基于嵌入式linux网络视频监控系统的研究与设计论文.doc

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基于嵌入式Linux的网络视频监控系统的研究与设计 秦嘉凯 江苏科技大学
学校代码： 10289
分类号： TP 316.2
密 级： 公 开
学 号： 082030012

科技大学
硕 士 学 位 论 文

基于嵌入式Linux的网络视频监控
系统的研究与设计

研究生
导师
申请学位类别 工学硕士
学位授予单位江 科 技 大 学
学科专业 信号与信息处理
论文提交日期2011 年 12月 12日
研究方向信号处理理论与技术
论文答辩日期2012 年 3月 17日
答辩委员会主席
评 阅 人

2012 年 3月15日
分类号： TP 316.2
密 级： 公 开
学 号： 082030012

工学硕士学位论文

基于嵌入式Linux的网络视频监控
系统的研究与设计

学生
嘉凯
指导教师
锋副教授

科技大学
二O一二年三月

A Thesis Submitted in Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Master of Engineering

Research and Design of NetworkVideo System
based on Embedded Linux

Submitted by

Qin Jia-Kai

Supervised by

Li Feng

JiangsuUniversity of Science and Technology

March, 2012

科技大学学位论文原创性声明

本人重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：

年 月 日

科技大学学位论文使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权科技大学可以将本学位论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

本学位论文属于：
(1)□，在年解密后适用本授权书。
(2)不□。

学位论文作者签名： 指导教师签名：

年 月 日 年 月 日

- 71 - / 85
摘要
随着计算机网络技术、通信技术、数字视频压缩编码技术的日益成熟，远程视频监控技术有了快速的进步，视频图像因其信息丰富，容直观、使用方便而被广泛地应用于工业控制、交通监管、安防系统、小区安全监控等各种领域。
本文以S3C2440为核心硬件平台，将视频图像数据采集技术、数据压缩技术和TCP/IP网络数据传输技术相结合，设计并实现了一个基于B/S模式的远程视频监控系统。主要包括：首先给出了系统总体软硬件设计方案，针对本系统硬件对U-boot进行了修改和移植，对编译和移植Linux核以与制作YAFFS文件系统也做了深入的研究；实现V4L2视频图像数据采集、视频数据压缩以与视频数据的网络传输等功能模块的编写；在分析视频检索方法的基础上，提出了视频标签技术，以运动产生的图片作为一个事件标签，根据该事件标签找出其在视频文件中相对位置。
系统由两部分构成：视频监控服务器端和视频监控客户端。服务器端以嵌入式Linux操作系统和三星公司的S3C2440处理器作为系统的软硬件核心平台。客户端通过IE浏览器向服务器发送视频监控请求，服务器收到客户端请求后，利用Linux核提供的V4L2接口采集视频图像数据，然后使用JPEG压缩算法对视频数据进行压缩编码，最后将压缩后的视频数据通过网络传送到视频监控客户端。客户端通过IE浏览器接收并实时监控远程视频图像。
本系统采用模块化设计方法，使得设计更加简洁、高效，具有良好的扩展性和易用性，有利于系统升级。实验测试结果表明，该系统在处理速度、稳定性、实时性等方面和传统的视频监控系统相比有着突出的优势，达到了课题预期设计目标。

关键词网络视频监控；嵌入式Linux；V4L2；视频标签

Abstract
With the computer network technology, communication technology and digital video compression technologies become more sophisticated, remote video surveillance technology has developed rapidly. Because of its information-rich, content intuitive, easy to use, video images are widely used in industrial control, traffic control, security systems, community safety and other areas.
This article combines the video image data acquisition technology, data compression and TCP/IP network data transmission technologies, designed and implemented the remote video monitoring system based on B/S mode and S3C2440 as core hardware platform, including: Firstly, the overall hardware and software system design are given, U-boot has been modified and transplanted for the hardware; the transplantation of the compiler and production of Linux kernel, file system of YAFFS also be studied in detail; has been achieved V4L2 video image data acquisition, video image data compression, network transmission of video data; analyzes the method of video retrieval and hereby brings forward a technique of video label, which takes the motion image as an event label and then find out the position of the event in the video file accordingly.
System consists of two parts: server and video surveillance client. Video surveillance server uses an embedded Linux operating system and Samsung S3C2440A processor as the core platform software and hardware systems. With the IE browser, client-side access to video surveillance servers and sent video surveillance requests to the server. After video surveillance server receives a client request, the system uses theV4L2 Linux video interface to capture image data, and then the video data using JPEG compression, and finally the compressed video data is transmitted through the Internet to video surveillance client. With the IE browser, the client receives and real-time monitors remote video images.
The modular design approach is used in the system which makes the design more compactable, efficient, and ease to upgrade. Experimental results show that compared to traditional video surveillance system, the system has outstanding advantages in processing speed, stability, real time, Etc, to achieve the expected project design goals.

