摘 要：提出了一种基于嵌入式Linux和GSM网络的远程无线监控图像文件传输系统，给出了具体的设计和实现原理。
关键词：嵌入式Linux 无线 图像文件传输
目前远程监控系统的种类很多。在众多产品中，图像、声音和控制信号的传输方式相差无几，大部分是通过电话线、ISDN、DDN、ADSL等有线通信网络来传输，而在无线传输远程图像监控方面的研究成果还较少。由于近距离的监控及有线监控易受到人为破坏，而无线远距离监控能更好地起到监控报警的作用。因此，远程无线监控是未来这类系统的主要方式，而对图像文件及控制信号的传输将是其难点。
在实现监控的过程中，监控图像的编码、压缩和传输都要做到无人化和自动化。这需要对整个过程进行有效的控制，并且监控端的体积尽量做到小型化。要达到这些要求则需要应用嵌入式操作系统(Embedded Operation Systems)。目前,商用嵌入式操作系统比较多,如Vxworks、QNX、Nucleaus、WinCE等。但是这些系统还不能完全满足要求。而uClinux(嵌入式Linux)具有源代码开放、强大的技术支持、良好的可扩展性、支持众多硬件等优点，是此监控平台的最佳选择。这里选择Linux2.4内核的uClinux作为平台操作系统。
1 系统整体设计
整个系统是基于uClinux的图像文件传输系统，由监控端和服务器端组成。监控端MPU主要采用Motorola公司的ColdFire嵌入式处理器MCF5272。其内部的SIM单元集成了丰富的通用模块(如10/100Mbps快速以太网控制器、USB1.1接口等)，并且能够与常用外围设备(如SDRAM)实现无缝连结，从而简化了外围电路设计，降低了产品成本，减小了体积和能耗[1]。图像的采集、编码和压缩采用台湾华邦公司的W99200F图像处理芯片。该芯片是一款实时JPEG/MPEG视频编解码芯片，能快速有效地对图像/视频进行硬件压缩。通信模块采用Motorola公司的G18嵌入式模块，用于实现远程无线连接。监控中心是整个系统的图像保存和系统管理中心，负责将图像按时间整理入库，并显示在屏幕上，而且能在任何时候发送指令给监控终端，指挥和协调现场人员。以Red Hat7.3为操作系统的服务器端配置了Wu-ftp(Washington University FTP Server)服务，用于接收图像文件，并建立相应的数据库服务器来存储图像/视频和客户资料。监控系统的结构示意图如图1所示。
系统通常处于休眠状态，一旦被远程控制指令、本地按钮或红外触发，则系统被唤醒。嵌入式处理器通过图像芯片从摄像头提取模拟信号进行编码和压缩，并将得到的图像/视频存储在RAM中[2]。同时运行通信模块，通过通信模块自带的无线Modem接入GSM网，实现无线连结到监控服务器端，并启动自动FTP 服务。一旦登录服务器成功，将通过FTP来实现图像文件的传输。在服务器端，系统自动产生报警信号，在接收图像的同时解压并存储图像文件，以达到监控的目的。
2 图像文件传输的实现
整个系统的图像文件传输是基于GSM网络实现的。监控端的工作包括对异常信号的响应、图像的采集压缩和编码、PPP拨号实现连接网络。监控端传输图像的流程图如图2所示。服务器端接收图像流程如图3所示。
2.1 G18模块实现无线拨号连接
G18嵌入式模块是Motorola公司开发的一款嵌入式GSM/GPRS模块，其内部自带Modem，支持3种频率，可在全球通用。它能使GSM网络连接到Internet，实现系统与Internet的互联，传输速率可达9.6Kbps。而在GPRS分组交换时，速率可达到57.6Kbps。
G18模块具有下列优点：硬件支持无线Modem功能，外接或内置SIM卡读卡器，具有卧式接口的单板配置，支持GPS选项，支持语音、数据、传真、短消息和WAP功能。G18相应的外围设备具有标准的RS-232接口、电话手柄与免提自动切换功能，可支持对GPS的开发及G18 模块软启动[3]。
2.2 PPP的配置与自动拨号的实现
PPP(Point-to-Point Protocol)是SLIP(Serial Line IP Protocol)的继承者。它提供了跨过同步和异步电路实现Modem到Modem和主机到网络(host-to-network)的连接。
2.2.1 服务器端配置
在服务器端，采用了Red Hat7.3。该系统完全安装后不需要进行重新编译，只需进行简单配置即可支持PPP。具体操作如下：安装mgetty软件包，使IP转发有效。修改配置文件/etc/inittab，执行init q使设置生效。建立文件/etc/ppp/option.ttyS1，其内容为：192.168.0.1：192.168.0.2。其中，192.168.0.1是PPP服务器端的IP地址；192.168.0.2是分配给用于监控端拨入的IP地址[4]。
要使pppd能自动启动，需要修改/etc/passwd文件，将对应用户默认的Shell程序Bash修改成pppd，并修改/etc/mgetty+sendfax/login.config。
2.2.2 客户端配置及自动拨号的实现
