基于Linux的网络监控系统硬件设计

摘 要：计算机技术与现代网络技术迅猛成长，基于嵌入式开发的网络监控系统广泛应用于生产和生活。文章针对传统监控系统存在的不足，采用Linux研发了新型网络监控系统。本系统实现了硬件设计，且调试效果达到设计要求。

关键词：监控系统;ARM;嵌入式Linux;远程控制

随着微处理器、新型网络技术、通信理论的飞速发展，生活方式得到了显著改变，监控系统作为时代的新宠儿应时而生，并且被越来越多的人接受和喜爱[1]。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，在工厂生产过程监控、日常办公监控、校园安全监控、交通状态监控等方面得到了普遍的应用。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，其功能更加完善，性能也得到了很大的提高。智能网络技术的现代监控系统促使智能家居得到进一步完善。

1 系统架构设计

基于Linux的嵌入式网络监控系统，充分融合了计算机软硬件技术、信息技术、网络技术、嵌入式技术，形成了人机交互、网络通信、检测与控制的多维一体的综合化体系总体架构，充分展现了多模式的信息化、智能化、用户体验性好。系统架构具体如图1所示。

图1 系统架构

本系统由监控信号的采集、图像和控制信号的处理、监控信号的网络传输、监控信息的显示及人机交互4个模块组成。系统采集的各类信号经过处理器处理后，由无线WiFi或宽带传输到用户浏览器上。用户可以通过PC机或手机访问监控系统的控制页面，然后进行人机交互，实现远程监控的目的。

网络通信模块是系统的主体部分，包含3个数据通道：监听通道、控制通道和视频数据通道。监听通道用来传输控制前端设备的命令数据;视频数据通道用来传输各个组的视频数据。3个通道采用不同的通信端口，所以，各个通道传输数据彼此独立。网络通信模块设计开发是通过网络编程接口（Windows Socket，Winsock）来实现的。按照系统浏览器，服务器的网络传输模型在服务器端建立了类型的监听套接字、控制套接字，在客户端建立了类型的请求套接字、控制套接字，这些都是采用ICP协议封装传输数据的。

2 系统硬件设计

本系统工作需要的物理基础以及通信交换端口由嵌入式硬件提供。为了在该平台上实现开发目标，包括测试和验证，必须先完成硬件系统的开发。涉及整个监控系统性能的好坏，由硬件系统设计的优劣所决定。该系统以ARM9的S3C2440作为核心，包括数据存储、电源电路、系统时钟、外设电路和无线通信芯片等电路构成，具体硬件框架如图2所示。本系统采用的各类设备包括摄像头、DS18B20，AD，LED等通用模块。

图2 硬件设计方案

S3C2440最小系统扩展性很强，能够独立使用，不需要外部电路，其工作频率最高可达533 MHz，内存支持两片32 MB的SDRAM，可扩展至128 MB，Nand Flash容量可达512 MB。由于S3C2440是32位的处理器，所以系统最大的寻址范围为4G，3G地址为处理器内部寄存器用，1G为外设所用。系统分析和选择了K9F1208存儲器单元，存储容量为512 MB，工况电压3.3 V，系统兼容性好。

3 开发平台的搭建

通常嵌入式系统不能安装发行版的Linux系统，主要是由于其硬件资源不足，因此，需要专门为硬件开发板制作相应的Linux系统，也需要制作与此相对应的开发环境。釆用Vmware工作站，在工作站虚拟机平台上运行ubuntu系统，即宿主机平台所选操作系统为Linux。系统硬件设计结构如图3所示。

图3 系统硬件设计结构

3.1 建立交叉编译环境

简单地讲，嵌入式系统中的交叉编译是一个平台上生成的可执行文件，可以在另一个平台上运行[2]。平台实际上包含两个概念：体系结构和操作系统。不同的操作系统能够在相同的体系结构上运作，而且不同的体系结构能够在相同的系统上运作。

3.2 Bootloader的移植

在嵌入式Linux系统中，Bootloader引导加载程序，就像计算机中的BIOS，主要功能是初始化系统的硬件资源模块，设置相应的参数，并将参数传递给内核，引导内核顺利启动[3]。Bootloader主要依靠嵌入式裸机硬件，不同的架构和板级配置等都需要不同的嵌入式Bootloader。本系统采用的Bootloader，是u-boot-1.1.6，U-Boot的移植。

3.3 嵌入式操作系统的移植

Linux具有高性能、稳定性好、源码开放、内核功能强大、支持众多体系结构、外围硬件设备丰富、网络通信和图文管理完善等优点，这些优点使其成为当前流行的嵌入式操作系统[4]。同时，Linux内核具有可裁剪性，用户可以对内核进行配置或裁剪，从而满足嵌入式应用的差异性需求。本系统采用的是Linux3.4.2操作系统。

3.4 根文件系统的制作

根文件系统是用来存放系统工作时所需要的脚本文件、配置文件、库文件以及相关工具软件。文件系统层次化标准（Filesystem Hierarchy Standard，FHS）规定了根目录下各个子目录的名称及其存放的内容。使用busybox生成bin，sbin，usr/bin，usr/sbin，然后再手动创建/etc目录、/dev目录、/proc目录。

4 系统硬件测试

系统可以通过无线WiFi或是有线局域网两种模式进行数据访问。如果用有线访问，建议使用Firefox浏览器，如果通过无线WiFi访问，则访问前必须先连接嵌入式设备发出的WiFi，网址为192.168.1.1：80/wifi.html。

设计的界面模块包括温控等多个子模块，温度监控界面可监测各监控房间的温度。家庭设备监控子系统可动态呈现家电运行情况，如果需要，可通过系统进行远程操控，成为家庭设施监控的扩展功能。系统中采用板上LED灯模拟实际的照明系统。

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，并通过网络通信及数据交换来实现对户内的监控。

5 结语

本设计充分应用在家庭网络中，融合嵌入式技术，实现了整体方案的规划与设计实现，并且对设计的硬件资源和软件实现进行了详细的设计和阐述，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，是智能监控系统中實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成品。

作者简介：张佳栋（2000— ），男，河北辛集人，本科生;研究方向：交通设备与控制工程。

[参考文献]

[1]付保川，班建民，陆卫忠，等.基于嵌入式Web的远程监控系统设计[J].微计算机信息，2005（10）：64-66.

[2]徐英慧，马忠梅，王磊，等.ARM9嵌入式系统设计：基于S3C2410与Linux[M].北京：北京航空航天大学出版社，2015.

[3]陈君莉.Linux操作系统内核分析[M].北京：人民邮电出版社，2001.

[4]方建钢.嵌入式系统设计的研究[J].电脑知识与技术，2011（7）：195-196，199.

Design of embedded network monitoring system based on Linux

Zhang Jiadong

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

Abstract：With the rapid development of computer technology and modern network technology， network monitoring system based on embedded development is widely used in production and life. In view of the shortcomings of the traditional monitoring system， a new network monitoring system developed by Linux is adopted. This system realizes the hardware design， and the debugging effect meets the design requirements.

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