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机器人课题研究010基于arm9的嵌入式系统研究及其在视频电子警察系统中的应用.doc
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机器人课题研究010基于arm9的嵌入式系统研究及其在视频电子警察系统中的应用.doc
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摘 要
本文提出并研究设计了一个基于 ARM9 的视频电子警察系统,完成了基于嵌入式
开发板 SBC2410X 的系统软硬件设计。该系统以 32 位高性能 ARM 微处理器 S3C2410 为
硬件核心,以嵌入式实时操作系统μC/OS-II 为软件平台,在 ADS 环境下进行系统软
件的开发。该系统充分利用了 ARM 微处理器高性能、低功耗、低成本的优势,发挥了μ
C/OS-II 可移植性好、开发成本低的优点,为视频电子警察系统的设计提供了一个解
决方案。
在本系统设计中,充分利用了嵌入式系统设计的方法,将系统按结构分为四个层
次:硬件层、操作系统层、支撑软件层、应用软件层。其中硬件层选取采用了 S3C2410X
嵌入式系统开发板,核心板比较完备的包括一些常用的模块,如 CPU,存储器,网卡,
串口,USB 等,该开发板的选择是为了降低硬件设计的工作量。后三个层次都是软件
设计方面的内容,也是本次系统设计的重点。嵌入式软件开发是交叉开发的方式进行
的,因此选择了 ADS 作为软件开发的工具。其中操作系统采用由 JeanJ.Labrosse 编
写的开放式实时操作系统μC/OS-II,嵌入式操作系统的移植不仅仅要完成系统移植,
还包括软件开发平台的合理规划和建立,为下一步软件设计提供基础,因此内存分配
和启动方式部分也进行了详细描述。支撑软件层的设计根据本系统的需求进行了 FAT
文件系统的设计和
μ
C/GUI 图形界面系统的设计。FAT 文件系统的设计是为了配合 SD
卡外存储器的实现,其中 SD 卡驱动的实现也是一个难点。
μ
C/GUI 图形界面系统的
实现是设计人机交互界面的基础,该部分还在触摸屏驱动的基础上实现了触摸屏功能,
触摸屏是人机交互发展的方向,为后期更复杂功能的实现提供了基础。应用软件层的
设计主要包括了视频采集任务,违章检测任务,自动存储任务以及自动远传任务。应
用软件的设计是系统功能实现的关键所在。
关键词:嵌入式系统 电子警察 FAT 文件系统 图形界面系统
ABSTRACT
This paper presents a design and the ARM-based video and electronic uC/OS-II
police,SBC2410X board completed the development of systems based on embedded
software and hardware design.The system uses high-performance 32-bit ARM
microprocessor core hardware for the S3C2410.uC/OS-II to RTOS software platform.ADS
environment for the development of system software.The system makes full use of the
ARM microprocessor high performance, low power consumption and low cost
advantages,played a uC/OS-II portability, low cost advantages,Police video electronic
system for the design of a solution.
During the system design, taking full advantage of the embedded system design,
according to the structure of the system is divided into four levels :the hardware layer,
operating system level support software layer, application software layer.Which adopted a
UART hardware layer selected Embedded System Development Board,The board's choice
for the development of system software for the design behind a convenience, after the
software design are three levels,The system design is the key.Embedded software
development is carried out in the form of development of the cross, so as to choose the
ADS software development tools.JeanJ.Labrosse which operating system used by the open
real-time operating system was prepared C/OS-II.Embedded operating system not only to
complete the transplant transplant system, the platform also includes software development
and the establishment of a rational plan.provide a basis for future design software, memory
allocation and also a detailed description of some start-up mode.According to the design of
the system software level support requirements for the design and the Fat file system was
designed GUI graphical interface.Fat file is designed to meet the realization of SD memory
cards.with the realization of a difficult SD card driver.GUI graphical interface to the
system was achieved on the basis of man-machine interface design,The part is based on a
touch screen driven touch screen function, interactive touch screen is the direction of
development,for the latter part of the foundation for the realization of more complex
functions.The design of application software layer Video Collection includes major
mission task of detecting,Automatic memory tasks, and automatic remote tasks.Software
design is the key to achieving system.
