基于TINI的嵌入式数字图像采集系统

基于TINI的嵌入式数字图像采集系统

　2004年　第12期

仪表技术与传感器

2004　基于TINI的嵌入式数字图像采集系统

曹建海,路长厚

(山东大学机械工程学院,山东　济南　250061)

　　摘要:以DS80C400为核心,利用微网接口(TINI)设计了嵌入式数字图像采集系统;将数码相

机M4088模块直接与DSTINIM400模块相连,以UDP作为嵌入式以太网的传输层协议直接联入以太网。文中对硬软件结构和快速采集图像数据关键问题进行了分析和研究。该系统应用于压印字符图像采集中,取得了良好效果。

关键词:嵌入式系统;以太网;图像采集;中图分类号:TP391　文献标识码:B　文章编号:1002-1841(2004)12-0033EmbeddedImageonJianU,ShandongUniversity,Jinan250061,China)

Abstract:ThcollectionsystemadoptsembeddedsystemDS80C400asthekernelandutilizesTinyIn2ternetInterface.ThedigitalcameraM4088isconnectedtheDSTINIM400moduledirectly.TheUserDatagramProtocol(UDP)offersonlyaminimaltransportservice2non2guaranteeddatagramdelivery,itgivesapplicationsdirectaccesstothedatagramserviceoftheIPlayer.Thetheoryofsystemrealization,hardwarestructure,softwaredesingandcollectingspeedilyforimagedataofthesystemweremainlydiscussed.Itisappliedtothepressedcharacterimagecollectionandhashighlyworth.KeyWords:EmbeddedSystem;Ethernet;ImageCollection;TINI

1　引言PocketPC设备,这些解决方案通常能够提供充裕的

在工控系统,为了实现视频监控,满足数字图像高速数据传输和现场环境的要求,提出了基于以太网的嵌入式数字图像(视频)监控系统。它可以广泛应用于工业现场的监控系统中、交通监控系统、银行证券操作与安全监控、智能仪器、安防系统等领域。将以太网技术应用数字图像传输中有以下好处:(1)其高速、大容量的特性满足了数据传输的要求;(2)以太网技术相对普及,可以与现有的硬件设备和软件系统实现无缝连接,提高系统的开发速度,降低开发成本。

目前,现场数字图像的采集和传输系统有二大类:一类是基于嵌入式系统;另一类基于工控PC机的。相比之下,嵌入式系统体积小,功能按现场设计,使用方便,稳定性好,成为数字图像监控系统的新热点。针对基于以太网的嵌入式数字图像(视频)监控系统,如何合理调节功能和成本之间的平衡点是其中的难点。由于需要与数码相机这样复杂的设备通信,及要求高速传输和大容量存储,一般通常选用PC-104、StrongARM,或者其他类型的

处理能力、复杂的操作系统和大量的RAM,但同时也带来了相当多的无关功能,必须购买操作系统和TCP/IP栈授权[3]。然而,仅仅是需要采集图像和高

速传输至其他设备,比如安全验证中指纹图像采集,同时希望设备体积更小、成本更低。为此利用TINI技术,实现基于以太网的现场数字图像的采集和传输,并应用于“基于网络的新型系列全自动数控标牌压印机的产业化”项目中,获取数控标牌压印机现场制作的标牌图像。2　基于TINI的嵌入式系统

针对图像采集系统中,选用的TINI嵌入式系统,是DallasSemiconductor的产品,TINISDK可以免费下载。TINI定义了一个芯片组,包含一个JAVATM运行环境的嵌入式操作系统,其中整合了经过高度优化的Java运行环境,Java编程者可从其中获得一般的嵌入式开发中不多见的功能:多线程、多任务、继承性、虚拟化、跨平台能力。它具有强大的网络支持,支持IPv4、IPv6、DNS、DHCP、PPP、Telnet和FTP.TINIJava运行环境还包含一个完整实现的http://doc.guandang.net子系统。通过Java可访问TCP/IP和设备

基金项目:山东省重点产业化项目(0203c06)收稿日期:2003-12-01　　收修改稿日期:2004-07-01

的串/并口,因此,各种计算机可以通过TCP/IP与

TINI通信,TINI可以与复杂的传感器进行通信,比

基于TINI的嵌入式数字图像采集系统

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InstrumentTechniqueandSensor　

