基于Linux的网络监控系统软件设计及测试

摘 要：文章从社会实际需求出发，针对传统监控系统的一些缺陷，依据简单、易操作、方便、智能的原则，设计了一种基于手机的嵌入式网络监控系统。本系统以Web编程为核心技术，实现了远程监控。

关键词：监控系统;ARM;嵌入式Linux;远程控制

随着高新技术的发展，监控系统也得到了飞速的发展，智能网络监控系统以其简单、方便、性能优越和扩展性强等特点，在工厂监控、办公监控、校园监控、交通监控等方面得到了广泛的应用。与一般的监控系统相比，智能网络监控系统在技术上有很大的改进，功能更加完善，性能也得到了很大的提高。智能网络监控系统的快速发展及广泛应用使智能家居系统更加完善。

随着科学技术和生活水平的提高，人们对家庭、办公楼、厂房、交通、工业生产等领域监控管理的要求更加严格。先进的网络监控系统可以很好地提升企业或家庭监控管理质量，降低管理成本，增强生产线人员的责任心，便于调查和明确责任，提高企业形象和增强企业竞争力。

1 监控系统底层驱动的设计及移植

运行在嵌入式系统上的软件有嵌入式操作系统、应用程序、驱动程序及部分开发工具。驱动程序是操作系统内核与机器硬件之间的接口[1]。

1.1 DM9000驱动移植

DM9000的地址总线与数据总线复用，当CMD引脚为高电平时，传输的是数据信息，当为低电平时，传输的为地址信息。数据的传输需要两次，当访问DM9000中的寄存器时，需要先写地址信息，即将CMD置0，然后读数据信息。本嵌入式系统的DM9000的片选信号与nGCS4相连接，所以DM9000访问的基地址为0x20000000，这是物理地址。传输寄存器数据的时候，操作的总线地址满足以下条件：以基地址起头，偏移基地址LADDR2为1（低四位：0100），也就是在写的时候总线地址为0x20000004。中断引脚是与ENT7相连，使用的是系统的外部中断7，有数据接收时就会触发中断，然后由中断服务函数向协议层传输数据。修改DM9000源码驱动的时序和总线宽度，然后编译进内核。

1.2 摄像头驱动的移植

USB摄像头原理是用一个DSP芯片驱动以及一个CMOS，这个DSP芯片可以提供USB通信协议，CMOS的所有配置操作都是由DSP控制完成的，CMOS数据流通过USB传给上位机，就是把CMOS的计算机PBX接口（Computer PBX interface，CPI）接口转成USB接口1。嵌入式Linux内核支持USB摄像头驱动，需要下载相应驱动的源代码，将源代码编译，然后加入内核配置选项，修改相应的摄像头参数，从而完成了摄像头驱动的移植[2]。

1.3 WiFi驱动的移植及设计

本系统采用的WiFi为Atheros的AR9271，AR9271内嵌TCP/IP协议栈，降低了设计的难度，提高了主控制器资源利用率。AR9271与S3C2440A通过标准的USB接口直接相连，使用USB协议进行数据传输，方便开发人员的使用，且其性能良好。创锐讯的官网提供AR9271驱动程序，将其编译并加入内核，修改相应的配置参数，使其成为热点。

2 监控系统软件的设计

监控应用程序主要完成远程访问端温度监测模块、灯光控制模块、监控系统等软件设计，该应用程序使用CGI语言实现，软件整体设计如图1所示。

图1 系统软件设计框架

2.1 网络服务器web移植及设计

随着互联网技术的飞速发展，在嵌入式中基于嵌入式Web服务器的应用也得到了很大的发展。本系统在嵌入式设备上运行Web服务器程序，在用户端的浏览器上生成动态网络页面，用户通过Web浏览器访问。本系统选择的嵌入式Web服务器是Boa，其具有代码量小、单任务、支持CGI等特点，符合监控系统对速度和安全的要求。

