1、課程設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：基于ARM的樓宇對(duì)講系統(tǒng)設(shè)計(jì)班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系目 錄 摘要II1 引言11.1 課程設(shè)計(jì)的目的和意義11.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求12 系統(tǒng)的工作原理13 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)13.1 ARM主控模塊23.2 以太網(wǎng)接口模塊23.3圖像處理模塊23.4 指紋數(shù)據(jù)處理模塊33.5音頻處理模塊34 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)34.1 門禁控制程序44.2 IP對(duì)講機(jī)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)44.3 網(wǎng)絡(luò)管理55 心得體會(huì)66 參考文獻(xiàn)6基于ARM的樓宇對(duì)講系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要采用模塊化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出一款基于ARM微控制芯片和Linux

2、操作系統(tǒng)的樓宇對(duì)講系統(tǒng)，該對(duì)講系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與樓宇間的各室內(nèi)機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)了安裝在樓道門口的終端機(jī)與各室內(nèi)機(jī)的IP對(duì)講，同時(shí)將訪客的視頻信息傳輸?shù)绞覂?nèi)機(jī)，并采用指紋身份識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)了門控系統(tǒng)管理。關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)；樓宇對(duì)講；指紋識(shí)別1 引言1.1 課程設(shè)計(jì)的目的和意義鞏固所學(xué)的專業(yè)技術(shù)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析和解決工程技術(shù)問題的能力，培養(yǎng)初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力；通過課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，了解并掌握一般的綜合設(shè)計(jì)過程，訓(xùn)練并提高學(xué)生在理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料、運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范和應(yīng)用計(jì)算機(jī)等方面的能力，更好地將理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)獨(dú)立分析和解

3、決問題的能力。再設(shè)計(jì)完成后，還要將設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行安裝、調(diào)試，加強(qiáng)我們的動(dòng)手能力。在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計(jì)工作的整體觀念。1.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)基于ARM的樓宇對(duì)講系統(tǒng)。要求對(duì)系統(tǒng)功能分析，給出設(shè)計(jì)思路；系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，畫出系統(tǒng)構(gòu)成框架圖；闡述系統(tǒng)工作流程；畫出主要設(shè)計(jì)部分的電路圖。2 系統(tǒng)的工作原理通過網(wǎng)絡(luò)適配器和交換機(jī)與用戶室內(nèi)機(jī)，管理中心機(jī)等組成一個(gè)LAN網(wǎng)絡(luò)。對(duì)講系統(tǒng)安裝在每個(gè)樓梯入口，可用于呼叫各室內(nèi)機(jī)或管理中心機(jī)；當(dāng)業(yè)主欲進(jìn)入梯道鐵門時(shí)，可利用對(duì)講系統(tǒng)連接的指紋識(shí)別傳感器感應(yīng)進(jìn)行身份識(shí)別，確認(rèn)身份后電控門鎖自動(dòng)開啟；來訪者可通過該對(duì)講系統(tǒng)呼叫住戶，住戶通過室內(nèi)機(jī)，對(duì)訪客進(jìn)行對(duì)話、

4、視頻確認(rèn)后，遙控開啟樓道門控鎖；另外管理中心機(jī)殼通過對(duì)講系統(tǒng)內(nèi)置的Web服務(wù)器進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)查詢?cè)O(shè)置，如IP信息設(shè)置，系統(tǒng)復(fù)位，系統(tǒng)時(shí)鐘矯正等。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主控芯片采用三星S3C2440嵌入式處理器，S3C2440是基于ARM9T的SOC芯片，低功耗、高性能，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)，具有LCD控制器，3通道UART、4通道DMA、HC和SPI總線接口、130個(gè)通道I/O口、2個(gè)USB主機(jī)樓口和1個(gè)USB設(shè)備接口等資源。基于S3C2440的這些資源，滿足整個(gè)系統(tǒng)對(duì)處理器的要求。整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)原理如圖3-1所示圖3-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)3.1 ARM主控模塊ARM主控模塊由ARM控制器、F