在客户端，需要编译嵌入式Linux的内核使其支持PPP。在编译的过程中将uClinux/user/pppd/、chat/和diald/这3个目录加入编译，然后编写正确的拨号脚本和配置文件。
PPP客户端所需的程序包括chat和pppd。chat程序用于拨号并等待服务器端的提示，使用户根据提示输入用户名和密码等登录信息。pppd是建立并维持与服务器的PPP连接，以传输数据。通常要安装ppp-*.i386.rpm软件包以得到/usr/sbin/chat和/usr/sbin/pppd文件。
要实现PPP自动连接，还需要配置/usr/doc/ppp-*/script目录下的ppp-on-dialer和ppp-on文件。ppp-on-dialer内容如下：
……
″ ″AT\ #初始化Modem
OK ATDT＄TELEPHONE\ #拨号
″CONNECT″ ″ ″ #连接
ogin:＄USERNAME\ #用户名
word:＄PASSWORD #密码
……
2.3 自动FTP传输
文件传输协议FTP能够快速、高效、可靠地传输信息。目前在各种平台(包括Unix、Linux、Windows NT以及NetWare等网络操作系统)上都实现了支持FTP的客户和服务器系统。根据服务对象的不同， 又可分为匿名FTP服务器和系统FTP服务器。前者允许任何人登录获取文件，后者只允许在FTP服务器上有合法账号的用户使用。本系统采用后者。
Wu-ftp是由华盛顿大学开发的 FTP 服务器软件，它除了具有普通 FTP 服务器所具有的功能以外，还具有很多增强的功能。如用户访问控制，传送压缩、解压缩文件，文件访问日志等。这进一步增强了其安全性，使它成为 Internet 上非常流行的 FTP 服务器软件。
2.3.1 FTP服务器端的配置
在服务器端采用Red Hat7.3系统。安装时选择Wu-ftp并对其进行配置。需要配置的文件包括：/etc/ftpaccess、/etc/xientd.conf和/etc/xientd.d/wu-ftpd等。
配置文件/etc/ftpaccess的部分内容如下：
class local real 192.168.0.2 #采用实用户登录，
#并限制用户IP
upload /usr/ftp/ /incoming yes real 0644 dirs
#在incoming目录下，允许实用户上传并新建目录
2.3.2 FTP 自动传输的实现
要实现系统的自动运行，除了要使系统具有自动拨号功能外，还应该使FTP能进行自动文件传输。由于本系统采用Motorola的ColdFire嵌入式处理器MCF5272作为客户端，操作系统用uClinux 内核2.4版本，因此，可以采用Shell脚本来实现此功能。
Shell是用户和Linux(更确切地说是Linux内核)之间的接口程序[5]，三者的关系如图4所示。在提示符下输入的每个命令都先由Shell解释，然后传给Linux内核。Shell是命令语言解释器(command-language interpreter)，拥有自己内建的 Shell命令集。此外，Shell也能被系统中其他有效的Linux 实用程序和应用程序(utilities and application programs)所调用。Shell适用于系统管理，而Bash(Bourne-again Shell)是大多数Linux自带的Shell,也是最常用的Shell版本之一。在本系统的设计中，采用Bash来实现FTP的自动传输。部分脚本如下：
这样，就可以在MCF5272的控制下，实现自动FTP文件传输。通过实验，已经实现了在无人控制的情况下，从远程监控端将监控图像传输至服务器端，图像清晰、稳定。
3 结 论
本文介绍的远程图像监控系统可以实现远程的主从式无线文件和数据的传输，从而实现了主机与监控端的通信。该方案基于嵌入式Linux，源码开放，具有良好的扩展性,传输可靠性,可满足远距离监控和数据采集系统的需要。经过测试，该系统能将10公里以外的现场图像以2～3帧/s的速度传输至控制中心。图像清晰、稳定，为各级指挥者及时处理各种突发事件提供了有力的依据。系统还可以应用于个人、车辆、轮船和建筑等需要无线监控的场合，具有较为广阔的应用前景。
参考文献
1 Motorola Inc.MCF5272 ColdFire Integrated Microprocessor User′s Manual Rev1.2001
2 Winbond Electric Corp.W99200F Data Sheet Rve1.7.2000
3 Motorola Communications Ltd.G18-Developer Manual.2002
4 鸵鸟工作室.Linux 网络应用大全.北京：机械工业出版社，2002
5 Parker T.Slackware Linux Unleashed.Sams Publishing，1997
6 Zhong X X，Li X Y，Wu Z Z et al.Wireless Networked Microsensor and ITS Embedded System.Optics Precision Engineering，2002；(3)