Keywords: Embedded system;Electronic police system;
目 录
摘 要.....................................................................................................................................................3
ABSTRACT................................................................................................................................................4
目 录.....................................................................................................................................................5
第一章 序言...............................................................................................................................................7
§1.1 引言..........................................................................................................................................7
§1.2 电子警察系统概述..................................................................................................................7
§1.3 嵌入式系统概述......................................................................................................................8
§1.4 本课题研究的内容与目标....................................................................................................10
§1.5 全文的内容与结构................................................................................................................11
第二章 系统总体设计及硬件平台介绍.................................................................................................12
§2.1 系统总体设计........................................................................................................................12
§2.1.1 系统需求....................................................................................................................12
§2.1.2 系统总体设计............................................................................................................13
§2.2 硬件平台介绍........................................................................................................................14
§2.2.1 系统核心模块...........................................................................................................14
§2.2.2 其他模块...................................................................................................................16
§2.3 本章小结...............................................................................................................................18
第三章 操作系统层设计.........................................................................................................................19
§3.1 S3C2410 软件设计基础配置................................................................................................19
§3.1.1 Nand flash 启动方式描述......................................................................................19
§3.1.2 系统开发环境...........................................................................................................21
§3.1.3 内存分配...................................................................................................................21
§3.2 BootLoader 的配制..............................................................................................................23
§3.3
μ
C/OS-II 操作系统移植....................................................................................................24
§3.4 本章小结................................................................................................................................27
第四章 支撑软件层的设计.....................................................................................................................28
§4.1 FAT 文件系统实现................................................................................................................28
§4.1.1 SD 卡驱动设计..........................................................................................................28
§4.1.2 FAT 文件系统主要数据结构....................................................................................33
§4.1.3 嵌入式文件系统的实现...........................................................................................36
§4.2 GUI 图形界面系统的实现....................................................................................................40
§4.2.1 LCD 驱动及显示........................................................................................................40
§4.2.2 μC/GUI 在 μC/OS-II 上的嵌入............................................................................43
§4.2.3 触摸屏整合实现.......................................................................................................45
§4.3 本章小结................................................................................................................................48
第五章 应用软件层设计...................................................................................................................50
§5.1 任务管理及任务模块划分....................................................................................................50
§5.2 终端界面设计........................................................................................................................52
§5.2.1 相关工具...................................................................................................................52
§5.2.2 相关函数...................................................................................................................52
§5.2.3 窗口布局...................................................................................................................54
§5.2.4 回调函数设计...........................................................................................................55
§5.2 具体任务设计.......................................................................................................................57
§5.2.1 视频采集任务设计...................................................................................................57
§5.2.2 视频违章监测任务设计............................................................................................60
§5.2.3 自动存储模块的设计................................................................................................64
§5.3 系统测试................................................................................................................................68
§5.4 本章小结................................................................................................................................68
第六章 总结与展望.................................................................................................................................69
§6.1 本文工作总结........................................................................................................................69
§6.2 进一步研究工作....................................................................................................................69
参考文献...................................................................................................................................................71
攻读硕士学位期间发表的论文成果.......................................................................................................72
致谢...........................................................................................................................................................73
第一章 序言
§1.1 引言
交通问题是现在影响人们生活的重大问题,由于经济的快速发展和人民生活水平
的提高,城市交通越来越不能满足人们日常需求。交通违章行为,是造成交通事故,
引起交通拥堵的主要原因,也是交通管理的重点之一。在交叉路口众多,交通流量大
的情况下,依靠警察现场管理是耗费大量人力并且管理效果也不理想的,尤其无法对
诸如闯红灯,超速等交通违法行为进行有效监测、取证,因此建立交通违章监控系统
是非常必要的。电子警察系统作为其中的重要组成部分,在提高交通安全系数、规范
司机正确的驾车意识、杜绝闯红灯现象等方面具有非常重要的作用,既保障了交通安
全,减轻了民警的劳动强度,又解放了大量的纠违警力可以用于处置突发事件。
§1.2 电子警察系统概述
电子警察系统主要用于监视违章闯红灯的机动车,自动及时地抓拍违法车辆的照
片,并记录在案,以便依法处理。该系统一般用于无需警察管理的路口或路段或者用
于夜间交通比较繁忙的路口或路段。电子警察系统对交通路口、路段的违章实施 24
小时监测,通过数码科技手段查处交通违章,提高管理效能,实现文明执勤,大大降
低交警的劳动强度,有效查处和减少交通违章,对保障交通有序、畅通和安全具有重
大意义。
电子警察系统作为智能交通的一个重要组成部分,已经越来越受到各国的重视。
国外对智能交通的研究比较早,日本早在 20 世纪 60 年代初就开始投资建设智能交通
系统。英国在 80 年代也已经采用成熟的地感线圈式电子警察系统,如 SCOOT 系统,
SCATS 系统等。
Autoscope 公司的 2004 系列 AutoScopeTM SOLO(AutoScopeTM2004)和 PEEK 公司
的 Video Track905,普遍用于基于视频的电子警察上。该两公司的产品是视频类电子
警察的典范,其技术在北美、欧洲、亚洲数以千计的运行系统中得到了验证。
我国对于智能交通的研究比较晚,从 90 年代才开始。对电子警察系统的研究是
先从国外引进,然后学习别人的技术并和自己的交通系统特点相结合来开发自己的产
品。国内电子警察系统的发展过程可以分为下面四个阶段:[36]
1. 普通相机式,由普通照相机和车辆感应线圈组成,这种方式在 80 年代用得普
遍。该方式结构简单,设备投资少,抓拍的图片分辨率高,但每天需要人工更换胶卷
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