基于OV511芯片的摄像头图像采集显示系统【实验目的】1、掌握OV511摄像头和V4L视频驱动的配置方法。
2、掌握JPEG的交叉编译与移植的过程。
3、掌握帧缓冲编程原理以及利用帧缓冲显示图像的编程方法。
【实验原理】USB摄像头以其良好的性能和低廉的价格得到广泛应用。
同时因其灵活、方便的特性，易于集成到嵌入式系统中，现有的符合Video for Linux标准的驱动程序配合通用应用程序，可以实现USB摄像头视频数据的采集及应用开发。
摄像头属于视频类设备。
在目前的Linux核心中，视频部分的标准是Video for Linux(简称V4L)。
这个标准其实定义了一套接口，内核、驱动、应用程序以这个接口为标准进行交流。
目前的V4L涵盖了视、音频流捕捉及处理等内容，USB摄像头也属于它支持的范畴。
1、Video4Linux和USB摄像头驱动配置如果需要在Linux操作系统中使用USB摄像头进行视频数据采集，则必须在进行内核配置时，应检查Linux 内核中是否已经添加了对Video4Linux驱动和对USB摄像头驱动模块的支持。
本实验采用静态加载驱动。
首先切换linux源代码所在的目录，并终端输入make menuconfig，系统弹出基于Ncurses 内核配置图形界面（如图1所示），便可进行内核选项的配置。
图1内核配置主界面1.1、配置界面的使用方法（1）、在菜单方式的配置界面上可用上下方向键来在各菜单之间移动；（2）、在标有"---->" 标志的地方按回车键进入下级菜单；（3）、按两次<ESC>或选择<Exit>则返回到上级菜单；（4）、按“h” 键或选择下面的<Help>则可看到配置帮助信息；（5）、按<Tab> 键则在各控制选项之间移动；（6）、Y表示包含该功能选项配置在内核中，M表示以模块的方式编译到内核中，N表示该功能选项不进行编译；（7）、设置状态在[ ] 或< > 中以“ * “(选择), “ M “ (模块), 空格(除外)来表示。
1.2、Video4Linux驱动配置对Video4Linux支持驱动进行配置，选中多媒体设备选项“Multimedia device－>”（如图1-1所示）按回车，进入多媒体设备配置界面（如图2所示），在多媒体配置界面中，选中“Video For Linux”，加载video4linux模块，就可以使内核实现对Video4Linux驱动的支持，为视频采集设备提供编程接口。
图2 内核配置－多媒体设备配置界面1.3、USB驱动配置配置好内核对Video4Linux驱动后，返回内核配置主界面，选中USB支持选项（如图3 所示）“USB support—>”按回车，进入USB支持配置界面。
图3 内核配置主界面－USB支持在USB支持配置界面中，选中“USB Multimedia device”选项下的“USB OV511 Camera support”，使内核中加入OV511接口芯片的USB数字摄像头的驱动支持。
（如图4 所示）。
图4 OV511 USB 摄像头驱动配置界面2、JPEG的交叉编译与移植本实验为了节省有限的存储空间，将数据帧转为JPEG格式存储，为了支持对实验过程中生成的JPEG格式图片的各种操作，例如将JPEG格式的图片转为BMP格式图片显示时，需要JPEG的交叉编译与移植。
在移植前，需要找到libjpeg，可以在以下网址下载：/source/libjpeg/libjpeg-6b.tar.gz。
jpeg的交叉编译与移植的过程如下：tar -zxvf libjpeg-6b.tar.gzcd libjpeg-6b./configure --enable-shared --enable-static --prefix=/usr/local/arm/3.4.5/arm-linux --build=i386 --host=arm然后修改生成的Makefilegedit Makefilecc =gcc 改为CC=arm-linux-gccAR=ar rc 改为AR=arm-linux-ar rcAR2=ranlib 改为AR2=arm-linux-rablibmakemake install-lib然后在当前的目录下ls –acd .libsls会出现图5所示的结果，这就是需要移植到目标板上面的文件。
图5把libjpeg.a、、libjpeg.so、libjpeg.so.62、libjpeg.so.62.0.0拷到目标板的/lib目录下，把cjpeg、djpeg拷到目标板的/bin目录下就完成了jpeg的交叉编译与移植。
3、帧缓冲编程原理以及利用帧缓冲显示图像在PC上面仿真的时候需要开启并使用帧缓冲设备。
3.1、帧缓冲编程原理帧缓冲（framebuffer）是Linux为显示设备提供的一个接口，把显存抽象后的一种设备，它允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。
这种操作是抽象的，统一的。
用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节。
这些都是由Framebuffer设备驱动来完成的。
Linux FrameBuffer 本质上只是提供了对图形设备的硬件抽象，在开发者看来，FrameBuffer 是一块显示缓存，往显示缓存中写入特定格式的数据就意味着向屏幕输出内容。
