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(wǎng)絡作為一個新生體越來越近的開始走進人們的生活，它將家庭單元作為一個節(jié)點加入了網(wǎng)絡的大家庭，其中作為連接家庭內(nèi)部與Internet的橋梁的家庭網(wǎng)關起了舉足輕重的作用。嵌入式網(wǎng)關的主要功能如下：
遠程控制：客戶通過Internet上連接的任意一臺PC機的瀏覽器，都可以訪問家庭網(wǎng)絡的服務器；家庭網(wǎng)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；客戶通過對HTML頁面上相應設備的點擊以實現(xiàn)對家庭網(wǎng)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Internet上連接的任意一臺PC機的瀏覽器，都可以訪問家庭網(wǎng)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(shù)據(jù)庫需要維護，或者家庭網(wǎng)絡中設備的HTML描述文件有了更新，甚至系統(tǒng)的網(wǎng)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(wǎng)絡中的服務器做維護和更新。
基于這些基本要求和嵌入式系統(tǒng)自身資源有限的特點，系統(tǒng)選擇了S3C4510芯片，并對其進行外圍電路擴展如圖1：
圖1 外圍擴展電路方框圖
其中：Flash/ROM用于存儲家庭網(wǎng)關中的嵌入式操作系統(tǒng)、HTTP服務器、CGI網(wǎng)關程序、家庭網(wǎng)絡服務器以及各種服務所需的文件系統(tǒng)。整個家庭網(wǎng)關軟件平臺存儲在Flash中，系統(tǒng)啟動時，將從Flash中運行Bootloader，解壓操作系統(tǒng)并將其移入SDRAM中。
Ethernet：S3C4510內(nèi)部集成了網(wǎng)絡控制接口，并提供專用于網(wǎng)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(wǎng)絡的隔離和數(shù)據(jù)的收發(fā)。
System：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(diào)試接口電路等。
嵌入式操作系統(tǒng)選擇的是uClinux操作系統(tǒng)，uClinux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UCLINUX下，主要有三個WEB服務器：httpd、thttpd和boa，httpd是最簡單的WBE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(nèi)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(wǎng)關的進程數(shù)量有限，系統(tǒng)選擇了在uCLinux系統(tǒng)中的boa服務器。
由于目前的uCLinux還不支持ASP、PHP等動態(tài)網(wǎng)頁技術，所以在uCLinux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。
圖2 系統(tǒng)總體設計框圖
1 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Document Root指定的WEB服務器的根修改為/boas.
在對內(nèi)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ucLinux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(wǎng)頁，rc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.
2 系統(tǒng)設計描述
在嵌入式網(wǎng)關的設計中，網(wǎng)關程序與家庭網(wǎng)絡的HTTP服務器和家庭網(wǎng)絡內(nèi)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(shù)據(jù)庫，完成HTTP服務器與HomeNetServer之間的信息交互。
在家庭網(wǎng)關的設計中，根據(jù)功能描述，網(wǎng)關應能提供遠程監(jiān)視、遠程控制、遠程維護功能。網(wǎng)關內(nèi)部工作流程如下：
● 若客戶發(fā)送的HTTP請求，經(jīng)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(jīng)過HTTP服務器接收和解析后，得知請求的消息是對設備的設置（操作），則通CGI函數(shù)將消息內(nèi)容轉換為家庭網(wǎng)絡協(xié)議傳遞給家庭網(wǎng)絡服務器，由家庭網(wǎng)絡服務器對家庭內(nèi)部設備的管理和控制，并將處理結果以消息形式傳遞給CGI程序，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(jīng)過HTTP服務器接收和解析后，得知請求的頁面是提供實時視頻服務時，HTTP服務器將調(diào)用CGI函數(shù)向視頻數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送消息，通過視頻數(shù)據(jù)處理模塊來控制視頻壓縮卡完成視頻數(shù)據(jù)的采集，壓縮和發(fā)送等功能。
● 若客戶發(fā)送的HTTP請求，經(jīng)過HTTP服務器接收和解析后，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(shù)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。
圖3 家庭網(wǎng)關軟件結構框圖
3 實時視頻傳輸部分設計
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(shù)向視頻數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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，圖像的實時播放可以和圖像的實時捕捉存儲同時進行。
初始化視頻壓縮卡：
M878Object*pObject=NULL；
