摘要： 3G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展， 手機(jī)將成為信息社會的核心樞紐， 隨時、隨地地進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測實時監(jiān)控已成為需求。本文介紹了基于Micro2440 開發(fā)板的手機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案， 前端視頻采集以ARM920t 內(nèi)核的嵌入式微處理器S3C2440 為硬件核心， 以WinCE 為嵌入式實時操作系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)采用中國聯(lián)通的WCDMA 無線網(wǎng)絡(luò)， 應(yīng)用萬維網(wǎng)作為服務(wù)器， 后端監(jiān)控系統(tǒng)驅(qū)動程序開發(fā)在Platform Builder 中完成， 應(yīng)用程序在EVC 可視化開發(fā)環(huán)境中完成。通過實驗， 證明了系統(tǒng)設(shè)計的正確與合理： 已在3G 手機(jī)中顯示圖片， 圖片清晰， 性價比高， 系統(tǒng)穩(wěn)定性好。
隨著3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展以及3G 手機(jī)各項功能的增強(qiáng)， 使得利用3G 手機(jī)實現(xiàn)隨時隨地的視頻監(jiān)控已成為可能。而嵌入式技術(shù)作為當(dāng)今IT 業(yè)的熱門技術(shù)， 各種嵌入式芯片如DSP， A RM， SOC 等被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼、安防、交通信號采集、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域［ 1］ ， 可以預(yù)見未來便攜式多功能的個人醫(yī)療數(shù)字服務(wù)終端會像手機(jī)一樣普及［ 2］ ， 用戶可以隨時隨地地將自己重要的生理信息實時、準(zhǔn)確、快速地傳送到遠(yuǎn)程醫(yī)療中心或家庭護(hù)理專家處， 從而得到醫(yī)生的專業(yè)建議和指導(dǎo)， 實現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)的應(yīng)用。文獻(xiàn)［ 3］ 中的無線監(jiān)控系統(tǒng)也用到ARM9 芯片和WinCE 操作系統(tǒng)， 但對軟件設(shè)計部分論述不清晰， 文獻(xiàn)［ 4］ 論述的基于ARM 的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)只介紹了簡單的硬件結(jié)構(gòu)和程序流程圖， 沒有給出實驗結(jié)果， 文獻(xiàn)［ 5］ 只給出了仿真圖， 文獻(xiàn)［ 6］ 論述的基于3G 的手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)也只介紹了簡單的系統(tǒng)框圖和應(yīng)用實例， 并沒有實驗結(jié)果， 文獻(xiàn)［ 7］ 和文獻(xiàn)［ 8］ 均采用ARM9 內(nèi)核嵌入式芯片， 且采用Linux 操作系統(tǒng)，但是都沒有實驗驗證， 且主要論述的是Linux 內(nèi)核編譯。本文設(shè)計一種基于ARM9 芯片的3G 手機(jī)嵌入式視頻采集系統(tǒng)， 該系統(tǒng)與參考文獻(xiàn)［ 3-8］ 所論述的視頻采集系統(tǒng)相比， 具有體積小、能耗低、更新維護(hù)方便、開發(fā)難度低等特點。
1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的硬件平臺實物如圖1， 鑒于系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性， 本系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計原則， 整個系統(tǒng)的視頻采集系統(tǒng)硬件由3 個部分構(gòu)成。
圖1 硬件平臺實物
1. 1 微系統(tǒng)核心模塊
