学习性工作任务单

学习情境名称

驱动智能家居嵌入式室内监控装置

学习任务名称

驱动嵌入式系统中的摄像头（ARMCPU型号S3C2440，USB摄像头—Logitech B525）

学时

2学时

典型工作过程描述

1. 分析需求—2.制定方案—3.编写代码—4.测试软件—5.验证系统

学习目标

1.分析需求

1.1确定目标；

1.2收集需求信息；

1.3建立需求文档；

1.4验证需求；

1.5更新需求文档；

1.6审核需求文档；

2.制定方案

2.1制定设计规范；

2.2设计总体软件架构；

2.3设计功能模块；

2.4设计测试用例；

2.5优化性能；

保障措施：尊重知识产权，保护用户隐私，确保合法性和合规性，尽职尽责，社会责任感。

3.编写代码

3.1确定编程环境；

3.2定义程序结构；

3.3编写初始化函数；

3.4编写主程序；

3.5编写子程序；

3.6 编写驱动程序

保障措施：尊重知识产权，保护用户隐私，提高软件可靠性和安全性，确保合法性和合规性，尽职尽责，提高专业素养，社会责任感。

4.测试软件

4.1审查代码；

4.2 分析静态代码；

4.3分析动态代码；

4.4设计测试用例；

4.5测试单元模块；

4.6测试集成性；

保障措施：保护用户隐私，公正客观，确保测试质量，提高专业素养，提高工作效率。

5.验证系统

5.1烧录系统

5.2测试功能；

5.3测试性能；

5.4测试安全性；

5.5测试可靠性。

保障措施：保障系统安全性，避免影响系统运行，确保测试数据的准确性，提高专业素养

任务描述

1.分析需求：

1）确定目标

首先查看企业《嵌入式室内监控任务书》确定用户对驱动摄像头嵌入式软件的具体需求和期望，提取摄像头的采集分辨率、帧率、动态响应速度、接口规范等关键信息；

3）收集需求信息

收集嵌入式系统软件硬件平台信息，嵌入式系统开发环境和条件，摄像头指标参数等信息，具体通过阅读《mini2440实验指导书》，获取Mini2440目标板的硬件规格，包括USB接口类型和摄像头驱动支持情况。同时收集USB摄像头的技术参数，如图像传感器类型、接口等。明确开发工具、编程语言、调试设备、测试方法等平台参数。最后查阅《物联网嵌入式开发技术项目教程》等资料收集整理摄像头驱动嵌入式软件参考例程。

4）建立需求文档

阅读《软件需求说明书规范》，根据已收集的信息对驱动摄像头的功能需求、性能需求、接口、可靠性及兼容性等作具体描述。

5）验证需求

使用适当的图像采集工具，如OpenCV，在计算机上模拟摄像头工作，验证图像采集分辨率、帧率等是否符合需求。

6）更新需求文档

如果需求有变更或者添加，及时更新需求文档，并记录变更原因和内容。

7）审核需求文档

最终完成USB摄像头驱动的软件需求说明书。

2.制定方案：

1）制定设计规范

制定嵌入式软件设计规范，选择适当的编程语言，如C/C++、java、Python，包括编码规范、编码风格和命名规范等。

2）设计总体软件架构

完成驱动摄像头的软件系统整体架构图，定义模块划分、模块间的接口定义、模块间的通信和数据流等，确保模块的高内聚低耦合。；

3）设计功能模块

阅读《嵌入式linux设备驱动》，完成包括对嵌入式linux关于嵌入式处理器USB通信驱动，应用层图像采集、图像处理等模块进行详细设计，对相关驱动函数输入输出接口、算法实现、数据结构定义进行设计，确保图像能够稳定采集和传输。

