基于ARM的嵌入式图像处理系统设计.pdf-资料库

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摘要随着计算机、电子技术的迅猛发展，计算机己迈入了另一个充满机遇的后PC时代。人们开始越来越多地接触到一个新的概念一嵌入式系统。本文讨论了基于ARM为核心的嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统对图像信息的采集、存储及处理方法。硬件部分，我们建立了以ARM处理器为核心的开发板，通过CMOs摄像头实时采集图像信息并通过液晶显示器显示。操作系统部分实现了实时嵌入式操作系统的开发和移植，并在系统上扩展了文件系统模块，使之支持图像信息的存储和更为广泛的应用开发。图像算法部分实现了图像采集、BMP编码、图像存储，以及对所生成的数字图像进行数字处理等功能。本系统经过测试运行稳定，即可以作为基础平台研究数字图像处理领域的复杂算法，也可适用于更为广泛的嵌入式操作系统方面的研究。关键词:嵌入式系统驱动开发图像处理

ABSTRACT Wi由血development of the computer and electric technology, Thecomputer has stepped into a post-PC era firll of opportunities. More and morepeople has画d attention to a new concept Embedded System. This contextdiscusses about the Images collection, storage and images processing比吨subject to Embedded Operation System and Embedded processor which arebased on ARM core. In the part of hardware, we build an embedded board. We use CMOS。.”。.lens collecting images and display images by LCD device. In the partof operation system, we develop and repot a real time operation system, andextend出。file management system, to support image storage and sustainextensive application and development.玩the part of image arithmetic, Irealize the function of images collection, BMP Unicode, images storage andthe processing of digital image which has been produced. This system has been tested running stably, which are applied not onlyin basic platform to research complicated arithmetic of digital images.operation, but also in research for more extensive embedded operation叮川翔吐Key word.二Embedded System Driver Development Image Process

长春理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的硕士学位论文，《基于ARM的嵌入式图像处理系统设计》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名:主A -L 2or全年立月笠日长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名:指导导师签名车年单月毕日』又年立月L日

第一章绪论当今计算机的发展进入了后PC时代，越来越多的嵌入式设备渗透到了我们的日常生活，嵌入式系统涵盖了智能家电、消费电子、通讯设备、军事等各个领域，发挥着其它计算机不可替代的作用。基于嵌入式技术的图像处理系统可用于工业控制、智能交通、小区监控等领域。互1.1论文应用背景及目的本论文基于汽车车轮轮毅识别项目，目前在车轮轮毅生产过程中，由于生产过程的复杂，单个车轮往往要经过几十道工序才能完成，在这个过程中无法实时准确的统计每个流水线单位时间内处理的工件数目，其次，对生产过程中产生的不合格产品也大多利用人眼进行检测，产品质量不容易控制。本论文的目的是:基于嵌入式处理器和嵌入式系统，建立车轮轮毅图像处理系统，对各个流水线上车轮图像进行采集、显示并存储，进而完成图像的统计、识别等功能。目前对图像信息采集和处理方式主要有两种: 1)利用CCD摄像机和图像采集卡，将模拟信号转换成数字信号，经PCI或其它总线由上位机进行图像处理。这种方法虽然利用了PC机硬件资源丰富、软件易于开发的特点，但会导致整个系统硬件连接复杂，不利于小型化，而且系统稳定性不高，需要专业人员定期维护。 2)采用CCD或CMOs摄像机采集图像，利用DSP+FPGA进行处理，这种方法利用DSP的高速数字信号处理能力和FPGA支持外设的能力，实现数字图像的采集和处理。这种方式确实可以实现高速视频采集和处理的要求，它的弊端就是软硬件往往针对于专用型号处理器和项目而开发，应用软件不容易移植，并且研发周期较长，软硬件成本都很高，不利于对图像处理速度、功能要求相对较低的项目采用。针对这两种情况，我们利用嵌入式处理器和实时操作系统，构建了图像处理系统，实现了图像的采集、显示、处理等功能。

