Регистратор с операционной системой embedded linux

Embedded Linux в двух словах. Первое

В этой небольшой серии статей я попытаюсь пролить свет на тему построения Embedded Linux устройств, начиная от сборки загрузчика и до написания драйвера под отдельно разработанный внешний модуль с автоматизацией всех промежуточных процессов.

Платформой послужит плата BeagleBone Black с процессором производства Техасских Инструментов AM3358 и ядром Arm Cortex-A8, и, чтобы не плодить мигающие светодиодами мануалы, основной задачей устройства будет отправка смайлов в топовый чат, широко известного в узких кругах, сайта, в соответствии с командами от смайл-пульта. Впрочем, без мигания светодиодами тоже не обошлось.

Итак, на столе лежит чистая, т.е. без каких-либо предустановленных дистрибутивов, плата BeagleBone Black, блок питания, переходник USB-UART. Для общения с платой, переходник нужно подключить к 6-ти выводному разъему, где первый вывод обозначен точкой — это GND, выводы 4/5 — RX/TX соответственно. После установки скорости в какой-либо терминальной программе, например putty, на 115200, можно взаимодействовать с платой, о подключении подробнее и с картинками здесь.

Топовые чаты, пульты и светодиоды будут позже, а сейчас на плату подается питание и плата отвечает CCCCCCCCCCC

В переводе с бутлоадерского это означает, что первичному загрузчику, зашитому в ROM процессора, нечего загружать. Ситуацию проясняет Reference Manual, где на странице 5025 в разделе 26.1.5 описана процедура начальной загрузки. Процедура такая: первичный загрузчик проводит некоторую инициализацию: тактирование процессора, необходимой периферии, того же UART, и, в зависимости от логических уровней на выводах SYSBOOT, строит приоритетный список источников где можно взять следующий загрузчик, т.е. посмотреть сначала на MMC карте, SPI-EEPROM или сразу ждать данных по Ethernet.

Я использую способ загрузки с помощью SD карты, вот что говорит об этом раздел RM 26.1.8.5.5 на странице 5057: первичный загрузчик сначала проверяет несколько адресов 0x0/ 0x20000/ 0x40000/ 0x60000 на наличие так называемой TOC структуры, по которой он может определить загрузочный код, если так код не найти, то первичный загрузчик, предполагая на SD карте наличие файловой системы FAT, будет искать там файл с названием MLO, как это расшифровывается в RM не сказано, но многие склоняются что Master LOader. Возникает резонный вопрос, где же взять этот MLO?

Das U-Boot

Das U-Boot или просто U-Boot — Universal Boot Loader, один из самых, если не самый, распространенный загрузчик для встроенных систем, именно с его помощью можно создать требуемый вторичный загрузчик (MLO), который будет загружать третичный загрузчик (сам U-Boot), который будет загружать ядро Linux.

Перед скачиванием U-Boot, стоит сходить в репозиторий и найти тег последней версии, далее

U-Boot содержит больше тысячи конфигураций, в том числе нужную:

Это конфигурация платы AM335x evaluation module, этот модуль лежит в основе других плат, в том числе BeagleBone Black, что можно видеть, к примеру, по Device Tree, но о нем позже. Настраивается и собирается U-Boot с помощью Kconfig, то же, что используется и при сборке ядра Linux.

Установка нужного конфига:

Можно, к примеру, убрать, установленную по умолчанию, 2-х секундную задержку при загрузке платы с U-Boot

Boot options —> Autoboot options —> (0) delay in seconds before automatically booting

В вышеуказанных командах, используется компилятор по умолчанию, если таковой в системе установлен, и, скорее всего, он не подходит для ARM процессоров, и здесь пора упомянуть о кросскомпиляции.

ARM Toolchain

Один из видов кросскомпиляции это сборка на одной архитектуре, как правило x86-64, именуемой HOST, исходного кода для другой, именуемой TARGET. Например, для TARGET архитектуры ARMv7-A, ядра ARM CortexA-8 процессора AM3358, платы BeagleBone Black. К слову, чтобы не запутаться в ARM’ах, даже есть свой справочник, так их много и разных.

