引言

隨著科學技術的不斷進步和發(fā)展，人們對生活質量也提出了更高的要求。家庭網絡作為一個新生體越來越快走進人們的生活，它將家庭單元作為一個節(jié)點加入了網絡的大家庭，其中連接家庭內部與Internet的橋梁的家庭網關起了舉足輕重的作用。嵌入式網關的主要功能如下：

遠程控制：客戶通過Internet連接的任意一臺PC機的瀏覽器，都可以訪問家庭網絡的服務器。家庭網絡中的設備狀態(tài)將以HTML文件的方式顯示在客戶端的瀏覽器中?？蛻敉ㄟ^對HTML頁面上相應設備的點擊以實現(xiàn)對家庭網絡中設備的遠程控制，操作的結果同樣以HTML頁面的方式刷新客戶端的瀏覽器。

遠程監(jiān)視：客戶通過PC機的瀏覽器，都可以訪問家庭網絡的服務器，在HTML頁面上通過點擊控件按鈕來實現(xiàn)視頻工具的自動下載，和所要求視頻文件的自動播放，從而可以顯示多個攝像頭中的視頻信息。

遠程維護：當HomeNetServer的后臺數據庫需要維護，或者家庭網絡中設備的HTML描述文件有了更新，甚至系統(tǒng)的網絡管理系統(tǒng)需要升級為新版本時，管理員都可以通過Internet遠程對家庭網絡中的服務器做維護和更新。

本文采用的系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所是?；谶@些基本要求和嵌入式系統(tǒng)自身資源有限的特點，系統(tǒng)處理器選擇了三星的S3C4510芯片，并對其進行外圍電路擴展如圖2所示。

圖1系統(tǒng)總體設計框圖

圖2處理芯片的外圍擴展電路方框圖

其中，F(xiàn)lash/ROM用于存儲家庭網關中的嵌入式操作系統(tǒng)、HTTP服務器、CGI網關程序、家庭網絡服務器以及各種服務所需的文件系統(tǒng)。整個家庭網關軟件平臺存儲在Flash中，系統(tǒng)啟動時，將從Flash中運行引導程序，解壓操作系統(tǒng)并將其移入SDRAM中。
Ethernet：S3C4510內部集成了網絡控制接口，并提供專用于網絡通信的DMA通道。通過Ethernet模塊，S3C4510實現(xiàn)與Internet的連接。Ethernet模塊完成芯片與網絡的隔離和數據的收發(fā)。

系統(tǒng)：S3C4510所需的其他外圍電路，包括：電源電路、外部時鐘(50MHz)電路、開關及復位電路和JTAG調試接口電路等。

嵌入式操作系統(tǒng)選擇的是mCLinux操作系統(tǒng)，mCLinux是專門針對沒有MMU的處理器而設計的，系統(tǒng)多采用Romfs文件系統(tǒng)，Romfs是一種相對簡單、占用空間較少的文件系統(tǒng)。而在mCLINUX下，主要有三個WEB服務器：httpd、thttpd和boa。httpd是最簡單的WEB服務器，功能簡單，不支持認證和CGI，thttpd和boa均支持認證和CGI，功能豐富，其中boa1是一個單任務的http服務器，源代碼開放，性能較高，占用系統(tǒng)資源較少，boa服務器在收到請求時，不啟動多個服務進程處理多個請求，在一個進程內處理所有服務請求。對于CGI程序，將生成新的進程來處理，考慮到嵌入式系統(tǒng)自身資源有限，和家庭網關的進程數量有限，系統(tǒng)選擇了在mCLinux系統(tǒng)中的boa服務器。

由于目前的mCLinux還不支持ASP、PHP等動態(tài)網頁技術，所以在mCLinux下通過CGI2技術連接WEB頁和本地程序，提供動態(tài)和交互的特性。

配置boa服務器

CGI程序不是放在服務器上就能順利運行，如果要想使其在服務器上順利的運行并準確的處理用戶的請求，則須對所使用的服務器進行必要的設置。

boa的配置文件boa。conf：在boa。conf中對boa進行了配置，這些配置多使用默認值，本系統(tǒng)中將DocumentRoot指定的WEB服務器的根修改為/boas。
在對內核進行配置時，選擇boa程序和cgi。

將cgi_generic文件夾下的cgi。c和makefile覆蓋到程序包中的/usr/cgi_generic/。將boa文件夾下的hash。c覆蓋到程序包中的/usr/boa/src。將rc文件覆蓋到程序包中的/vendor/Miectek/4510。