圣1.2俄入式系统的特点 1)专用性强，面向特定应用。这是嵌入式系统与通用型系统的最大区别。嵌入式系统的个性化很强，软、硬件结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植。 2)系统精简。嵌入式系统的软件代码要求高质量，高可靠性，由于嵌入式系统设备所处的环境往往是长期无人值守或条件恶劣的情况，因此，其代码有很高的要求. 3)嵌入式系统大多采用实时操作系统，而且软件要求固态存储，以提高速度。 4)嵌入式系统需要专用的开发工具和环境，由于其本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后，用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。嵌入式系统开发时有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，采用交叉编译的方式开发应用程序。 5)嵌入式系统的硬件驱动程序必须定制，并且和嵌入式操作系统以及应用程序完全绑定在一起构成一个不可分割的整体。因此，不同的嵌入式产品在开发时必须设计符合自己系统的设备驱动程序。互1.3嵌入式开发与传统式开发的区别首先，嵌入式处理器与其它处理器相比集成了丰富的硬件控制器，既不需要像DSP一样扩展众多的硬件控制芯片，也不需要FPGA自主设计门电路，嵌入式处理器通过内部集成的硬件控制器可以轻易扩展多种类型的存储设备、图像声音采集设备、显示设备等，简化了硬件之间的连接，这样就降低了开发成本，有助于提高系统的整体稳定性。并且随着嵌入式系统的普及，嵌入式处理器价格已经非常便宜，以我们采用的ARM940T核心的嵌入式处理器来说，单颗成本低于5美金。其次，它不需要像传统系统开发一样让设计者关注系统运行的每个细节，在操作系统稳定运行后，设计人员就可以更多的关注应用功能的

实现，系统硬件由操作系统自行管理，此外，操作系统还管理内存资源的分配回收、多任务的协同运行、任务的建立删除、系统的异常处理等。再次，在嵌入式开发中除了与系统启动相关的一部分代码采用汇编语言编写外，大部分的操作系统代码和应用程序代码由高级语言C或C++编写，高级语言可以实现更复杂的算法和控制。本论文讨论的Nucleus操作系统Fn.%的代码都用C语言编写，非常容易进行移植和剪裁，这样也提高了软件代码的重用性。而且嵌入式开发中的编译、调试环境成熟稳定，有利于模块化设计和团队协作开发。典型嵌入式系统开发的流程可以描述如下:图1.1嵌入式系统的开发流程互1.4本论文主要工作及研究意义本论文完成了系统硬件平台的搭建和大部分的软件设计。硬件方面的主要工作是:建立了ARM处理器为核心的嵌入式开发板，设计图像采

集模块、显示模块和存储模块。软件部分完成了:引导装载程序的编写、嵌入式操作系统的移植和配置、以及对轮毅图像的采集、显示、存储、及简单数字图像处理等功能。基于本论文构建的嵌入式图像处理系统运行稳定，可以满足车轮轮毅图像采集、显示、存储的要求，并且硬件体积小巧、成本低廉，软件可重用性高。本系统除了在本项目中应用外，软件稍做改动即可用在智能小区监控，智能交通等需要对图像信息进行采集、处理的应用领域，也可作为基础平台研究图象压缩算法或数字图象处理的相关算法。

第二章系统的工作原理及总体设计方案荟2.1功能需求根据项目需求，我们要实现的图像处理系统应具有如下功能:1.高可靠性，由于工厂的生产环境比较恶劣，因此要求系统具有高可靠性和连续工作能力。2.高性能，设计时应尽量减少操作系统中不必要的模块、优化图像算法，使系统在对硬件的依赖性上做到最低。3，实现对车轮轮毅图像的实时采集。4.实现对轮毅图像的显示功能，便于实时监控。5.将图像以BMP编码格式保存成文件形式，以便于对图像的后期处理及查看，此功能计划采用大容量的Flash存储芯片和文件系统实现。5.采集图像的质量应该满足后期数字图像处理的要求。鑫2.2系统工作原理如图2.1所示，本系统主要由硬件平台、嵌入式操作系统、图像处理算法三个部分组成。硬件部分以ARM核的嵌入式处理器为核心并扩展了大容量SDRAM存储器，系统通过图像采集模块实时采集车轮轮毅图像，在采集图像的同时使用显示模块实现图像信息的显示，并以大容量的FLASH存储器作为轮毅图像的存储设备。嵌入式操作系统为底层硬件提供驱动支持、内存管理、中断管理以及图像处理任务管理等，系统启动后首先通过引导程序启动操作系统完成硬件的初始化，然后通过操作系统提供的任务管理模块建立图像采集任务，分配内存、将图像采集模块采集到的图像信息存储在存储器的视频缓冲区中，再通过软件算法将显示缓冲区的图像信息写入LCD缓冲区

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