2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
硬件設(shè)計上，本系統(tǒng)采用ARM微處理器S3C2440芯片作為主控芯片，系統(tǒng)為存儲擴(kuò)展了128MB的NANDFLASH和64MB的SDBAM，這樣可以更好的儲存視頻信息。系統(tǒng)的外圍擴(kuò)展模塊包括通用USB攝像頭、GPS模塊、3G模塊和LCD顯示屏。系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示。

2．1 主控芯片的選擇
本系統(tǒng)設(shè)計的監(jiān)控終端要求多路傳輸，實時性強(qiáng)，低功耗等特點。因此本系統(tǒng)的主控芯片選擇了內(nèi)核為ARM920T的ARM9處理器。由于S3C2440芯片應(yīng)用比較廣泛，片內(nèi)資源豐富，資料齊全，價格適中，所以選擇它作為系統(tǒng)的微處理器。該處理器是一款基于RISC的32位微處理器，工作頻率為400 MHz，最高可達(dá)533 MHz，滿足了舉系統(tǒng)對處理速度的要求，同時該處理器還集成了豐富的通信接口和控制器，有效地降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，為系統(tǒng)開發(fā)提供了良好的硬件平臺。
2．2 攝像頭模塊的選型與連接
文中采用的是動態(tài)視頻形式的監(jiān)控方式。選用的是網(wǎng)眼V2000攝像頭，其圖像傳感器和數(shù)字信號處理芯片為Omnivision公司的OV7620和OV511它的成像速度快、圖片質(zhì)量高、成本低，具有良好的通用性。其采用USB接口，不需要視頻卡，可即插即用，使用方使，圖像精晰連貫，馬賽克比率低。為視頻的良好錄制提供了可靠的硬件基礎(chǔ)。網(wǎng)眼V2000攝像頭通過其USB接口直接與CPU上集成的USBHost接口相連。
OV7620是一款高集成度、高分辨率的彩色圖像傳感器。其分辨率為640x480，傳輸速率可達(dá)30幀／秒。OV7620的控制采用SCCB(Serial Camera Control Bus)協(xié)議，可利用其SCCB(Serial Camera Control Bus)接口完成對它的有關(guān)設(shè)置和讀取圖像數(shù)據(jù)。
OV511是攝像頭的主控芯片，其片內(nèi)的高性能壓縮引擎可使圖像的壓縮比達(dá)到7：1，保證了從圖像傳感器到主控制器的快速圖像傳輸。
2．3 GPS模塊的選型與連接
本系統(tǒng)的GPS模塊采用的是HOLUX的GB-87模塊。該模塊支持NMEA0183協(xié)議，支持V3．3-V5．5電壓輸入，TTL接口電平，波特率可置。在本系統(tǒng)中，GR-87模塊通過6PIN排線與主板相連，1腳為電源輸入腳，接5 V電源，2、3腳為GPS模塊的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，5腳接地。工作時，GPS模塊串口2與主控制器S3C2440進(jìn)行通信，通過設(shè)置模塊定時輸出GPS定位數(shù)據(jù)，由主控制器對GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取出經(jīng)緯度，時間等有用信息，為自動報站及正點考核提供可靠數(shù)據(jù)，保證報站及正點考核功能的實現(xiàn)。
2．4 3G模塊的選型與連接
根據(jù)無線接口技術(shù)的不同，現(xiàn)有3G技術(shù)可以分為聯(lián)通的WCDMA技術(shù)，電信的CDMA2000技術(shù)和移動的TD-SCDMA技術(shù)?？紤]到傳輸帶寬、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、實用性等因素，本系統(tǒng)采用電信CDMA2000作為無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，采用中興公司的MC8630模塊作為視頻數(shù)據(jù)傳輸模塊。MC8630模塊具有語音、短信、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和GPS等功能，工作頻段為800MHz，通過雙天線接收分集技術(shù)和均衡技術(shù)，上行速率最高可達(dá)3．1 Mbit／s下行速率最高可達(dá)3．1 Mbit／s?？梢酝ㄟ^USB接口將MC8630模塊連接到MIN2440(S3C2440為主芯片的開發(fā)板)處理器上，實現(xiàn)封裝后的視頻數(shù)據(jù)傳輸。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
目前常見的嵌入式操作系統(tǒng)主要有WinCE、Linux、Vxworks等幾種。其中Linux操作系統(tǒng)的源碼完全開放。由于其自身具有高效穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)資源豐富、內(nèi)核小、執(zhí)行速度快，可移植性好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域。所以，選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為本系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺。
在軟件設(shè)計方面，首先需要在單片機(jī)和PC機(jī)之間建立交叉編譯環(huán)境，用來編譯引導(dǎo)程序和Linux內(nèi)核。然后完成引導(dǎo)程序Bootloa der的移植；配置和編譯Linux內(nèi)核；制作根文件系統(tǒng)以及底層驅(qū)動程序。最后，通過編寫上層應(yīng)用程序完成圖像采集、GPS信息采集、3G傳輸?shù)裙δ?。下面幾?jié)詳細(xì)的介紹了幾個主要程序的設(shè)計思想。
3．1 圖像采集程序
在視頻采集方面，本文采用的攝像頭是網(wǎng)眼V2000，它是一款是以ov511為主控芯片的攝像頭。選用它的原因是由于Linux內(nèi)核自帶ov511驅(qū)動，所以不用再自己編寫攝像頭的驅(qū)動程序，只需在定制內(nèi)核的時候選中即可。為開發(fā)節(jié)省了時間。
當(dāng)Linux系統(tǒng)正常啟動后，插上V2000攝像頭，如果成功加載驅(qū)動，將為攝像頭在／dev／v41／目錄下創(chuàng)建設(shè)備文件device0，上層應(yīng)用程序即可通過此設(shè)備文件訪問攝像頭，實現(xiàn)拍攝圖像的功能。嵌入式系統(tǒng)平臺已搭建成功，要實現(xiàn)實時地獲取圖像，就需要利用V4L(Vidio For Linux)編程接口實現(xiàn)圖像采集程序了?？紤]到攝像頭采集的640x480的RGB圖像數(shù)據(jù)量較大，這里用圖像壓縮函數(shù)put_image_jpeg將圖像轉(zhuǎn)化為JPEG格式，這樣存儲時就減少了占用的NandFlash空間，同時通過3G網(wǎng)絡(luò)回傳監(jiān)控中心時，也減少了傳輸費用和確保傳送成功。