2.2 远程访问终端模块的设计

应用程序主要完成远程访問端温度监测模块、灯光控制模块、监控系统等软件设计，该应用程序使用CGI语言实现。通过嵌入式设备上搭建的嵌入式Web服务器，用户可在移动设备的浏览器上[3]，对监控区的环境参数进行实时监测，并通过网络通信及数据交换来改变监控设备的状态。

登录模块完成用户名与密码的校验，验证后进入管理界面。界面模块包括各子模块，并支持进入子系统操作。温度监测界面子系统显示各房间的温度;家电管理子系统显示家电的状态，同时可操作界面按钮，来设置各类家电状态;灯光管理界面显示和操作各房间的灯开关情况。每个模块利用CGI传输数据和操作指令，完成家电的操作和数据保存，其流程如图2所示[4]。

图2 系统程序结构

3 监控系统软件的设计及测试

通过有线的局域网访问控制，保证PC机和嵌入式设备在同一网段，网络地址为：172.22.137.201：80;WiFi网址为：192.168.1.1：80。

登录模块完成用户名与密码的校验，验证后进入管理界面。视频监控模块具有安防监控功能，使用摄像头采集图像，通过该模块可以查看家里电器、房门、窗口等状态，并通过网络通信即数据交换来实现监控。实验结果表明，该系统可靠性高、抗干扰能力强、通用性好，非常适合在监控系统中应用。基于Linux系统的视频采集系统编程完成以后，系统就可以实现每秒规定帧的图像采集，可以直接连续显示到屏幕上，构成实时监控系统。也可以借助Mencoder编码工具将多幅JEPG图片合成AVI视频流，并实现视频回放，用播放器播放。如果需要系统，还可以通过以太网或UART口将保存的图片和视频流传到指定位置，实现远程的网络监控具体的操作。目前，很多监控系统采用Windows操作系统，因为Windows提供大量的图形界面，有各种外部设备及应用程序，所以系统的开发就容易很多。但Windows系统庞大复杂，占用CPU资源大，外围硬件较为复杂，稳定性、可靠性不如RTOS系统。为监控专门设计的嵌入式实时操作系统的特点在于系统简单，减去了与监控无关的功能，减少了出问题的概率。由于开发者掌握源代码，可随时解决硬件冲突及优化系统，控制系统实现了用户对前端设备如镜头、云台和画面切换的控制。服务器接收到由客户中心监控终端发送过来的控制信息帧后，对其进行判断解析，并送入各个相应的控制部件接口，以实现相应的控制。

4 結语

本设计把嵌入式技术和家庭网络化相结合，进行了方案的总体设计，并且对设计的硬件资源和软件资源进行了详细的说明，最后通过不断地调试和改进，基本实现了手机控制端到监控终端的信息通路，是智能监控系统中实现统一管理和控制的基础，是一个成本低、操作简便的监控系统的成品。

作者简介：王振威（1998— ），男，河南商丘人，本科生;研究方向：嵌入式系统设计与开发。

[参考文献]

[1]赵方鹏.基于ARM和Linux的嵌入式网络视频监控系统研究[D].西安：西北工业大学，2007.

[2]曹占中.基于S3C2440的Linux摄像头驱动开发[J].电子测量技术，2009（2）：108-111.

[3]WALSH G C.Scheduling of networked control systems[J].IEEE Control Systems Magazine，2001（1）：57-65.

[4]柳亚东.基于S3C2440的嵌入式视频网络监控系统[D].上海：上海交通大学，2007.

Design of embedded network monitoring system based on Linux

Wang Zhenwei

（College of Traffic Engineering， Hunan University of Technology， Zhuzhou 412007， China）

Abstract：Based on the actual needs of the community， This paper aims at some shortcomings of traditional， designs a kind of monitoring system based on the mobile phone and based on the principles of simple operation， convenience and intelligence.This system realized remote monitoring with the Internet based on web programming technology.

Key words：monitoring system; ARM; Linux embedded; remote control