嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊博

（廣州工商學(xué)院 廣東省廣州市 510800）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)監(jiān)控與操作方式逐漸呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控模式。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，更對(duì)是采用一種基于阻抗匹配功率放大的寬頻波段來識(shí)別并監(jiān)控相應(yīng)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)信息，在實(shí)際運(yùn)用中存在一定的缺陷，難以滿足嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際需求。

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)綜合了網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)與數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，能夠不受地理位置、環(huán)境等因素的影響，時(shí)間高效的信息處理，在實(shí)際應(yīng)用中，能夠有效提升遠(yuǎn)程管理和維護(hù)質(zhì)量[1]。通過對(duì)嵌入式Linux 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的良好設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)一步提升遠(yuǎn)程監(jiān)控的質(zhì)量，對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用有著積極的推動(dòng)作用。

1 嵌入式Linux概述

當(dāng)前，在嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中，嵌入式Linux 是一種新型操作系統(tǒng)，但在嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用正變得越來越廣泛[2]。在對(duì)嵌入式Linux 操作系統(tǒng)進(jìn)行修改之后，就能很好的在嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)行，因?yàn)檫@一系統(tǒng)在應(yīng)用方面與Internet 相同，屬于無限開放源代碼資源，且具備一定的嵌入式操作系統(tǒng)特征，因此這一系統(tǒng)有著很大的應(yīng)用價(jià)值和前景。當(dāng)前嵌入式Linux 已經(jīng)成為嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究中的熱門，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前在嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用項(xiàng)目開發(fā)中，幾乎有50%的項(xiàng)目應(yīng)用了Linux。造成這一現(xiàn)象的主要原因，首先是Linux 操作系統(tǒng)的版權(quán)費(fèi)免費(fèi)，代碼的開放性，軟件容易移植等特征，使得很多應(yīng)用軟件支持這一系統(tǒng)。同時(shí)，應(yīng)用Linux 操作系統(tǒng)會(huì)有效縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，加快產(chǎn)品上市速度，且這一操作系統(tǒng)還具備較好的穩(wěn)定性和安全性，因此，在相關(guān)嵌入式操作系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。

2 設(shè)計(jì)指標(biāo)與基本原理

在嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，嵌入式Linux 的應(yīng)用有著較為突出的優(yōu)勢(shì)，其設(shè)計(jì)部分主要有硬件和軟件兩個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容。應(yīng)用嵌入式Linux 能夠使得遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能更加豐富。嵌入式Linux 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)ο鄳?yīng)數(shù)據(jù)Linux 的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)、動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)還能夠?yàn)橄鄳?yīng)的數(shù)據(jù)信息采集子模塊設(shè)置相應(yīng)的身份識(shí)別碼，且這一識(shí)別碼是唯一的。為更好的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控，嵌入式Linux 的自組織方式能夠讓相關(guān)監(jiān)測(cè)模塊節(jié)點(diǎn)上的不同的數(shù)據(jù)在發(fā)送過程中加入，同時(shí)這些數(shù)據(jù)能夠被傳遞到相應(yīng)的協(xié)調(diào)器當(dāng)中的模塊存儲(chǔ)單元中，并且能夠針對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)反饋完成等待分析[3]。在這一系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)模塊在收集到相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息后，會(huì)將其發(fā)送至控制中心，相關(guān)監(jiān)測(cè)算法通過對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析沒能夠有效增強(qiáng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制能力。

圖1：監(jiān)控信號(hào)發(fā)生匹配電路等效模型

圖2：被監(jiān)控端口圖像信息采集成功提示圖

3 嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與傳輸過程中，A/D、A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率以及D/A 分辨率對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理有著很大的影響。按照標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)，在動(dòng)態(tài)模擬處理與預(yù)處理過程中，相應(yīng)的范圍應(yīng)當(dāng)在-40～±40dB 之間，相應(yīng)的放大量數(shù)值范圍是80dB，輸出信號(hào)的幅度則是±10V。采樣的主采樣通道為8通道異步及同步輸入方式，在這一過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)注意采樣率不能小于200HZ，同時(shí)，相應(yīng)的D/A 與A/D 分辨率不能低于12 位，D/A 轉(zhuǎn)換速率同樣也不能小于200HZ。關(guān)于回放信號(hào)方面，可以采用的形式有LFM、HFM 以及CW 等，所應(yīng)用的模型如圖1所示。