Key words network video surveillance; embedded linux; v4l2; video label

目录
摘要 I
AbstractIII
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景与意义 1
1.2 嵌入式系统 1
1.2.1 嵌入式系统发展状况 1
1.2.2 嵌入式系统体系结构 2
1.3 视频监控的发展现状与趋势 3
1.3.1 模拟视频监控系统 3
1.3.2 基于计算机的多媒体监控系统 4
1.3.3 基于嵌入式的网络监控 4
1.4 论文主要容和组织结构 4
第2章 系统硬件体系结构 6
2.1 嵌入式处理器 6
2.1.1 ARM处理器介绍 6
2.1.2 S3C2440A 7
2.2 系统硬件总体构架 8
2.3 本章小结 10
第3章 系统软件开发平台的建立 11
3.1 Bootloader的设计 11
3.1.1 Bootloader的基本概念 11
3.1.2 U-boot的移植 13
3.1.3 自动识别Nand Flash/Nor Flash启动的U-boot实现 20
3.2 Linux核的移植与定制 22
3.2.1 修改核以适应Mini2440开发板 23
3.2.2 核定制 26
3.3 构建嵌入式根文件系统 28
3.4 本章小结 30
第4章 视频监控系统程序设计 31
4.1 基于V4L2的视频采集模块开发 31
4.1.1 V4L2的API应用 31
4.1.2 视频采集的输入输出队列 33
4.1.3 视频采集程序的实现 34
4.2 视频图像数据压缩 39
4.2.1 常用图像压缩算法介绍 39
4.2.2 压缩算法的选择 41
4.2.3 MJPEG压缩算法的实现 41
4.3 视频数据网络传输的设计 43
4.3.1 基于B/S模式的系统传输结构 43
4.3.2 SOCKET网络编程 45
4.3.3 协议的处理 49
4.4基于时间标签的视频检索技术 50
4.4.1 基于语义的视频检索 50
4.4.2 基于非语义的视频检索 51
4.4.3 基于视频标签的检索 52
4.5本章小结 53
第5章 监控系统的整合和测试 54
5.1 监控系统的输入模块 54
5.2 监控系统的输出模块 54
5.3 系统测试 56
总结与展望 58
参考文献 61
攻读硕士期间发表的学术论文 65
致 67
CONTENTS
Abstract(Chinese)I
Abstract(English)III
Chapter 1 Introduction 1
1.1 Research Background and Significance 1
1.2 Embedded Systems 1
1.2.1 Development of Embedded Systems 1
1.2.2 Embedded System Architecture 2
1.3 Development Status and Trends of Video Surveillance 3
1.3.1 Analog Video Surveillance Systems 3
1.3.2 Computer-based Multimedia Monitoring System 4
1.3.3 Network Monitoring Based on Embedded Systems 4
1.4 The Main Conents of the Paper and Chapter Arrangement 4
Chapter 2 Hardware Architecture of System6
2.1 Embedded Processor 6
2.1.1 ARM Processors 6
2.1.2 S3C2440A 7
2.2 Overall Hardware Architecture of System 8
2.3 Summary 10
Chapter 3 The Establishment of System Software DevelopmentPlatform 11
3.1 Design of Bootloader 11
3.1.1 The Concept of Bootloader 11
3.1.2 The Transplant of U-boot 13
3.1.3 Support boot both inNand Flash and Nor Flash 20
3.2 Porting and Customization Linux kernel 22
3.2.1 Modify Kernel to Suit Mini2440 Development Board 23
3.2.2 Custom kernel 26
3.3 Building Root File of Embedded System  28
3.4 Summary 30
Chapter 4 Video Surveillance SystemProgramming 31
4.1 Video Capture Based on V4L2 31
4.1.1 V4L2 API Application 31
4.1.2 Input and Output Queues of Video Capture 33
4.1.3 Achieve the Video Capture Program 34
4.2 Video Image Data Compression 39
4.2.1 Commonly Used Iimage Compression Algorithm Introduced 39
4.2.2 Choice of Compression Algorithm 41
