Design of rechargeable touch screen remote control module-EEWORLD

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1. Summary

遠端攝影監視被使用在越來越多的地方，例如：保全、道路 (流量) 監視、河川山坡地狀況監視等。電腦網路的發達，使得攝影監視也可以利用電腦網路來實現。本工作以 FPGA 嵌入式系統設計網路攝影監視系統。每一個本地攝影機配置一個 IP，即可由遠端電腦監視各個地方的狀況。

1.1.背景資訊 (Background Information)

由於現在自然災害頻傳，並且社會安全，像是搶劫、闖空門等事故時有耳聞，交通事故發生機率也居高不下。若有一台攝影機，再搭配現在廣為發達的網際網路，讓我們就算出遠門也可以隨時隨地監控攝影機，隨時了解特定點的狀況，也可以利用攝影機的預錄功能來觀看一些交通事故的發生經過，不但可以減少糾紛，還可以利用攝影機來監視是否有不肖業者在濫墾濫伐，進而減少土石流的產生，然而可以做到這種功能的嵌入式系統，並非只有一種，以下是以FPGA嵌入式系統和較為普遍的ARM嵌入式系統所做的比較。

FPGA與ARM嵌入式系統比較:

	ARM	FPGA
調適性	ARM開發板在出廠時就已經將線路部署好，也沒有較大的空間供使用者配置新的硬體與功能，調適性較低。	FPGA開發板是一款可以讓使用者自行規劃的板子，開發板上只有一些比較基本的元件，再來就是依據使用者需求再自行安裝，調適性較高。
開發性	ARM開發板由於內部的一些指令都已寫入，所以對於使用者來說，就算只是新手，也可以很容易上手。	FPGA開發板由於需要自行架設一些必要的軟體，且網路上有關他的開發資料又很少，所以在開發上會比較困難。
Intellectual property protection	因為使用者只針對內部應用程式做修改，所以被盜用的機會較大	因為整體是由使用者自己開發，所以比較不會遭人盜用
價格	貴	Cheap

2.系統軟硬體平台簡述與資源運用分析

2.1硬體架構

本專案採用XUPV5-LX110T開發平台，搭載Microblaze的嵌入式處理器，並擁有雙Flash PROMs(每個32 Mbyte)、100MHz系統時間產生器(Timer)，其中高速乙太網路支援mll、gmll、rgmll和sgmll port，並且開發套件包含1GB的CF Card、256M SODIMM模組。FPGA的優點是可以自行設定晶片以建置客製化硬體功能，而本專案所設計的硬體架構精簡，所使用元件不多，這將可以減少開發成本又可以達到本專案需求，硬體架構如圖1。

圖1 硬體架構圖

2.2.系統架構

本專案採用Linux 2.6作業系統，並預先載入USB、SD Card、Camera等裝置驅動程式供上層使用，Libraries則是預先載入SDL(Simple Directmedia Layer)，以供上層FFMpeg所包含的ffplay元件使用，操作人機介面是以網頁方式呈現，以Thttpd並利用網頁程式語言PHP與CGI實作，使Record Controller與FFMpeg可被CGI叫用，並達到執行影像側錄與播放影像功能，系統架構如圖2所示。

圖2 系統架構圖

.3.資源運用分析

本系統平台運用基本的硬體架構就可以達到我們的需求，開機流程主要是先由放在Flash內的BIOS將晶片組和記憶體子系統初始化後把Kernel解壓縮到系統的主記憶體(MPMC)開始執行，當開始執行時，首先會對系統進行自我檢測以確定設備可以正常動作，接著將Local Memory載入到記憶體0X9CFF0000的位置開始執行，再載入由作業系統的開機磁區，進入作業系統，完成開機。I/O則是透過Local Bus與記憶體(MPMC)進行資料傳輸，其中INIT是中斷處理程式控制器負責控制可編譯系統時間產生器(Timer)，UART可讓使用者連接至本系統進行設定，而擷取到的資料可以透過GPIO儲存到SD Card中，USB阜可以提供USB攝影機做連接。

3.系統實作內容

3.1.實作內容

本實作內容採用XUPV5-LX110T開發平台(如圖4)與Xilinx EDK 10.1.3開發軟體建置本系統平台，並利用Petalinux工具包將Linux2.6移植到平台上，編輯過程，核心必須勾選支援USB、SD Card、Thttpd、Network、RS232等所需選項，由於Camera的驅動在Petalinux工具並無支援，必須自行加入Camera的驅動還有SDL媒體資料庫以及即時串流轉檔程式FFMpeg，再自行撰寫應用程式達到控制效果。

圖4 XUPV5-LX110T硬體平台

本專案硬體流程如圖5所示，利用現有USB介面安裝Camera供影像記錄用，當Camera裝置訊號流傳送到本系統，並透過匯流排將訊號傳送到MPMC儲存供MicroBlaze用，在透過系統軟體上的處理，在送到GPIO上的Storage裝置儲存。

圖5 硬體流程圖

本系統平台主要功能是使用自行所撰寫的程式Record Controller，利用此程式下達錄製指令， ffmpeg收到Record Controller所傳遞錄製訊號開始錄製，當錄製完成回傳完成訊息給Record Controller，即儲存到儲存裝置。圖6 系統流程圖

圖6 系統流程圖

4.資料流向

圖7 資料流程圖

5. Operational Concept

本系統主要分為三大部份，從Internet連結到登入頁面判斷使用者。如果使用者正確則登入到操作頁面，不正確則無法登入。進入操作頁面後，可以點選播放即時影像，由操作頁面顯現出來，或停止播放或下載錄影檔。

5.1測試流程

Step1：網頁即時播放、停止、暫停使用者經過登入驗證後透過Virtex5將攝影機擷取影像並在網頁上進行時撥放、停止、暫停等功能。

Step2 : 錄影

透過Record Controller傳送側錄時間指令，使ffmpeg開始處理USB Camera所傳送進來的影像訊號，在轉換成flv檔儲存起來。

圖8 錄影

Step3：循環式資料保存

當Record Controller發現Storage內所儲存之資料到達所設定之範圍，Record Controller則會下達刪除最早之資料，以達到循環效果。

圖9 循環式資料保存

5.2實作時程紀錄

圖10 甘特圖6.預期功能與目標

本專案提供的功能有下列幾項：

本工作由 USB 介面攝影機拍攝產生影像數位信號。遠端電腦以 IP 連

入時，開啟一個含播放器之網頁，播放即時攝影內容。

登入網頁可以進入操作網頁。

操作頁面可以監看即時畫面與監看錄影。以及提供開啟、關閉、暫停、下載錄影檔等功能。

根據使用者的操作，攝影機將影像檔存至SD卡內。

本專案以低成本的FPGA搭配基本的硬體架構加上作業系統，達到成本低、效率高、準確度高的需求。

7.目前實作完成進度

目前我們已經將Linux移植到開發板上，並且有網路功能、web server功能和網頁的登入功能，以下是移植後的開機畫面和登入頁面。另外攝影機可以在Linux的pc上擷取影像並使用ffmpeg轉檔錄影成flv格式，循環式資料保存已做到可以自動新建檔案，建三個檔後自動刪除最早開啟的檔案。應用程式與驅動方面我們已經將ffmpeg轉檔程式和攝影機驅動的媒體庫SDL交叉編譯成功。