4）设计测试用例

设计驱动摄像头的各种图像采集和传输测试用例和测试方法，包括不同分辨率、帧率、环境下的测试情况。

5）优化性能

对驱动摄像头软件性能进行分析，包括分析图像采集和传输的性能，提出优化方案，如减少延迟、提高帧率、降低资源占用、提高代码效率等。。

撰写USB摄像头驱动的详细设计文档，描述模块功能、接口定义、数据结构等。。

3.编写代码：

1）确定编程环境

使用虚拟机加载的ubuntu系统，配置Mini2440目标板的开发环境，使用嵌入式C语言进行程序编写；

2）定义程序结构

设计驱动摄像头程序的整体结构，包括函数、变量、数据结构等，确保代码的模块化和易维护性；

3）编写初始化函数

编写应用层摄像头初始化函数，包括初始化嵌入式系统的各个模块，包括时钟、中断、GPIO、定时器等，以及USB通信初始化、摄像头传感器初始化等。；

4）编写主程序

编写主程序main()，实现嵌入式系统的各项功能，包括图像采集函数，确保从USB摄像头获取图像数据，并进行缓存处理等；

5）编写子程序

根据需要编写子程序，如编写图像处理函数，对采集到的图像进行预处理、格式转换等操作；

6）编写驱动函数

在嵌入式linux驱动层实现实现与操作系统交互的驱动函数，如注册设备、IO控制、中断处理等。

最后输出完整的USB摄像头驱动源代码，确保代码能在Mini2440目标板上编译和执行。

4.测试软件：

1）审查代码

阅读《嵌入式软件编码规范》，对嵌入式软件代码进行代码审查，确保代码符合编码规范和设计文档，代码结构清晰、可读性好，变量命名合理，注释充分等；

2）分析静态代码

静态代码分析，即使用Splint，Coverity等静态代码分析工具，对嵌入式软件代码进行分析，检查是否存在潜在的缺陷或漏洞，比如内存泄漏、数组越界、空指针等；

3）分析动态代码

动态代码分析，即使用Valgrind，AddressSanitizer等动态代码分析工具，对嵌入式软件代码进行分析，检查代码的执行路径、函数调用关系、代码覆盖率等，以确定代码的正确性和可靠性；

4）设计测试用例

根据摄像头的测试场景和测试方法，设计测试用例，覆盖不同情况和场景。

5）测试单元模块

对代码中的主函数和子函数进行测试，检查函数功能是否正确、边界情况是否处理得当等；

6）测试集成性

最后对嵌入式软件代码中各个函数间的接口进行测试，确保函数之间的数据传输和函数调用等操作正确无误。

输出嵌入式软件测试报告。

5.验证系统：

1）烧录系统

通过Makefile重新编译内核，驱动及应用层源码，将更新后的内核通过uboot环境中的tftp重新更新系统，将驱动及可执行文件通过tftp/ftp等网络工具下载到Mini2440目标板嵌入式linux文件系统中，运行系统。

2）测试功能

系统功能测试，需要测试嵌入式摄像头系统的各个方面，如图像采集、传输、显示、处理能力、响应时间、及检查嵌入式处理接口，摄像头驱动模块及摄像头的连接运行情况是否符合用户需求说明书中要求。