4.2.3 Achieve MJPEG Compression Algorithm 41
4.3 Video Data Network Transmission Design 43
4.3.1 The Structure of System Transfer Based on B/S Mode 43
4.3.2 SOCKET Network Programming 45
4.3.3 Protocol Handling 49
4.4 Video Retrieval Based on Time Tag 50
4.4.1 Video Retrieval Based on Semantic 50
4.4.2 Video Retrieval Based on Non-Semantic 51
4.4.3 Search Based Video-Label  52
4.5 Summary 53
Chapter 5Integration andTest Monitoring System 54
5.1 Input Module of Monitoring System 54
5.2 Output Module of Monitoring System 54
5.3 System Test 56
Conclusions and Future Directions58
References 61
Academic Papers Published During The Period of Degree 65
Acknowledgements 67
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
随着嵌入式技术、计算机技术、网络技术、数字图像技术等的发展，监控技术也得到了迅速发展[1]。监控系统被广泛应用于那些对于安全要求敏感的场合，如停车场、仓库、自动售货机、银行和交通管理等[2-3]。当监控现场出现异常行为时，监控终端能与时向监控人员发出警报，从而避免意外情况的发生。据悉，目前已经将安装20多万个监控摄像头，全面建立起“社会防控体系”。诺达咨询发布的《视频业务系列——视频监控业务综合分析报告2010》显示：目前网络摄像机市场正在以超过100％的速度增长，2010年市场规模达到26.7亿元人民币，预计2011年达到86.61亿元人民币。未来5年，网络视频监控都将保持约38%的年增长率，会有越来越多的视频监控系统采用完全数字化的技术，特别是在一些行业市场，如交通、城市监控、工业和零售等等。此外，以数字化视频监控为基础的智能视频监控技术也将获得长足的发展。
本文研究的网络视频监控技术是基于Internet技术，在TCP/IP协议和 协议的支持下，利用成熟完善的视频编解码技术，使用户通过浏览器访问嵌入式远程服务器来获取自己权限下的视频数据信息。嵌入式视频监控系统可以使视频数据实现本地化采集压缩处理，提高了服务器的性能，每一个监控终端可以独立的为多个客户端服务，因此大大提高了监控的围和质量。
目前，网络视频监控已渗透到城市治安、娱乐场所、医院、酒店等多种领域。因此，基于网络的嵌入式视频监控系统有着广阔的应用领域和发展前景。
1.2嵌入式系统
1.2.1 嵌入式系统发展状况
嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性等有严格要求的专用计算机系统[4-5]。嵌入式系统至今已经有40多年的历史，其技术的发展大致分为以下三个阶段。
第一阶段是以单芯片可编程控制器为核心的系统，同时配置监测、显示设备等功能。这种系统主要应用于一些专业性比较强的工业控制中，通常没有操作系统的支持，通过汇编语言程序对系统进行直接控制。这一阶段系统的主要特点是：系统结构和功能都相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。这种嵌入式系统虽然使用简便、价格很低，但系统结构和功能都相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口，因此已经远远不能适应高效的、需要大容量存储设备的现代化工业控制和多媒体技术等领域的需求。
 第二个阶段的嵌入式系统是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心。这一阶段系统的主要特点是：出现了大量高可靠、低功耗可靠的嵌入式CPU，且系统开销相对小，效率比第一阶段有所提高；操作系统在兼容性和扩展性上面有了很大的提高。但同样存在一些问题，如通用性比较差、用户界面不够友好等。这一阶段系统主要用来监控应用程序以与控制系统的正常运行。
第三个阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：兼容性比第二阶段有了极大的提高，嵌入式操作系统可以运行于各种不同类型的嵌入式CPU上；操作系统核精简高效，并且由于其模块化的设计使扩展性得到很大的提高；具备文件和目录管理、设备支持、多任务处理、网络以与用户图形界面等功能；并且提供了大量的应用程序API，使开发应用程序变的简单，丰富了嵌入式应用软件。
目前嵌入式系统正经历一个以Internet为标志的高速发展的阶段。随着网络技术的发展以与网络技术与信息处理、多媒体技术等日益密切的结合，基于Internet的嵌入式设备将代表着嵌入式技术发展的未来方向。
1.2.2 嵌入式系统体系结构
嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，主要由3部分构成：以嵌入式处理器为核心的硬件平台、嵌入式操作系统和应用软件系统组成[6]，如图1.1所示。