For(int i=0；i<m_nDevice；i++)
{pObject=new M878Object(i，m_strDisk+m_str VideoDir)；
If(!pObjectGetDataFormFile())
pObject->InitData()；
m_obArray.Add(pObject)；
}
數(shù)據(jù)采集：
for(i=0；i<m_nDevice；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(shù)據(jù)流
RegisterViSaveExceptionProc(i，(ViSaveErrCallBack) ViErrCallBack)；
pObject->SetParamToDevice()； //設定參數(shù)
}
停止設備：
當不再使用設備時，調(diào)用ViUnInit()關閉視頻壓縮采集卡并卸載系統(tǒng)資源。
數(shù)據(jù)發(fā)送模塊：
OutMpegBuff(i，OnMpeg4Write)；
Void CALLBACK OnMpge4Write(DWORD dwCard，BYTE *pbuff，DWORD dwSize，
BOOL isKeyFrom)
{
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(jīng)過編碼處理的實時視頻數(shù)據(jù)，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(jù)地址表中的地址來發(fā)送視頻包。
數(shù)據(jù)接收模塊：
該模塊主要完成視頻數(shù)據(jù)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Internet Exploer或Netscape公司的Netscape Navigator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(shù)據(jù)，首先，與HTTP鏈接不同，不是使用流套接字而是使用數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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。Microsoft Internet Explore通過在HTML文檔中使用Internet Component Download方法自動下載并安裝ActiveX控件3。
（1）客戶端控件的嵌入
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代碼可使用的MFCControl控件如下：
<HTML>
<HEAD>
<TITLE>VideoPage</TITLE>
</HEAD>
<BODY>
<OBJECT>
ID=〝Mpge4Control 〞
WIDTH=100
HEIGHT=51
CLASSID=CLSID:A119846-2E75-11D0-BDB2-000000000000〞
CODEBASE=http://www.myhome.com/videodisplay/MFCControl.ocx>#Version=1，0，0，1>
<PARAMNAME=〝Alighment〞VALUE=〝1〞>
<PARAMNAME=〝CaptionProp〞VALUE=〝Sample〞>
</OBJECT>
</BODY>
</HTML>
其中ID標志控件命名，提供訪問控件的HTML代碼。CLASSID標志是唯一的UUID給控件賦值的指令，告訴IE哪個對象被裝載。在HTML頁面實現(xiàn)控件的自動下載，使用<OBJECT>標志的CODEBASE屬性，該屬性告訴IE要下載和安裝的控件版本和找到和下載控件及其支持文件的地址。
（2）客戶端控件的注冊
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(jù)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。
4 遠程控制部分設計
在遠程控制部分設計中，根據(jù)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(nèi)部家庭網(wǎng)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(wǎng)絡內(nèi)部總線。（由于篇幅有限，本文僅討論前者）。
云臺控制模塊設計
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(diào)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(shù)向云臺解碼器發(fā)送控制指令以實現(xiàn)對云臺，鏡頭的控制。在室內(nèi)，采用CDA2000室內(nèi)萬能解碼器4直接通過RS-232串行口與嵌入式網(wǎng)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(diào)節(jié)。
圖4 云臺控制系統(tǒng)硬件連接框圖
在云鏡控制模塊中，解碼器起著核心的地位，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(diào)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(diào)用設備相關函數(shù)來打開串口（open()），設置串口參數(shù)(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。
圖5 串行通信流程
5 結論
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(wǎng)絡服務器〞的模式來實現(xiàn)對信息家電的控制，但由于篇幅有限，不做論述。鑒于實時視頻服務的特殊性，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(shù)據(jù)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)采用的是在WEB頁面中嵌入ActiveX控件的方式，由ActiveX控件完成視頻數(shù)據(jù)的接收、解碼和顯示工作。而這樣做的好處是，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。
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