所以说FrameBuffer就是一块白板。
例如对于初始化为16 位色的FrameBuffer 来说，FrameBuffer中的两个字节代表屏幕上一个点，从上到下，从左至右，屏幕位置与内存地址是顺序的线性关系。
帧缓存可以在系统存储器(内存)的任意位置，视频控制器通过访问帧缓存来刷新屏幕。
帧缓存也叫刷新缓存Frame buffer 或refresh buffer, 这里的帧(frame)是指整个屏幕范围。
帧缓存有个地址，是在内存里。
我们通过不停的向frame buffer中写入数据，显示控制器就自动的从frame buffer中取数据并显示出来。
全部的图形都共享内存中同一个帧缓存。
CPU指定显示控制器工作，则显示控制器根据CPU的控制到指定的地方去取数据和指令，目前的数据一般是从显存里取，如果显存里存不下，则从内存里取，内存也放不下，则从硬盘里取，当然也不是内存放不下，而是为了节省内存的话，可以放在硬盘里，然后通过指令控制显示控制器去取。
帧缓存Frame Buffer，里面存储的东西是一帧一帧的，显卡会不停的刷新Frame Buffer, 这每一帧如果不捕获的话，则会被丢弃，也就是说是实时的。
这每一帧不管是保存在内存还是显存里，都是一个显性的信息，这每一帧假设是800x600的分辨率，则保存的是800x600个像素点和颜色值。
显示器可以显示无限种颜色，目前普通电脑的显卡可以显示32位真彩、24位真彩、16位增强色、256色。
除256色外，大家可以根据自己的需要在显卡的允许范围之内随意选择。
很多用户有一种错误概念，认为256色是最高级的选项，而实际上正好相反。
256色是最低级的选项，它已不能满足彩色图像的显示需要。
16位不是16种颜色，而是2的16次平方(256×256)种颜色，但256色就是256(2的8次平方)种颜色。
所以16位色要比256色丰富得多。
帧缓冲设备对应的设备文件为/dev/fb*，如果系统有多个显示卡，Linux下还可支持多个帧缓冲设备，最多可达32 个，分别为/dev/fb0到/dev/fb31，而/dev/fb则为当前缺省的帧缓冲设备，通常指向/dev/fb0。
当然在嵌入式系统中支持一个显示设备就够了。
帧缓冲设备为标准字符设备，主设备号为29，次设备号则从0到31。
分别对应/dev/fb0-/dev/fb31。
通过/dev/fb，应用程序的操作主要有这几种：（1）读/写（read/write）/dev/fb：相当于读/写屏幕缓冲区。
例如用cp /dev/fb0 tmp命令可将当前屏幕的内容拷贝到一个文件中，而命令cp tmp > /dev/fb0 则将图形文件tmp显示在屏幕上。
（2）映射（map）操作：由于Linux工作在保护模式，每个应用程序都有自己的虚拟地址空间，在应用程序中是不能直接访问物理缓冲区地址的。
为此，Linux在文件操作file_operations结构中提供了mmap函数，可将文件的内容映射到用户空间。
对于帧缓冲设备，则可通过映射操作，可将屏幕缓冲区的物理地址映射到用户空间的一段虚拟地址中，之后用户就可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓冲区，在屏幕上绘图了。
实际上，使用帧缓冲设备的应用程序都是通过映射操作来显示图形的。
由于映射操作都是由内核来完成，下面我们将看到，帧缓冲驱动留给开发人员的工作并不多。
（3）I/O控制：对于帧缓冲设备，对设备文件的ioctl操作可读取/设置显示设备及屏幕的参数，如分辨率，显示颜色数，屏幕大小等等。
ioctl的操作是由底层的驱动程序来完成的。
在本实验中，使用内存映射（mmap）将帧缓冲设备中的屏幕缓冲区映射到进程中的一段虚拟地址空间，接着，通过读写该虚拟地址来访问屏幕缓冲区，实现在屏幕上绘图或者保存屏幕上的绘图信息等操作。
3.2、帧缓冲设备的开启（1）只需要将/etc/grub.conf改成如下形式就行了(加粗那一行中的vga=0x314是修改过的): # grub.conf generated by anaconda# Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file# NOTICE: You do not have a /boot partition. This means that# all kernel and initrd paths are relative to /, eg.# root (hd0,0)# kernel /boot/vmlinuz-version ro root=/dev/sda1# initrd /boot/initrd-version.img#boot=/dev/sdadefault=0timeout=10splashimage=(hd0,0)/boot/grub/splash.xpm.gztitle Red Hat Linux (2.4.18-14)root (hd0,0)kernel /boot/vmlinuz-2.4.18-14 ro root=LABEL=/ hdc=ide-scsi vga=0x314其中（2）设置完成后，重启系统，会发现启动过程中出现一个企鹅的图标，说明修改成功，已经启动帧缓冲设备。