本系統(tǒng)中的mCLinux系統(tǒng)中的文件使用的是ROMFS和運行于RAM的EXT2。為了可通過FTP等工具更新網頁，Src文件在/boas下創(chuàng)建文件夾cgi_bin，然后將index。html，boa。conf和mine。type復制到/boas下，將CGI程序復制到/boas/cgi_bin下。至此建立了boa運行的基本環(huán)境，使用“>boa-C/boas/”命令就可以運行boa。

家庭網關設計

在嵌入式網關的設計中，網關程序與家庭網絡的HTTP服務器和家庭網絡內部服務器位于同一物理設備(基于S3C4510的硬件平臺)之上，負責連接HTTP服務器與后臺數據庫，完成HTTP服務器與HomeNetServer之間的信息交互。

圖3家庭網關軟件結構框圖

家庭網關的軟件結構如圖3所示。根據功能描述，網關應能提供遠程監(jiān)視、遠程控制、遠程維護功能。網關內部工作流程如下：

*若客戶發(fā)送的HTTP請求，經過HTTP服務器接收和解析后，得知要求的是設備狀態(tài)信息時，HTTP服務器從存儲設備狀態(tài)信息的靜態(tài)文件中取出設備狀態(tài)，并封裝為HTTP響應消息發(fā)送回客戶端。

*若客戶發(fā)送的HTTP請求，經過接收和解析后，得知請求的消息是對設備的設置(操作)，則通CGI函數將消息內容轉換為家庭網絡協(xié)議傳遞給家庭網絡服務器，由家庭網絡服務器對家庭內部設備的管理和控制，并將處理結果以消息形式傳遞給CGI函數，并封裝為HTTP響應消息的形式，發(fā)送回客戶端。

*若客戶發(fā)送的HTTP請求，經過接收和解析后，得知請求的頁面是提供實時視頻服務時，HTTP服務器將調用CGI函數向視頻數據處理模塊發(fā)送消息，通過視頻數據處理模塊來控制視頻壓縮卡完成視頻數據的采集、壓縮和發(fā)送等功能。

*若客戶發(fā)送的HTTP請求，經過接收和解析后，得知請求的消息包含對云臺設備及鏡頭的控制命令時，HTTP服務器通過CGI函數向云鏡解碼器直接發(fā)送控制指令以實現(xiàn)對云臺和鏡頭的控制。

實時視頻傳輸設計

基于HTTP的boa服務器負責接收和響應客戶端的HTTP請求，當請求的是視頻信息時，此請求通過CGI函數向視頻數據處理模塊發(fā)送消息，從而向視頻設備發(fā)送事件以允許實時視頻發(fā)送任務進入運行隊列。

視頻數據處理模塊主要包括視頻圖像的實時捕捉(借助MPEG-4視頻壓縮卡完成)、動態(tài)存儲和實時播放，實時播放可以和實時捕捉存儲同時進行。
初始化視頻壓縮卡：
M878Object*pObject=NULL;
For(inti=0;i
{pObject=newM878Object(i，m_strDisk+m_strVideoDir);
If(！pObjectGetDataFormFile())
pObject->InitData();
m_obArray。Add(pObject);
}

數據采集：

for(i=0;i
{
OpenDev(i);//打開指定卡號的設備，分配相應系統(tǒng)資源
pObject=(M878Object*)m_obArray[i];
OutMpegBuff(i，OnMpeg4Write);//采集視頻數據流
RegisterViSaveExceptionProc(i，(ViSaveErrCallBack)ViErrCallBack);
pObject->SetParamToDevice();//設定參數
}

停止設備：
當不再使用設備時，調用ViUnInit()關閉視頻壓縮采集卡并卸載系統(tǒng)資源。
數據發(fā)送模塊：
OutMpegBuff(i，OnMpeg4Write);
VoidCALLBACKOnMpge4Write(DWORDdwCard，BYTE*pbuff，DWORDdwSize，
BOOLisKeyFrom)
{
if(dwCard>=g_dwDevice)
return;
g_VStrmInfo[dwCard]+=dwSize/26;
MTAWriteVideo((BYTE)dwCard，pbuff，(LONG)dwSize，isKeyFrm)
}