Сама сборка осуществляется набором инструментов — компилятор, компоновщик, runtime библиотеки, заголовочные файлы ядра; так называемый Toolchain. Toolchain можно собрать самостоятельно либо с помощью crosstool-NG, а можно взять готовый от компании Linaro, или самой ARM. Здесь я буду использовать Toolchain от ARM “GNU Toolchain for the A-profile Architecture Version 10.2-2020.11, x86_64 Linux hosted cross compilers, AArch32 target with hard float (arm-linux-none-gnueabihf)», если не вдаваться в излишние подробности, то это все означает, что набор инструментов будет работать на десктопной машине с Linux и собирать программы для 32-х битной ARM платформы с аппаратной поддержкой операций с плавающей запятой.

Теперь для успешной сборки U-Boot, нужно указать в переменных ARCH и CROSS_COMPILE требуемые архитектуру и путь к кросскомпилятору соответственно, например так

Либо использовать export ARCH/CROSS_COMPILE , чтобы каждый раз не набирать все это. Я, для наглядности, буду каждый раз набирать все это.

После сборки U-Boot, в папке появятся необходимые файлы, а именно

MLO — вторичный загрузчик (напомню, первичный зашит в самом процессоре)

u-boot.img — третичный загрузчик, собственно U-Boot

Для успешной загрузки с SD карты, нужно ее некоторым образом разметить. Карта должна содержать минимум два раздела, первый, отмеченный как BOOT, с файловой системой FAT, второй раздел с ext4. Разметить карту можно, к примеру, программой fdisk.

Теперь нужно просто скопировать результаты сборки U-Boot в FAT раздел, вставить карту в BeagleBone Black и в терминале наблюдать уже более осознанный ответ платы

В ответе платы есть такие строки

Failed to load ‘boot.scr’

Failed to load ‘uEnv.txt’

U-Boot, во время загрузки, смотрит наличие дополнительных команд, сначала в файле boot.scr, при его наличии, затем, если boot.scr не нашлось, в uEnv.txt. Эти файлы, помимо очередности при поиске, отличаются тем, что в файле uEnv.txt, дополнительные команды представлены в текстовом виде, т.е. он проще для восприятия и редактирования. U-Boot не создает файлы с дополнительными командами, делать это нужно самостоятельно.

Здесь происходят некоторые манипуляции в результате которых U-Boot загружает из SD карты в RAM по адресу [loadaddr] — образ ядра [zImage], и по адресу [fdtaddr] — дерево устройств [Flattened Device Tree]. Формируются аргументы, передаваемые ядру Linux, это параметры консоли, к которой подключен переходник USB-UART [console=ttyS0,115200n8], место размещения корневой файловой системы [bootpartition=mmcblk0p2], параметры разрешения на чтение/запись корневой файловой системы [rw], ее тип [ext4] и ожидание появления корневой файловой системы [rootwait]. Чтобы раскрутить всю цепочку действий U-Boot, можно, после того как U-Boot прекратит попытки найти что бы загрузить и выдаст приглашение на работу в виде =>, ввести команду printenv , она покажет значения всех переменных, которыми располагает U-Boot.

В завершении своей работы U-Boot, командой bootz , вместе с вышеуказанными аргументами и адресом дерева устройств, передает управление ядру Linux.

Ядро Linux

Прежде чем приступать к любым действиям с ядром, стоит заглянуть сюда и убедится в наличии необходимых пакетов. Следующим шагом нужно определиться с тем, какую версию ядра использовать. Здесь я использую версию 5.4.92 и вот по каким соображениям. Одной из основных причин того, что не стоит брать просто последнюю версию ядра, доступную на данный момент, наряду с наличием драйверов, является невозможность быстро протестировать это ядро на всем разнообразии платформ поддерживаемых Linux, а значит можно потратить кучу сил и времени на исправление неполадок, если что-то пойдет не так, и не факт что это вообще получится сделать. BeagleBone Black имеет официальный репозиторий, где можно найти версию ядра, протестированную на данной платформе, и long term версия 5.4.92 была последней на тот момент.