5、LASH、SDRAM及相關(guān)外圍電路組成。系統(tǒng)中ARM控制器的主要作用是把從指紋識(shí)別儀讀取到的指紋特征數(shù)據(jù)域存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中的指紋記錄作比較，如果存在記錄則發(fā)出脈沖使電控門開鎖。同時(shí)實(shí)現(xiàn)接收和傳輸視頻及語音數(shù)據(jù)，以太網(wǎng)通信等功能。3.2 以太網(wǎng)接口模塊由于S3C2440控制器本身并沒有帶以太網(wǎng)控制器，可通過擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)接口的模式設(shè)計(jì)一個(gè)以太網(wǎng)接口電路。系統(tǒng)采用性能優(yōu)良的以太網(wǎng)控制器CS8900A。該芯片的突出特點(diǎn)是使用靈活，其物理層接口、數(shù)據(jù)傳輸模式和工作模式等都能根據(jù)需要而動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過內(nèi)部寄存器的設(shè)置來適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。電路連接如圖3-2所示。圖3-2 以太網(wǎng)卡連接圖3.3圖像處理模塊圖像處理模塊

6、由圖像采集芯片、圖像壓縮芯片及相關(guān)外圍電路組成。系統(tǒng)采用專用采集和壓縮芯片組成的硬件電路來實(shí)現(xiàn)圖像處理的功能，不采用軟件方式來實(shí)現(xiàn)，是為了減輕控制器的負(fù)擔(dān)以便于以太網(wǎng)傳輸圖像，并能獲得較好的數(shù)字壓縮圖像。圖像采集芯片采用TW9903。TW9903內(nèi)部帶有軟件控制的4選1的信號(hào)輸入選擇器。S3C2440通過IIC總線對(duì)TW9903進(jìn)行初始化和控制。圖像壓縮芯片采用GO7007。GO7007采用MPEG4壓縮算法進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像壓縮，能隨Internet用帶寬變化動(dòng)態(tài)調(diào)整比特率和幀率，能夠輸出高質(zhì)量的微軟視頻格式。圖像處理模塊接線如圖3-3所示。圖3-3 圖像處理模塊接線圖3.4 指紋數(shù)據(jù)處理模塊由于

7、指紋識(shí)別儀是通過USB接口與S3C2440連接的，S3C2440自帶有兩個(gè)USB主接口，所以只需擴(kuò)展主控制器的USB接口即可。電路圖如圖3-4所示。圖3-4 USB接口電路原理圖3.5音頻處理模塊音頻模塊實(shí)現(xiàn)了訪客與住戶之間的通話，訪客通過門控系統(tǒng)提供的按鍵按下住戶號(hào)碼。對(duì)應(yīng)的室內(nèi)機(jī)即發(fā)出振鈴聲，同時(shí)將訪客圖像傳至室內(nèi)機(jī)，提起手柄，即可與訪客通話。音頻模塊由S3C2440的IIS音頻總線接口和UDA1341音頻編碼解碼器組成，S3C2440的IIS總線時(shí)鐘信號(hào)SCK與USA1341的BCK連接，字段選擇連接于WS引腳。UDA1341提供兩個(gè)音頻通道，分別用于輸入和輸出，IIS總線的音頻輸出II

8、SSDO對(duì)應(yīng)于UDA1341的音頻輸入，IIS總線的音頻輸入IISDI對(duì)應(yīng)于UDA1341的輸出。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為L(zhǎng)inux2.6.22內(nèi)核，bootload引導(dǎo)程序，根文件系統(tǒng)的裁剪，編譯和移植，硬件驅(qū)動(dòng)的編寫和各業(yè)務(wù)模塊的功能實(shí)現(xiàn)三部分。前兩部分的開發(fā)設(shè)計(jì)有固定的模式。業(yè)務(wù)模塊由門口、IP對(duì)講和網(wǎng)絡(luò)管理三部分組成，Linux系統(tǒng)為每個(gè)業(yè)務(wù)模塊建立一個(gè)進(jìn)程，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)由init進(jìn)程根據(jù)inittab的啟動(dòng)裂變創(chuàng)建。4.1 門禁控制程序門控部分負(fù)責(zé)指紋身份登記，識(shí)別和電控鎖開門。當(dāng)fingerprint_state這個(gè)狀態(tài)為1時(shí)門控模塊處于指紋身份識(shí)別狀態(tài)。指紋識(shí)別儀驅(qū)動(dòng)程序

