摘 要

在智能化和车联网的大潮中，传统的光学镜面式后视镜暴露出很多不可避免的问题，随着高科技技术的发展，视频采集与处理技术的高速增长，处理器运算速度与稳定性的大幅提升，高速的视频采集，宽广的视野以及高速的视频信号处理与图像实时显示，使得电子式的流媒体后视镜取代传统光学后视镜成为可能。电子流媒体后视镜的开发对于汽车智能化，有着重要的意义。

文中主要介绍一种高速高清摄像头采集视频同时展示为可视图像的实现方法。利用运行Linux操作系统的双ARM Cortex-A9核心处理器I.MX6 DualLite、高清CMOS图像传感器OV5640、1GB 的DDR3 SDRAM、eMMC Flash、800x480高分辨率LCD显示屏一起构成整个系统。控制OV5640的工作方式，以及接收OV5640的数字视频信号输出。然后将这些数据通过SDRAM的控制器存入SDRAM中，最后在Linux系统任务的调用下，I.MX6通过控制硬件将存储在SDRAM中的数字图像信息读取出来，送到LCD的显示缓存区，系统通过调用数据的对屏幕数据的写入函数，将采集到的图像在屏幕上显示出来。本论文中介绍了后视镜视频采集与显示系统的整体方案，开发环境的搭建，各模块硬件电路的搭建与原理，系统中对Linux系统、LCD模块，以及图像传感器的控制方法与实现。对整个系统的调试和分析，以及具体的视频采集与显示做了详细的介绍。本文作者通过实际的设计证明了本方案的可行性，高性能，低成本，低功耗，高可靠性。

关键词：嵌入式Linux,I.MX6,图像采集,流媒体后视镜

ABSTRACT

In the intelligent vehicle networking and tide, the traditional optical mirror rearview mirror exposed many problems, with the development of high technology, high speed update video acquisition and processing technology, greatly enhance the speed and stability of processor, high-speed video acquisition, broad vision, video signal processing and high-speed image real time display, the rearview mirror to replace the traditional electronic rearview mirror is possible. The development of the electronic current media rearview mirror is of great significance to the intelligent vehicle.

This paper introduces a high-speed high-definition camera to capture video and display the visual image as a method of implementation. Together constitute the whole system by running the Linux operating system ARM Cortex-A9 dual core processor I.MX6 DualLite, HD CMOS image sensor OV5640, 1GB DDR3 SDRAM, eMMC Flash, 800x480 high resolution LCD display. Controls how the OV5640 works and accepts the OV5640 digital video signal output. These data will then be stored in SDRAM through the SDRAM controller in the Linux system, finally the task calls, I.MX6 through the hardware digital image information stored in the SDRAM read and display buffer to LCD, then in the scheduling system, displayed on the screen. This paper introduces the overall scheme of the rearview mirror video acquisition and display system, build the environment, build the principle and hardware circuit of each module of the system, the Linux system, LCD module, and control method of image sensor and implementation. The debugging and analysis of the whole system, and the detailed video acquisition and display are introduced in detail. The author proves the feasibility of this scheme through practical design, with high performance, low cost, low power consumption and high reliability.

Key words: Embedded Linux, I.MX6, Image Acquisition, Streaming rearview mirror

第一章 绪论

1.1 背景及研究意义

从上世纪四十年代首颗晶体管问世以来，半导体工业开始快速发展，进而也推动了全球的电子工业向信息产业发展。进入21世纪以来，半导体，微电子和大型集成电路等技术迅速发展，计算机的性能得到迅速提升，处理器的速度和能力更是日新月异。存储技术和通信技术的飞速发展使得网络带宽和存储容量得到了很大幅度的增加。在此基础上，计算机技术、消费类电子、广播和通信之间联系越来越紧密，世界进入了网络化数字化的信息时代。在计算机、通信和娱乐相融合的应用背景下，数字多媒体技术得到了迅速发展，数字音视频也在各种场合通过各种渠道开始影响人类的传统生活方式。人们对以视频编解码技术为基础的数字电视广播、数字存储媒体、视频会议和无线网、互联网宽带流媒体等一系列现代化的视频应用技术的产物的需求变得异常广泛而强烈。

视频图像技术在交通安全领域的应用也日益受到重视，以电子图像传感器、高性能处理器和高清图像显示设备为主体的流媒体后视镜，作为汽车电子产业的一个新兴电子辅助设备，有着传统后视镜不可媲美的强大优势，成为关注的重点。

传统后视镜利用镜面反射的原理将车后的状况展现在驾驶员的视野中，难免会被C柱以及后座上的乘客或者大体积的物品干扰，同时，后挡风玻璃的透光程度也会干扰驾驶员的视线，而流媒体后视镜摄像头安装在车外尾部，绕过了这些障碍，完全不受影响，并且随着处理器性能的快速提升，还可以获得更佳的后视效果，将来在多个图像传感器的配合下，可以实现全车360度无死角的环视。

另一方面，传统后视镜用镜面反射的原理直接将光线从车后反射到驾驶员的眼睛，如果车后有强烈的光线直接照射，会使得驾驶员产生炫目而暂时失明，在汽车高速行驶时，十分危险，而流媒体后视镜并不直接将光线传送到驾驶员眼中，因而即使有强烈的光线直接照射，也并不会让驾驶员产生炫目，同时由于流媒体后视镜可以对图像进行处理，在技术上通过特定算法滤除强光是完全可以实现的，并且也可以做到图像增强或者利用红外传感器实现夜视，这样驾驶员车后的视野也在一定程度上能减少外部干扰……同时，流媒体后视镜在未来的发展中可以与目前的先进驾驶员辅助系统（ADAS）进行融合，实现后视镜的智能化，驾驶辅助系统的接口统一化，整车的汽车电子控制系统也向互联的方向发展。

