基于嵌入式娱乐系统开发与实现毕业论文(编辑修改稿)

基于嵌入式娱乐系统开发与实现毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

在确定 ARM处理器的选型之后，最终选定了博创创科技有限公司的经典 ARM9开发板UPTECH2410。 UPTECH2410系统的核心是三星公司的 32位 ARM920T处理器 S3C2410， UPTECH2410采用核心板和扩展板相分离的结构设计模式，突出的是 ARM9系列产品的显示功能，通过外接 LCD转接卡接液晶显示模块，非常适合本设计应用 [5]。 开发板构成如下图。 基于嵌入式娱乐系统开发与实现 5 图 开发板构成图 显示模块的选择 S3C2410处理器 内置 LCD 控制器，一块 LCD 屏显示图像， 同时具有 LCD 驱动器和 相应的 LCD 控制器。 一般情况下， LCD 驱动器会以 COF/COG 的形式与 LCD 玻璃基板制做在一起，而 LCD 控制器则有外部电路来实现。 本系统开发采用 TFT 320*240， S3C2410 LCD TFT屏控制器的特性： 图是 S3C2410 内部的 LCD 控制器的逻辑示意图： 图 LCD 控制器内部结构 REGBANK 是 LCD 控制器的寄存器组，用来对 LCD 控制器的各项参数进行设置。 而 LCDCDMA 则是 LCD 控制器专用的 DMA 信道，负责将视频资料从系统总线（ System Bus）上取来，通过 VIDPRCS 从 VD[23:0]发送给 LCD 屏。 同时 TIMEGEN和 LPC3600 负责产生 LCD 屏所需要的控制时序，例如 VSYNC、 HSYNC、 VCLK、 VDEN，然后从 VIDEO MUX 送给 LCD屏。 咸阳师范学院 2020 届本科毕业毕业设计（论文） 6 图 LCD 控制器芯片引脚图 在本设计研究 的嵌入式 娱乐 系统包括各类图形的显示，同时涉及到绘图以及图形显示。 本课题将所有的信息显示集合在一个屏幕上，并以分界面的方法显示，这样将使驾驶员查看信息非常便利 [6]。 本系统采用开发板上自带的 TFT型 LCD显示屏。 触摸屏的选择 目前市场上，已经很流行触摸屏技术，很多的电子产品都涉及到了触摸屏，当然，可以很好的给用户体验的感觉。 对于触摸屏，其实就是用手或者一些其他的物体去触摸显示屏，这样所触摸的位置由触摸 器检测，并通过接口 (如 RS232串行口 )送到主机。 其主要功能是传达指示信息。 触摸屏的（ X,Y）坐标与 LCD屏上的（ x， y）坐标通过每种映射关系 ， 将信息传达。 这样一旦触摸屏被触摸，便可在 LCD屏上显示出所要的信息。 按感测触摸器的触控方式及坐标传回的功能，触摸屏可分为电阻式、电容式、红外线式和表面声波式多种。 实际电路中触摸屏的 4线即与控制器 ADS7843的 4个接口 (X+ ， X ， Y+， Y)相连。 如图所示： 图 S3C2410四线电阻触摸屏电路原理图 基于嵌入式娱乐系统开发与实现 7 表 1 ADS7843的控制字 Bit7(MSB) bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bitl bit0 S A2 Al A0 MODE SERJDFR PDl PDO 本设计的 开发就是采用这样的一种结构，进行的触摸屏的运用，能够很好的实现我们需要的功能 ，通过 AD 可以进行转化和捕捉 ，从而定位触摸的位置 [7]。 电路图如图 ： 图 触摸屏功能引脚图 USB 接口的选择 目前为止，市场上已经出现了 的接口，日常我们所用到的都是 接口。 两种设备可以通用，但是插口不同，速度不同。 ：最高的数据传输速率 480Mbit/s，:支持全双工，新增加了 5 个触点， 两条为数据输出，两条为数据输入，采用发送列表区段来进行数据发包，新的触点将会并排在目前 4 个触点的后方。 但是我们选择 的开发板中提供的是 接口。 所以在本次的 设计中我们采用的是 接口 [15]。 系统软件平台 嵌入式操作系统的选择 目前应用比较广泛的嵌入式操作系统主要有 :VxWorks， WindowsCE， Linux 等。 