（2） 硬件平臺組成

一塊核心母板，配備CPU、16MB的NOR Flash、64MB的NAND Flash、32MB的SDRAM，并設(shè)置系統(tǒng)從NAND Flash啟動；一塊外設(shè)電路板，負(fù)責(zé)系統(tǒng)和外設(shè)器件的連接，布設(shè)有2個USB接口、1個UART口、24個3針插座（用 于控制機器人的關(guān)節(jié)）以及電源接口等。核心母板與外設(shè)電路板通過內(nèi)存插槽進行連接。

分開設(shè)計的好處有：升級核心母板可實現(xiàn)系統(tǒng)處理能力的提高；而更換外設(shè)電路則可適應(yīng)不同的應(yīng)用。這樣就大大節(jié)約了硬件成本，對于開發(fā)和調(diào)試也是非常有利的。同時，核心母板本身就是一個最小系統(tǒng)，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，保證最小系統(tǒng)的可靠性是開發(fā)的第一步。

調(diào)試核心母板以及外設(shè)電路至工作正常。確保開發(fā)板與PC機通信（利用Windows下的超級終端工具，通過串口線連接開發(fā)板與PC機）。

2. 軟件平臺的構(gòu)建和配置

目前，越來越多的嵌入式系統(tǒng)采用了Linux作為操作系統(tǒng)。Linux功能強大，運行穩(wěn)定，驅(qū)動齊全，配置靈活，內(nèi)核緊湊，從來就與嵌入式系統(tǒng)有密不可分的關(guān)系。Linux內(nèi)核版本眾多，其中2.4系列比較成熟，在嵌入式平臺中應(yīng)用廣泛，資料齊全。這里使用Linux- 2.4.18-rmk7-pxa1版本。

a. 配置開發(fā)板軟件環(huán)境

將系統(tǒng)引導(dǎo)程序（俗稱bootloader，其功能相當(dāng)于PC機中的BIOS）燒寫進入S3C2410核心母板。這里采用了三星公司推薦的vivi程序。通過對vivi中參數(shù)的設(shè)置，完成對Flash的分區(qū)。

b. 配置、編譯、下載內(nèi)核

（1） 下載源代碼，在PC端建立交叉編譯環(huán)境；armv4l-unknown-linux-gcc可以將Linux內(nèi)核編譯為適用于ARM體系結(jié)構(gòu)的二進制代碼；

（2） 配置內(nèi)核：使用make menu-config命令，將USB設(shè)備支持、USB攝像頭驅(qū)動（針對OV511芯片）、NAND Flash驅(qū)動，以及掛載嵌入式文件系統(tǒng)所需要的驅(qū)動程序靜態(tài)編譯到內(nèi)核中；

（3） 編譯內(nèi)核：使用交叉編譯工具，將源代碼編譯為可執(zhí)行二進制內(nèi)核鏡像，生成文件zImage；

（4） 下載內(nèi)核：將zImage通過串口線，利用vivi的數(shù)據(jù)燒寫功能，下載到Flash的內(nèi)核分區(qū)中（kernel）；

c. 制作文件系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)中常見的文件系統(tǒng)有CRAMFS、JFFS、JFFS2、YAFFS等?？紤]到實際的需求，這里采用了CRAMFS。在內(nèi)核配置時對CRAMFS的驅(qū)動代碼進行靜態(tài)編譯，并且利用mkcramfs工具制作經(jīng)過仔細(xì)裁剪的文件系統(tǒng)映像，利用vivi的燒寫指令下載到Flash的root分區(qū)。最終的文件系統(tǒng)映像小于3MB，這是由嵌入式系統(tǒng)較為緊張的存儲資源決定的。

啟動系統(tǒng)，通過PC機的超級終端，可看到啟動信息：包括內(nèi)核的版本、Flash分區(qū)表、交叉編譯器的版本，以及內(nèi)核中靜態(tài)編譯的組件等。

3. 驅(qū)動程序的編寫和應(yīng)用程序的開發(fā)

