基于嵌入式Linux与S3C2440双USB接口的视频存储

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                    ???? 针对长途客车“三超”(中途超载上人，超时，超速)以及在非正常停靠站私自停车上人导致的客车超载，同时目前市面上视频监控设备由于体积大、成本高等，使其难以推广应用在车辆中等问题，整合USB摄像头低成本、USB存储介质较SD(Secure Digital Memory Card)卡存储速度更快、支持更大容量等优点，提出了基于嵌入式。Linux及S3C2440平台的双USB接口车载视频存储方案。本方案主要利用单片机判别模块采集车辆行驶过程中运动状态信息(是否超速，存在急刹车、中途停车超时等)，并结合车门在车速为零时的开闭对长途客车在非正常停靠点超载上人进行主动视频监控，便于以后的责任追究和认定，为监控中心的管理提供辅助。
　　1 系统总体结构设计
　　为方便系统扩展，本文将其划分为单片机判别模块和视频采集存储模块两部分。单片机判别模块采用C8051F040处理器，利用其充足的接口资源，对车辆是否超速、急停、超载等情况做出判断。本模块完成将力传感器信号、车速脉冲信号调理后供单片机处理并与存储模块通信。采用测周法测量车辆变速箱输出脉冲周期，进而可以得到车速、加速度等信息，配合力传感器测量结果为判定车辆是否超速、急停、超载等提供判断依据。单片机对以上情况进行编码，通过串口将不同信息编码发送给ARM视频存储模块，供其作出不同存储策略。系统总体结构如图1所示。




　　2 S3C2440视频采集存储模块
　　整个模块正常情况下主要由单片机系统提供电源。另外，外接一独立直流电源装置，以免在交通事故时汽车熄火断电，影响系统工作。此模块主要完成视频的基于事件的存储功能，判断功能由单片机模块提供，另外依据串口实时扫描特性可提供时分复用触发功能。模块间独立性高，适合移植到其他场合推广使用。
　　2．1 USB硬件连接及Linux内核配置修改
　　2．1．1 USB硬件连接
　　三星公司S3C2440芯片共有2路HOST USB：DP[1：0]及DN[1：0]口，一路DIVICE PDN0，PDP0 口，其中DP1，DN1分别与PDP0，PDN0接口复用，根据相关寄存器配置不同而具有不同功能。本课题中，将其配置为2路HOST使用，一路连接USB摄像头，另一路连接USB接口的存储设备(可以是优盘或者USB移动硬盘)。本文没有用到芯片自带的SD卡接口进行存储主要出于以下考虑：
　　a)速度：普通SD卡的数据传输速度约2 MB／s；高速SD卡数据传输速度约10 MB／s；极速SD数据传输速度约20 MB／s。而现在通用的USB2．0的全速传输速率是480 Mbps(60 MB／s)，为普通SD卡传输速度的30倍。再者，USB3.0标准也已推出，速度可达5 Gbps，并向下兼容。USB已经成了高速、方便的代名词，本文选用USB也正出于其通用性和方便升级性考虑。
　　b)容量瓶颈：现有发行的嵌入式Linux2．4．X内核对SD卡标准模式容量的支持绝大数为2 G以下(不包含2 G)，要支持到更大容量需要对SD卡驱动程序进行大量修改，并且协议标准推出相对较晚，较新的嵌入式Linux 2．6．24内核通过笔者实际验证可以支持到2 G容量，但要对驱动进行多处修改，后续升级复杂，稳定性也需要进一步验证。
　　鉴于以上两点，采用USB接口进行视频数据的采集和存储，两路USB接口部分硬件连接如图3所示。




　　2．2 视频采集存储程序设计
　　Vide04Linux设备驱动程序只提供了在系统层面*问硬件设备的一系列读、写等函数的接口，要实现存储，还需再编写一个对视频流采集的应用程序，总体上创建两个进程：进程一实时扫描串口接收到的信息，通过读取命名管道内容将编码信息发送给进程二；进程二根据接收到的编码做出判断，区别各种不规范驾驶行为，设定定时器不同时长以控制存储时间，并将视频分类存储到不同目录中。
　　Video4Linux设备驱动程序支持两种捕获图像的方式：内存影射mmap方式和直接读取read方式。mmap方式采用共享内存方式，数据采集速度快，但这种采集方式需摄像头硬件支持。结合本文中使用的摄像头，在图像采集过程中，采用read方式直接读取设备文件，将获得的一帧数据保存到缓冲区中，通过convertframe()函数将pFramebuffer中的数据转换成完整的JPEG格式的数据存储到ptframe中，然后调用fWrite()函数将缓冲区中的JPEG格式的数据写到指定文件中，从而得到一副JPEG格式原始数据块。部分程序如下：




　　程序总体流程图如图4所示。




　　4 结论
　　本系统中单片机模块根据运算结果产生触发条件，通过串口发送不同编码信息来区别超速、紧急刹车、超载等情形。实验结果表明整个系统安装简便，成本低廉，工作稳定可靠。另外通过修改单片机模块触发条件，可扩展用于工厂、银行及小区等场合下基于事件触发的智能监控。