1 引 言

随着数字技术和网络技术的迅猛发展,嵌入式系统进入了一个新的发展时期。32位高性能专用微处理器的出现,使嵌入式系统已经能够适应十分复杂的控制需求,进行多任务,尤其是嵌入式视频的处理,大大扩展了嵌入式系统的应用范畴,正成为我国教育现代化对数字化、网络化的教学设备进入全新的发展时期的强大技术支撑。32位高性能专用微处理器需要嵌入式操作系统,而μClinux操作系统是针对32位微处理器设计的嵌入式Linux操作系统。

μClinux是控制领域的嵌入式操作系统,其内核功能结构与Linux基本相同,且可移植和裁剪;用户通过重新配置、编译内核,可方便移植到多种处理器平台上。

本文主要介绍基于嵌入式视频的多媒体集控系统 基本技术构架和相关的关键技术,即嵌入式μCLinux操作系统的裁剪和移植和基于μCLinux的嵌入式系统的实时性解决方法以及集中控制系统的安全性设计等关键技术。

通过关键技术的设计与部署,实现了适合于局域网和广域网环境下对远程多媒体教学设备和屏幕、窗帘、灯光、空调和门禁等环境设备进行集中控制与管理。不仅适用于多媒体教室更高层次的远程集中控制、管理、监测与维护,而且也适用于无人值守的和环境险恶等环境的远程控制与管理。

2 基于嵌入式视频的多媒体集控系统 实现的体系结构

基于嵌入式视频的多媒体集控系统 以高性能32位微处理器为硬件核心,嵌入式软件运行于μClinux操作系统上,其系统主要分为控制台软硬件系统和多媒体教室终端设备2部分,组成远程交互平台。

两部分之间控制信号、状态信息、数据等交互信息均通过嵌入式控制器硬件提供的多种网络接口和TCP／IP协议,实现与局域网或广域网的连接,使控制台软硬件系统和多媒体教室终端设备通过网络,实现远程控制和管理。基于嵌入式视频的多媒体集控系统 体系结构如图1所示。

3 基于嵌入式视频的多媒体集控系统 实现的关键技术

3.1 选择32位嵌入式微处理器MCF5249模块单元为硬件平台

通过8／16／32位单片机性能对比测试,只有32位高性能单片机具备更高的反应速度、更强的数据处理、逻辑运算和数据存储能力;不仅可用于工业数据采集、流程控制、远程监控等应用领域,而且还特别适合于嵌入式视频的大数据量处理与控制的数字化多媒体教学设备的开发应用。

选择Freescale公司的MCF5249 32位嵌入式微处理器模块单元作为多媒体集控系统 终端数据处理和功能控制的硬件平台。

MCF5249模块单元主要由32位处理器MCF5249和若于外围器件AM29LV160DB90快闪存储器、K4S281632SDRAM、SP3223串行通讯电路、DM9000网络接口芯片、MT8816音视频矩阵电路等硬件构成。其主要性能如下表1所示。

3.2 嵌入式μCLinux操作系统的裁剪和移植

嵌入式μCLinux是专为没有MMU内存管理单元的微处理器芯片而裁剪的小型化操作系统,嵌入式μCLinux针对没有MMU的处理器采用了实存储器管理策略。因此,嵌入式μCLinux操作系统不仅保持了稳定、强大的网络和文件系统支持等传统Linux的主要性能,而且还具有自身的特点,使μCLinux成为真正意义上的嵌入式操作系统。

针对32位微处理器MCF5249的性能特点,结合基于嵌入式视频的多媒体集控系统 对操作系统功能的应用需求,需要对μCLinux的微内核、内存管理、进程管理、事务管理、初始化、硬件驱动、文件系统和TCP／IP协议栈等模块进行剪裁和移植。

在编译μCLinux微内核之前,首先需要通过建立菜单配置来配置微内核。从条件编译的角度,就是在内核上选择所需的模块,去掉不必要的模块不参与编译,从而可以控制内核大小在一定的范围内,以适合嵌入式μCLinux应用需求,利用Linux开放等特点降低对系统硬件成本和减少对资源的需求;然后还需要进一步对内核中的代码进行裁减,通过修改源代码来满足裁减的要求。