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嵌入式视频监控组件的设计与实现

   日期:2013-03-23     来源:工控之家网    作者:工控之家    浏览:21    评论:0    
摘要:在简要介绍了PECOS技术及其特点之后,结合嵌入式视频监控系统的基本需求,定义了嵌入式视频监控系统的主要组件。结合PECOS标准给出串口通信组件部分程序实例,最后对组件化程序设计中的几个关键问题进行了讨论。

0.引言 
        随着数字视频压缩技术的日益成熟,嵌入式视频监控成为当今监控技术的主流,但由于系统功能不断增加、编程环境不断改变以及前期需求分析和设计不完善,导致系统升级和维护的难度不断增大[1],每一处小小的改动都可能造成整个系统的重新编译、链接和调试,耗费大量的人力、物力和时间。因此需要进行组件化设计,而为了简化组件的开发过程,需要有一组标准的方法来建立、管理和维护组件。针对当前网络视频应用程序的开发过程中,遇到的软件的可重用性不强、IP网络传输的不稳定性及网络带宽的多样性等问题,最好的解决问题的办法是把应用程序构建在组件基础上。 

        现在通用的组件模型(主要有COM/DCOM、CORBA、JavaBeans等)在运行时需要大量底层基础的支持,主要运行于非嵌入式平台[2]。而目前国外流行的嵌入式组件模型主要有比利时IWT协会赞助的CCOM模型,飞利浦公司用于消费电子的Koala组件模型和国内处于起步阶段的科银京成公司的 
Delta System平台,这些模型都是不公开的限于公司内部使用的技术,并需要相应的CASE工具支持[3]。 

        针对以上分析,本文进行了监控组件化的设计,选用ABB公司的用于现场设备的组件模型PECOS作为组件化标准,对整个系统进行开发。 

1.PECOS技术简介 
        PECOS组件模型中的元素包括组件、接口和连接器。组件有3种:具有自己的控制线程的活动组件;不具有自己的控制线程,由活动组件调度的被动组件[4];其功能由一个事件触发的事件组件。这3种组件能够组合使用。接口表明组件提供给其他组件或需要其他组件的数据。包括要传递的数据的类型(如浮点)、方向(in、out、in/out)和范围。连接器负责连接兼容的类型、方向和范围的接口。 

1.1 PECOS构件行为 
        一个应用可以通过CoCo和目标语言类来综合描述,被连接的对象称为RTE运行时刻环境。RTE是PECOS提供的标准库。RTE的优点是应用无关性,PECOS的构件也是平台无关性的,可以在不同的项目中共享。一个具体的应用可以分为以下四层:RTOS、RTE、Generated Classes 、User classes。 

1.2 PECOS组件模型的特点 
        用户语言无关性 采用接口定义语言(IDL)和组件定义语言(CDL)描述接口和组件,使模型和具体实现分离,理论上可以映射到多种语言C、C++、Java等。 

        可移植性 嵌入式系统硬件环境多样,所以组件模型的可移植性非常重要,在本模型中通过封装底层接口获得很好的移植性。 

        组件的易维护性 通过接口继承和可选接口实现组件的易维护性。 

        同其它组件编程技术相比,PECOS具有很好地跨平台性能且与编程语言无关,其较好的开放性、扩展性和实时性. 所以,我们选择以CORBA 作为组件化标准,对整个系统进行组件化编程。 

2.嵌入式监控系统主要功能组件 
     基于嵌入式Web的远程监控系统主要由3部分组成:现场数据采集设备,嵌入式Web服务器和远端监控主机[5]。现场数据采集设备负责现场数据采集并以某种协议标准传递数据;嵌入式Web服务器负责对现场数据的收集和发布,监控主机则通过以太网实时地得到数据,从而实现远程监控的目标。 

     对整个系统而言,按照功能上的要求,本着全局性扩展性、重用性、先进性和可靠性的原则,把系统设计分为Web Server组件,CGI组件,串行通信组件,数据存储组件、报警组件等几个组件模块。按服务划分接口,按功能封装在组件内部,力求系统组件清晰、简洁、便于维护。这些组件之间的关系如图1所示: 

 
图1 嵌入式监控系统主要功能组件 

        Web Server组件是指实现了TCP/IP协议的基本内容(如HTTP协议)、能够响应和处理用户请求、实现对立通信的程序模块,通过对TCP/IP相关协议的实现,Web服务器具有与浏览器交互的能力,能够处理客户端用户请求、传递网络消息并向浏览器返回结果,同时能够与其他应用程序协同工作。由于Boa是一个单任务的小型HTTP服务器,其源代码开放,稳定性好,实时性强,因此本系统中选用Boa作为WebServer。 

        CGI组件是指按照CGI标准设计的具有独立功能的程序模块,是嵌入式web服务器与外部扩展应用程序交互的一种标准接口。通过它把现场设备的数据实 
时地传递给嵌入式web服务器我。从而实现远端客户与现场设备之间的动态数据交互。 

       数据存储组件是指能够对现场采集数据进行保存,并为其它功能组件提供读写方法的功能模块。报警组件是指能提供报警功能的程序模块。 

       在这些组件中,WebServer组件和CGI程序组件分别与串行通信组件、数据存储组件和报警组件相结合完成对数据的采集、存储、显示、报警等功能。 

3.串行通信组件实例 
      下面以串口通信组件模块为例,说明如何用PECOS实现其功能。 

      串行通信组件是指完成串行通信功能的独立程序模块,这个模块主要包括云台摄像机等硬件设备。摄像机控制主要包括控制其焦距、透镜凹凸、光圈;云台控制主要包括控制其自动旋转和方向,由其完成现场设备即云台摄像机到CGI组件的数据传送[6],它与CGI程序组件相互配合,共同完成对嵌入式web服务器的数据更新。 

      下面是串口通信组件模块的接口定义语言IDL定义,这里省略了常量、数据定义,只提供整个模块的总统框架。 

      Module SerialPort{ 

      interface Camera{ 

      SetFocus(in int FocusValue,out int Result);// 设置焦距值 

      SetLens(in int LensValue,out int Result);//设置透镜汇聚和发散值 

      SetAperture(in int ApertureValue,out int Result);//设置光圈值 

 
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