發(fā)送模塊負責向地址表中的地址發(fā)送經過編碼處理的實時視頻數據，并修改地址表中的信息。地址表用來保存請求實時視頻服務的用戶的IP地址，視頻發(fā)送任務根據地址表中的地址來發(fā)送視頻包。

數據接收模塊主要完成視頻數據的接收、解碼和顯示工作。用戶通過瀏覽器實現(xiàn)對遠程設備的監(jiān)控，服務器返回的信息通過瀏覽器顯示。瀏覽器可以使用微軟公司的InternetExploer或Netscape公司的NetscapeNavigator等。對于普通的文本及HTML文件支持的GIF、JPEG等格式的圖片，普通瀏覽器都可以顯示。但對于實時視頻數據，由于與HTTP鏈接不同，不是使用流套接字而是使用數據報套接字接收，然后還需解碼和顯示，這些工作瀏覽器都無法完成。為使用戶能通過瀏覽器觀看視頻，本系統(tǒng)采用在WEB頁面中嵌入ActiveX控件，由ActiveX控件完成視頻數據的接收、解碼和顯示工作。而ActiveXInternet技術的一個重要方面是安全的下載和安裝ActiveX控件和需要的支持文件。MicrosoftInternetExplore通過在HTML文檔中使用InternetComponentDownload方法自動下載并安裝ActiveX控件完成客戶端控件的嵌入和注冊。

在WEB服務器的HTML文件中嵌入ActiveX屬性，針對客戶端使用最多的IE瀏覽器，HTML代碼可使用MFCControl控件。

控件編寫完成后，需要在客戶端注冊，關于控件的信息記錄在注冊表中?？蛻舳藦姆掌鞫私邮盏角队锌丶腍TML頁面后，將根據OBJECT標簽中的信息通過注冊表使用對應的空間完成接收，解碼和顯示。

遠程控制設計

在遠程控制部分設計中，根據性能最優(yōu)化和實時性考慮，將控制部分分為兩部分：云臺控制部分，主要是通過串口進行通信；信息家電遠程控制，通過內部家庭網絡協(xié)議對相應設備進行控制，控制信號的物理載體是家庭網絡內部總線。由于篇幅有限，以下只介紹圖4所示云臺控制模塊。

圖4云臺控制系統(tǒng)硬件連接框圖

該模塊是個相對獨立的模塊，負責控制云臺的上下左右旋轉以及鏡頭的焦距和光圈的調整。當服務器接受到的請求中含有對云臺設備以及鏡頭的控制命令時，將通過CGI函數向云臺解碼器發(fā)送控制指令以實現(xiàn)對云臺和鏡頭的控制。在室內，采用CDA2000解碼器直接通過RS-232串行口與嵌入式網關通信，云臺控制電壓～24V、～220V可選，鏡頭控制電壓可在5V-12V之間無級調節(jié)。

在云鏡控制模塊中，解碼器起著核心的作用，設計云鏡控制模塊主要解決的問題是將各項操作如上下旋轉，鏡頭調焦等操作進行編碼，但本系統(tǒng)采用的解碼器封裝了底層硬件程序的編寫，因此所做的工作是利用解碼器開發(fā)商提供的協(xié)議，通過RS232串行口向解碼器發(fā)送指令。

Linux對串口的操作是通過設備文件進行訪問的，只需打開相應的串口文件，然后通過調用設備相關函數來打開串口(open())，設置串口參數(tcgetattr()，cfsetispeed()，cfsetospeed())，設置輸入輸出模式(options。c_Iflag和options。c_Oflag)，恢復串口屬性，關閉串口(close())等即可。

結語

本系統(tǒng)的特點是基于嵌入式微處理器有限的系統(tǒng)資源之上，為客戶提供視頻服務。本系統(tǒng)采用的是“boa服務器+CGI+家庭網絡服務器”的模式來實現(xiàn)對信息家電的控制。以及采用了“boa服務器+CGI+視頻接收和控制模塊(視頻服務器)”的模式實現(xiàn)對視頻數據的捕獲、采集、發(fā)送等操作，并通過串行口通信方式對云臺和鏡頭進行直接的控制，視頻的接收問題一直以來是研究的重點，本系統(tǒng)采用在WEB頁面中嵌入ActiveX控件的方式，由ActiveX控件完成視頻數據的接收、解碼和顯示工作。這樣做的好處是，不需對客戶端做任何設置，就可以完成控件的自動下載和視頻文件的實時播放。

linux操作系統(tǒng)文章專題：linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）