3）测试性能

使用适当工具和设备，测试USB摄像头的性能，如帧率、延迟、图像质量等。

4）测试安全性

检查USB摄像头驱动是否存在安全隐患，确保系统的安全性。。

5）测试可靠性

对嵌入式摄像头系统进行电气稳压特性，寿命，抗振动冲击及电磁干扰等方面的测试，验证其可靠性。

最后输出嵌入式系统测试验证报告，记录验证过程、测试结果和系统性能数据。。

学时安排

资讯0.2学时

计划0.2学时

决策0.2学时

实施1学时

检查0.2学时

评价0.2学时

对员工的要求

1.分析需求：

1）保护客户信息：员工需要尊重客户的知识产权和商业机密，不得泄漏用户信息或将其用于非法用途。

2）尊重用户隐私：员工需要尊重用户的隐私权，不得在需求分析过程中收集或使用用户的个人信息，同时需要对用户的个人信息进行保护和处理。

3）守信用：员工需要严格遵守合同约定和承诺，确保需求分析过程中的所有工作都是真实可靠的，不得有欺诈行为。

4）遵守行业规范：员工需要遵守相关行业规范和标准，确保需求分析工作的规范性和合规性，同时也需要尊重其他行业从业人员的权益和利益。

5）意识到责任：员工需要意识到自己的职业责任和义务，不仅要满足客户的需求和要求，同时也需要考虑需求分析结果对用户、公司和社会的影响和责任。

6）持续学习：员工需要持续学习和提高自己的专业素养，了解最新的需求分析技术和方法，以及遵守需求分析规范和标准，确保需求分析结果具有可读性、可维护性和可重用性。

2.制定方案：

1）尊重知识产权。员工需要尊重知识产权，不应抄袭或盗用他人的方案、设计或思想。

2）保护用户隐私。员工需要保护用户隐私，遵守相关的隐私法规和规定，确保设计方案中不会收集和存储用户的个人信息。

3）确保合法性和合规性。员工需要确保设计方案的合法性和合规性，遵守相关法律法规和规定，不涉及任何违法活动或行为。

4）尽职尽责。员工需要尽职尽责，认真履行自己的职责，确保设计方案能够满足项目的需求和要求。

5）社会责任感：员工需要有社会责任感，考虑设计方案的社会影响和责任，确保设计方案符合社会道德和法律规范。

3.编写代码：

1）尊重知识产权。员工需要尊重知识产权，不应抄袭或盗用他人的代码、算法或知识产权，以及使用正版软件和工具。

2）保护用户隐私。员工需要保护用户隐私，遵守相关的隐私法规和规定，确保软件不会收集和存储用户的个人信息，以及加密敏感数据。

3）提高软件可靠性和安全性。员工需要提高软件的可靠性和安全性，避免设计和编写存在缺陷的代码，以及避免存在潜在的安全漏洞和攻击。

4）确保合法性和合规性。员工需要确保编写的代码的合法性和合规性，遵守相关法律法规和规定，不涉及任何违法活动或行为。

5）尽职尽责。员工需要尽职尽责，认真履行自己的职责，确保编写的代码能够满足项目的需求和要求，以及及时维护和更新代码。

6）提高专业素养。员工需要不断提高自己的专业素养，了解最新的嵌入式软件编写技术和方法，以及遵守编写规范和标准，确保编写的代码具有可读性、可维护性和可重用性。

7）社会责任感。员工需要有社会责任感，考虑编写的代码的社会影响和责任，确保编写的代码符合社会道德和法律规范，以及不会对用户和社会造成伤害。

4.测试软件：

1）保护用户隐私：员工需要保护用户隐私，遵守相关隐私法规和规定，确保测试数据不会泄露用户个人信息。

2）公正客观：员工需要保持公正和客观，不受个人利益或其他偏见的影响，对待所有测试数据和测试结果都应一视同仁。

3）确保测试质量：员工需要确保测试质量，编写充分的测试方案和测试用例，涵盖所有可能出现的异常情况，以及遵守测试规范和标准。

4）提高专业素养：员工需要不断提高自己的专业素养，了解最新的嵌入式软件测试技术和方法，以及遵守测试规范和标准，确保测试数据具有可读性、可维护性和可重用性。

5）提高工作效率：员工需要通过有效的测试工作流程和方法，提高测试工作的效率和准确性，尽快发现和解决嵌入式软件中存在的问题和缺陷，以确保软件的质量和稳定性。

5.验证系统

1）保障系统安全性：员工需要确保测试过程中系统的安全性，尤其是对于涉及到安全领域的嵌入式软硬件系统，需要严格遵守安全测试规范，确保系统的安全性。

2）避免影响系统运行：员工需要在测试过程中避免对系统的正常运行产生影响，不得擅自修改系统参数、数据等内容，确保测试不影响系统的稳定性和可靠性。

3）确保测试数据的准确性：员工需要确保测试数据的准确性和真实性，不得篡改或伪造测试数据，同时也需要对测试数据进行保密和妥善处理，以防数据泄露和滥用。

4）提高专业素养：员工需要不断提高自己的专业素养，了解最新的嵌入式软硬件测试技术和方法，以及遵守测试规范和标准，确保测试数据具有可读性、可维护性和可重用性。

参考资料

1. 张小恒等. 物联网嵌入式开发技术项目教程[M], 北京: 机械工业出版社, 2023.

2. 广州友善之臂计算机科技有限公司. MINI2440用户手册. 广州: 广州友善之臂计算机科技有限公司. 2014.

3. 姜先刚, 刘洪涛. 嵌入式Linux驱动开发教程[M], 北京: 电子工业出版社, 2017.

4. GB/T 9385-2008. 计算机软件需求规格说明规范[S]. 北京: 中国质检出版社, 2008.

5. GB/T 28169-2011. 嵌入式软件C语言编码规范[S]. 北京: 中国质检出版社, 2012.