Нужный конфиг, расположенный в /arch/arm/configs, называется omap2plus_defconfig, OMAP — это название линейки процессоров, продолжением которых является AM3358, впринципе, подойдет и более общий multi_v7_defconfig.

Сам конфиг пока остается без изменений, поэтому можно просто его установить и запустить компиляцию ядра(zImage), модулей(modules) и дерева устройств(dtbs)

Проходит некоторое время.

Результат сборки, в виде zImage, находится в /arch/arm/boot, там же в папке /dts находится скомпилированное дерево устройств am335x-boneblack.dtb, оба отправляются на SD карту к файлам загрузчика. На этом FAT раздел SD карты можно считать скомплектованным. Итого, там присутствуют:

MLO — вторичный загрузчик

u-boot.img — третичный загрузчик

uEnv.txt — дополнительные команды загрузчика

zImage — образ ядра Linux

am335x-boneblack.dtb — скомпилированное дерево устройств платы

Еще при сборке ядра заказывались модули ядра, но они уже относятся к корневой файловой системе.

Корневая файловая система. BusyBox

Ядро получает корневую файловую систему путем монтирования блочного устройства, заданного в, переданном при запуске ядра, аргументе root=, и далее, первым делом, исполняет оттуда программу под названием init.

Если запустить BeagleBone Black, имея только вышеуказанные файлы для FAT раздела, то ядро будет паниковать по причине отсутствия init и, в целом, по причине пустой rootfs, т.е. корневой файловой системы.

Можно шаг за шагом создать все минимально необходимые компоненты корневой файловой системы, такие как оболочка, различные демоны запускаемые init, сам init, конфигурационные файлы, узлы устройств, псевдофайловые системы /proc и /sys и просто системные приложения. Для желающих совершать подобные подвиги, существует проект Linux From Scratch, здесь же я воспользуюсь швейцарским ножом встроенных систем с Linux, утилитой BusyBox.

Скачивание последней, на тот момент, версии:

Настройка конфигурации по умолчанию:

Чтобы не думать сейчас о разделяемых библиотеках, стоит установить статическую сборку BusyBox:

Settings —> Build static binary (no shared libs)

Установка в папку по умолчанию _install:

Теперь в папке _install можно видеть будущую корневую файловую систему, в которую нужно добавить некоторые вещи.

Папки, помимо созданных BusyBox:

Стартовый скрипт. Дело в том, что, запускаемая в первую очередь, программа init, делает много полезного, например, выводит в консоль приглашение, но до выдачи приглашения, init проверяет наличие стартового скрипта /etc/init.d/rcS, и, при наличии, запускает его.

Этот скрипт монтирует псевдофайловые системы proc и sysfs, и ничего не мешает ему запускать, к примеру, пользовательскую программу, отвечающую за функционал устройства, но лучше будет делать это в отдельных скриптах, скомпонованных по функциональному назначению.

Стоит сказать, что работа init, на самом деле, начинается с чтения конфигурационного файла /etc/inittab, но BusyBox’овская init включает таблицу inittab по умолчанию, если таковой не окажется в корневой файловой системе.

Теперь пора вспомнить про модули ядра. Их также нужно разместить в корневой файловой системе в /lib/modules/5.4.92/, но сейчас они разбросаны по всей папке в которой собиралось ядро. Чтобы собрать модули в кучу, нужно в папке с ядром выполнить

Где в INSTALL_MOD_PATH указать путь к папке с корневой файловой системой, кросскомпилятор указывать не нужно, т.к. здесь модули ядра просто копируются по месту назначения. В результате папка /lib корневой файловой системы пополнится разделом /lib/mudules/5.4.92/ содержащим модули ядра, полученные при компиляции ядра.

Осталось скопировать все содержимое папки _install во второй раздел SD карты, тот который с ext4, и поменять владельца всего содержимого на root.

После запуска BeagleBone Black с корневой файловой системой, через 1.910315 секунды после старта ядра, система предложит активировать консоль и начать работу.