該模塊是由嵌入式微處理器S3C2440A， NANDFALSH 接口電路、SDRAM 接口電路和總線接口電路組成。S3C2440 是三星公司基于ARM920T 內(nèi)核的32 位RISC 微處理器芯片， 為手持設(shè)備及一般類型的應(yīng)用提供低價格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。采用了新的總線架構(gòu)AMBA， 其內(nèi)核還實現(xiàn)了MMU， Har vard 高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。另外其加強(qiáng)的ARM 體系結(jié)構(gòu)MMU 支持WinCE， Linux 和EPOC32等操作系統(tǒng)［ 9］ ， 支持ARM 調(diào)制體系結(jié)構(gòu)， 支持從NAND FLA SH 存儲器啟動。而且， 它還集成了豐富的片上功能， 如LCD 控制器、UART 接口、USB 主從接口、I2C 接口、CAM IF 單元等。
SDRAM 雖掉電不能保存數(shù)據(jù)， 但它有非常高的讀寫速度， 故適合主程序的運(yùn)行。本系統(tǒng)采用2 片32 MB型號為HY57V561620 的芯片級聯(lián)構(gòu)成64 MB 的SDRAM 存儲器， 該芯片的內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)是4 Banks×4M×16 b， 共4 個Bank。NAND FLASH 存儲系統(tǒng)采用三星公司的K9F1208U0M 芯片， 存儲容量為64M× 8 b。核心模塊與外設(shè)控制模塊的接口連接由總線接口實現(xiàn)。
1. 2 視頻采集模塊
該模塊采用Micro2440 開發(fā)板自帶的CMOS 攝像頭接口， 直接使用友善之臂提供的CAM130 攝像頭模塊， 該模塊由一個130 萬像素的CMOS 圖像傳感器OV9650 及其接口電路、電源電路組成。選擇CMOS傳感器是因為它有集成度高、體積小、功耗低、編程方便、易于控制、成本低等優(yōu)點， 并且該類型的傳感器正向低噪聲和高靈敏度等方向發(fā)展， 故CMOS 傳感器是目前低像素圖像采集系統(tǒng)的最佳選擇。接口電路將圖像信號進(jìn)行A/ D 轉(zhuǎn)換和處理， 傳送到處理器的CAM IF。
微系統(tǒng)核心模塊通過I2C 串行總線實現(xiàn)對傳感器的控制。電源電路由電源轉(zhuǎn)換芯片A S1117 為攝像頭提供1. 8 V 和2. 8 V 電壓， 其中2. 8 V 電壓是通過可調(diào)壓芯片分壓得到（ 即為圖2 中的VDD_CAM） 。該模塊的供電電壓為3. 3 V， 與微系統(tǒng)核心模塊的供電電壓是一致的， 無需另外單獨提供。
1. 3 外設(shè)控制模塊
該模塊由LCD 與觸摸屏接口電路、JTA G 調(diào)試接口電路、U SB 主從口電路、復(fù)位電路、電源電路、RS 232串口電路等構(gòu)成。LCD 與觸摸屏接口電路用于顯示應(yīng)用程序編寫完成后采集的視頻數(shù)據(jù)、接受用戶的外部控制命令等， 起到人機(jī)接口的作用。JAT G 調(diào)試接口提供硬件調(diào)試的功能， 它遵循IEEE 11491 標(biāo)準(zhǔn)， 利用邊界掃描技術(shù)， 通過邊界掃描鏈實現(xiàn)對芯片輸入輸出信號的觀察控制。JATG 在本系統(tǒng)中的一個重要功能就是將引導(dǎo)加載程序Boot loader 燒寫進(jìn)開發(fā)板， 用于進(jìn)一步的內(nèi)核加載。USB 主口用于外接U 盤、移動硬盤和鼠標(biāo)等支持U SB 總線接口的設(shè)備， 可以擴(kuò)展存儲空間。
USB 從口則用于向系統(tǒng)燒寫WinCE 內(nèi)核文件以及系統(tǒng)與PC 機(jī)之間的通信。復(fù)位電路采用既有電源監(jiān)控和數(shù)據(jù)保護(hù)又有看門狗作用的專門復(fù)位芯片MAX811來保證系統(tǒng)出現(xiàn)異常時能可靠復(fù)位。RS 232 用于通過超級終端或DNW 工具查看Bo ot loader 程序啟動的情況以及擴(kuò)展串口通信功能。該處的電源電路提供5 V（ 為整個系統(tǒng)提供外部電源） 、3. 3 V（ 核心模塊、外設(shè)控制、圖像采集模塊供電） 和1. 3 V（ 核心模塊供電） 。
2 圖像傳感器接口電路與工作原理
攝像頭使用的是CAM130 模塊， 其中的圖像傳感器為OV9650， 該部分原理圖及接口電路如圖2 所示。
圖2 CAM130 模塊原理圖及OV9650 接口電路
OV9650 與處理器的接口包括SCCB（ 串行攝像機(jī)控制總線） 接口、數(shù)據(jù)輸出接口和控制接口等3 部分。