通过分析 各种因素 ， 本次系统采用 Linux 操作系统。 嵌入式 Linux 系统的配置 嵌入式系统的配置主要包括以下几个方面： 1． 内核的编译和配置 2． 文件系 统的制作 3． 引导系统的选择 4． 移植内核和文件系统到开发板 咸阳师范学院 2020 届本科毕业毕业设计（论文） 8 Qt 开发平台 在本系统的开发过程中，其中应用层主要用到了 qt 环境下的开发。 对于 Qt 应用程序的 开发，在不同的平台下 是有所不同的，我选择 了 Linux 平台 下的开发，在 RHEL4 中开发的，开发过程中 需要安装 Qt sdk 集成开发包，然后自动会安装好 qt creator 插件， 所需要开发 的应用程序可以在这里面进行管 理和编译，然后生成可执行程序 ， 当开发的程序在该平台完全可以运行后，接着 还需要 在 安装 好的交叉编译环境下 ， 将该程序编译成为能在开发板上跑的 应用程序 [14]。 嵌入式娱乐系统最终方案 本系统以 博创 UPTECH S3C2410 为开发平台， 以 嵌入式 linux 作为操作系统。 对于本次开发的系统中，需要去实现搭建两个平台，第一个平台就是硬件平台，需要将嵌入式Linux 操作系统烧写到开发板等一系列操作。 第二个平台就是应用层的平台，需要搭建开发上层应用程序需要的 IDE 环境。 同时还需要建立模拟环境，测试应用程序在开发板上运行情况 [13]。 系统的底层包括 Linux 内核的配置和编译，最后做成镜像文件。 同时搭建文件系统以及各种驱动程序的配置，例如 驱动配置。 通过底层的配置才能更好的完成应用层的功能，为上层的接口层和应用层能够更好的提供服务。 中间的嵌入式 GUI 为接口层，采用 QT4 作为用户 GUI 的界面库。 提供了四个模块来实现各自的功能。 系统的最上层就是直接面向用户的应用层。 该层采用 QT4 设计，给用户提供了浏览界面，用户可以通过界面来选择相应的功能。 本设计最终目标就是实现播放音频、视频文件、图片浏览器、五子棋游戏的嵌入式互动窗口。 嵌入式娱乐系统底层开发基本组成结构图如下所示： 基于嵌入式娱乐系统开发与实现 9 S D 驱 动 U S B 驱 动 触 摸 屏 驱 动视 频 播 放 器 音 频 播 放 器 图 片 浏 览 器 五 子 棋 游 戏Q t / Q t p i a 嵌 入 式 G U I嵌 入 式 L i n u x 操 作 系 统L C D 驱 动 图 嵌 入式娱乐系统框架图 咸阳师范学院 2020 届本科毕业毕业设计（论文） 10 第三章 嵌入式 开发 环境搭建 系统硬件 平台搭建 系统运行硬件平台 本系统以博创 UPTECH S3C2410 为开发平台，处理器类型： SamsungS3C3420。 主频：203MHZ。 主要包括支持 MMU 处理器、固化存储器、显示设备、输入设备、 等。 该平台集成了大尺寸 LCD 触摸屏，型号： LQ080V3DG01，分辨率： 640*480 像素。 系统硬件结构图示为： N A N D F L A S H6 4 MN O R F L A S H6 4 MS D R A M6 4 ML C D 触 摸 屏微 处 理 器S 3 C 2 4 1 0U S B 2 . 0接 口S D 卡 图 开发板系统结 构图 系统内核配置 第一步内核配置中的选项主要是 开发者 用来为目标机选择处理器架构的选项，不同的处理器架构会 对应不同的 选项，针对本平台是 ARM 就有其专用的选项 “ Multimedia capabilities port” .因此，应该在根目录中的 Makefile 里 ”ARCH”的值已设定了目标板的类型： ARCH := arm 接着 可以配置内核了，内核支持 4 中不同的配置方法， 每一种方法都给开发者提供不同的选择方式 ， 其最终能够实现的功能是一样的。 同时这几种方法会有一个相同的方式 去读配置文件 “ .config”。 这四种方式如下： 基于嵌入式娱乐系统开发与实现 11 表 内核 四种配置方式 方式 对应方法 方式一 Make config(基于文本 方式 配置界面 ) 方式二 Make menuconfig(基于文本选单 方式 配置界面 ) 方式三 Make xconfig(基于图形窗口配置界面 ) 方式四 Make oldconfig（自动读入 ”.config”配置文件） 在这四种 方式 中， make menuconfig 使用最为广泛，本系统中的内核是采用 make menuconfig 的方式进行配置。 