引言
隨著科學技術的不斷進步和發展，人們對生活質量也提出了更高的要求。家庭網絡作為一個新生體越來越快走進人們的生活，它將家庭單元作為一個節點加入了網絡的大家庭，其中連接家庭內部與Internet的橋梁的家庭網關起了舉足輕重的作用。嵌入式網關的主要功能如下：
遠程控制：客戶通過Internet連接的任意一臺PC機的瀏覽器，都可以訪問家庭網絡的服務器。家庭網絡中的設備狀態將以HTML文件的方式顯示在客戶端的瀏覽器中。客戶通過對HTML頁面上相應設備的點擊以實現對家庭網絡中設備的遠程控制，操作的結果同樣以HTML頁面的方式刷新客戶端的瀏覽器。
遠程監視：客戶通過PC機的瀏覽器，都可以訪問家庭網絡的服務器，在HTML頁面上通過點擊控件按鈕來實現視頻工具的自動下載，和所要求視頻文件的自動播放，從而可以顯示多個攝像頭中的視頻信息。
遠程維護：當HomeNetServer的后臺數據庫需要維護，或者家庭網絡中設備的HTML描述文件有了更新，甚至系統的網絡管理系統需要升級為新版本時，管理員都可以通過Internet遠程對家庭網絡中的服務器做維護和更新。
本文采用的系統總體設計框圖如圖1所是。基于這些基本要求和嵌入式系統自身資源有限的特點，系統處理器選擇了三星的S3C4510芯片，并對其進行外圍電路擴展如圖2所示。
圖1系統總體設計框圖
圖2處理芯片的外圍擴展電路方框圖
其中，Flash/ROM用于存儲家庭網關中的嵌入式操作系統、HTTP服務器、CGI網關程序、家庭網絡服務器以及各種服務所需的文件系統。整個家庭網關軟件平臺存儲在Flash中，系統啟動時，將從Flash中運行引導程序，解壓操作系統并將其移入SDRAM中。
Ethernet:S3C4510內部集成了網絡控制接口，并提供專用于網絡通信的DMA通道。通過Ethernet模塊，S3C4510實現與Internet的連接。Ethernet模塊完成芯片與網絡的隔離和數據的收發。
系統：S3C4510所需的其他外圍電路，包括：電源電路、外部時鐘（50MHz）電路、開關及復位電路和JTAG調試接口電路等。
嵌入式操作系統選擇的是mCLinux操作系統，mCLinux是專門針對沒有MMU的處理器而設計的，系統多采用Romfs文件系統，Romfs是一種相對簡單、占用空間較少的文件系統。而在mCLINUX下，主要有三個WEB服務器：httpd、thttpd和boa.httpd是最簡單的WEB服務器，功能簡單，不支持認證和CGI,thttpd和boa均支持認證和CGI,功能豐富，其中boa1是一個單任務的http服務器，源代碼開放，性能較高，占用系統資源較少，boa服務器在收到請求時，不啟動多個服務進程處理多個請求，在一個進程內處理所有服務請求。對于CGI程序，將生成新的進程來處理，考慮到嵌入式系統自身資源有限，和家庭網關的進程數量有限，系統選擇了在mCLinux系統中的boa服務器。
由于目前的mCLinux還不支持ASP、PHP等動態網頁技術，所以在mCLinux下通過CGI2技術連接WEB頁和本地程序，提供動態和交互的特性。
配置boa服務器
CGI程序不是放在服務器上就能順利運行，如果要想使其在服務器上順利的運行并準確的處理用戶的請求，則須對所使用的服務器進行必要的設置。
boa的配置文件boa.conf:在boa.conf中對boa進行了配置，這些配置多使用默認值，本系統中將DocumentRoot指定的WEB服務器的根修改為/boas.
在對內核進行配置時，選擇boa程序和cgi.
將cgi_generic文件夾下的cgi.c和makefile覆蓋到程序包中的/usr/cgi_generic/.將boa文件夾下的hash.c覆蓋到程序包中的/usr/boa/src.將rc文件覆蓋到程序包中的/vendor/Miectek/4510.