SCCB 接口起到傳遞處理器提供的初始化OV9650內(nèi)部寄存器參數(shù)的作用， 其數(shù)據(jù)線SIOD 和時鐘線SI-OC， 相當(dāng)于I2C 總線中的SDA 與SCL。也就是說， SC-CB 起到I2C 總線的作用。OV9650 是I2C 總線的從器件， S3C2440 是對應(yīng)的主器件。I2 C 總線采用串行方式從高位到低位傳輸字節(jié)數(shù)據(jù)， 每個字節(jié)傳輸完后， 主控制器將SDA 置為高電平并釋放， 等待從設(shè)備發(fā)送確認(rèn)信號。OV9650 內(nèi)嵌了一個10 位A/ D 轉(zhuǎn)換器， 對應(yīng)有10 個數(shù)據(jù)輸出口D［ 0： 9］ 。輸出圖像數(shù)據(jù)的格式可以為10 位原始RAW， RGB 或經(jīng)過內(nèi)部DSP 轉(zhuǎn)換的8 位RGB/ YCbCr。本系統(tǒng)選擇的微處理器芯片S3C2440的CAM IF 單元支持8 位的YU V/ YCbCr 格式， 故需將OV9650 的數(shù)據(jù)接口D［ 9： 2］ 與CAM IF 的數(shù)據(jù)口CAMDAT A［ 7： 0］ 相連接。OV9650 的XVCLK 用于接收CPU 輸出的24 MHz 的工作時鐘。OV9650 內(nèi)部產(chǎn)生的幀同步信號VSYNC、行同步信號HREF、像素時鐘信號PCLK 等3 個時鐘信號傳入ARM 芯片中， 用于控制圖像采集。每一個VSYN C 脈沖表示一幀圖像數(shù)據(jù)采集的開始， HREF 的高電平則表示采集一行圖像數(shù)據(jù)， 圖像傳感器按從左到右的順序在每個PCLK脈沖過程中依次采集一個字節(jié)的數(shù)據(jù)， 直到一幀圖像數(shù)據(jù)全部采集完成。
3 3G圖片傳輸流程
圖片傳輸流程圖如圖3 所示， 3G 手機(jī)向MINI2440開發(fā)板發(fā)送短信請求發(fā)照片， ARM9 控制中心接收到信息，發(fā)送出文件名與文件大小， TCP 服務(wù)器收到信息接收完圖片并關(guān)閉窗口， 同時向3G 手機(jī)回饋圖片已接收完畢的信息， 接著3G 手機(jī)向服務(wù)器發(fā)送請求接收照片， T CP 服務(wù)器向3G 手機(jī)發(fā)送圖片數(shù)據(jù)， 直到圖片接收完畢， 當(dāng)接收完畢， 3G 手機(jī)向服務(wù)器反饋圖片接收完畢。
圖3 3G 圖片傳輸方案
有關(guān)Micro2440 開發(fā)板發(fā)送圖片及3G 手機(jī)接收圖片的部分程序如下所示：
/ / TCP 監(jiān)聽
UINT ListenT hread（ vo id * p）
{
/ / 準(zhǔn)備接收請求
CGSMW_CameraDlg * pDlg = （ CGSMW_CameraDlg* ） p;
SOCKET s= pDlg？？> m_hSo cket;
CStr ing strFileName = temp; / / 得到文件名
st rcpy（ temp， buffer + i+ 1） ;
lo ng lFileSize = ato l（ temp） ; / / 得到文件大小；
st rFilePath= “ \ 123ARM\ ”+ strFileName; / / 進(jìn)度條操作，接收并保存文件
CFile file（ strFilePath， CFile： ： modeCreate | CFile： ： mode？？Write） ;
long iTemp = 0;
while （ 1）
{
rcv = r ecv （ s， buffer， 1024， 0） ;
if （ rcv = = 0）
{
break;
}
file. Wr ite（ buffer， rcv） ;
iTemp + = rcv ;
}
file. Close（ ） ;
send（ s， “ ［ ！ %］ ” ， 4， 0） ; / / 發(fā)送接收文件結(jié)束請求
int ret1= send（ pDlg> m_hSo cket， buffer， iSize， 0） ;
/ / 發(fā)送文件的名稱和大小
/ / 發(fā)送文件
if （ iEnd= = SOCKET_Error）
{
strError. Format（ _T（ “ Send File： %d”） ， er ro r= WSAGetLast Error（ ） ） ;
AfxM essag eBox （ strErr or） ;
break;
}
iT mp + = iEnd;
pDlg> m_pro gr ess. Set Pos（ iTmp） ;
Sleep（ 10） ;
/ / 判斷發(fā)送是否成功、結(jié)束處理
if （ iTmp = = lFileSize）
{
}
CSt ring st rTemp= “發(fā)送文件結(jié)束” ;
/ / 回復(fù)對方接收完畢
pDlg> SendMessag e（ NULL， NULL） ;
pDlg> m_cState. SetWindowTex t（ st rTemp） ;
/ / shutdow n（ ） ;
ExitThread（ 0） ;
return 0;
