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基于ARM的图像采集系统.doc
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基于ARM的图像采集系统.doc
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基于 ARM 的图像采集系统
摘 要
近年来,随着科学技术的不断发展,人们对于生活的安全、方便、快捷的要
求越来越高,图像采集已经越来越多地用于智能家居、图像识别、环境监控等领
域。
本文通过研究当前数字图像采集系统的研究成果和发展趋势,设计了一种
基于 ARM 的数字图像采集系统,论文重点研究了系统的软件实现 。为了克服传
统图像采集系统的不足,本文采用常见的 USB 摄像头作为图像采集设备,利用
FS_s5pc100 开发板进行操作系统移植, 采用 s5pc100 芯片直接控制 USB 摄像
头进行图像数据采集,经格式转化后,通过 LCD 控制器在液晶显示屏上显示。
该系统使用主控芯片完成了图像采集和传送,实现的系统贴近于生活,具有一定
的实用价值。
关键词:嵌入式;图像采集;s5pc100;USB
Image Capture System Based on ARM
Abstract:In recent years, with the continuous development of science and technology,
people have increasingly higher demands for security, convenience, speedy of life.
Image acquisition has been increasingly used in smart home, image recognition,
environmental monitoring and other fields.
In this paper, I will design a digital image acquisition system based on ARM by
studying the current research results and developing trend of digital image acquisition
system , and I focus on the software implementation of the system .In order to
overcome the deficiency of the traditional image acquisition system ,I choose USB
camera as the image acquisition device ,and transplant OS into the FS_s5pc100 board
in this paper .The main control chip , s5pc100 ,controls the USB camera to capture
image first,and then it changes the image format and controls the LCD displayer to
show the picture . With the only main control chip ,the system can capture and display
images , this makes the system have practical implications and more closer to our true
life.
Keyword:ARM ; Image Acquisition;s5pc100;USB
目 录
第 1 章 前言..............................................................................................................1
第 2 章 相关器件......................................................................................................3
2.1 摄像头 ............................................................................................................3
2.2 显示器 ............................................................................................................5
第 3 章 总体设计.....................................................................................................9
3.1 功能需求.........................................................................................................9
3.2 工作原理.........................................................................................................9
3.3 软硬件规划....................................................................................................10
3.3.1 硬件规划............................................................................................10
3.3.2 软件规划..........................................................................................10
第 4 章 硬件设计......................................................................................................11
4.1 开发板&主控芯片 s5pc100..........................................................................11
4.1.1 s5pc100 芯片介绍.........................................................................11
4.1.2 开发板简介......................................................................................12
4.2 图像数据采集设备......................................................................................15
4.3 显示设备......................................................................................................15
第 5 章 软件设计................................................................................................16
5.1 Linux & 开发环境搭建..............................................................................16
5.1.1 Linux 系统及 Linux 内核简介 .......................................................16
5.1.2 Linux 环境搭建步骤概述...............................................................16
5.1.3 Linux 交叉编译环境搭建...............................................................17
5.1.5 Bootloader 移植.............................................................................19
5.1.6 Linux 内核移植与配置...................................................................19
5.1.7 Linux 文件系统...............................................................................21
5.2 linux 设备驱动移植...................................................................................23
5.2.1 基础知识...........................................................................................23
5.2.2 设备介绍...........................................................................................23
5.2.3 系统驱动...........................................................................................25
5.3 图像采集......................................................................................................27
5.3.1 软件流程..........................................................................................27
5.3.2 程序设计..........................................................................................27
结 论........................................................................................................................33
致 谢........................................................................................................................34
参考文献......................................................................................................................35
第 1 章 前言
图像采集起源于 20 世纪 80 年代中期。在发展初期,现实世界画面的存储通
过胶片式高速摄像机记录下来。随着技术的不断进步,图像采集经过了几个发展
阶段。早期的采集系统庞大而难以扩展;在上个世纪末期,单片机的问世使数据
采集系统发生了翻天覆地的变化,但此时处理数据的速度很慢。后来高速单片机,
以及更高速的处理芯片 DSP,FPGA 以及 ARM 纷纷问世,这让数据采集速度得到了
飞速的发展,同时基于 PC 的高速数据采集也日趋成熟。
现在,图像采集系统广泛应用于可视电话、远程监控以及网络会议等领域,
而在各种图像处理,视频压缩与传输系统中,它更是必不可少的组件。对图像进
行采集、处理历来都是一个热点,也是一个难点。在众多的图像采集系统中,大
多数都针对特定的用途选择专用的摄像头和视频处理芯片,这种传统的方式存在
不易购买、可扩展性不强、价格昂贵等问题。近年来,对图像采集系统的设计要
求日益提高,在日常生活、科学研究、工业生产中,都迫切需要廉价、易扩展、
功能强劲的图像采集系统。随着计算机与网络技术的飞速发展,普通 PC 所使用
的 USB 摄像头由于价格低廉、容易安装使用等优点得到迅速普及。然而这种利用
通用 PC 机来进行图像采集的方式会随之带来体积大、成本高、无法嵌入对象内
部等显著问题。如何将 USB 摄像头应用于基于单片机的嵌入式系统中,构建出低
成本、高性能的图像采集系统越来越引起人们的广泛关注。然而在 PC 上使用 USB
摄像头时通常都需要安装由其生产厂商提供的 Windows 操作系统下的专用驱动
程序,想在单片机系统中直接应用非常困难。
近年来由于网络、通信、多媒体技术的飞速发展,对高性能嵌入式 CPU 的需
求十分迫切,为顺应这种潮流,各种高速的 32 位嵌入式微处理器应运而生,使
得嵌入式系统又进入了一个新的历史发展阶段。在嵌入式系统的高端应用中,进
行多年技术准备的 ARM 公司适时推出了 32 位的 ARM 系列微处理器,以明显的性
能优势迅速奠定了其主流地位。在无线通信、网络及消费类电子产品中 ARM 都获
得了广泛的应用。在流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中,都已经从
采用 DSP,转而大量利用 ARM 技术来实现。一直以来普通 PC 所使用的 USB 摄像
头要想在嵌入式系统中应用十分困难。但随着嵌入式操作系统的广泛应用,嵌入
式系统与 PC 机上的开发技术渐渐融合,加上近年来中星微等免驱摄像头芯片的
推出,使得这个难题逐渐有了解决之道。由于 ARM 在嵌入式微处理器市场上的主
导地位,所以本课题将研究如何把 USB 摄像头应用到基于 ARM 的嵌入式系统中。
基于 ARM 和 Linux 操作系统的应用开发是近年来最为流行的一门新技术,被公认
为是嵌入式系统的重要发展方向。
本文基于 ARM Cortex A8 架构的 s5pc100 芯片强大而稳定的性能,linux 操
作系统对 USB 的强大支持,结合 LCD 显示屏构建图像采集系统,通过 USB 摄
像头对图像采集,经由 ARM 处理器传输控制显示在显示器上。
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omyligaga
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