Но начать работу в такой системе, скорее всего не получится, т.к. в ней нет ничего кроме системных утилит BusyBox и моей небольшой программы, нарисовавшей приветствие, зато, эта система поможет получить общее представление о том, какая магия происходит внутри подобных устройств. Именно общее, т.к. в реальных устройствах, из-за необходимости минимизации времени загрузки, ограниченности ресурсов, заточенности под конкретную задачу, различий между ARM процессорами, построение системы может сильно отличаться. Например, на малинке, вообще сначала стартует графический процессор, который затем запускает все остальное.

По поводу же заявленных в начале драйверов, взаимодействия с внешними устройствами, автоматизации сборки и некоторого полезного функционала, пойдет рассказ в следующей статье.

Источник

Программы для видеонаблюдения на Linux: Список лучшего ПО

Неоспоримый факт, что сейчас Linux представляет собой единственную замену Windows. Эта операционная система доказала своё преимущество в организации видеонаблюдения за объектом. За счёт различного ПО можно осуществить контроль. Поскольку это несёт выгоду, и пользователю нет необходимости лицензировать каждый сервер и компьютер.

Linux собрал вокруг себя сформировавшуюся группу программистов, которая помогает улучшать систему. Поэтому данное ПО ждёт хорошее будущее. Также происходит непрекращающееся пополнение списка программ, относящихся к видеонаблюдению.

На данный момент список программ видеонаблюдения для Linux довольно большой. В него входят AVReg, Motion, ZoneMinder, MPV и многие другие.

Есть люди, которые не решаются отказаться от привычного ПО в пользу Linux. Это связано с тем, что они не знакомы с ним. Но не нужно долго раздумывать насчёт перехода, потому что Линукс считается понятной и несложной ОС. Легко устанавливается и настраивается. Также имеет меньше системных требований к программам, если сравнивать с иными ОС.

Производитель

Линукс не привязан к какому-то конкретному месту на земле. Отсутствует организация, имеющая абсолютное право на это ОС, и обобщённый центр, согласовывающий пользовательские действия. Его полученные программы – это результат кропотливой работы многих программистов. Каждый человек может подключиться к этому проекту. Первое появление Linux состоялось в 1991 году. Самая первый вариант этой операционной системы был создан юным программистом из Финляндии. Его имя – Линус Торвальдс. Проект сразу прославился после появление в сети. Это связано с:

• бесплатностью;
• безопасностью;
• надёжностью
• открытием исходного кода.

С помощью открытого кода есть возможность улучшить его и использовать в своих целях. Пользователь получает доступ к устранению дефектов, повышению функциональности за счёт ряда программ.

Пользователю Linux не нужна кнопка Reset, так как аппаратная часть выполняют свою работу без нареканий, зависаний и перегрузок. За счёт структуры, исключающей шанс попадания несущих вред программ, не существует вирусов для данной ОС. Установка программ против вирусов, замедляющих работу ОП и требующих обновлений, здесь не нужна.

Распространение и его условия

Разрешается заниматься распространением ОС Linux на бесплатной основе. Это является существенным преимуществом перед большой стоимостью лицензированных версий Windows. Установив Линукс, пользователь обзаведётся доступом к тысячам приложений. Для получения программы видеонаблюдения от Linux есть 3 варианта:

1. Найти эту программу у ZoneMinder, LinuxDVR, Motion, которые занимаются её бесплатным распространением.
2. Бесплатно загрузить версию с неполными функциями от Линия, Xeoma либо AVReg.
3. Приобрести платную версию.

Для абсолютной уверенности пользователя в актуальности приобретаемого продукта стоит провести бесплатное испытание. В большинстве случаев даётся право тестировать продукт в течение 30 дней.

Возможности функционала. Популярное ПО на linux для организации видеонаблюдения.

Базирующиеся на ОС Линукс, программы, осуществляющие видеонаблюдение, обладают различными функциями и спецификой. Это обуславливает их использование на практике. Ниже представлен список лучшего ПО для видеонаблюдения на Linux.