图1.1 嵌入式系统体系结构
Fig.1.1 The embedded system architecture
（1）硬件平台：核心部件是嵌入式微处理器。硬件平台的多样性是嵌入式系统的一个重要的特征，目前据统计，全世界嵌入式微处理器的种类已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列。嵌入式处理器的寻址空间一般从64KB到16MB，处理速度从0.1MIPS到2000MIPS。嵌入式处理器目前主要有PowerPC、MIPS、ARM系列等。随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，以微处理器为核心集成多种功能的SOC系统芯片已经成为嵌入式系统的核心，这些SOC芯片集成了大量外围模块，如USB、AD/DA、LAN、I2S、RART等。
（2）嵌入式操作系统：一般装在处理器的存中，是嵌入式系统中极为重要的组成部分，完成嵌入式应用的任务调度和控制等功能，是嵌入式应用软件的基础和开发平台。嵌入式操作系统一般可分为如下几个层次：与硬件相关的底层软件、操作系统核心、图形界面、通信协议、标准化浏览器以与应用软件。对于实时性要求很高的系统，一般都需要实时操作系统。嵌入式RTOS(实时操作系统)是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其他应用程序都建立在嵌入式RTOS上。核常必须的基本部件包括进程的管理、存管理和进程间通信。嵌入式操作系统将CPU、中断、定时器等资源都封装成一个标准的API，并根据各个任务的优先级，合理的在不同的任务之间分配CPU时间。目前应用较广泛的实时多任务操作系统有微软公司的WindowsCE、WindRiver公司的VxWorks、以与开源的Linux等[7]。
（3）应用软件系统：运行于操作系统之上，利用操作系统提供的机制完成特定功能的嵌入式应用。
1.3视频监控的发展现状与趋势
随着社会经济的发展和科技的进步，整个社会安防意识逐步增强。人们对监控产品的需求加上计算机技术、嵌入式技术、网络技术、多媒体技术的不断发展，使视频监控技术在短短几十年经历了三个发展阶段[8]：从上个世纪九十年代初的本地模拟设备为主的闭路电视监控系统；到九十年代中期基于PC技术的多媒体监控系统；再到目前以嵌入式技术、数字图像处理技术、网络技术为主的嵌入式网络视频监控系统。
1.3.1模拟视频监控系统
在计算机网络技术未被广泛应用以与数字图像处理等理论研究尚未成熟以前，模拟监控系统占据了监控领域的主要位置。传统模拟监视系统主要由摄像机、监视器、视频矩阵、录像机等组成，由视频线、控制线缆等连接。由于其采用模拟方式传输，所以在传输距离上会有所限制，而且可监控围狭小，只能应用于小围的监控，如楼宇电梯监控等；另外监控视频录像只能在控制中心查看，而且监控视频无法长期保存，查询也很麻烦。但由于国技术上的限制，这种模拟视频监控目前还广泛应用于安保、楼宇监控等场合。
1.3.2基于计算机的多媒体监控系统
计算机网络技术、通信技术、数字视频压缩编码技术的日益成熟，使基于计算机的多媒体监控成为可能。多媒体监控系统一般采用这样的结构，在远端监控现场，由若干个摄像机、各种检测和数据处理设备组成监控终端，通过各自的线路连接到监控客户端上，监控客户端一般为PC机或是工业机箱组成的显示设备。这种结构的监控系统比传统模拟视频监控系统在性能上有了很大的提高，但同样存在一些问题，如系统安装十分复杂功、功耗和成本较高且系统不是很稳定。
1.3.3基于嵌入式的网络监控
这种监控系统通常以高性能的嵌入式CPU作为核心处理器，集成了数据图像采集和处理技术、网络传输技术、Web技术等，利用现有成熟的计算机网络进行远程视频图像的传输，省去了传统监控系统繁琐的视频布线以与昂贵的中心设备，前端设备具有视频的采集和处理功能，且任何一台连入网络的计算机都可以通过身份验证实现对监控现场的监控，如果监控终端具体有无线发送的功能，甚至手机也可获得监控现场的画面。因此基于嵌入式技术的网络视频监控系统必将具有良好的应用与发展前景，由它代替当前普遍应用的基于计算机的远程监控系统将成为必然的趋势[9]。
1.4 论文主要容和组织结构
本课题利用MINI2440开发板硬件平台和嵌入式Linux系统软件平台开发了一套远程视频监控系统。在嵌入式设备终端上实现了视频信号的采集、压缩以与应用TCP/IP协议进行网络传输。任何一个有权限的客户端通过IE浏览器，就可以查看监控现场的实时视频图像。
本文的主要工作包括：
1．建立基于嵌入式Linux的软件开发平台。完成U-boot以与Linux2.6.33核的移植和编译，构建基于busybox1.13.3的根文件系统。并根据S3C2440A处理器启动后存映射特性，增加了U-boot对NAND Flash操作的支持，提出了一种能自动识别NOR Flash和NAND Flash启动的U-boot的方法。
2．实现视频数据的采集和压缩处理。在嵌入式Linux平台下，利用V4L2模块以与其提供的API，实现USB摄像头的视频采集，并选择JPEG算法对视频数据进行压缩编码。
3．建立嵌入式Web服务器。利用Linux下基于TCP/IP的SOCKET网络编程，采用B/S架构建立嵌入式的Web服务器，完成网络传输模块的编写，实现视频数据的传输。
4．针对语义检索和非语义检索的不足，提出了一种利用视频标签技术对监控录像进行检索的方法。
论文的组织结构：
第一章：绪论。主要介绍课题的研究背景和意义，概述了嵌入式系统和视频监控系统的发展，论文的主要研究工作和各章节安排。
第二章：系统硬件开发平台。介绍了三星公司的S3C2440A处理器以与系统的整体硬件架构。
第三章：系统软件开发平台的建立。介绍了Bootloader的基本概念，对U-boot的整体结构和启动过程进行了详细的分析，根据本系统所选择的硬件对U-boot进行了移植，对如何移植、修改和编译Linux核以与YAFFS文件系统也做了详细的描述。
第四章：视频监控系统程序设计。实现嵌入式Linux环境下视频数据采集、压缩和网络传输模块的编写；针对语义检索和非语义检索的不足，提出了一种利用视频标签技术对监控录像进行检索的方法。
第五章：系统的整合和测试。完成系统各模块的整合，分析了系统的输入/输出模块，最后对系统进行了测试。
第六章：总结与展望。指出论文研究的成果，总结所做工作的不足和对以后改进的展望。