Dec12004　

如数码相机。

目前有两种TINI设计方法,分别是基于DS80C390的DSTINIM390模块和基于DS80C400的DS2TINIM400模块[3]。DSTINIM400模块是DSTNIM390模

作用是通过网络传输图像数据,JAVA提供了所有必须的线程及锁定机制。

块的升级版,性能更好。DSTINIM400模块包括1MBFLASHROM、1MBNVSRAM和以太网、CAN210B总线、1-Wire、SPTTM、串口等接口,同时支持连续的16MB的地址空间和75MHz的时钟频率。DSTIN2IM400模块结构见图1,2片HM162W8512组成1MBNVSRAM,AM29LV081B为1MBFLASHROM,复位

图3　系统软件的结构图

和电源电路由2片MAX6365PKA和1片

MAX1792EUA18构成,实时时钟芯片为

DS1672U-33,IEEEMAC地址存储在DS2502-E48,提供标准144针SODIMM插排。

HTTP服务器用于WEB浏览器的Javaapplet,是TINISDK中HTTPServer的范例,它运行于TINI2FLASH中的层次化文件系统,功能设计单一,自身简明。启动后,M4088的applet从闪存读出,并写入文件系统,index页便产生了。图像传输服务器有两个线程:服务器套接字(TCPs),applet的连接。嵌入式系PC机上,即:sServerSocket(端口号)。同时服务器

图1　DSTINIM400模块的结构图

3　数字图像采集系统及应用

311　系统硬件

数字图像采集系统的主要任务是将现场采集的原始图像数据,直接或适当处理后通过UDP传输至主机。数字图像采集系统主要由DSTINIM400模块和数码照相模块组成。数码照相模块选用Quasar电子公司的M4088模块[4],该模块使用单片1/4英　黑白OmniVision5017CMOS图像传感器,分辨率为384×288,M4088是逐行扫描,8位数据输出,提供场同步和行同步信号,同时具备可编程的帧频、曝光率和图像大小。图2为数字图像采集系统的结构图。DSTINIM400具有内置以太网MAC,但是需要以太网PHY和磁性元件(MAGNETICS)。400支持许多PHY,比如HomePNA

、HomePlugPHY,系统中采用Intel的LXT972A通过标准MII接口与DSTINIM400模块相连。M4088与DSTINIM400的连接也较方便,将

M4088的4根地址线、8根数据线分别与相应的信号线连接即可,5根控制线中CSB为M4088选中信号,可与DS2TINIM400的CE4相连;OEB和WEB分别是读写信号;Href和Vsync分别是水平和垂直同步信号,分别与INT0、P110相连。

IPv4和IPv6上,使数码相机M4088不需要作任何改动就可兼容IPv6。另一个线程是图像传输,由于系统是双重缓冲的,图像的采集和传输经过优化可以并行运行。采集的数据以UDP数据包的形式传输,由于没有对图像进行压缩处理,所以传输的图像数据是原始采集的,数据包的组成也较简单,每一包由一个2字节的包头和5个扫描行数据构成。CASH是一简单的用户界面,用于设置IP地址、连接用户等。TINI-JVM提供了本地方法可以调用TINIOS本地API,允许其访问存储管理器、调度器和其他操作系统的内部资源,它通过TINI动链接库(TLIB)与Java可执行程序链接。中断服务子程序(ISR)完成采集M4088的图像数据。313　快速采集图像数据

由于数码相机M4088的数据量很大,数据流量超过1Mbit/s,直接利用Java虚拟机(JVM)不具备充分的能力来采集M4088的数据,因此系统利用TI2NI的本地方法,将自编的中断服务子程序(ISR)安装在应用程序通信的操作系统之下。本地方法允许Java向相机发送指令,这样发挥TINI平台的优势:高层协议用JAVA实现,代码中的高速部分用汇编语言完成。

为了保证快速完成,系统设计时,当向M4088发送摄取一帧图像的启动指令,并开放中断后 …… 此处隐藏：4695字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……