20155110王一帆 《远程安防监控系统》课程设计个人报告
一、个人所做的工作
- 编译linux内核，制作文件系统镜像
- 交叉编译项目代码
- 配合组长完成SD卡的烧写
- 调试运行开发板的各项功能
二、遇到的问题的及解决方法
问题1：fastboot的驱动安装
首先，我们在设备管理器中找到Android设备
但是安装fastboot驱动时，却失败了。
问题1的解决方法
在windows设置中找到“更新与安全”
找到恢复，在高级启动中找到“立即重启”
重启之后，选择“疑难解答”
接着选择“高级选项”
然后选择“启动设置”
重启以后，按下数字键“7”禁用驱动的强制签名
之后，我们就可以成功安装驱动了。
我们这时再观察设备管理器，我们就可以发现Android设备从未知变成已知了。
问题2：open /dev/ttyUSB0 error: No such file or directory
在进行串口通讯的时候，打开开发板后，一直会提示这样的消息。
原因是/dev目录下没有ttyUSB0这个设备文件。
问题2的解决方法
事实上，我们依旧可以输入linux命令的，要想不看到这个信息，需要在/dev下建立一个软链接。
输入ln -s /dev/null /dev/ttyUSB0，用“空设备”做个软链接。
这样就不会一直出现open /dev/ttyUSB0 error: No such file or directory这样的提示了
而且这样做不会影响正常的操作。
三、剖析CGI源码时的疑问与解答
我自己有过Web编程的经验，也了解早期的Web编程是靠CGI来完成的，用的语言也是五花八门——C/C++、perl、bash……
我选择研究该项目的CGI源码，也是因为自己对Web编程有一些了解，而对系统编程就完全不懂，也搞不清什么线程、锁、同步的概念。
（一）登录表单处理——login.cgi
我们进入文件系统rootfs的www目录下，这里就是存放web服务器html，css，js和cgi程序的地方。我们先看看index.html.
我们直接看登录的表单部分
<form name="form1" method="post" action="cgi-bin/login.cgi">
<table width="100%" border="0" cellspacing="9" cellpadding="0">
<tbody>
<tr>
<td width="92">用户帐号：</td>
<td width="130"><label>
<input name="username" type="text" id="username" value="user"></label></td>
</tr>
<tr>
<td>登录密码：</td>
<td>
<label>
<input name="password" type="password" id="password" value="123456">
</label>
</td>
</tr>
<tr>
<td height="25"></td>
<td><input type="image" name="submit" style="97px;height:25px;" src="images/login/go.gif"></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</form>
这个表单的数据会提交给login.cgi这个程序去处理。学过java servlet的同学会发现，CGI程序和servlet比较接近。
我们来分析一下login.cgi的源码。
//login.c
cgiFormStringNoNewlines("username", name, N);
cgiFormStringNoNewlines("password", pw, N);
这两条语句将username和password分别放到char数组name和pw中，接下来肯定是要到数据库里面去查询了。这里的数据库用的是sqlite，非常轻量级的一个数据库。
//login.c
if(sqlite3_open("/user.db", &db) != SQLITE_OK)
{
fprintf(cgiOut, "<BODY>");
fprintf(cgiOut, "<H1>%s</H1>", "Server is busy...");
fprintf(cgiOut, "<meta http-equiv="refresh" content="1;url=../index.html">");
return -1;
}
sprintf(sql, "select * from usr where name='%s' and password='%s'", name, pw);
if(sqlite3_get_table(db, sql, &result, &row, &column, NULL) != SQLITE_OK)
{
fprintf(cgiOut, "<BODY>");
fprintf(cgiOut, "<H1>%s</H1>", "Server is busy...");
fprintf(cgiOut, "<meta http-equiv="refresh" content="1;url=../index.html">");
sqlite3_close(db);
return -1;
}
非常容易理解，sqlite3_open()函数用来打开数据user.db，如果打开失败就会看到网页上有Server is busy...字样。
char数组sql中存放了一条select语句，sqlite3_get_table()函数就是用来查询的，如果数据库出现问题，依然在网页上显示有Server is busy...