第2章 系统硬件体系结构
硬件是整个监控系统的基础，后期的软件开发都是建立在成功的硬件设计基础之上，如果前期的硬件设计存在缺陷，将对后期的软件设计和调试工作带来极大的麻烦。嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，同样具有CPU、存、外存以与外部接口等。硬件设计的目的就是根据系统的总体需求，合理的将各种元器件和功能芯片集成到一个电路板上去工作。
2.1嵌入式处理器
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，一般具有如下几个特点[10]：支持实时多任务的操作系统，较短的中断响应时间；对存储区具有很强的保护功能；可扩展行较强；低功耗。
2.1.1 ARM处理器介绍
ARM是Advanced RISC Machines（高级精简指令系统处理器）的缩写，它既是一种微处理器知识产权（IP）核，也是一个公司的名称，还可以认为是一种技术的名字。据统计，在32位RISC微处理器市场基于ARM技术的微处理器应用占据了75%以上的份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面[11]。
采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点[12]：
l 具有大量寄存器，指令执行速度更快；
l 保证高性能的同时，减小体积、降低功耗和成本；
l 大多数数据操作都在寄存器中完成；
l 寻址方式灵活简单，执行效率高；
l 采用固定长度的指令格式。
ARM处理器共有7种不同的运行模式[13]，如表2.1所示。在ARM运行的7种模式中，除了用户模式以外，其他的模式称为特权模式（Privileged Modes），在特权模式下，程序可以访问所有的系统资源，也可以在几个运行模式之间转换。在特权模式中，除了系统模式，其他的5种模式又称为异常模式（Exception Modes）。

