針對長途客車“三超”(中途超載上人,，超時，超速)以及在非正常?？空舅阶酝＼嚿先藢?dǎo)致的客車超載,，同時目前市面上視頻監(jiān)控設(shè)備由于體積大、成本高等,，使其難以推廣應(yīng)用在車輛中等問題,，整合USB攝像頭低成本、USB存儲介質(zhì)較SD(Secure Digital Memory Card)卡存儲速度更快,、支持更大容量等優(yōu)點,，提出了基于嵌入式。Linux及S3C2440平臺的雙USB接口車載視頻存儲方案,。本方案主要利用單片機判別模塊采集車輛行駛過程中運動狀態(tài)信息(是否超速,，存在急剎車、中途停車超時等),，并結(jié)合車門在車速為零時的開閉對長途客車在非正常?？奎c超載上人進(jìn)行主動視頻監(jiān)控，便于以后的責(zé)任追究和認(rèn)定,，為監(jiān)控中心的管理提供輔助,。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
為方便系統(tǒng)擴展，本文將其劃分為單片機判別模塊和視頻采集存儲模塊兩部分。單片機判別模塊采用C8051F040處理器,，利用其充足的接口資源,，對車輛是否超速、急停,、超載等情況做出判斷,。本模塊完成將力傳感器信號、車速脈沖信號調(diào)理后供單片機處理并與存儲模塊通信,。采用測周法測量車輛變速箱輸出脈沖周期,，進(jìn)而可以得到車速、加速度等信息,，配合力傳感器測量結(jié)果為判定車輛是否超速,、急停、超載等提供判斷依據(jù),。單片機對以上情況進(jìn)行編碼,，通過串口將不同信息編碼發(fā)送給ARM視頻存儲模塊，供其作出不同存儲策略,。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
視頻存儲模塊根據(jù)接收到單片機發(fā)出的串口信息，對后續(xù)行為做出判斷,，如是否存儲,、存儲時間、存儲位置等,。模塊硬件平臺設(shè)計如圖2所示：中央處理器選用三星公司ARM9架構(gòu)S3C2440處理器(可以穩(wěn)定工作在400 MHz,，保證采集存儲過程流暢)；選用64 MSDRAM內(nèi)存及64 MBFLASH作為系統(tǒng)程序存儲設(shè)備,。接口資源包括：2個USB口(均配置為HOST模式),、100 M以太網(wǎng)口、2個串口,、音頻口等,。
2 S3C2440視頻采集存儲模塊
整個模塊正常情況下主要由單片機系統(tǒng)提供電源。另外,，外接一獨立直流電源裝置,，以免在交通事故時汽車熄火斷電，影響系統(tǒng)工作,。此模塊主要完成視頻的基于事件的存儲功能,，判斷功能由單片機模塊提供，另外依據(jù)串口實時掃描特性可提供時分復(fù)用觸發(fā)功能,。模塊間獨立性高,，適合移植到其他場合推廣使用。
2．1 USB硬件連接及Linux內(nèi)核配置修改
2．1．1 USB硬件連接
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分別與PDP0,，PDN0接口復(fù)用,，根據(jù)相關(guān)寄存器配置不同而具有不同功能。本課題中,，將其配置為2路HOST使用,，一路連接USB攝像頭，另一路連接USB接口的存儲設(shè)備(可以是優(yōu)盤或者USB移動硬盤),。本文沒有用到芯片自帶的SD卡接口進(jìn)行存儲主要出于以下考慮：
a)速度：普通SD卡的數(shù)據(jù)傳輸速度約2 MB／s,；高速SD卡數(shù)據(jù)傳輸速度約10 MB／s；極速SD數(shù)據(jù)傳輸速度約20 MB／s,。而現(xiàn)在通用的USB2．0的全速傳輸速率是480 Mbps(60 MB／s),，為普通SD卡傳輸速度的30倍。再者,，USB3.0標(biāo)準(zhǔn)也已推出,，速度可達(dá)5 Gbps，并向下兼容,。USB已經(jīng)成了高速,、方便的代名詞,，本文選用USB也正出于其通用性和方便升級性考慮,。
b)容量瓶頸：現(xiàn)有發(fā)行的嵌入式Linux2．4．X內(nèi)核對SD卡標(biāo)準(zhǔn)模式容量的支持絕大數(shù)為2 G以下(不包含2 G)，要支持到更大容量需要對SD卡驅(qū)動程序進(jìn)行大量修改,，并且協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)推出相對較晚,，較新的嵌入式Linux 2．6．24內(nèi)核通過筆者實際驗證可以支持到2 G容量，但要對驅(qū)動進(jìn)行多處修改,，后續(xù)升級復(fù)雜,，穩(wěn)定性也需要進(jìn)一步驗證。
鑒于以上兩點,，采用USB接口進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的采集和存儲,，兩路USB接口部分硬件連接如圖3所示。
2．1．2 Linux內(nèi)核配置修改