如果在数据库里找不到对应的用户，变量row的值就是0，网页上显示Name or password error
//login.c
if(row == 0)
{
fprintf(cgiOut, "<BODY>");
fprintf(cgiOut, "<H1>%s</H1>", "Name or password error");
fprintf(cgiOut, "<meta http-equiv="refresh" content="1;url=../index.html">");
sqlite3_close(db);
return 0;
}
查看user.db数据库，只有一条记录
代码里的cgiOut是什么呢？，我们在cgic.h头文件的实现文件cgic.h中找到了答案。
//cgic.c
cgiIn = stdin;
cgiOut = stdout;
cgiOut就是标准输出。登录成功后，会跳转到主页面main.html。
（二）环境信息获取——env_1_a9_info.cgi
main.html页面是一个frameset框架，由left.html，top.html，right.html三个页面构成。
其中只要left.html导航栏具有实际的功能选项。
我们先看看环境信息env1.html页面中的cgi程序
<iframe frameborder="0" border=0 scrolling="no" src="cgi-bin/env_1_a9_info.cgi" width="100%" height="100%"></iframe>
这个iframe告诉我们env_1_a9_info.cgi程序会处理当前的实时数据，并返回结果。
分析一下env_1_a9_info.cgi的源码，来看看这些数据是怎么得到的。
get_env()函数是用来获取环境信息的。
//env_1_a9_info.c
void get_env()
{
sqlite3 *db;
char sql1[N] = {0}, sql2[N] = {0};
char **result1, **result2;
int row1, colunm1, row2, colunm2;
if (sqlite3_open("/smartfarm.db", &db) != SQLITE_OK) {
fprintf(cgiOut, "<H2>sqlit smartfarm.db open err</H2>");
errflag = 1;
return ;
}
sprintf(sql1, "select * from env where farm_no=1");
if (sqlite3_get_table(db, sql1, &result1, &row1, &colunm1, NULL) != SQLITE_OK) {
fprintf(cgiOut, "<H2>sqlite3_get_table err</H2>");
errflag = 1;
return ;
}
strncpy(temp_max, result1[colunm1 + 1], 9);
strncpy(temp_min, result1[colunm1 + 2], 9);
strncpy(hum_max, result1[colunm1 + 3], 9);
strncpy(hum_min, result1[colunm1 + 4], 9);
strncpy(light_max, result1[colunm1 +5], 9);
strncpy(light_min, result1[colunm1 + 6], 9);
.......
sqlite3_close(db);
}
不难发现，这些数据都是从数据库smartfarm.db中获取的。
最高/最低气温，湿度，光照，都在env表中。
还有一张collect_env表，显示的是实时信息，但是好像没有用到。
//env_1_a9_info.c
void get_env()
{
........