表2.1 ARM处理器的7种不同运行模式
Tab.2.1 Seven different operating modes of ARM processor
处理器模式
描述
用户模式(usr)
一般的程序执行在此模式下
外部中断模式(irq)
一般用于中断的处理
快速中断模式(fiq)
高速数据传输和通道的处理
数据访问中止模式(abt)
用于保护存储和虚拟存储
管理模式(svc)
供操作系统使用的特权模式
未定义指令中止模式(und)
主要用于支持协处理器
系统模式(sys)
用于管理模式下的操作系统任务
ARM处理器共37个寄存器：31个通用寄存器和6个状态寄存器[14]。期中包括程序计数器（PC）在的31个通用寄存器都是32位的。用以标识CPU工作状态与程序运行状态的6个32位状态寄存器目前只使用了其中的一部分。在7种不同的处理器模式下，ARM处理器在每一种处理器模式中有一组相应的寄存器组。在任意的处理器模式下，可见的寄存器包括R0～R14这15个通用寄存器以与一个或两个状态寄存器与程序计数器（PC）。在所有的寄存器中，有些是各模式共用同一个物理寄存器；有一些寄存器是各模式拥有自己独立的物理寄存器。
2.1.2 S3C2440A
S3C2440A是三星公司生产的16/32位RISC微处理器。该芯片是专门为手持设备和一般类型应用所提供的一款低功耗、低价格、高性能的微处理器[15]，主频400M，最高533Mhz。它采用一种被称作AMBA(Advanced Micro controller Bus Architecture) 的新的总线架构。S3C2440A基于ARM920T的核，0.13μm 的CMOS标准宏单元和存储器单元。
由于其采用全静态设计，并且具有低功耗、简单等特点，因此特别适合于对成本和功率敏感型的应用。ARM920T 实现了MMU，AMBA BUS和Harvard 高速缓冲体系结构。这一结构分别具有独立的16KB指令Cache和数据Cache。每个都是由具有8字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设， S3C2440A无需配置额外的组件，减少整体系统成本。
ARM920T的结构如图2.1所示。

图2.1 ARM920T的结构图
Fig.2.1 Thestructure of ARM920T
S3C2440A有如下一些特性[16]：
（1）强大的片上外围电路。S3C2440A提供了全面的、通用的片上外设，可极大的减小系统的成本：1.2V工作电压，1.8V/2.5V/3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电，同时带有16KB的指令Cache和16KB的数据Cache/MMU；外部存储控制器（SDRAM控制和片选逻辑）；提供3个UART通道（支持IrDA1.0，64字节发送FIFO与64字节接收FIFO）；IIC-BUS总线接口(支持多master)；1通道IIS-BUS音频编解码器接口；具有片PLL时钟发生器；两路USB Host控制器和一路USB Device控制器(1.1版本)；130个通用I/O端口和24通道外部中断源。
（2）强大的数据处理能力。S3C2440A采用的是ARM920T核，因此具有5级整数流水线，指令执行效率非常高；ARM920T在ARM9TDMI的基础之上增加了全性能的MMU、16K的数据Cache和16K的指令Cache、写缓冲区（write buffer）、Write PA Tag RAM、32位的高速AMBA总线等构件；提供1.1MIPS/MHz的结构，支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集，支持32位的高速AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线接口。
2.2 系统硬件总体构架
设计一种应用系统，一般要满足以下两个原则[17]：一是设计的系统要满足最初的设计要求；另外一方面要降低系统成本且开发周期要尽可能的短。本文选用三星公司的S3C2440处理器，由于其采用FBGA封装，因此为了提高系统的稳定性一般需要设计六层的PCB板。六层板的开工费用较高且设计难度较大，为了提高系统的开发周期降低开发成本，本文的核心电路模块采用现成的开发板——友善之臂的MINI2440。其主要硬件设备[18]如下表2.2所示：
表2.2 系统主要硬件列表
Tab.2.2 List of major hardware
硬件
描述
CPU处理器
Samsung S3C2440A
SDRAM存
64M SDRAM
FLASH存储
256M Nand Flash 2M Nor Flash
接口和资源
一个以太网接口 三个串口 两个USB口 一个TJAG接口
系统晶振
12M无源晶振
开发板实物图如图2.2所示：

图2.2 Mini2440开发板布局图
Fig.2.2 The mini440 board layout diagram
系统硬件的总体结构如图2.3所示。开发板通过USB接口和摄像头连接，通过摄像头采集视频数据然后回传到系统中，对视频数据进行相关处理后通过网络传送给监控客户端。本文所选的摄像头为支持UVC驱动的USB摄像头，网卡接口为采用DM9000 网络芯片的100M以太网 RJ-45 接口。

图2.3 硬件的总体结构