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基于ARM的图像采集系统设计

基于ARM的图像采集系统设计

本文的图像采集系统是以嵌入式微处理器为核心的。采集图像时,首先光会照射到被捕捉到的物体上,随后,被照射到的物体将光反射到USB摄像头中的CMOS传感器上,传感器中有感光二极管接收到光线,产生模拟电信号,经过其中的放大电路将信号放大,由于处理芯片所

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  • 详细描述

    基于ARM的图像采集系统设计
    摘   要
    随着科技的发展,科技对于人们的生活有很大的影响,并且提高了人们的生活质量和水平,嵌入式作为一个对于普通人来说比较陌生的词汇,在我们的生活中也是无处不在的。嵌入式是一种专用的计算机系统,它是软件和硬件的综合体,它能够使软硬件完美的结合起来供于使用。嵌入式作为一种比较新的技术应用范围非常广泛,近年来嵌入式系统的功能在不断地增加,例如,智能家居、网络设备、航天设备等等。
    本文通过对于嵌入式的研究与探索,设计出了基于ARM的图像采集系统,对于该系统设计出了USB摄像头、摄像头驱动、视频采集应用程序等几个模块。该系统可用于图像检测以及图像监控等应用。该论文主要阐述了图像采集系统的整个环境搭建以及软硬件怎么协调,为了克服原来图像采集系统的缺陷,本系统使用的是USB摄像头作为图像采集的设备。利用软件进行操作系统的移植,以及烧写其他的程序。该图像采集系统更贴近于现实生活,操作简便,具有一定的使用价值。
    关键词  嵌入式;ARM;图像采集系统
    目   录
    摘要…… I
    Abstract II
    第1章 绪论 1
    1.1 选题目的和意义 1
    1.2 嵌入式系统简述 1
    1.2.1 嵌入式系统的特点 1
    1.2.2 嵌入式系统的硬件 2
    1.2.3 嵌入式系统的软件显示器 2
    第2章 相关设备 3
    2.1 显示器 3
    2.1.1 ARM基础架构 3
    2.2摄像头 4
    第3章 总体设计 5
    3.1功能需求分析 5
    3.2 系统的工作原理 5
    3.3 软硬件结构规划 5
    3.3.1 硬件部分 5
    3.3.2 软件部分 6
    第4章 硬件设计 7
    4.1 TQ2440开发板介绍 7
    4.2 图像采集设备 8
    4.3 图像显示设备 8
    第5章 硬件设计 9
    5.1 Linux以及嵌入式开发环境搭建 9
    5.2 Linux驱动移植 12
    5.3 图像采集 13
    结论 19
    致谢 20
    参考文献 21
    附录 22
    第1章绪论
    1.1选题目的和意义 
    嵌入式的发展非常迅速,在现实生活中用处非常广泛,在大多数领域都有应用,嵌入式系统在我们国家已经研究好多年了,所以已经积累了大量的技术和经验。嵌入式技术能应用在很多领域,例如,电子消耗产品、航天设备,监控设备,嵌入式产品的优点是:功能性强、体积小、可靠性强等等。对于各行各业的技术改造,产品更新换代具有很大的帮助。
    现在的图像采集技术应用的范围很广泛,能够应用于远程监控、可视电话、视频会议等诸多领域。并且对于图像的采集、处理、压缩,它的作用更是体现的淋漓尽致。随着科技的不断发展,通过USB连接摄像头的这种技术已经发展的非常迅速了,它的实用性、可靠性都很高。如何将这种通过USB连接的摄像头应用到ARM开发板上的这项技术也已经日渐成熟,并且随着嵌入式技术的不断创新,人们对于嵌入式设备的要求也越来越高。各种32位的嵌入式微处理器也都应运而生,随之而来的这方面的技术竞争也越来越激烈,所以说这方面的技术要有独到性才能更好地为人民服务。图像采集系统对于整个嵌入式领域都具有重要的作用。本文设计了主要以三星公司的ARM9处理器S3C2440芯片为核心的图像采集系统,详细描述了整个系统硬件平台的详细设计以及软件环境的搭建。并且通过对于该系统的逐步完善,使得它能应用于更多的领域,以及更好的为人民服务。
    1.2 嵌入式系统简述
    嵌入式系统是以应用为中心,以计算机为主体的专用计算机系统。并且软硬件可裁剪,适应应用系统对可靠性、功能、成本、体积等严格要求的专用计算系统。国内对于嵌入式的定义具体有:“嵌入”、“计算机”、“专用”等基本的主要特征。
    1.2.1 嵌入式系统的特点
    由于嵌入式系统主要应用于特定的环境当中,针对专一的用途来设计的系统,所以它的软件和硬件环境都必须要做到功能性强,效率高,够简洁,最终的目的就是使用最少的资源实现更高的功能,与传统的计算机系统相比,嵌入式系统具有以下优点:
