基于ARM9與linux的嵌入式門禁監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

　　門禁，又稱出入管理控制系統(tǒng)，是一種管理人員進(jìn)出的數(shù)字化管理系統(tǒng)。目前，隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展和人們對應(yīng)用需求的不斷提高，門禁監(jiān)控系統(tǒng)得到了越來越多的應(yīng)用，但傳統(tǒng)的門禁監(jiān)控系統(tǒng)一般采用門禁控制和視頻圖片攝錄相分離的實(shí)現(xiàn)辦法，這給現(xiàn)場布線帶來了很多的不便，同時(shí)其成本也會(huì)大大提高。在該方案中提到的基于ARM9與Linux的嵌入式門禁監(jiān)控系統(tǒng)集門禁控制和圖片攝錄功能于一體，并詳細(xì)描述了其系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。本門禁系統(tǒng)使用B／S軟件架構(gòu)，采用嵌入式服務(wù)器boaserver，結(jié)合CGI技術(shù)，嵌入式數(shù)據(jù)庫以及嵌入式圖形庫來實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)的需求。

　　1 系統(tǒng)工作原理及組成

　　1．1 系統(tǒng)工作原理

　　本門禁監(jiān)控系統(tǒng)采用B／S架構(gòu)（Browser／Server，瀏覽器／服務(wù)器模式），基于B／S架構(gòu)工作的門禁監(jiān)控系統(tǒng)首先是一個(gè)具有以太網(wǎng)接口的門禁控制器；其次，這個(gè)門禁控制器內(nèi)置了以太網(wǎng)TCP／IP協(xié)議和WEB服務(wù)程序；用戶在系統(tǒng)連接時(shí)可以把門禁控制器看作是一臺(tái)帶有寬帶網(wǎng)絡(luò)接口的計(jì)算機(jī)，將其直接接入到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上。用戶進(jìn)行門禁管理時(shí)不需要安裝任何附加的軟件，直接通過瀏覽器就可以實(shí)現(xiàn)對門禁系統(tǒng)的管理，操作方便簡潔。

　　1．2 系統(tǒng)組成

　　如圖1所示，系統(tǒng)服務(wù)器端由基于ARM9的門禁控制器、讀卡器、電鎖、前端攝像頭等組成，當(dāng)有人員進(jìn)出大門刷卡時(shí)，讀卡器就能感應(yīng)到有卡并將卡中的信息發(fā)送到門禁控制器，門禁控制器進(jìn)行卡合法性檢查，通過讀取用戶數(shù)據(jù)庫，查看此卡號(hào)是否有對應(yīng)的持卡人信息，如果存在的話，則檢查此卡對應(yīng)的權(quán)限信息，一切匹配成功后，決定是否進(jìn)行開門動(dòng)作。從而保證了系統(tǒng)的安全性。此時(shí)門禁控制器進(jìn)行的操作還有圖像攝錄操作，即在開門動(dòng)作的同時(shí)通過前端的攝像頭攝錄圖片，傳送到相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備，供用戶訪問。

　　客戶端可以通過瀏覽器遠(yuǎn)程對門禁控制器即服務(wù)器端進(jìn)行訪問及相應(yīng)的權(quán)限操作，可實(shí)現(xiàn)用戶信息錄入及授權(quán)管理，硬件設(shè)置，出入圖像監(jiān)控，房門開啟，數(shù)據(jù)瀏覽等功能。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。

　　2 門禁控制器硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用ATMEL公司的AT91RM9200（以下簡稱9200）作為MCU，該處理器基于ARM920T內(nèi)核，工作主頻為180MHz，性能可達(dá)到200 MI／S，系統(tǒng)采用開源的LINUX OS。內(nèi)核版本為2．6．25，系統(tǒng)采用1片Nor-Flash，容量為64 MB，2片SDRAM，容量分別為32 MB。如圖2所示，本門禁控制器以ARM9200為核心，同時(shí)連接的還有LCD控制器，可連接顯示屏，方便用戶調(diào)試。另外，本門禁系統(tǒng)最多可連接256臺(tái)讀卡器及對應(yīng)攝像頭。系統(tǒng)硬件組成示意圖如圖2所示。

　　3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)分為前后臺(tái)兩部分，后臺(tái)監(jiān)控程序會(huì)時(shí)刻監(jiān)控讀卡器是否有刷卡信息，并對刷卡信息作出響應(yīng)，前臺(tái)則通過boa服務(wù)器調(diào)用CGI服務(wù)程序響應(yīng)客戶端訪問請求。系統(tǒng)功能模型如圖3所示。

