Linux操作系统下USB工业相机高效软件构架的研究

论文摘要

工业相机是机器视觉系统中的关键部件,国外的产品现已比较成熟,而在国内,仅有少数的几家企业具有自主研发能力,并且由于相关软、硬件技术不够成熟,导致国产工业相机的应用受到较大的限制。国产工业相机在软件方面主要存在以下问题:(1)缺乏对Linux操作系统的支持;(2)软件构架的缺陷导致软件性能不够理想。本文以当前国内应用最为广泛的USB工业相机为研究对象,讨论和实现了Linux操作系统下USB工业相机驱动程序。在进一步分析当前常见的工业相机软件构架的基础上,提出和实现了基于零拷贝技术和多缓冲区机制的高效软件构架。测试结果表明,零拷贝技术有效地降低了CPU占用率,多缓冲区机制有效地提高了软件的并行性,从而极大地提高了工业相机软件的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数字相机和模拟相机
• 1.3 数字相机的接口
• 1.4 工业相机软件
• 1.5 工业相机软件的特点
• 1.6 国内外发展现状
• 1.7 本文研究课题的意义和主要内容
• 第2章 高速USB 工业相机
• 2.1 USB 设备基础
• 2.1.1 USB 系统构成
• 2.1.2 USB 逻辑设备构架
• 2.1.3 USB 数据传输类型
• 2.1.4 USB 数据传输模型
• 2.2 高速USB 工业相机系统结构
• 2.3 高速USB 工业相机软件
• 2.3.1 工业相机软件结构
• 2.3.2 工业相机软件功能
• 2.4 本章小结
• 第3章 LINUX 下的USB 工业相机驱动程序
• 3.1 LINUX 下的设备管理
• 3.1.1 Linux 设备管理模型
• 3.1.2 统一设备模型的实现
• 3.1.3 统一的设备访问接口
• 3.2 LINUX 内核层设备驱动程序
• 3.2.1 Linux 内核层设备驱动程序概述
• 3.2.2 基于模块的设备驱动程序
• 3.2.3 模块的编写
• 3.3 LINUX 操作系统下的USB 工业相机驱动程序
• 3.3.1 USB 工业相机驱动程序概述
• 3.3.2 驱动程序中的函数
• 3.3.3 驱动程序中的数据对象
• 3.3.4 驱动程序的初始化函数和卸载函数
• 3.3.5 设备的探测函数和断开函数
• 3.3.6 设备的打开函数和关闭函数
• 3.3.7 设备的功能控制函数
• 3.4 本章小结
• 第4章 工业相机高效软件构架的设计
• 4.1 工业相机软件构架对机器视觉系统性能的影响
• 4.2 工业相机软件构架的性能分析
• 4.2.1 早期的工业相机软件构架
• 4.2.2 引入了双缓冲区机制的软件构架
• 4.2.3 上述软件构架存在的问题
• 4.3 高效的工业相机软件构架
• 4.3.1 零拷贝技术在工业相机软件中的实现
• 4.3.2 多缓冲区机制在工业相机软件中的应用
• 4.3.3 高效的工业相机软件构架
• 4.4 本章小结
• 第5章 USB 工业相机驱动程序测试
• 5.1 测试环境
• 5.2 驱动程序功能测试
• 5.3 驱动程序性能测试
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果