AVReg представляет собой продукт, который способен создать видеорегистратор на основе ПК с ОС Linux. Его лицензирование несвободно. Но он может бесплатно устанавливаться и применяться для некоммерческих дел. Содержит не так много функций, но для большинства задач подойдет, как нельзя лучше. Он поможет устроить наблюдение в квартире либо в доме загородом. Плюсом этого приложения является использование русского языка в документации и меню.

LinuxDVR – программа, созданная отечественными специалистами от фирмы «Сетевые информационные системы». Справляется с формированием распределённых систем и отдельного видеорегистратора. Лёгкая адаптация к сети происходит за счёт гибких настроек. Обладает форматом MJPEG. Поддержание 32 аналоговых каналов возможно на одном ПК, которые передают чёрно-белые либо цветные видеосигналы. Присутствует функция обнаружения движения и реагирования на то, что происходит перед камерой. Нет ограничений по поводу устранения наблюдателей. События попадают под протокол. Осуществлять поиск в архиве не составляет труда.

ZoneMinder является наиболее профессиональной программой по сравнению с AVReg. Поскольку обладает большим функционалом, проводит серьёзный контроль. Однако есть и минус. Только пользователь с неплохим знанием английского языка способен работать в данной программе. Распространение программы проходит в наборе пакетов, относящихся к главным Linux дистрибутивам.

NetAvis Observer считается приложением, созданным для работы с видео, которое имеет интегрированную информационную аналитику. В целом программа представляет собой сильную профессиональную платформу, отвечающую за организацию видеонаблюдения над разными объектами. Программы адаптируются специально для пользователя благодаря огромному выбору настроек и высокой производительности. Основные видео форматы поддерживаются ПО. Данное приложение гарантирует полную безопасность, не допускает какой-либо утечки данных. Гибкая архитектура, в которую внедрена масштабируемость системы.

Motion eye является программой, пользующейся большой популярностью. Ноутбук либо персональный компьютер используются как сервер. Эта консольная программа не создаёт трудностей при работе с Линукс. Каждая версия обладает веб-сервисом. С помощью него проходит видеопоток с камеры наблюдения в формате MJPEG. Программа оснащена опцией, распознающей движение. Это даёт возможность проводить запись информации выборочно. Полное контролирование объекта гарантировано благодаря простоте в применении, понятному интерфейсу и настройкам.

Ivideon – это программа, сформировавшаяся из 2 разделов под названиями Client и Server. Посредством интернета на любой территории можно вести видеонаблюдение без привязанности к конкретному адресу. Установка Server проводится на ПК либо ноутбук, куда проходит видеопоток и где осуществляется запись на жёсткий диск. Для «слепого сервера» применяется нетбук. Устройство будет вести видеозапись, но это не будет видно на мониторе. Ещё смартфон либо планшет подойдёт для просмотра записанного материала.

Линия – российская разработка, сделанная краснодарской компанией «ДевЛайн». ПО получило высокие позиции на отечественном рынке, потому что имеет совместимость с программами иных разработчиков. Преимущества данного продукта обусловлены широкими возможностями, простой интеграцией, доступной стоимость и точностью настроек.

Место применения

Различные цели видеонаблюдения выполняются разным программным обеспечением для ОС Linux:

• контролирование происходящего в квартире, доме загородом, гараже;
• слежка за предприятиями и складскими терминалами;
• наблюдение за торговыми пунктами и заведениями общественного питания;
• контроль над парковочными местами, АЗС и автомобильными стоянками.

Выгода от использования Linux как ОС для ПО видеонаблюдения

На данный момент Линукс считается сильнейшей и вызывающей доверия операционной системой с обслуживанием сервиса. К выбору предоставляются разнообразные настройки и структура ядра для домашнего либо офисного ПК. Совершенная совместимость обеспечена невысокими требованиями к программам. Быстродействие и лёгкая работа гарантированы благодаря отсутствию поражений от вирусов. Установку данного ОС возможно провести, как на стационарные устройства, так и на мобильные.

На видео: Установка ПО «Линия» на ОС Linux

Источник