4 應(yīng)用軟件設(shè)計及實驗結(jié)果
操作系統(tǒng)與硬件平臺間采用虛擬串口進(jìn)行通信，EVC 在實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)通信中存在2 個局限性： 一是EVC 不支持串口通信控件MScomm， 另一個是WinCE不支持重疊I/ O 操作。因此， 要采用WinCE 的API 函數(shù)和多線程技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)串口通信的底層開發(fā)［ 10］ 。
Window s API 函數(shù)將串口視為文件， 對于串口的操作類似于對于普通文件的操作。在EVC 環(huán)境中， 通過調(diào)用CreateFile 函數(shù)來打開串口， 設(shè)置串口讀寫模式：
H ANDLE m _ hComm = Cr eateFile （ szPor t， GENERIC _READ| GENERIC _WRIT E， 0， NULL， OPEN _ EXISTING， 0，NULL） ;因為WinCE 不支持重疊I/ O， 所以CreateFile 的第6 個參數(shù)不能設(shè)置為： FILE _ FLAG _ OVER _LAPPED， 這里設(shè)置成通用常數(shù)“ 0”， 否則串行通信處理將被系統(tǒng)信息阻塞。
打開串口以后， 可以使用串口初始化函數(shù)SetCommState（ ） 來獲取串口當(dāng)前的配置， 如串口號、波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位等：
BOOL CGSM W_CameraDlg： ： OpenPo rt （ UINT port No ， / * 串口號* /
UINT baud， / * 波特率* /
UINT parity， / * 奇偶校驗* /
UINT databits， / * 數(shù)據(jù)位* /
UINT sto pbits / * 停止位* / ）
初始化緩沖區(qū)的信息：
Purg eComm（ m _ hComm， PURGE _ TXCLEAR | PURGE _RXCLEAR） ;
m _ hReadCloseEv ent = CreateEvent （ NULL， T RUE，F(xiàn)ALSE， NU LL） ;
m_ hReadT hread = Cr eateThread （ NU LL， 0， ReadT hr ead Func， this， 0， & m_dw ReadT hreadID） ;
應(yīng)用程序開發(fā)是在EVC 集成開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行的。
用EVC 的AppWizard 向?qū)Ы⒒贛FC 的對話框程序架構(gòu)， 在進(jìn)行頁面布局“圖像顯示區(qū)域”、“初始化”、“接聽”、“撥號”、“掛機(jī)”等按鈕后， 為各種按鈕添加各種消息響應(yīng)時間以及完成對各按鈕進(jìn)行的設(shè)置， 以響應(yīng)用戶期待的命令。“初始化”按鈕是進(jìn)行3G 網(wǎng)絡(luò)的初始化。“接聽”按鈕就是響應(yīng)3G 手機(jī)發(fā)送給開發(fā)板的命令，“撥號”按鈕所需進(jìn)行的設(shè)置有對方號碼、撥號時發(fā)送的消息以及服務(wù)器IP 和端口號， 設(shè)置完這些就可進(jìn)行撥號等待響應(yīng)了；“掛機(jī)”按鈕實現(xiàn)退出應(yīng)用程序和關(guān)閉攝像頭驅(qū)動的功能。實現(xiàn)這些按鈕的單擊事件響應(yīng)函數(shù)的添加是比較容易的， 在EVC 環(huán)境中直接雙擊按鈕， 進(jìn)入代碼編輯區(qū)就可進(jìn)行編程調(diào)試。這里給出“初始化”和“撥號”按鈕的部分代碼， ……后面為省略的部分。
OpenPor t（ 7， 115200） ; / / AT Com
if （ m_hComm ！ = INVALID_H ANDLE_VALU E） / / 如果初始化按鈕被按下
{
/ / 3G 初始化
UpdateData（ TRUE） ;
SendCommand（ “ATE0\ r\ n” ） ; / * 取消回顯命令* /
…}
else
{
st r = “WCDMA 沒有連接上”;
Messag eBox （ st r） ;
return;
}
…
CStr ing str （ “AT D”） ;
UpdateData（ TRUE） ;
m_hut. EnableWindow（ TRUE） ;
st r+ = m_RecvTele;
st r+ = “ ; \ \ r\ \ n”;
UpdateData（ ） ;
