车载移动视频通信控制系统的研究与实现

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0 引言
随着我国城市化水平逐渐提高，城市轨道交通在我国大、中型城市得以迅速的发展。城市轨道交通以其便利快捷, 已日益成为市民出行的首选交通工具。为保证城市轨道交通系统能可靠、安全、高效运营，并有效的传输地铁运营、维护、管理相关的语音、数据、图像等各种信息，就必须建立可靠地、易扩充的、独立的通信网。本文的车载移动视频系统正式建立在这样一个可靠地、易扩充的、独立的通信网上，在列车与地面中心之间传递视频监控信息、车载CCTV 等语音、视频业务。本文设计利用linux 系统在U 盘上构建便携式移动系统作为车载移动视频通信控制系统，满足了其可靠性高、占用空间少、易于维护的需求。
1 系统架构
本文是在debian6.0 的系统基础上，通过live-build 的软件构建基本的linux 系统后，将SquashFS 文件系统镜像挂载，使用chroot 转入基本系统，完成车载移动视频通信控制系统的后续搭建。
车载移动视频通信控制系统构成如图，由以下几部分构成：启动引导管理器：系统选用GRUB-2 作为驱动管理器。
GRUB-2 是新一代的GRUB，与上一代相比GRUB-2 不同于GRUB 的单一内核结构，GRUB-2 的功能分布在小模块中，并且能在运行时动态的装载和卸除。
内核：选用kernel moudule 2.6.32 的基础上进行修改，提供了对主板、显卡、网卡、声卡、存储器、USB 设备等驱动的支持，同时添加一些需要用到的文件系统的支持（如 S q u a s h F S 和AUFS），初始化辅助系统文件中如用到了其它文件系统则也需要内核的支持。
基本linux 系统：选用SquashFS 作为文件系统，作为一种镜像文件系统，镜像文件不能直接被使用，linux 的辅助系统可以将需要的镜像文件还原成一个完整的，最终的系统，以保证最终系统的运行。
图形桌面系统：选用GNOME 作为桌面环境，同时安装车载数据监控程序，network-manager 网络管理器等一系列的软件。

图1

2 系统驱动引导
首先PC 上电后固化在主板上的BIOS，BIOS 开始对基本硬件设备的状态进行初始化，然后根据BIOS 设置选择用于驱动的设备，当驱动设备可用时执行设备固定位置的代码。BIOS 根据寻找U 盘的驱动扇区，如果没有引导信息，就会去查询下一个可驱动的设备，如果找到引导信息并加载成功后就交给引导程序继续继续执行。本文选用的是GEUB 引导程序，GRUB 会去U 盘查找grub.cfg 文件并按照设置进行显示或装载内核引导。Linux 内核获得驱动权后将完成后续的引导过程。
3 系统实现
3.1 内核定制
在U 盘上构建linux 系统不同于一般使用硬盘安装的系统，需要根据情况定制内核，内核必须支持的功能：初始化辅助系统、内存磁盘、回环设备、SquashFS 文件系统、aufs 文件系统、U盘设备的支持。这些支持中除了AuFS 文件系统外都已经在标准的内核中提供了相应选项。AuFS 文件系统目前还未进入到标准的Linux 内核中，需要手动为linux 内核安装AuFS 补丁。
内核源代码已经支持Aufs 文件系统了，但还需要配置内核使用状态。
在内核源代码目录中使用如下命令：make menuconfig
进入配置界面，设置为编译进内核的方式。
3.2 启动方式
本文启动器采用GRUB-2，采用镜像文件系统启动系统，镜像文件系统的特点是系统不直接以目录的形式存放在U 盘中，而是采用将整个系统制作成镜像文件放在U 盘中，启动过程通过辅助系统进行挂载，再启动进入系统中。这种方式非常适合不能存放完整的linux 系统目录结构的文件系统，如FAT32（linux 系统中称为VFAT）文件系统，制作系统时只要把内核、辅助文件系统、系统文件镜像等少数文件复制到U 盘上就可以了。
将linux 系统中的所有的目录和文件打包成SquashFS 镜像文件, 接着将GRUB-2 安装到U 盘指定分区的/boot/grub 目录中打开grub.cfg 文件，设置：
　　　　set default=0
　　　　set timeout=5
3.3 系统存储方式
本文采用U 盘空间存储方式，U 盘空间存储方式使用AuFS文件系统将U 盘的文件系统与镜像文件中的文件系统合并生成最终提供给用户使用的系统。U 盘空间存储方式在U 盘中专门创建一个用于存放AuFS 数据的目录，辅助系统将该目录与系统用AuFS 进行合并，合并后的系统作为正式使用的系统进行启动，用户对系统的任何操作将通过AuFS 保存到U 盘的专用目录中，下次启动时，由AuFS 负责重新合并U 盘目录与系统。由于系统是镜像文件系统，而在测试环境下需要对系统某些文件进行修改。
3.4 U 盘设备启动过程中的特殊处理
使用U 盘作为启动设备有一个不同于硬盘设备的特殊情况要去处理,USB 设备无法快速的准备就绪，往往U 盘被识别出来需要一段时间，这段时间往往内核已经完成了自身的初始化启动，此时内核需要挂载U 盘来继续启动，而此时U 盘还未被识别出来致使内核无法找到U 盘，最终导致失败。为了解决U 盘识别速度较慢的问题，linux 内核引入了一个“rootdelay”参数，该参数用于设置内核初始化启动完成后的等待时间，时间以秒为单位。在grub.cfg 中添加：“rootdelay=10”，表示等待10s 后进入下一个启动环节，等待的时间可使U 盘准备就绪，linux 内核便能正常的使用引导分区，继续进行引导过程。
4 结论
本文在利用linux 系统在U 盘上构建便携式移动系统作为车载移动视频通信控制系统，并成功加载车载控制模块。该系统该系统对配置要求较低，256M 以上内存、1G 以上的硬盘空间已经可以顺利的加载车载控制模块，并进行语音视频的传输，系统启动时间，按配置不同，需25s-40s。重启后可以完全恢复之前配置。根据定制方式的不同，可以适用于不同的地铁线路。该系统已经应用于武汉2 号线和重庆3 号线，使用效果良好。

李小路

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