9、發(fā)出中斷信號(hào)通知處理器到指定緩沖區(qū)把指紋特種數(shù)據(jù)取走。門控模塊將讀到的指紋特征數(shù)據(jù)與指紋特征數(shù)據(jù)庫中的記錄做一對(duì)一的比對(duì)，當(dāng)找到對(duì)應(yīng)指紋記錄后則通知電控鎖開門，否則不予響應(yīng)。當(dāng)fingerprint_state為0時(shí)門控模塊處于指紋身份登記狀態(tài)。門控模塊將讀到的數(shù)據(jù)存入指紋特征數(shù)據(jù)庫。fingerprint_state由鍵盤模塊或網(wǎng)管設(shè)置。門控模塊流程圖如圖4-1所示。圖4-1 門控模塊流程圖4.2 IP對(duì)講機(jī)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)IP對(duì)講部分實(shí)現(xiàn)訪客與指令室內(nèi)機(jī)的視頻和通話。當(dāng)訪問輸入房號(hào)并按確認(rèn)后，樓棟控制終端機(jī)將與指令的室內(nèi)機(jī)通過socket套接字建立連接。通過這個(gè)套接字就可以在兩端進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)和

10、語言數(shù)據(jù)的傳輸。圖像采集壓縮程序主要圍繞圖像采集芯片和圖像壓縮芯片設(shè)計(jì)來完成圖像的處理和輸出，由圖像采集和圖像壓縮兩部分組成。圖像采集部分包括對(duì)圖像采集芯片的初始化程序、寄存器控制程序和參數(shù)控制程序，通過控制圖像原始亮度、飽和度和對(duì)比度的輸出來實(shí)現(xiàn)采集后數(shù)字圖像輸入到圖像壓縮芯片。圖像壓縮部分包括GO7007的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。GO7007驅(qū)動(dòng)程序主要完成對(duì)芯片初始化、關(guān)閉、取數(shù)據(jù)和參數(shù)控制的功能。GO7007的主要程序主要是獲得壓縮后的數(shù)據(jù)，通過控制參數(shù)得到不同的數(shù)據(jù)流。IP語音傳輸控制采用IETF的會(huì)話初始化協(xié)議SIP。SIP協(xié)議時(shí)一種比較簡(jiǎn)單的會(huì)話初始化協(xié)議，主要用于建立啟動(dòng)、維持和中

11、止IP網(wǎng)上的雙方或多方的會(huì)話。話音壓縮編碼也是語音傳輸中的一項(xiàng)重要技術(shù)，這里運(yùn)用了ITUT定義的G.729編碼技術(shù)。最后是網(wǎng)絡(luò)傳輸部分了，網(wǎng)絡(luò)傳輸控制使用IP/UDP和RTP協(xié)議。這些技術(shù)的使用保證了IP語音傳輸?shù)恼Z音質(zhì)量和實(shí)時(shí)性。在實(shí)現(xiàn)時(shí)我們采用線程方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別把語音傳輸?shù)母鱾€(gè)功能塊設(shè)計(jì)成線程。除了用于語音傳輸總控程序之外，程序還用系統(tǒng)調(diào)用pthread_create創(chuàng)建了4個(gè)支持線程。分別把各個(gè)功能設(shè)計(jì)成線程，分別用于接收并播放RTP分組、采用并發(fā)送RTP分組、接收并處理RTCP分組和產(chǎn)生并發(fā)送RTCP分組，它們的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。圖4-2 語音傳輸工具整體結(jié)構(gòu)4.3 網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)

12、管理部分讓管理中心能通過web方式對(duì)IP信息，時(shí)鐘同步，設(shè)備復(fù)位等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和查詢。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)在Linux系統(tǒng)中架設(shè)嵌入式服務(wù)器thttpd，使用PHP編寫web信息服務(wù)，相應(yīng)的配置參、程序版本等操作通過PHP的web頁面完成。功能流程圖如圖4-3所示。圖4-3 網(wǎng)絡(luò)管理流程圖5 心得體會(huì)經(jīng)過將近一周時(shí)間的自我學(xué)習(xí)做設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)過程中我不僅檢驗(yàn)了我以往所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，而且還豐富了課外知識(shí)學(xué)到了許多在課上沒有學(xué)過的東西，更重要是經(jīng)驗(yàn)。這份寶貴的經(jīng)驗(yàn)為以后我們步入社會(huì)也奠定了基礎(chǔ)。通過這次設(shè)計(jì)，我的多方面都有所提高，體會(huì)到了自己?jiǎn)为?dú)做設(shè)計(jì)時(shí)的能力不足，以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自