在Linux下,，所有外設(shè)都被看成是一種特殊的文件,，稱為設(shè)備文件。設(shè)備驅(qū)動程序為內(nèi)核和外設(shè)之間提供接口函數(shù),，完成設(shè)備的初始化與釋放,、對設(shè)備文件的各種操作及中斷處理等。這些接口函數(shù)為應(yīng)用程序屏蔽了外設(shè)硬件的細(xì)節(jié)，使程序可以像普通文件一樣對外設(shè)進(jìn)行操作,。Linux系統(tǒng)中子模塊Video4Linux向虛擬文件系統(tǒng)注冊視頻設(shè)備文件,，為視頻應(yīng)用程序提供了一套統(tǒng)一的API，視頻應(yīng)用程序通過標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用即可操縱各種不同的視頻捕獲設(shè)備,。
考慮到更好的推廣性,，采用市面上常見的中星微301系列zc0301pl芯片攝像頭，此攝像頭支持JPEG格式的圖像采集,。模塊中分別對USB OV511 Camera support,，Device Drivers等菜單選項進(jìn)行適當(dāng)配置。除此之外,，還需對USB的配置文件進(jìn)行修改,，本文選用Linux 2．6．24內(nèi)核，主要修改的文件如下：
linux-2.6.24／driVers／usb／host／Kconfig,，linux-2．6．24／drivers／usb／host／ohci-S3C2440．c和linux-2．6．24／drivers／usb／core／hub.c．其中主要涉及對MISCCR寄存器進(jìn)行正確設(shè)置,。以修改ohci-s3c2440．c文件為例，部分需添加代碼：
2．2 視頻采集存儲程序設(shè)計
Vide04Linux設(shè)備驅(qū)動程序只提供了在系統(tǒng)層面上訪問硬件設(shè)備的一系列讀,、寫等函數(shù)的接口,，要實現(xiàn)存儲，還需再編寫一個對視頻流采集的應(yīng)用程序,，總體上創(chuàng)建兩個進(jìn)程：進(jìn)程一實時掃描串口接收到的信息,，通過讀取命名管道內(nèi)容將編碼信息發(fā)送給進(jìn)程二；進(jìn)程二根據(jù)接收到的編碼做出判斷,，區(qū)別各種不規(guī)范駕駛行為,，設(shè)定定時器不同時長以控制存儲時間，并將視頻分類存儲到不同目錄中,。
Video4Linux設(shè)備驅(qū)動程序支持兩種捕獲圖像的方式：內(nèi)存影射mmap方式和直接讀取read方式,。mmap方式采用共享內(nèi)存方式，數(shù)據(jù)采集速度快,，但這種采集方式需攝像頭硬件支持,。結(jié)合本文中使用的攝像頭，在圖像采集過程中,，采用read方式直接讀取設(shè)備文件,，將獲得的一幀數(shù)據(jù)保存到緩沖區(qū)中，通過convertframe()函數(shù)將pFramebuffer中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成完整的JPEG格式的數(shù)據(jù)存儲到ptframe中,，然后調(diào)用fWrite()函數(shù)將緩沖區(qū)中的JPEG格式的數(shù)據(jù)寫到指定文件中,，從而得到一副JPEG格式原始數(shù)據(jù)塊。部分程序如下：
對于存儲的控制,，本文采用“命名管道”方式,，這是一種簡單的進(jìn)程間通信機制,，在同一計算機的不同進(jìn)程之間，支持可靠的,，單向或雙向的數(shù)據(jù)通信,。
命名管道由視頻存儲進(jìn)程利用函數(shù)int mkfifo(constchar*pathname，mode_t mode)創(chuàng)建,，負(fù)責(zé)讀取由串口掃描接收進(jìn)程接收到的控制信息,。部分程序如下：
程序總體流程圖如圖4所示。
3 試驗結(jié)果
嵌入式內(nèi)核采用較新的Linux2．6．24版本,，配置成功后將編譯生成的鏡像文件下載到目標(biāo)機,。應(yīng)用程序可執(zhí)行文件通過宿主機上交叉編譯器arm-linux-gcc4．4．1生成，向目標(biāo)機移植成功后便可以在目標(biāo)機上運行,。本文中攝像頭采用中星微301系列zc0301p1芯片,，存貯器選用臺電存儲之星U盤，容量為4 G,。
視頻采集存儲模塊根據(jù)接收到的不同違章信息,，在執(zhí)行文件當(dāng)前所在目錄位置分別建立DOCn(n=1，2,，…)文件夾,，將視頻信息分類保存在相應(yīng)目錄下。圖5為駕駛員在岔道轉(zhuǎn)彎時刻因超速產(chǎn)生觸發(fā)條件,，進(jìn)而觸發(fā)視頻采集存儲視頻中的一副圖片,。另外，在系統(tǒng)運行時,，還可以根據(jù)需要設(shè)置錄制時間的長短,，以滿足不同的需求和存貯器容量的限制。
4 結(jié)論
本系統(tǒng)中單片機模塊根據(jù)運算結(jié)果產(chǎn)生觸發(fā)條件,，通過串口發(fā)送不同編碼信息來區(qū)別超速,、緊急剎車,、超載等情形,。實驗結(jié)果表明整個系統(tǒng)安裝簡便，成本低廉,，工作穩(wěn)定可靠,。另外通過修改單片機模塊觸發(fā)條件，可擴展用于工廠,、銀行及小區(qū)等場合下基于事件觸發(fā)的智能監(jiān)控,。