　　3．1 前臺(tái)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)前臺(tái)主要由運(yùn)行在門禁控制器上的boa Server服務(wù)器和CGI服務(wù)程序構(gòu)成，boa server會(huì)時(shí)刻監(jiān)視是否有遠(yuǎn)程用戶的訪問，當(dāng)有客戶端訪問請求到達(dá)后，會(huì)通過boa server配置文件到相應(yīng)目錄下去調(diào)用對應(yīng)的CGI服務(wù)程序，在處理完成后，boa server將處理結(jié)果返回給客戶端。

　　3．1．1 CGI簡介及工作原理

　　CGI全稱是“通用網(wǎng)關(guān)接口”（Colnnlon Gateway Interface），是一種基于瀏覽器的輸入并在Web服務(wù)器上運(yùn)行的程序方法。

　　CGI的工作原理，首先瀏覽器通過HTML表單或超鏈接請求指上一個(gè)CGI應(yīng)用程序的URL。服務(wù)器接收收到請求后，執(zhí)行所指定的CGI應(yīng)用程序。CGI應(yīng)用程序執(zhí)行所需要的操作（通常是基于瀏覽者輸入的內(nèi)容），并把結(jié)果格式化為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和瀏覽器能夠理解的文檔（通常是HTML網(wǎng)頁）。最后，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器把結(jié)果返回到瀏覽器中。

　　3．1．2 嵌入式服務(wù)器boa server

　　boa Server是一種小型單任務(wù)嵌入式服務(wù)器，支持CGI，可執(zhí)行代碼只有60 kB左右，體積小，速度快，安全性好，能夠滿足本項(xiàng)目的開發(fā)。boa服務(wù)器需要交叉編譯為可在ARM平臺(tái)下運(yùn)行的程序。在pc環(huán)境下，運(yùn)用交叉編譯器arm-linux-gcc對boa server進(jìn)行交叉編譯后，需要修改其配置文件boa．conf，關(guān)鍵配置有創(chuàng)建日志文件所在目錄，創(chuàng)建HTML文檔的主目錄，將靜態(tài)網(wǎng)頁存入該目錄下，創(chuàng)建CGI腳本所在目錄，將cgi的腳本存放在該目錄下。

　　3．2 后臺(tái)設(shè)計(jì)

　　當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行后，門禁控制器會(huì)一直運(yùn)行主監(jiān)控程序，主監(jiān)控程序存在兩種工作方式，分別為調(diào)試模式和監(jiān)控模式。

　　3．2．1 調(diào)試模式

　　在調(diào)試模式下，可以對門禁控制器進(jìn)行一些基本的設(shè)置：包括有門禁控制器的IP設(shè)置，系統(tǒng)管理員用戶名及密碼設(shè)置，卡權(quán)限設(shè)置等操作，在此部分，需要配合圖形環(huán)境方便調(diào)試，本系統(tǒng)采用minigui嵌入式圖形庫。

　　MiniGUI下的通訊是一種類似于Win32的消息機(jī)制，是由某公司開發(fā)的自由軟件，遵循LGPL協(xié)議，可以為嵌入式linux系統(tǒng)建立的一個(gè)快速，穩(wěn)定和輕量級(jí)的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。

　　3．2．2 監(jiān)控模式

　　在工作模式下，后臺(tái)駐留程序會(huì)時(shí)刻監(jiān)視是否有刷卡信息，在檢測到刷卡信息后，后臺(tái)駐留程序通過訪問數(shù)據(jù)庫進(jìn)行卡信息的比對，只有當(dāng)比對通過后，方可進(jìn)行門打開動(dòng)作。

　　由于在開門的同時(shí)，需要保存圖片至數(shù)據(jù)庫，而此時(shí)，可能會(huì)存在客戶端對系統(tǒng)存儲(chǔ)圖片的訪問，這會(huì)造成對相同數(shù)據(jù)庫的訪問沖突，所以系統(tǒng)在接收到客戶端訪問系統(tǒng)存儲(chǔ)圖片請求的時(shí)候，前端CGI服務(wù)程序通過命名管道的進(jìn)程間通信方式和后臺(tái)監(jiān)控程序通信，以獲得數(shù)據(jù)庫訪問句柄，在客戶端訪問結(jié)束后，前端CGI服務(wù)程序會(huì)釋放數(shù)據(jù)庫句柄。

　　本系統(tǒng)中由于涉及到頻繁的數(shù)據(jù)庫存取操作，基于ARM9的硬件平臺(tái)，選用數(shù)據(jù)庫為Berkeley DB數(shù)據(jù)庫，Berkeley DB是歷史悠久的嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要應(yīng)用在UNIX／LINUX操作系統(tǒng)上，其設(shè)計(jì)思想是簡單、小巧、可靠、高性能，滿足本系統(tǒng)的需求。