基于TMS320DM365的网络摄像机底层软件应用

这种ARM和DSP分开的软件结构，使得整个Davinci框架下的系统的软件开发被分成了四个部分：图像算法开发、Codec Server集成开发、CodecEngine集成开发和应用程序开发。基础的图像算法可以通过TI提供的CCS开发工具，图像的编码算法被存储为．lib的库文件。而Codec Server的开发是调用一系列的．lib算法库，实现各种库文件的对ARM部分的接口。Ciodec Engine是开发调用Codec Server的Stuh和Skelet on，完善整个图像处理功能的调用，而面向厂商或是使用者的应用程序的开发，只需要针对不同应用情况编译基于Linux的应用程序，其中图像处理算法等内容，作为黑箱供这些使用者调用。

3 网络摄像机底层软件
3．1 Linux系统内核
Linux系统内核使用的linux-2．6．32，相较于之前的版本增添了虚拟化内存、改进了文件系统、支持低传输延迟时间模式、内存控制器支持softlimits、支持S+Core架构、支持Intel Moorestown及其新的固件接口、支持运行时电源管理、以及新的驱动。常用的LINUX操作系RADHAT Enterprise 6，ubuntu-10．04．debian 6．稳定版本，这些都是使用linux-2．6．32内核。Linux-2．632作为ARM部分所使用的基层操作系统，在TI上也有提供，不过所提供的是一个非常宽泛的、适用于多种DaVinci框架内核产品的一个完整内核，无论是功能还是驱动都非常完善，但是缺点是启动时间长、容量大，所以我们必须存原有的TI系统内核的基础上进行一定的修改。整个修改基于Linux操作系统运行。
第一步是系统内核的精简开始。整个精简过程主要是在内核文件中删除自己不需要使用东西，如平台信息、芯片信息和驱动等，并且在Kconfig和Makefile里面将删除信息屏蔽。首先完成在内核系统中平台信息和芯片信息的文件删减，然后通过Makefile文件重新修改编译方法，经过重新编译以后，内核的精简已经完成，在Linux环境中使用tar jcf或tar zcf压缩的Linux内核，整个内核的大小下降到了51M，相当于原来尺寸的二分之一。当然可以化简的还可以包括了include和driver里面的一些不需要使用的驱动，但是由于大小并不是很大，所以这里也就没有去除。
第二步开始内核系统的配置。因为之前已经修改了内核系统文件的内容，选项即使都已经按照默认的方式配置完毕，但是存细部还需要一定的修改，使用make linux_config进入内核配置界面。首先需要修改的是“General setup”内的晶振，将原本27000000所表示27MHz时钟参数，改为硬件使用的24MHz时钟。然后在“Device Drivers”中配置NAND flash的大小、分块信息；USB的驱动设置一般设定为主机用于，识别U盘等其他USB设备；在选择视频传输的方式的时候，需要选择以太网络的“10M or 100M Ethernet MAC support”传输方式：并且开启I2C和串口功能等。
第三步检测核对程序内核，确保底层功能程序与硬件设备的匹配。最重要的machdavinci＼dm365．c，内部都是管脚定义包括了I／O口的
复用。sound＼soc＼codecs有tlv320aicxx．c等音频芯片驱动：soc＼davinci里有PCM、I2S等驱动。完成所有检测核对之后，用make指令编辑linux内核，生产一个bin文件，烧录到DM365处理器中，即可运行系统内核。
3．2 启动程序
Bootloader是嵌入式系统启动之后加载的第一段程序，也就是俗称的启动程序，这段代码一般用于初始化处理芯片，映射内存空间，完成系统基本硬件设置，为之后的操作系统内核提供运行环境及。所以这段程序的长度和运行时间都非常短，但对于整个系统来说是非常重要的。文中使用u-boot作为Bootloader程序，作为一种通用程序，它支持多种体系结构的处理器。其功能涵盖了flash烧写、操作系统内核启动等功能。整个u-boot的软件流程如图6所示。

