嵌入式收費車道遠程控制的設計與實現

孫少瑾

摘 要：該文對嵌入式收費車道系統的遠程監控的實現方法進行了探討和實現并經過實際測試表明，該系統能夠滿足并達到各項監控需求，已經可以投入到實際的工程應用中。希望該系統的應用在提高維護及監管技術的基礎上，為監管的可視化及更深層的需求提供便利。

關鍵詞：嵌入式 遠程控制 開源Linux VNC

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0137-02

目前高速公路車道收費系統，大都采用的是P C核心+整體集成的硬件結構，由于其軟件成本及故障率等問題，現逐漸被更節能、維護簡單、可靠性高、效率佳的嵌入式系統所替換，嵌入式被稱為“后PC時代”的擎天之柱，已經廣泛滲透到人們的工作生活中，單純由PC機帶領電子產業蒸蒸日上的時代已經成為歷史。嵌入式設備采用ARM架構，具有體積小、功耗小（臺式計算機的1/5～1/20）、成本低、開源、低收費、運行速度高、防病毒能力強等特點，目前根據公路收費行業的自身特點，以嵌入式技術為核心，量身打造的專業化嵌入式收費機，已經在遼寧高速公路收費系統中得到廣泛運用。由于嵌入式系統并不支持VNC for Linux版本，所以對于收費員的操作審核、系統的遠程維護等帶來了諸多不便之處，為了提高遠程維護能力，方便解決系統問題，就需要在嵌入式系統下實現遠程控制功能。

1 設計思路

VNC，全稱為Virtual Network Computing，它是一個桌面共享系統。它的功能類似于Windows中的遠程桌面功能。VNC使用了RFB（Remote Frame Buffer，遠程幀緩沖）協議來實現遠程控制另外一臺計算機。它把鍵盤、鼠標動作發送到遠程計算機，并把遠程計算機的屏幕發回到本地。

VNC技術與平臺無關，VNC Viewer可以和VNC Server在不同的操作系統上。VNC幾乎支持所有的操作系統，也支持Java，甚至可以通過支持Java的瀏覽器來訪問VNC Server。多個VNC客戶端可以同時連接到一個VNC Server上。

1.1 實現方式

（1）嵌入式車道作為服務器端（VNCServer）。

（2）采用RFB協議（RFB為VNC的標準協議，采用此協議增強其兼容性及擴展性）。

（3）采用普通的VNCViewer為客戶端。

服務器端可以分為設備層和網絡傳輸層。

設備層在設計中被分為完全獨立的模塊：圖像截取和鍵盤模擬。

圖像截取模塊負責從嵌入式設備里面讀取當前屏幕的像素點信息。利用Framebuffer直接對內存數據進行操作。該模塊在用戶空間進行操作，直接讀取各個像素點的RGB值。如果需要調色板的話，需要另外讀取掉色板信息。根據RFB協議，僅刷新屏幕變化部分。RFB 1.0版本僅支持1個RECT的變化量，效率并不高。

對于采用標準鍵盤的車道應用，采用鍵盤模擬模塊負責模擬給定的鍵盤消息。并發送給內核中input_device的緩沖區隊列。該內核可加載模塊模擬一個的物理設備實現對鍵盤消息的傳遞。

對于采用USB口或串口的專用鍵盤，需要編寫專用的agent提供車道應用調用，實現鍵盤的模擬。

網絡傳輸層：負責發送屏幕圖像信息，接收遠程鍵盤消息，并與設備層交互數據。

基于局域網內傳輸和對系統性能的考慮，傳輸層采用RFB協議。壓縮算法采用VNCTight協議，固定分辨率800×600，顏色深度16bit。

1.2 實時圖像的處理

一般車道應用，均有一個可以查看實時車道圖像的窗口，對于此窗口要單獨設計、單獨處理并疊加到RFB流中，實現客戶端的準實時圖像瀏覽。

（1）單獨設計：Framebuffer里可能截取不到攝像頭的信息（直接顯存操作），需要讀取攝像頭設備的設備流才能實現攝像頭信息的采集。

（2）單獨處理：視頻流數據量較大，如果每幀都傳輸到客戶端，需要的CPU及網絡帶寬很高，影響車道應用運行。建議每秒采集2幀或3幀即可達到監控目的。壓縮方法先采用JPEG壓縮，再疊加到Framebuffer中，采用RFB協議指定的方法進行壓縮傳輸（圖1）。

2 測試

實測結果：CPU占用率29.1%～31.2%；內存占用16M；客戶端每秒大約12～14幀；視頻2～3幀。完全滿足實際應用（圖2）。

3 結語

在嵌入式收費系統中使用嵌入式設備來替代現有的計算機，使用嵌入式Linux操作系統來代替Windows平臺。其中，嵌入式設備采用ARM架構，具有體積小、功耗小（臺式計算機的1/5～1/20）、成本低等特點；嵌入式操作系統大多具有開源、低收費、運行速度高、防病毒能力強等特點。該文所實現的嵌入式VNC系統，擴展了嵌入式設備的功能，有效地提高了維護及監管技術，提供了維護及監管的可視化。

總體測試表明，該擴展功能滿足用戶需求，達到對車道系統的遠程監控及管理，后續可在此框架上實現遠程更新，及集中管理等更深層次的需求。

參考文獻

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