視覺功能的最終實現(xiàn)，首先需要為機器人的關(guān)節(jié)電機編寫驅(qū)動程序，使操作系統(tǒng)可完成對機器人動作的控制，作為對視覺結(jié)果的響應(yīng)。視覺絕非最終目的，而是機器人獲取信息的一種途徑，其根本目的在于為機器人的動作、行為提供策略或數(shù)據(jù)支持。單純的視覺并沒有意義。

機器人全身的關(guān)節(jié)均為舵機。舵機結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，外部只有3個引腳：電源、地、PWM信號。對舵機的控制實際上就是要產(chǎn)生頻率、脈寬合適的PWM波。

S3C2410芯片內(nèi)部集成4個PWM發(fā)生單元。驅(qū)動程序利用其中的一個作為機器人頭部電機的控制信號源，通過改寫寄存器的值，改變頻率和占空比，產(chǎn)生期望的PWM波。

將驅(qū)動程序交叉編譯為模塊，在系統(tǒng)啟動后動態(tài)地插入內(nèi)核中。模塊加載前獨立于內(nèi)核，方便了驅(qū)動程序的調(diào)試。編寫簡短的測試程序，確認(rèn)關(guān)節(jié)電機可以正常工作。

這里為機器人視覺系統(tǒng)搭建了一個實際的應(yīng)用場景：活動的目標(biāo)小球在背景中運動，期望機器人可以識別目標(biāo)并對其定位，最后控制頭部跟隨目標(biāo)運動（好像機器人在盯著活動目標(biāo)觀察一樣）。

機器人視覺處理程序的主要功能為：

（1） 從USB攝像頭實時讀取視頻數(shù)據(jù)，進行簡單的預(yù)處理；

（2） 隨后進行圖像處理，主要完成空域的圖像增強。通過對圖像進行二值化，將目標(biāo)小球從背景中提取出來；

（3） 計算目標(biāo)的位置，進而計算出機器人頭部的旋轉(zhuǎn)角度，通過舵機驅(qū)動程序，控制機器人頭部轉(zhuǎn)動到目標(biāo)所在角度，實現(xiàn)對目標(biāo)物體的跟蹤。

經(jīng)過實驗，機器人頭部可較好地跟蹤目標(biāo)，實現(xiàn)了視覺原型系統(tǒng)。

4. 拓展性工作

機器人視覺系統(tǒng)的開發(fā)只是嵌入式系統(tǒng)在機器人領(lǐng)域中應(yīng)用的一個方面。事實上，還有很多值得我們繼續(xù)去實現(xiàn)的子系統(tǒng)，諸如語音系統(tǒng)（語音識別、語音輸出）、行走控制（設(shè)計算法，實現(xiàn)平穩(wěn)的行走）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（未來的機器人將不再會是獨立的個體，多機器人的協(xié)同工作是必然的趨勢；同時，機器人同其他設(shè)備的連接需求也越來越迫切）等等。

應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，雖然目前的嵌入式處理器已經(jīng)具備了比較強大的功能，但是受功耗、體積、成本因素的限制，在實時視頻（音頻） 處理、多媒體協(xié)同計算等方面，其速度仍然無法滿足需求；所以，更強勁的嵌入式處理器也是將來在為機器人選擇控制單元時的重要考慮因素。

四、嵌入式系統(tǒng)的前景

從本文所述的機器人視覺系統(tǒng)中就可看出嵌入式系統(tǒng)的強大功能與廣闊應(yīng)用領(lǐng)域。在當(dāng)今數(shù)字信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后PC（Post-PC）時代，嵌入式系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于移動計算平臺（PDA、掌上計算機）、信息家電（數(shù)字電視、機頂盒、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）、無線通信設(shè)備（智能手機、股票接收設(shè)備）、工業(yè)/商業(yè)控制（智能工控設(shè)備、POS/ATM 機）、電子商務(wù)平臺、甚至軍事應(yīng)用等諸多領(lǐng)域，其前景無疑是令人非常樂觀的。

編輯：jq