本文主要研究了Web 開發(fā)技術(shù)與嵌入式Linux 的融合，在監(jiān)控系統(tǒng)終端圖像信息采集方面采用USB 攝像頭，相應(yīng)的圖像信息主要利用網(wǎng)絡(luò)TCP 協(xié)議傳輸?shù)椒?wù)器終端。這一方式是通過對(duì)等網(wǎng)絡(luò)模型，相應(yīng)的指令主要在客戶端與服務(wù)端進(jìn)行發(fā)送與控制。

3.1 USB攝像頭

攝像頭是視頻設(shè)備不同類型中的一種，Linux 所應(yīng)用的視頻標(biāo)準(zhǔn)是Video for Linux，這一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)視頻相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)、接口、內(nèi)核以及應(yīng)用程序等進(jìn)行了定義，相關(guān)設(shè)備的在使用時(shí)，就需要按照這一接口為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。視頻設(shè)備相應(yīng)的工作內(nèi)容主要包括圖像捕捉與處理及音視頻采集等，采用USB 攝像頭這一設(shè)備硬件時(shí)，也應(yīng)當(dāng)按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工作。

在系統(tǒng)中應(yīng)用USB 攝像頭，為保證這一硬件設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在Linux 的內(nèi)核配置信息當(dāng)中，就要加入Video4Linux 驅(qū)動(dòng)，以此來保證USB 攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊的正常運(yùn)行。這一添加過程需要保持靜態(tài)加載狀態(tài)。進(jìn)行加載操作時(shí)，首先要在Linux 源代碼目錄當(dāng)中找到相應(yīng)的Linux 終端并鍵入“make menuconfig”命令，之后，在相應(yīng)的彈出界面上，對(duì)相關(guān)內(nèi)核選項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)配置，找到“Multimedia device-＞”這一多媒體設(shè)備，并選擇，然后會(huì)進(jìn)入到相應(yīng)的配置界面，勾選“Video For Linux”之后，加載Video4Linux模塊，此時(shí)也就初步實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核支持下的Video4Linux 驅(qū)動(dòng)，同時(shí)，也為視頻采集設(shè)備提供了相應(yīng)的編程接口。為進(jìn)一步保障USB 攝像頭相應(yīng)驅(qū)動(dòng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還需要在內(nèi)核配置主界面，勾選“USB support-＞”，并選擇“USB Multimedia device”選項(xiàng)中的“USB OV511 Camera support”，此時(shí)USB 攝像頭就能夠獲得相應(yīng)的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)支持。

3.2 幀緩沖設(shè)備

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的嵌入式Linux 中，相應(yīng)的顯示設(shè)備的顯存抽象主要通過幀緩沖(Frame Buffer，F(xiàn)B)來進(jìn)行，且在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)上層的應(yīng)用程序能夠在圖形模型的基礎(chǔ)上，讀寫并處理顯示緩沖區(qū)。在實(shí)際運(yùn)用過程中，幀緩沖設(shè)備屬于受限驅(qū)動(dòng)，因此這一設(shè)備在使用時(shí)，就需要進(jìn)行額外主動(dòng)來開啟設(shè)備。本文關(guān)于嵌入式Linux 設(shè)計(jì)中，關(guān)于幀緩沖設(shè)備相應(yīng)的開啟步驟為：

首先要安裝好v86d 及hwinfo，并對(duì)顯卡相應(yīng)的性能要有充足的了解，設(shè)置好本機(jī)支持模式后，啟動(dòng)相應(yīng)的文件“//etc/default/grub”，并對(duì)“modules”中的文件//etc/initramfs-tools/modules 進(jìn)行修改，完成更新之后，重啟系統(tǒng)就能查看幀緩沖設(shè)備。

4 嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，其主要構(gòu)成有網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模塊以及圖像采集模塊等構(gòu)成。服務(wù)器與遠(yuǎn)程電腦終端之間的信息交流，需要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊系統(tǒng)進(jìn)行。利用相關(guān)接口，攝像頭模塊能夠?qū)ο鄳?yīng)的設(shè)備信息進(jìn)行設(shè)置，并可以遠(yuǎn)程打開、關(guān)閉設(shè)備，初始化窗口以及選擇相應(yīng)的信號(hào)通道等。圖像采集模塊能夠?qū)⑼ㄟ^編程接口所獲得的相應(yīng)的圖像信息實(shí)現(xiàn)暫時(shí)性的存儲(chǔ)[4]。