本系統中的mCLinux系統中的文件使用的是ROMFS和運行于RAM的EXT2.為了可通過FTP等工具更新網頁，Src文件在/boas下創建文件夾cgi_bin,然后將index.html,boa.conf和mine.type復制到/boas下，將CGI程序復制到/boas/cgi_bin下。至此建立了boa運行的基本環境，使用">boa-C/boas/&"命令就可以運行boa.
家庭網關設計
在嵌入式網關的設計中，網關程序與家庭網絡的HTTP服務器和家庭網絡內部服務器位于同一物理設備（基于S3C4510的硬件平臺）之上，負責連接HTTP服務器與后臺數據庫，完成HTTP服務器與HomeNetServer之間的信息交互。
圖3家庭網關軟件結構框圖
家庭網關的軟件結構如圖3所示。根據功能描述，網關應能提供遠程監視、遠程控制、遠程維護功能。網關內部工作流程如下：
*若客戶發送的HTTP請求，經過HTTP服務器接收和解析后，得知要求的是設備狀態信息時，HTTP服務器從存儲設備狀態信息的靜態文件中取出設備狀態，并封裝為HTTP響應消息發送回客戶端。
*若客戶發送的HTTP請求，經過接收和解析后，得知請求的消息是對設備的設置（操作），則通CGI函數將消息內容轉換為家庭網絡協議傳遞給家庭網絡服務器，由家庭網絡服務器對家庭內部設備的管理和控制，并將處理結果以消息形式傳遞給CGI函數，并封裝為HTTP響應消息的形式，發送回客戶端。
*若客戶發送的HTTP請求，經過接收和解析后，得知請求的頁面是提供實時視頻服務時，HTTP服務器將調用CGI函數向視頻數據處理模塊發送消息，通過視頻數據處理模塊來控制視頻壓縮卡完成視頻數據的采集、壓縮和發送等功能。
*若客戶發送的HTTP請求，經過接收和解析后，得知請求的消息包含對云臺設備及鏡頭的控制命令時，HTTP服務器通過CGI函數向云鏡解碼器直接發送控制指令以實現對云臺和鏡頭的控制。
實時視頻傳輸設計
基于HTTP的boa服務器負責接收和響應客戶端的HTTP請求，當請求的是視頻信息時，此請求通過CGI函數向視頻數據處理模塊發送消息，從而向視頻設備發送事件以允許實時視頻發送任務進入運行隊列。
視頻數據處理模塊主要包括視頻圖像的實時捕捉（借助MPEG-4視頻壓縮卡完成）、動態存儲和實時播放，實時播放可以和實時捕捉存儲同時進行。
初始化視頻壓縮卡：
M878Object*pObject=NULL;
For（inti=0;i
{pObject=newM878Object（i,m_strDisk+m_strVideoDir）；
If（！pObjectGetDataFormFile（））
pObject->InitData（）；
m_obArray.Add（pObject）；
}
數據采集：
for（i=0;i
{
OpenDev（i）；//打開指定卡號的設備，分配相應系統資源
pObject=（M878Object*）m_obArray[i];
OutMpegBuff（i,OnMpeg4Write）；//采集視頻數據流
RegisterViSaveExceptionProc（i,（ViSaveErrCallBack）ViErrCallBack）；
pObject->SetParamToDevice（）；//設定參數
}
停止設備：
當不再使用設備時，調用ViUnInit（）關閉視頻壓縮采集卡并卸載系統資源。
數據發送模塊：
OutMpegBuff（i,OnMpeg4Write）；
VoidCALLBACKOnMpge4Write（DWORDdwCard,BYTE*pbuff,DWORDdwSize,
BOOLisKeyFrom）
{
if（dwCard>=g_dwDevice）
return;
g_VStrmInfo[dwCard]+=dwSize/26;
