基于Linux和CDMA無線網絡技術實現遠程數據傳輸系統的設計

1 引言

CDMA（碼分多址）無線網絡具有覆蓋面廣，高效、低成本的特點，CDMA網絡的數據傳輸速率可達200kb/s，這里開發的嵌入式遠程視頻監控系統就是充分利用CDMA無線網絡技術和嵌入式系統的特點而搭建的數據傳輸系統，特別適合邊遠偏僻或不具備常規網絡傳輸條件的地方使用，例如車載視頻監控系統、交通路口（車牌實時監視）及城市路燈的監控等。

2 嵌入式linux系統

嵌入式系統是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應對功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴格的專用計算機系統，目前嵌入式系統已經無處不在，從汽車、家用微波爐、PDA（個人數字助理）、電視機、到工控生產現場、通信、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產品方面，都能發現嵌入式系統的蹤影。

Linux本身作為一個桌面系統，其最大的特點是操作系統源代碼公開并且遵循GPL協議，其內核采用模塊化的設計，易于裁減，特別適合嵌入式系統的小型化要求，在嵌入式系統中占據了半壁江山。

本監控系統選用的處理器是SAMSUNG公司的一款中高端ARM9內核的CPU-S3C2410，其內建有MMU（內存管理單元），主頻可達到203MHz，運行嵌入式Linux2.4系統正好如魚得水，不但保持了嵌入式系統小型化、低功耗、易攜帶的特點，又充分利用了Linux系統的內存、文件、線程管理功能，大大方便了程序的開發和程序中多任務功能的實現。

3 監控系統結構

監控系統一般可分為實時監控和觸發模式監控兩種，可以根據具體的情況設計合適的監控方式，如果采用實時監控，將占用較多網絡資源，成本相對較高，采用觸發模式的運行成本較低，這里采用觸發模式，監控系統結構見圖1。

當遇異常情況后，觸發監控終端拍攝圖片，同時其內部的嵌入式控制模塊和CDMA模塊協同運作，完成Internet的接入（包括撥號、PPP和CTP/IP協議的處理等），并把拍攝到的圖片數據經打包后發送給控制中心主機，或發送給指定的E-mail地址，控制中心主機登錄到Internet上后運行服務器端軟件就可以瀏覽由監控點發來的圖片。

4 硬件系統設計

要能夠正確運行一個操作系統，硬件方面至少應該包括CPU、內存和固態存儲器、系統內部總線以及外設接口，具體硬件系統結構見圖2。

SAMSUNG公司的S3C2410 CPU具有3個UART、1個RTC和觸摸屏接口，還具有I2C總線、USB Host、USB Device等接口，充分滿足了系統的需要，而且性價比極高，是一個很不錯的選擇。

由于剪裁后的Linux系統所占得存儲空間非常?。ㄖ挥袔譓B），我們選擇Nor Flash作為固體存儲器，型號是E28F128J3A150，容量為16MB，通過16位數據總線與CPU交換數據，并利用其上端8MB空間（00800000H-00ffffffH）開辟了一個jffs2文件存儲系統，存儲系統的配置文件。64MB的SDRAM為2片K4S561632C，通過32位數據總線與CPU交換數據。

通過MAX3232C電平轉換芯片和RTL8019網絡芯片轉換成一個RS-232接口和一個以太網接口，用串口線和以太網網線與PC機相連，組成可以交叉編譯的開發環境。通過CPU上集成的USB Host接口直接與USB攝像頭連接，考慮到監控與控制模塊接口的要求，選用USB1.1接口的紅外線攝像頭。通過CPU上集成的UART接口直接與CDMA Modem模塊相連接，選用價格適中的AnyData公司的DTGS-800 CDMA模塊。