图解分 析：从图中，我们可以看出 linux 内核允许用户对其各类功能逐项配置，一共有 18 类配置选项，在 menuconfig 的配置界面中是纯键盘的操作，用户可使用上下键和 “ Tab” 键移动光标来进入相关子项。 当进入 “ System Type” 子项的界面，该子项是一个重要的选项，主要用来选择处理器的类型。 图 Linux 内核配置 此外，要注意 和 内核在串口命名上的一个重要区别， 内核中 “ COM1” 对应的是 ”ttyS0”,而在 内核中 “ COM1” 对应 “ ttySAC0” ,因此在启动参数的子项要格外注意 ,如果在这里不设置好，串口打印不出信息 [8]。 相互 依存关系 由于内核源码中的大多数文件都与一些头文件有依赖关系，因此要顺利建立内核，内核源码中的 Makefile 文件必须知道所有的 依赖关系。 建立依赖关系 一般会在 第一次编译内核的时候 进行，这样就 会在内核源码树中每个子目录产生一个 “ .depend” 文件。 运行 “ make dep” 即可。 咸阳师范学院 2020 届本科毕业毕业设计（论文） 12 内核 镜像 生成 内核 镜像 使用 “ make zImage” ，通常在 Linux 中， 还有一种生成内核镜像的命令“ make bzImage”。 内核镜 像 一般分为压缩的内核镜像和 未压缩的内核镜像。 然后 ，压缩的内核映像通常名为 zImage。 而未压缩的内核映像通常名为 vmlinux，位于源码树的更目录中。 文件系统制作 当把 上一节中制作好的镜像放到开发板之后 ，系统在进行了一些初始化的工作之后，并不能正常的启动。 在 linux 启动过程中，加载根文件系 统是 linux 启动中不可缺少的一部分。 制作文件系统的方法也有很多种，可以从零开始手工制作，也可以在现有的基础上添加部分内容加载到目标板上去。 现在开始从零开始手工制作根文件系统。 对于根文件系统制作一般采用流行的 Busybox 工具制作，主要包括配置及编译Busybox,创建根文件系统目录，设备文件及启动配置文件，以及添加常用库。 (1) 首先建立一个空根目录 在 linux 系统中，找到一个工作空间，也可以在项目中 建立 rootfs 目录，这个目录现在是空的，接下来在这个目录下建立根文件系统 (2)在 rootfs 中建立文件系统的目录结构，需要用到的命令如下： : mkdir bin dev etc lib proc sbin sys usr mnt tmp var : chmod 1777 tmp : mkdir usr/bin usr/lib usr/sbin lib/modules : mkdir mnt/etc mnt/jffs2 mnt/yaffs mnt/data mnt/temp : mkdir var/lib var/lock var/log var/run var/tmp : chmod 1777 var/tmp (3)创建设备文件 在 Linux 中 主要有 2 种类型的设备：字符设备 (无缓冲且只能顺序存取 )、块设备 (有缓冲且可以随机存取 )。 每个设备都必须有主、次设备号，主设备号相同的设备是同类设备 (使用同一个驱动程序 )。 这 些设备中，有些设备是对实际存在的物理硬件的抽象，而有些设备则是内核自身提供的功能 (不依赖于特定的物理硬件，又称为 虚拟设备 )。 Linux 下创建设备节点的命令是 mknod ： mknod m 600 dev/console c 5 1 基于嵌入式娱乐系统开发与实现 13 ： mknod m 666 dev/null c 1 3 ： mknod dev/fb0 c 29 0 ： mknod dev/tty c 5 0 ： mknod dev/tty0 c 4 0 ： ln s dev/fb0 dev/fb (4)准备启动配置文件 Linux 启动所需要的文件有 etc/inittab、 etc/、 etc/fstab 这三 个文件。