sprintf(sql2, "select * from collect_env where farm_no=-1");
if (sqlite3_get_table(db, sql2, &result2, &row2, &colunm2, NULL) != SQLITE_OK) {
errflag = 1;
return ;
}
#if 0
strncpy(temp, result2[colunm2 + 1], 9);
strncpy(hum, result2[colunm2 + 2], 9);
strncpy(light, result2[colunm2 + 3], 9);
#endif
}
很明显，temp，hum，light分别存放当前的温度、湿度和光照，但是被注释掉了。
（三）实时监控的图像拍照处理——take_photo.cgi
实现监控的CGI程序是take_photo.cgi，我们还是直接分析它的源代码。
抛开cgi程序的fprintf不看，我们直接看核心处理的部分
//take_photo.c
key_t key;
int msgid;
char buf[2] = {0};
if((key = ftok("/lib", 'a')) < 0)
{
perror("ftok");
exit(1);
}
if ((msgid = msgget(key, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666)) < 0)
{
if (errno == EEXIST) {
msgid = msgget(key, 0666);
}else{
perror("msgget msgid");
return 0;
}
}
struct message msgbuf;
msgbuf.type = 1L;
msgbuf.msg_type = 2L;
cgiFormString("mode", buf, 2);
if(buf[0] <= '0' || buf[0] > '9')
goto err;
msgbuf.text.camera = buf[0] - '0';
msgsnd (msgid, &msgbuf, sizeof (msgbuf) - sizeof (long), 0);
这是一段linux的进程间通信，我们需要关注以下三个系统调用：
- key_t ftok(const char *pathname, int proj_id)
- int msgget(key_t key, int msgflg)
- int msgsnd(int msgid, const void *msg_ptr, size_t msg_sz, int msgflg)
这些调用的细节不去管它，只要知道该进程需要收发其他进程的消息就可以了。
我们关注这段代码，看看进程发送的消息msgbuf是什么。
//take_photo.c
struct message msgbuf;
msgbuf.type = 1L;
msgbuf.msg_type = 2L;
cgiFormString("mode", buf, 2);
if(buf[0] <= '0' || buf[0] > '9')
goto err;
msgbuf.text.camera = buf[0] - '0';
注意到这里的cgiFormStirng函数，我们的buf存的是表单中收集到的数字，下面是表单的内容。
<form id="take_photo" name="take_photo" method="post" action="cgi-bin/take_photo.cgi">
<td width="15%"><input type="radio" name="mode" id="mode_1" value="1" />1</td>
<td width="15%"><input type="radio" name="mode" id="mode_2" value="3" />3</td>
<td width="15%"><input type="radio" name="mode" id="mode_3" value="5" />5</td>
<td width="15%"><input type="radio" name="mode" id="mode_4" value="7" />7</td>
<td width="15%"><input type="radio" name="mode" id="mode_5" value="9" />9</td>
<td width="25%"><input type="submit" name="take_photo" id="take_photo" value="图像抓拍" /></td>
</form>
结构体message在struct.h头文件中有定义
//struct.h
union text {
unsigned char led;
unsigned char buzzer;
unsigned char camera;
unsigned char fan;
unsigned char relay;
unsigned char uart;
char phone[24];
struct control_parameter parameter;
};
struct message {
long type;
long msg_type;
union text text;
};
那么谁会接收msgbuf这个消息呢？我们可以在项目源码中找到答案。
看一下，项目源码里面pthread_client_request.c中的一个代码片段
//pthread_client_request.c
switch (msgbuf.msg_type) {
........
case CAMERA:
printf("received camera request
");
pthread_mutex_lock (&mutex_camera);
dev_camera_mask = msgbuf.text.camera;
pthread_cond_signal (&cond_camera);
pthread_mutex_unlock (&mutex_camera);
break;
........
default:
#if DEBUG
printf("pthread client request default break
");
#endif
break;
}
也就是说会 有专门的线程用来处理摄像头有关的消息
我们还记得之前take_photo.c有这样一段代码
struct message msgbuf;
msgbuf.type = 1L;
msgbuf.msg_type = 2L;
1L、2L这样的魔数是什么意思呢
答案在项目源码的global_variable.h头文件中
//global_variable.h
/*message queue type */
#define REQUEST 1L //msgbuf.type=1L
/*message queue msg_type*/
#define BUZZER 1L
#define CAMERA 2L //msgbuf.msg_type = 2L
#define FAN 3L
#define LED 4L
#define RELAY 5L
#define SET_PARAMETER 6L
#define SMS 7L
//#define SQLITE 7L
#define UART 8L
#define MODIFY_PHONE_NUM 9L
#define BEEP 10L
linux下一切都是文件，打开摄像头也不例外
//pthread_camera.c
if ((dev_camera_fd = open (DEV_CAMERA, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY)) < 0)
{
printf ("Cann't open file /tmp/webcam
");
exit (-1);
}
其中DEV_CAMERA这个常量的定义在头文件global_variable.h中也能找到
//global_variable.h
#define DEV_GPRS "/dev/ttyUSB1"
#define DEV_GPRS_2 "/dev/ttyUSB2"
#define DEV_ZIGBEE "/dev/ttyUSB0"
#define DEV_LED "/dev/led"
#define DEV_BUZZER "/dev/buzzer"
#define DEV_CAMERA "/tmp/webcam"
#define SQLITE_OPEN "./smartfarm.db"
这个常量就是/tmp/webcam，这应该指的就是摄像头设备
（四）照片展示——show_photo.cgi
在“历史照片”这一功能中，调用的CGI程序是show_photo.cgi
我们同样还是忽略掉CGI源码中的fprintf部分。
#define DIRNAME "../pice"
#define PHOTO_NUM_MAX 100 // 最多100张，0-99
int cgiMain()
{
.........