    1)系统精炼,简洁
    大多数的嵌入式系统都具有功耗低、集成度高、体积小、成本较低等优点。因为资源有限,所以也要适当的对于内核进行裁剪。
    2)专用性强
        对于开发嵌入式系统来说,每个嵌入式系统都是针对于特定的功能来开发的。软件和硬件结合的非常紧密。一般来说,需要对于特定的硬件环境来进行系统的裁剪和移植。针对不同的系统也要搭建不同的编译环境。
    1.2.2 嵌入式系统的硬件
    嵌入式系统的硬件为嵌入式软件提供了基础的物理平台,是嵌入式软件基础的运行平台。它由几大部分组成:嵌入式微处理器、存储器、I/O设备、通信与扩展接口。在实际的项目中,嵌入式硬件环境搭建时非常简便,这就使得省略了一些繁琐的问题,除了微处理器和一些基本的外围电路以外,大多数电路都可以进行量身裁剪。
    嵌入式系统最核心的部分就是嵌入式微处理器,并且这些年都针对嵌入式微处理器的使用进行着优化,并且主要的发展方向就是体积小、功耗低,专用性强等特点。
    1.2.3 嵌入式系统的软件显示器
    嵌入式软件是整个嵌入式系统的核心,一般包括三层:实时操作系统、设备驱动、应用层。由于嵌入式硬件的可裁剪性,嵌入式的软件也能被裁剪。
    实时操作系统:嵌入式系统家族中大部分都是实时的操作系统,其简称为:RTOS。RTOS的优点就是可靠性高,并且实时性强。将中断、CPU时间、I/O接口等其他的资源都集中起来,留给用户API接口,并且根据任务的优先级设置响应时间,以便于按照任务的优先级来执行程序。
    结论
    通过对于Linux嵌入式系统的了解和学习,最终设计并且完善了一个基于ARM的图像采集系统,本系统中使用了三星公司生产的S3C2440芯片。构建了基于Linux操作系统的ARM开发平台,起初,设计了该图像采集系统的整体框架,分别对电源、ARM处理器,存储器进行了设计和选择,搭建整个嵌入式系统硬件平台,之后就是在PC端的Linux虚拟机下搭建交叉编译环境,并且对Linux的内核进行了配置,在本文有详细的介绍。内核编译和配置之后,和yaffs文件系统一并烧写到开发板上,最初的整个软硬件平台基本已经搭建完成了。
    最初,对于整个嵌入式系统还不是很了解,所以在搭建该系统时,遇到了很多的困难。
    开始的时候就是根据天嵌公式提供的开发板配套资料,进行一点一点的了解整个嵌入式系统,并且当中遇到困难的时候也及时和我的导师沟通,通过这些方式使我对整个嵌入式系统有了充分的了解。学习到了怎样搭建Linux系统、搭建交叉编译环境、内核的编译和配置以及整个嵌入式平台的搭建。
    软件环境的搭建也是非常重要的,因为整个图像采集系统需要视频驱动V4L2,首先要对V4L2驱动的整体框架有一个大概的了解,其次就是要对各个函数的功能进行了解,方便于使用V4L2,其中较难理解的就是各个函数参数的配置。
    参考文献
    [1] 作者:(印度)卡莫尔,编著,陈曙晖,嵌入式系统:体系结构、编程设计,清华大学出版社2005-5-1。
    [2] 作者:孟宪元,编著,钱伟康,FPGA嵌入式系统设计 ,电子工业出版社20071001。
    [3] 作者:(美)诺尔加德,编著,马洪兵,谷源涛 ,嵌入式系统硬件与软件架构,人民邮电出版社20080201 
    [4] 作者:杨宗德,嵌入式ARM系统原理与实例开发,北京大学出版社20070901 
    [5] 作者:李善平,刘文峰,王焕龙,Linux与嵌入式系统(第2版),清华大学出版社20060301
    [6] 作者:(美)博韦,西斯特,编著,陈莉君,张琼声,张宏伟等,深入理解LINUX内核(第三版),中国电力出版社20070901 
    [7] 作者:(美)科波特,编著,魏永明,耿岳,钟书毅,Linux设备驱动程序(第三版) ,中国电力出版社20060101 
    [8] 作者:何宗键,Windows CE嵌入式系统 ,北京航天航空大学出版社20060901 
    [9] 作者:程昌南,方强,ARM Linux入门与实践,北京航空航天大学出版社,2008
    [10] 作者:周立功,陈明计,陈渝,ARM嵌入式Linux系统构建与驱动开发范例,北京航空航天,2005
    [11] 作者:宋宝华,Linux设备驱动开发详解,北京人民邮电出版社,2011
    [12] 作者:曾宏安,嵌入式linux C语言开发,北京人民邮电出版社,2009
    [13] 作者:徐千洋,Linux C函数库参考手册,中国青年出版社,2002
    [14] 作者:李现勇,Visual C++串口通信技术与工程实践,人民邮电出版社,2004
    [15] 作者:田泽,嵌入式系统开发与应用,北京航空航天大学出版社,2005

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