MTAWriteVideo（（BYTE）dwCard,pbuff,（LONG）dwSize,isKeyFrm）
}
發送模塊負責向地址表中的地址發送經過編碼處理的實時視頻數據，并修改地址表中的信息。地址表用來保存請求實時視頻服務的用戶的IP地址，視頻發送任務根據地址表中的地址來發送視頻包。
數據接收模塊主要完成視頻數據的接收、解碼和顯示工作。用戶通過瀏覽器實現對遠程設備的監控，服務器返回的信息通過瀏覽器顯示。瀏覽器可以使用微軟公司的InternetExploer或Netscape公司的NetscapeNavigator等。對于普通的文本及HTML文件支持的GIF、JPEG等格式的圖片，普通瀏覽器都可以顯示。但對于實時視頻數據，由于與HTTP鏈接不同，不是使用流套接字而是使用數據報套接字接收，然后還需解碼和顯示，這些工作瀏覽器都無法完成。為使用戶能通過瀏覽器觀看視頻，本系統采用在WEB頁面中嵌入ActiveX控件，由ActiveX控件完成視頻數據的接收、解碼和顯示工作。而ActiveXInternet技術的一個重要方面是安全的下載和安裝ActiveX控件和需要的支持文件。MicrosoftInternetExplore通過在HTML文檔中使用InternetComponentDownload方法自動下載并安裝ActiveX控件完成客戶端控件的嵌入和注冊。
在WEB服務器的HTML文件中嵌入ActiveX屬性，針對客戶端使用最多的IE瀏覽器，HTML代碼可使用MFCControl控件。
控件編寫完成后，需要在客戶端注冊，關于控件的信息記錄在注冊表中。客戶端從服務器端接收到嵌有控件的HTML頁面后，將根據OBJECT標簽中的信息通過注冊表使用對應的空間完成接收，解碼和顯示。
遠程控制設計
在遠程控制部分設計中，根據性能最優化和實時性考慮，將控制部分分為兩部分：云臺控制部分，主要是通過串口進行通信；信息家電遠程控制，通過內部家庭網絡協議對相應設備進行控制，控制信號的物理載體是家庭網絡內部總線。由于篇幅有限，以下只介紹圖4所示云臺控制模塊。
圖4云臺控制系統硬件連接框圖
該模塊是個相對獨立的模塊，負責控制云臺的上下左右旋轉以及鏡頭的焦距和光圈的調整。當服務器接受到的請求中含有對云臺設備以及鏡頭的控制命令時，將通過CGI函數向云臺解碼器發送控制指令以實現對云臺和鏡頭的控制。在室內，采用CDA2000解碼器直接通過RS-232串行口與嵌入式網關通信，云臺控制電壓~24V、~220V可選，鏡頭控制電壓可在5V-12V之間無級調節。
在云鏡控制模塊中，解碼器起著核心的作用，設計云鏡控制模塊主要解決的問題是將各項操作如上下旋轉，鏡頭調焦等操作進行編碼，但本系統采用的解碼器封裝了底層硬件程序的編寫，因此所做的工作是利用解碼器開發商提供的協議，通過RS232串行口向解碼器發送指令。
Linux對串口的操作是通過設備文件進行訪問的，只需打開相應的串口文件，然后通過調用設備相關函數來打開串口（open（）），設置串口參數（tcgetattr（），cfsetispeed（），cfsetospeed（）），設置輸入輸出模式（options.c_Iflag和options.c_Oflag），恢復串口屬性，關閉串口（close（））等即可。
結語
本系統的特點是基于嵌入式微處理器有限的系統資源之上，為客戶提供視頻服務。本系統采用的是"boa服務器+CGI+家庭網絡服務器"的模式來實現對信息家電的控制。以及采用了"boa服務器+CGI+視頻接收和控制模塊（視頻服務器）"的模式實現對視頻數據的捕獲、采集、發送等操作，并通過串行口通信方式對云臺和鏡頭進行直接的控制，視頻的接收問題一直以來是研究的重點，本系統采用在WEB頁面中嵌入ActiveX控件的方式，由ActiveX控件完成視頻數據的接收、解碼和顯示工作。這樣做的好處是，不需對客戶端做任何設置，就可以完成控件的自動下載和視頻文件的實時播放。