1.2国内外研究现状

作为汽车前装部件的目前市面公开的仅有凯迪拉克XT5和CT6旗舰版搭载流媒体后视镜，其中能够量产的只有CT6旗舰版。其他汽车企业已经开始对流媒体后视镜的研发，但目前并不具有装机的能力。

在后装市场上，各种电子流媒体后视镜鱼龙混杂。首先，由于国家标准对后装市场的监管十分松弛，因此很多后装供应商所提供的流媒体后视镜达不到汽车级电子设备的使用要求，为控制成本加大利润，对电子电路元件的选型以及设计都做了相当的精简，仅电路上无法通过ISO 11451、ISO 7637等汽车电子的EMC抗干扰测试；再次，很多后装流媒体后视镜对主控制器的选择也十分随意，更多的选择了成本更低的全志、联发科等消费级应用处理器，在系统的稳定性上根本不能满足汽车级处理器应用的要求。最后在功能上，绝大多数的后装流媒体后视镜，都无法做到全屏高清显示，只是在后视镜上留下一个矩形的小方框用来做图像显示，效果十分不理想，不太具有实际的后视能力。

综上所述，对流媒体后视镜的开发具有重要的理论和现实意义。

1.3 研究的主要内容

本项目设计基于Linux操作系统的汽车流媒体后视镜。以搭载Linux操作系统的高性能搭载专用图像单元的I.MX 6DualLite处理器为核心器件，使用OV5640高清CMOS摄像头为图像采集传感器，实现对视频的高速采集，高清输出与实时显示。

作者在本项目中参与的主要工作包括：后视镜系统的整体方案设计及硬件选型、电路图原理图的设计、嵌入式操作系统的研究。其中嵌入式Linux作为本嵌入式流媒体后视镜系统的核心，控制整个系统的资源并为应用程序的开发提供平台，在系统中占重要地位，故本文对其进行重点研究。具体安排件图1-1。

第二章，嵌入式系统概述及流媒体后视镜平台的搭建。在系统介绍嵌入式系统概念、构成、开发过程及调试基础上，构建流媒体后视镜系统平台，实现处理器，图像传感器，液晶屏的选型，并对嵌入式Linux进行比较深入的分析。

第三章，开发环境的搭建。主要介绍了PC端Linux主机的安装，Linux下软件维护工具的使用，配置Linux主机的网络及文件管理权限以及交叉编译工具链的安装。

第四章，基于ARM Linux平台的流媒体后视镜系统应用的开发。包括底层驱动程序的设计，系统内核的功能函数的调用，用户应用程序的开发。

图1-1 流媒体后视镜系统设计流程

第五章，完成系统调试，检验驱动程序的有效性、稳定性以及可靠性。

第二章 嵌入式系统及本系统设计总体方案

2.1 嵌入式系统的概述

美国电器和电子控制协会（IEEE）对嵌入式系统的定义为：用于控制、监视、或者辅助操作机器和设备的装置。

通俗而言，嵌入式系统可以实现普通PC机系统相类似的某些功能，但并不适合用于处理日常PC机的任务。嵌入式系统是由嵌入式计算机系统（比如Linux、uinx、Win CE等）、和执行装置（系统所控制对象，所组成的专用计算机系统）组成，它的硬件核心是嵌入式微处理器。

2.2 流媒体后视镜系统硬件结构设计及系统方案确定

嵌入式外围硬件设备的功能分为三类：存储设备类，通信设备类和显示设备类。

图2-1 系统硬件平台结构设计

本项目设计的流媒体后视镜，包括图像采集系统、微处理器模块和LCD显示系统三部分组成，系统构成如图2-1所示。基本结构如下：为OV5640高清COMS摄像头实现视频采集功能；以搭载Linux操作系统的I.MX 6DualLite处理器为核心部件。实现图像处理和图像传输功能，以LCD液晶实现视频的实时显示。

围绕功能的实现，该系统可划分为三个板块：

板块一：硬件平台的搭建。包括嵌入式系统的确定、硬件选型、图像传感器的选型及LCD显示屏的选型。

板块二：嵌入式操作系统的驱动程序开发。该部分工作控制整个系统资源并为应用程序开发打下基础。是本文研究的重点内容。

板块三：应用程序开发。包括图像处理算法、图像显示。这部分工作是系统核心功能的实现，视频显示的高实时性，系统运行的高稳定性以及控制系统整体高可靠性均依靠该部分的工作。

图2-2 嵌入式系统构成

本文研究的内容围绕三个板块展开，重点研究板块二。整个系统的构成如图2-2所示。

2.3 嵌入式操作系统的选择

嵌入式操作系统管理整个系统硬件设备，调度所有应用程序的运行，并为用户开发提供接口，屏蔽了底层细节。嵌入式操作系统通常包括底层驱动程序，系统内核，文件系统，通信协议，设备驱动接口，图形界面，浏览器等。

目前使用较多、主流的操作系统有Linux、Android、Free RTOS、uC/OS、RT-Thread、Apple IOS、Windows、Win CE，uinx等等。