5 軟件系統設計

5.1 控制終端程序設計

控制終端軟件的核心是嵌入式linux操作系統，一切功能的實現都基于Linux操作系統完成，Linux本身作為一個桌面系統，進入嵌入式操作系統領域時，需要解決的問題主要包括硬件支持、提供二次開發的環境以及小型化（裁減內核）等，小型化的目的是在滿足操作系統基本功能和用戶特定需要的情況下，使內核盡可能小，作為一個操作系統，Linux內核主要負責程序的管理與調度、內存的管理及對外設的驅動和管理等，由于Linux內核采用模塊化的設計，很多模塊可以獨立地加載或卸載，所以小型化就是對Linux內核重新編譯，在編譯時仔細地選擇嵌入式設備所需要的功能模塊，同時刪除不需要的功能，這里只需要串口驅動、USB攝像頭接口驅動（包含USB Host，USB Core和USB Device）還有撥號網絡應用，還要支持PPP、TCP/IP網絡協議，其他都可以刪除掉，使系統運行所需要的內核顯著減小至1Mb以內。

具體程序設計包括Bootloader啟動代碼、設備驅動程序（USB攝像頭接口驅動程序、串口驅動程序）、撥號、PPP及TCP/IP協議處理，監控接收轉發控制程序等?？刂屏鞒倘鐖D3所示。

a）系統加電后復位。

b）Bootloader初始化CPU、SDRAM、分配地址空間等。

c）Bootloader把Linux內核的壓縮文件解壓到SDRAM中，同時把控制權從Bootloader移交到Linux。

Linux的內核有兩種運行方式可供選擇?？梢栽贔lash存儲器上直接運行，也可以加載到內存中運行。Flash存儲器運行方式就是把內核的可執行映像燒寫到Flash存儲器上，系統啟動時從Flash存儲器的某個地址開始運行內核，進入SDRAM繼續運行，這種做法能減少內存需要，實際上很多嵌入式系統都采用這種方法，內存加載方式把內核的壓縮文件存放在Flash存儲器上，系統啟動時自動讀取壓縮文件并在內存中解壓，然后開始執行，這種方式相對較復雜，但運行速度更快，我們采用的就是這種方式。

d）開始執行SDRAM中的代碼，Linux內核初始化，完成堆棧，中斷的分配等。

e）加載串口驅動模塊和USB攝像頭驅動模塊，完成串口和USB口的初始化。

f）運行PPP撥號程序，通過CDMA網絡與Internet進行連接，在Linux下的PPP包是專門為解決Modem撥號上網問題而編寫的，并且是公開源代碼的，PPP撥號腳本程序主要是通過調用pppd和chat這兩個應用程序，并通過AT指令實現對Modem的操作。

至此，已經建立了從圖像采集到圖像傳輸的完整的嵌入式監控系統，但是，作為一個嵌入式操作系統，他是為某一專門的用途而設計的。運行不同的用戶應用程序，就可以實現用戶要求的不同功能，生動地體現了嵌入式系統的靈活性。

我們運行的用戶程序是一個無限循環的過程，控制終端在不斷等待拍照請求，通過比較識別認為有請求后，CPU通過USB攝像頭驅動控制攝像頭拍照，同時接收圖片并發送控制中心，或通過SMTP協議，發送到指定的Email地址，完成一次請求。

5.2 控制中心

服務器程序設計服務器端軟件實現的主要功能是接收、保存和重顯由嵌入式終端發送過來的監控圖片，控制中心主機通過撥號、帶寬上網等方式登錄到Internet上，注意必須申請一個靜態IP地址，使主機每次登錄到Internet所獲得的IP地址（互聯網IP地址）不變，主機登錄Internet后，即可運行服務器端軟件，服務器端程序設計主要包括網絡通信、接收圖片、保存圖片、即時重顯圖片和察看圖片，用戶通過此軟件可以方便地瀏覽由控制終端發來的圖片。另一種方案是不設置控制中心服務器，控制終端抓怕到的圖片直接發送到指定的Email地址，這種方案容易管理，只需定期查收Email，清除Email存儲空間即可，運行成本很低，但可靠性差。

6 結束語

利用無線網絡與IT技術對傳統監控領域進行革新，是市場的需要，在這個過程中，嵌入式系統因其體積小、處理能力強、支持網絡服務等功能，無疑扮演了重要角色。

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