4.1 網(wǎng)絡(luò)編程

本次嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)編程主要通過Socket(套接字)接口來進(jìn)行，通過對(duì)Socket 的應(yīng)用，能夠讓系統(tǒng)相應(yīng)的通訊流更加的穩(wěn)定。為確保系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的有序、精準(zhǔn)傳輸，系統(tǒng)應(yīng)用了TCP協(xié)議，在實(shí)際應(yīng)用過程中，基于TCP 協(xié)議的服務(wù)器端與客戶端在設(shè)計(jì)時(shí)，相應(yīng)的功能并不固定、單一，在正式運(yùn)行過程中，客戶端并不會(huì)過度依賴于服務(wù)器的命令。應(yīng)用嵌入式Linux，開啟系統(tǒng)服務(wù)器后，客戶端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)信息傳輸能夠以發(fā)送命令的方式實(shí)現(xiàn)，且相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳輸可以選擇任意方向。

4.2 工作組模型

基于嵌入式Linux 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，相應(yīng)的工作組模式在應(yīng)用過程中，才贏的是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)模型，這一模型能夠讓網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的設(shè)備功能更加一致，消除等級(jí)劃分，充分發(fā)揮不同設(shè)備的功能。這種工作組模型，不僅能夠?qū)⑵洚?dāng)做資源共享網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)端，同時(shí)，也能夠作為客戶端應(yīng)用。在小型的局域網(wǎng)當(dāng)中，工作組模型是較為常見的組網(wǎng)模式，在這一模型當(dāng)中，并未設(shè)置專門的客戶端以及服務(wù)器。

4.3 遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)相應(yīng)的軟件主要組成模塊包括網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、圖像采集模塊、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模塊以及攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊。遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，首先在啟動(dòng)USB 攝像頭設(shè)備后，開啟相應(yīng)的幀緩沖設(shè)備，就能夠采集相應(yīng)的視頻圖像信息，并生成相應(yīng)的圖片文件，這些文件數(shù)據(jù)信息主要通過TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。在監(jiān)控設(shè)備方面，利用幀緩沖設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)圖像顯示等相關(guān)功能，被監(jiān)控端口相應(yīng)的圖像信息在完成采集后，會(huì)有圖像提示采集成功，如圖2所示。

5 嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

完成基于嵌入式Linux 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，需要對(duì)系統(tǒng)相應(yīng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控算法性能以及實(shí)際的運(yùn)行效果進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試過程中，可以設(shè)置兩臺(tái)計(jì)算機(jī)來進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)采集和發(fā)送Linux 遠(yuǎn)程監(jiān)控相關(guān)信息，另一臺(tái)計(jì)算機(jī)則負(fù)責(zé)接收Linux 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控信息，并在終端上予以顯示，相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息傳輸，可以通過有線或者無線的方式來實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的局域網(wǎng)，并將相應(yīng)的智能網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)控系統(tǒng)植入進(jìn)計(jì)算機(jī)當(dāng)中，在經(jīng)過60s不間斷的監(jiān)控處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息后，對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練，按照相應(yīng)的訓(xùn)練結(jié)果，進(jìn)行80s 不間斷分流監(jiān)控處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，最后獲得相關(guān)結(jié)果，將相應(yīng)的結(jié)果生成TXT 文本文件，在測(cè)試過程中，關(guān)于異常狀態(tài)檢測(cè)成功率能夠達(dá)到95%，有著非常顯著的效果。在對(duì)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)相應(yīng)的丟包率以及異常網(wǎng)絡(luò)信息內(nèi)容進(jìn)行檢測(cè)后，基本可以確定這一算法有著良好的監(jiān)測(cè)性能。

6 結(jié)束語

基于嵌入式Linux 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過對(duì)相關(guān)硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠有效進(jìn)行數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)與傳輸，滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)視頻圖像信息的采集需要，相關(guān)功能能夠有效實(shí)現(xiàn)，有著較為完備的遠(yuǎn)程監(jiān)控作用。