if((dir = opendir(DIRNAME)) == NULL) //打开图片存放的目录
{
perror("fail to opendir");
exit(1);
}
while((dirp = readdir(dir)) != NULL) //读文件夹里文件的名字
{
if(dirp->d_name[0] > '9' || dirp->d_name[0] < '0') //名字的第一个字母
continue;
sprintf(photoname[syncmsg1.photo_num++], "%s", dirp->d_name);
if(syncmsg1.photo_num >= PHOTO_NUM_MAX) //判断是否超过最大值
{
syncmsg1.photo_num = PHOTO_NUM_MAX - 1;
break;
}
}
.........
}
我们从中可以知道，历史照片都是保存在/www/pice目录下的，而且最多只保存100张。
四、调试过程中无法解决的问题
难题1：WIFI模块无法使用
原本这个系统是通过WIFI来访问并进行控制的，但是我们的WIFI模块出现了问题，现在只能用网线直连的方式控制系统。
我们将手机热点配置为my_accent，密码设为012345678，在rootfs/etc中添加配置文件wpa-spk-tkip.conf
# WPA-PSK/TKIP
ctrl_interface=/var/run/wpa_supplicant
network={
ssid="my_accent"
key_mgmt=WPA-PSK
proto=WPA
pairwise=CCMP
group=CCMP
psk="012345678"
}
更新文件系统以后重新烧写镜像，配置IP和网关后，执行命令wpa_supplicant -B -i wlan0 -c /etc/wpa-psk-tkip.conf
我们可以看到，wlan网卡依然没有连接到手机热点上。我们暂时没有解决这个问题。
难题2：视频模块无法使用
我们无论直接使用含有项目内容的文件系统，还是自己重新编译mjpeg-streamer都出现了同样的问题。
我们启动开发板后，对mjpeg-streamer进行测试。
运行mjpg_streamer -i "/mjpg/input_uvc.so -y -d /dev/video0" -o "/mjpg/output_http.so -w 192.168.9.111:8080"
系统显示由于设备被占用了，初始化失败。我们没有找到解决的方法。
这些问题目前依然没有找到解决方案
五、心得体会
我们小组成员之前都没有嵌入式开发的经验，这次课程设计——“远程安防监控系统”对我们来说是一次挑战吧。虽然已经有现成的源码和成熟的文档，我们真正操作的时候还是遇到了许多问题，才真正体会到什么是“纸上得来终觉浅”。
我们在这次课程设计中收获很多，我们惊讶地发现，之前的linux操作经验对我们进行嵌入式开发有很大的帮助，串口通讯之后，文件的操作与查看，网络状态的查看，进程的查看与kill，都如出一辙，不得不感叹linux的伟大，在linux知识上的投资收益真棒。
C语言的可移植性还是不错的，很多源码进行较差编译的时候，只需要把原来的编译器"CC=gcc"改为"CC=arm-none-linux-gnueabi-gcc"就可以，有时甚至不用改变C语言代码就能正常make。
嵌入式开发还是很有意思的，我们通过这次课程设计慢慢摸到了点门道。
六、参考资料
- Win10怎么禁用驱动程序强制签名
- /dev/tty /dev/ttyS0 /dev/tty0区别
- 《远程安防监控系统项目文档》华清远见教育集团研发中心