嵌入式Linux的影象採集與顯示
本文使用的系統平臺硬體功能框圖如圖1所示,該平臺採用Samsung公司的處理器S3C2410。該處理器內部集成了ARM公司ARM920T處 理器核的32b微控制器,資源豐富,帶獨立的16kB的指令Cache和16kB資料Cache,LCD控制器、RAM控制器,NAND快閃記憶體控制器,3路 UART、4路DMA、4路帶PWM的Timer、並行I/O口、8路10位ADC、Touch Screen介面,I2C介面,I2S介面、2個USB介面控制器、2路SPI,主頻最高可達203MHz。在處理器豐富資源的基礎上,還進行了相關的配 置和擴充套件,平臺配置了16MB 16b的FLASH和64MB 32位的SDRAM,通過乙太網控制器晶片
2 嵌入式Linux簡介
Linux作業系統具有相當多的優點,他的核心穩定、功能強大、支援多種硬體平臺、 原始碼完全開放,可裁減和低成本的特性非常適合於嵌入式應用,並且Linux本身直接提供完整的TCP/IP協議,可非常方便地進行網路應用。但 Linux核心本身不具備強實時性,且核心體積較大,而且嵌入式系統的硬體資源有限,因此把Linux用於嵌入式系統,必須對Linux進行實時化和嵌入 式化,即通過配置核心,裁減shell和嵌入式C庫對系統定製,使整個系統能夠存放到容量較小的FLASH中,Linux的動態模組載入,使Linux的 裁減極為方便,高度模組化的部件使新增非常容易。
整個系統軟體是在嵌入式Linux的基礎上構建的。S3C2410平臺使用的Linux核心是在Linux-2.4.18核心打上patch-2.4.18-S3C2410這個補丁後編譯而成。S3C2410平臺使用的檔案系統是yaffs,檔案系統包括應用程式、模組、配置檔案和庫等,影象的採集和顯示是建立在嵌入式Linux核心之上的,整個軟體系統如圖2所示。
通常宿主機和目標板上的處理器不同,宿主機通常為Intel處理器,而目標板如圖1所示為SAMSUNG-p.htm" rel="nofollow" target="_blank" title="SAMSUNG貨源和PDF資料">SAMSUNG S3C2410
3 基於Video4Linux的影象採集
Video4Linux是Linux中關於視訊裝置的核心驅動,他為針對視訊裝置的 應用程式程式設計提供一系列介面函式,在Linux下,視訊採集裝置的正常使用依賴於對Video4 Linux標準的支援。如果使用Video4Linux,在編譯核心時,一定要選中Multimedia Devices下的Video for Linux選項,本文針對的裝置檔案是/dev/video,使用的器件是基於OV511的USB攝像頭。在執行程式前,一定要先載入USB及OV511 裝置驅動模組,同時載入Video4Linux模組,分別使用命令:modprobe usbcore,modprobe usbohci,modprobe videodev和modprobe ov511,以確保生成裝置檔案/dev/video,若使用的Linux作業系統不支援modprobe命令,也可使用insmod命令。一般來講,基 於Video4Linux的影象採集的程式流程如圖3所示。
以下簡單介紹程式的編寫,在這裡只給出關鍵部分的實現程式碼。
首先,必須宣告包含2個頭檔案:
在獲取影象資訊後,還可根據需要改變這些資訊,例如對比度、亮度、調色盤等,具體做法是先給video_picture中相應變數賦新值,再利用VIDIOCSPICT ioct1函式。
第2部分,使用mmap方式的單幀圖象採集:
然後呼叫ioct1(grab_fd,VIDIOCSYNC,&frame)函式,該函式成功返回則表示採集完畢,採集到的影象資料放到以data為起始地址,長度為240×320×3的記憶體區域中,讀取該記憶體中的資料便可得到影象資料。
在此基礎上同樣可實現連續幀的採集,即一次採集連續多幀影象的資料, Video4Linux最多支援一次採集32幀,此時首先要設定grab_buf.frame為要採集的幀數,而每一幀的資料在記憶體中的位置為data+ grab_vm.offsets[frame],其中grab_vm為video_mbuf結構體變數的一個宣告,利用ioct1(fd, VIDIOCGMBUF,&grab_vm)便可獲得grab_vm的資訊。
4 基於FrameBuffer的圖象顯示
當Video4Linux使用mmap方式採集影象時,他總是盡最大努力將影象直接顯示在螢幕上,但並不一定能夠完成,因此一個完整的裝置應該具有影象顯示的功能,一般來講,嵌入式Linux下顯示一幅影象總共有以下幾種方法:
(1)在利用Video4Linux採集影象時,將採集到的圖象資料直接放到 FrameBuffer的記憶體對映區中,而Video4Linux也支援這種功能,利用VIDIOCSFBUF和VIDIOCGFBUF這兩個ioct1 函式,可設定和獲得struct video_buffer。但該方法並不是每個影象採集裝置都支援。
(2)進影象資料存成各種格式(例如bmp),在各種GUI軟體中,均會直接顯示不同格式的影象的函式,如MiniGui中的FillBoxWithBitmap函式。
(3)直接將影象資料寫入FrameBuffer中。
在這裡主要介紹第3種。FrameBuffer裝置是執行在Linux控制檯上的一 個優秀的圖形介面,他幾乎支援所有的硬體,提供了統一的API介面,很好地實現了硬體無關性,他可以直接操作視訊記憶體,而且還留有提供圖形加速功能的介面,運 行時不需要root許可權;FrameBuffer的裝置節點是/dev/fb*,使用者若要使用他,需要在編譯核心時選中FrameBuffer,其簡單的 使用程式如下:
從vinfo和finfo中取得視訊記憶體起始地址、解析度、色深等資訊,然後根據這些計算出需對映視訊記憶體的大小。
由此便可直接操作大小為screensize,起始地址為fbp的記憶體區域,在LCD上直接顯示影象、圖形、文字等,例如執行memset(fbp,0,screensize)將進行清屏操作。
需要注意的是,對於色深為8位或8位以下的裝置,在進行繪圖操作前還需要設定合適的 調色盤,操作調色盤要用到fb_camp結構,執行ioctl(fd,FBIOGETCMAP,&old_cmap)將儲存調色盤資訊,執行ioctl (fd,FBIO-PUTCMAP,&new_cmap)將設定新的調色盤。
以下介紹如何顯示一個象素,這裡假設LCD為24位色的。
由此便可逐一顯示每個象素,進而顯示整幅影象。
5 結語
由於Linux的驅動模型支援模組堆疊技術,核心開發者已提供了一些通用模組,因 此,雖然文中是以USB攝像頭為例,但只要針對自己的影象採集裝置編寫基於Video4 Linux的驅動程式,針對自己的LCD編寫基於FrameBuffer的驅動程式,以上的程式便可成為通用的影象採集與顯示程式。應用本文所述方法完成 影象採集與顯示工作,再加上相關的處理並接入網路,就構成了一個智慧終端裝置,可用於工廠、銀行等場合全天候的智慧監控,影象的網路通訊等,具有廣闊的是 市場和應用前景。
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