整个u-boot的启动过程可以分为三个阶段。首先在flash中启动代码，设置异常的入口地址和异常处理函数、配置系统主频、I／O寄存器初始化、初始化存储空间，然后将之后的程序加载到RAM中，起始地址设定，并在RAM中运行，设置硬件系统结构类型、启动参数地址、打开芯片外围设备的使能端、设置内核参数、复制镜像文件和设置入口函数。最后运行嵌入式系统内核镜像。
将u-boot系列文件导入摄像机后开启电源，通过RS232串口，可以读取系统的启动信息。整个启动过程可以分为三个不同阶段。第一阶段首先u-boot驱动先确定启动的ubl版本和启动方式，检测Flash和总线状态，一般传统的启动方式为NANDFlash启动。第二阶段确认RAM等基本传输硬件状态，检测时钟信号，接下来开始将Flash中的u-boot启动程序转入RAM中。最后一阶段检测所有的硬件信息，并将这些信息传给Linux内核，然后运行Linux内核，当硬件信息有错误时，会跳出错误报告。所检测的硬件信息主要有：CPU内核和状态、PLL状态、RAM存储器、TCP网络协议、I／O口等。这一步骤结束后，系统地控制权将完全转交给Linux。启动一系列内核文件后，会出现Linux的用户登录界面。
完成所有硬件检测和驱动安装以后，高清网络摄像机的所有硬件都开始工作，并且拥有最基本的功能，能够传输模拟视频信号，并且可以登录网络，自动获得IP地址。但是通过游览器进行图像的获取，需要进一步烧录应用程序。同时，还可以通过串口实时地设置摄像机内Linux内核的设置。
3．3 驱动程序移植
驱动程序是硬件运行功能实现的基础。由于所设计的DM365网络摄像机配有USB等多功能通用硬件接口，所以即使是成品之后，处于扩展的原因，新硬件的添加也会非常频繁，这里就必须让设备驱动也更新。这里我们想使用一个最简便的GPIO驱动程序来作为一个驱动程序移植的范例。
驱动移植的一个整体流程，是将针对某一硬件功能的驱动软件加入Linux嵌入式调用的特殊语句，并且存放在内核操作系统特定的存放位置，修改内核配置文件，使这个驱动能被调用。完成这些修改之后，就能在应用程序层面使用这个硬件设备了。
首先是对CPIO驱动源码的修改和放置，GPIO是嵌入式系统最简单、最常用的资源了，比如点亮LED，控制蜂呜器，输出高低电平，检测按键，等等。GPIO分输入和输出，在linux-2．6．32内核中，本来就有有关GPIO的最底层的寄存器驱动，所以不用另外新建驱动程序，其位置是在＼arch＼arm＼mach-dayrinci目录下的gpio．c，这个是寄存器级的驱动，与一般单片机MCU一样，GPIO的设置都是通过特殊寄存器的数值决定的。据DM365的芯片DATASHEET，DM365的CPIO分为3组BANK，BANK01组包括GPIO0～GPIO31，BANK23组包括GPIO32～GPIO63，BANK45组包括GPIO64～GPIO70，由于硬件资源的原因，DM365并不是GPIO管脚就是纯粹的GPIO脚，GPIO管脚和其他一些标准接口复用相同的引脚，比如SPI和GPIO复用，I2C和CPIO复用等，到底是使用CPIO还是其他接口，在初始化的时候，都需要对PINMUX0和PINMUX1两个寄存器进行设置，而这两个寄存器的设置则在＼arch＼arm＼mach-davrinci目录下mux_cfg.c和对应的mux．h里，当然如果只是用一些只作为I／O功能的管脚，则不需要对着两个寄存器进行设置相较于单片机对于I／O口的设置，DM365的GPIO驱动多了一些嵌入式系统特有的功能语句。比如：需要定义一个设备名称用于程序内部的调用，#define DEVICE_NAME“dm365_gpios” ／*定义设备驱动的名字，或设备节点名称*／并且定义驱动文件的API，在Linux系统当中，所有设备都可以当做文件进行操作。
static const struct file_operations
davinci_dm365_gpio_fileops={
．owner=THIS_MODULE，
．open=davinci_dm365_gpio_open，
．ioctl=davinci_dm365_gpio_ioctl，
}；
定义内核初始化的函数功能，这一部分是ARM最基础的IO口这几方法，这里就不进行详细介绍。
完整这些内容后，这个GPIO的驱动程序就可以被Linux系统内核调用了。之后修改内核文件的设置，修改Kconfig文件，加入一段GPIO设置，说明GPIO驱动功能等。存makefile文件的128行，加入语句：ohi-$(DAVINCI_DM365_GPIOS)+=dm365_gpios．o，输出之前驱动软件的．o ut文件，这样整个内核配置完成。之后这个I／O口的驱动程序就可以在应用程序中利用语句：fd=open(“／dev／dm365_gpios”，0)；来运行。
这里使用了一个较为简单常见的GPIO驱动来举例，是为了更简单地描述整个Linux嵌入式系统驱动软件的移植过程。对于其他更为专业的硬件驱动，如usb设备、