SendCommand（ str ） ; / * 讀取SIM 中的第一條短信* /
…
系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)完成之后， 在3G 手機(jī)應(yīng)用程序中打開手機(jī)主控端軟件， 單擊 初始化按鈕完成 撥號前的設(shè)置， 將信息發(fā)送給Micro2440 開發(fā)板， 等待響應(yīng)，順利地采集圖片并最終顯示到3G 手機(jī)上， 圖4 為3G手機(jī)主控終端軟件界面及圖片顯示結(jié)果。
5 結(jié) 語
該系統(tǒng)實現(xiàn)基于ARM9 平臺和WinCE 操作系統(tǒng)，通過CMOS 攝像頭采集現(xiàn)場照片信息， 然后通過WCDMA 無線網(wǎng)絡(luò)連接到萬維網(wǎng)服務(wù)器， 手機(jī)端設(shè)計出滿足條件的軟件， 最終在3G 手機(jī)上實現(xiàn)圖片監(jiān)控的功能。該系統(tǒng)具有實時性較好、成本較低、便于攜帶等優(yōu)點， 非常適合在安保、交通、手持設(shè)備、家電、學(xué)校巡防等方面的應(yīng)用， 它是實現(xiàn)視頻監(jiān)控部分的重要組成部分。
目前只實現(xiàn)了圖像的傳輸及在3G 手機(jī)上的顯示， 視頻部分的傳輸顯示， 由于時間原因， 還暫時沒有完成。下一步將采用合適的視頻壓縮編碼算法如H. 264，MPEG4 編解碼技術(shù)， 實現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。
圖4 3G 手機(jī)主控終端軟件界面及圖片顯示結(jié)果
參考文獻(xiàn)
［ 1］ 喻亮。 嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征與研究概況［ J］ 。 企業(yè)科技與發(fā)展， 2010（ 8） ： 55-57.
［ 2］ 謝園園， 孫發(fā)勤。 基于嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)終端的設(shè)計與模擬實現(xiàn)［ J］ 。 金陵科技學(xué)院學(xué)報， 2006， 22（ 3） ： 34-36.
［ 3］ 許雪梅， 郭遠(yuǎn)威， 吳愛軍， 等。 基于嵌入式Window s CE50 的無線監(jiān)控系統(tǒng)研究［ J］ 。 現(xiàn)代電子技術(shù)， 2009， 32（ 2） ： 25-29.
［ 4］ 趙曉軍， 任明偉， 蘇海霞， 等。 基于ARM 的嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)［ J］ 。 微型機(jī)與應(yīng)用， 2010， 29（ 16） ： 54-56.
［ 5］ 查婧， 劉波， 曹劍中。 嵌入式視頻采集與網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)［ J］ 。電子器件， 2009， 32（ 3） ： 646-648.
［ 6］ 李伶， 李太君。 基于3G 的手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)［ J］ 。 通信技術(shù)，2010， 43（ 9） ： 130-132.
［ 7］ 焦鉻， 易小波， 李仁發(fā)。 基于嵌入式Inter net 的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計［ J］ 。 計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展， 2009， 19（ 5） ： 176-179.
［ 8］ 錢華明， 劉英明， 張振旅。 基于S3C2410 嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計［ J］ 。 計算機(jī)測量與控制， 2009， 17（ 6） ： 1132-1134.
［ 9］ 王靜。 基于S3C2440 和TCP/ IP 網(wǎng)絡(luò)的紅外線圖像采集和處理系統(tǒng)［ D］ 。 南京： 南京理工大學(xué)， 2008.
［ 10］ 劉慶亮， 劉建成。 WinCE 下多線程串口通信在導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用［ J］ 。 軟件導(dǎo)刊， 2010， 9（ 3） ： 77-79.
［ 11］ 李文新， 王廣龍， 陳建輝， 等。 基于WinCE 的數(shù)字羅盤集成電路I2 C 驅(qū)動程序開發(fā)［ J］ 。 電子測量技術(shù)， 2009， 32（ 10） ：73-76.