连接PC机用于调试的串口、2个USB接口、1个以太网控制芯片DM9000AE扩展了1个网络口，在主控USB接口外接数字摄像头。

3 软件设计

3.1 嵌入式Web服务器boa的移植

本项目采用的嵌入式Web服务器有Boa(WWW.boa.org)，它一般是单进程服务器，即同一时刻只能响应单个用户的，而无法并发响应，这也是和Apache等高性能的Web服务器主要的区别，但对于应用于嵌入式设备的场合里已足够。这里介绍常用的web服务器boa的移植。Boa的可执行代码只有约60KB，是一个非常小巧的单任务服务器，所以只能依次完成用户的请求，而不会fork出新的进程来处理并发连接请求。但Boa支持CGI，能够为CGI程序fork出一个新的进程来响应用户的需求。在其站点公布的速度和安全性能测试中，Boa的性能要好于Apache服务器。

最后将生成的可执行程序boa挂在到目标系统，若能成功地访问静态HTML网页和运行测试用的CGI程序，则表明配置成功。

3.2 Cgi技术简介以及Cgi库的移植

目前Web开发中生成动态Web页面的方法有CGI和服务器脚本，如JSP，ASP等，但在嵌入式Web服务器中，考虑资源有限，一般都只提供CGI支持，因此在嵌入式设备中Web应用实际上就是基于CGI的开发。

CGI(Common Gate Interface)是一段运行在Web服务器上的程序，它提供了同客户端Html页面的接口。为了完成服务器与客户端的动态交互，依据cgi标准编写的代码运行在服务器端，处理来自用户浏览器的数据，如表单数据的操作、Web数据库的访问以及远程操控等。编写不同的cgi程序，用于视频采集设备的初始化以及实时控制。CGIC是一个支持CGI开发的开放源码的标准C库，只需要在开发的站点和程序文档中公开声明即可，表明程序使用了CGIC库，用户也可以购买商业授权而无需公开声明。首先在其官网下载源代码，目前使用的是cgic205版，设置交叉编译器进行交叉编译，并移植cgic库。完成移植后，将capture和egictest.cgi文件复制到Web服务器中的/web/cgi—bin目录下。C GIC库移植成功后，可在浏览器中访问其测试页面则表明测试成功。测试页面如图3所示。

3.3 MJPG-streamer服务器的设计

MJPG-streamer是一个基于网络应用的开源流媒体服务器。本课题对MJPG-streamer流媒体服务器进行深入研究，结合试验平台的特点，对其进行修改、编译，使这个流媒体服务器可以正常的工作在系统平台上。利用MJPG-streamer流媒体服务器与Linux系统所提供的API以及丰富的网络功能完成视频数据的采集、压缩和网络传输。

用户通过浏览器与嵌入式Web服务器通信。MJPG-streamer视频服务器主要负责架设服务，进行配置(端口，显示参数)，摄像头的识别由s3c2440_camif.c驱动程序完成。MJPG-streamer服务器是一个命令行应用软件，它运行时会启动一个socket套接字来侦听8080端口，若有TCP连接请求，则以TCP流将视频发送出去。可以从一个输入端复制JPG格式的图像到多个输出端，也可以将从摄像头采集到的JPEG视频流通过网络传输到浏览器上或者嵌入式设备上。有了视频服务器处理数据的输入输出，在构建前台网页时可以直接调用生成相应的实时数据，方法是在HTML页面上输入：http：//IP地址：端口/? action=参数”格式来调用，其中参数为“stream”表示调用视频网页，“snapshot”表示调用相应网页，这个功能是通过httpd服务器实现的，MJPG—streamer流程图如图4所示。

MJPG—streamer其流程图如图4，有输入组件input_uvc和输出组件output_http，以及out_file等。每个组件的功能明。input_testpic ture.so将预设好的图片编译成头文件，即使摄像头不工作了，也能继续传输未完全的;input_uvc.so调用摄像头驱动，从摄像头读取视频数据，读取一帧数据，判断数据帧的大小，如果数据帧太小或者太大，则丢弃。判断原始数据格式，如果是YUV进行格式转换后将原始数据复制到全局缓冲区，继续刷新缓冲区。而input_control.so是摄像头控制接口，output_http.so是一个网站服务器，将视频文件以HTTP视频数据服务流形式输出。output_file.so实现图片存储到特定的文件夹。