电子科学与技术硕士论文-基于arm9的手写体数字识别技术研究与实现

电子科学与技术硕士论文-基于arm9的手写体数字识别技术研究与实现内容摘要：

e。 S3C2410采用 272脚 FBGA封装，集成提供了一系列传统的外围设 备功能，有力的减少了整个系统的成本。 此 CPU集成的片上功能有一引： (1) 1． 8V／ 2． 0V内部供电、 3． 3v存储器、外部 I／ O供电。 具有 16KB一体化的 Cache／ MMI I 6 硕 {：学位论文 (2) 具有外部存储器控制器 (SDRAM和片选控制逻辑 ) (3) LCD控制器 (支持 4K色的 STN屏和 256K色的 TFT型液晶屏，具有 1路 LCD专用 DMA) (4) 4路 DMA，具备外部请求脚 (5) 3路 UAI汀，拥有 16字节的发送 FIFO， 16字节的接收 FIFO高速缓存， 2通道 SPI (6) l路多主模式的 IIC总线 (7) 兼容 V1． 0的 SD主接口协议和 V2． 1l的 MMC卡协议 (8) 2路全速 USB主设备，其中 l路可以作为 USB从设备 (V1． 1协议 ) (9) 4路 PwM定时器和一路内部定时器 (10) 具有看门狗定时器 (11) 共提供 11 7个通用 I／ O口， 24路外部中断 (12) 电源控制有正常模式， SLOW模式，空闲模式和掉电模式 (13) 8路 lO位 ADC，其中 2路可以作为触摸屏接口 (14) 具有日历功能的 I汀 C时钟 (15) 片内倍频锁相环 PLL S3C241 O集成了一个具有日历功能的 I盯 C，还集成了具有 PLL(MPLL和 UPLL) 功能的芯片时钟发生器。 MPLL产生主时钟，能够支持处理器工作频率最高达到 203MHZ，通过更改设置可以改变芯片的工作频率 以适应不同的工作要求。 UPLL 产生实现主从 USB功能的时钟，方便 uSB接口的实现。 可以看出， S3C2410的 片上集成功能十分丰富，合理的利用 S3C2410丰富的硬件资源，可以轻松地进行 各种嵌入式的设计开发。 s3C2410将存储空间划分为 8组，每组大小是 128M，共计 lGB。 系统复位 后内存分配情况见图 2． 3， Bank0到 Bank6的开始地址是固定的， Bank7的开始地 址是 Bank6的结束地址，灵活可变，并且 Bank7的大小与 Bank6的大小必须相等。 除 Bank0外，其余各存储器的总线宽度可编程设 置为 8位、 16位或 32位，但是 Bank0只能设置为 16位或者 32位。 Bank0作为引导 ROM，地址映射到 Ox0000， 总线宽度在复位时就确定了。 所有的寄存器组均可用于 ROM或者 SRAM， Bank6 和 Bank7还可以用于 SDRAM。 所有内存块的访问周期都可编程。 S3C2410同时 支持大、小端模式。 S3C2410外部共有 272个引脚，主要包括总线控制信号、各类元器件接口信 号，以及电源：时钟控制信号。 本文所使用的芯片运行在标准的 203MHz，此频 率下系统的运算能力已经十分强大，可以良好的运行 Linux／ WCE操作系统。 普通 的平面图形处理能在肉眼察觉不到的时间内完成，为实现抓取触摸屏动作，实时 判定文字类别打下了硬件基础。 7 綦于 ARM9的手写休数宁识别技术研究与实现 0M[1： O]=00 Ox60000000 Ox48000000 Ox4000一 0000 0x4000 0000 0x3800一 0000 Ox3000_0000 0xlooO_0000 Ox0800— 0000 Ox0000_0000 图 2— 3系统复位后的内存映射关 系 2． 2． 3液晶及触摸屏的硬件基础 2． 2． 3． 1．液晶显示屏电路 液晶显示器是常见的图形输出设备之一，能向用户提供友好的图形界面。 LCD 显示器通常与帧缓存 (FrameBuf． fer)设备结合使用，系统定时将帧缓存中的内容输 出到 LCD显示器以刷新屏幕。 S3C241 O内部集成了 LCD控制器，支持 STN和 TFT类型的液晶显示器。 LCD控制器可根据水平和垂直像素、数据线宽度和刷新 率编程支持各种需求的屏幕。 本文选用 320x240像素的 5． 4寸 TFT液晶屏。 S3C2410的 LCD控制器用来传送在帧缓 存中的视频数据和产生必要的控制 信号。 该控制器由 REGBANK(控制寄存器组 )、 LCDCDMA(专用 DMA)、 vIDPCS(视频信号处理单元 )、 LPC3600和 TIMEGEN(时序信号产生单元 )组成。 其中， REGBANK包含 17个可编程寄存器和几个 256 16的调色板存储器，用来 配置 LCD控制器并设置相应的参数； LCDCDMA提供了视频信号的快速传输通 道，自动通过系统总线从系统帧缓存中取出图形数据，并传输到视频信号处理单 元； VIDPCS将专用 DMA中取出的信号进行整形及提高驱动能力处理后，输出 8 硕七学位论文 到外部数据端口 VD【 23： O】； TIMEGEN和 LPC3600产生 LCD屏所需要的控制时 序。 视频数据通过 LCD数据总线传送，采用 DMA方式。 控制信号包括：垂直同 步信号 VSYNC、水平同步信号 HsYNC、线结束信号 LEND、像素时钟信号 VCLK 和数据使能信号 VDEN等。 S3C2410支持 TFT／ STN型的 LCD及触摸屏，但不能直接与它们相连，需要 接口板驱动 LCD。 接口板通过 50脚的插座作为 LCD与触摸屏接口。 LCD接口电 路原理图见图 2— 4。 图 2— 4 LCD接口电路图 2． 2． 3． 2触摸屏硬件原理 触摸屏作为一种特殊的计算机外设，提供了目前最简单、方便、自然的一种 人机交互手段。 它赋予了电子设备崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互 设备，具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交互等许多优点。 利用这种 技术，用户只要用手指轻轻地触碰计算机显示屏上的图形或文字就能实现对主机 的操作，从而使人机交互直截了当，极大方便了那些不懂电脑操作的用户。 触摸屏的基本工作原理是：当手指或其他物体接触安装在显示器前端的触摸 屏时，所接触的位置由触摸屏控制器以坐标形式检测到，通过接口 (如 RS． 232串 口 )送到 CPU，从而确定输入的信息。 电阻式触摸屏屏体部分是一块与显示器表面相匹配的多层复合薄膜，由一层 玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面 经硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电层。 导电层一 般为两层 OTI(氧化铟 )透明氧化金属，最外面的一层 OTI涂层作为导电体，第 二层 OTI则经过精密的网络附上横竖两个方向的 +5V至 0V的电压场，两层 OTI 9 基于 ARM9的于写体数 宁识别技术研究与实现 之间有许多细小 (小于千分之一英寸 )的透明隔离点把它们隔开绝缘。 当手指接触屏幕时，两层 OTI导电层就会出现一个接触点，电脑同时检测电 压及电流，计算出触摸的位置，反应速度为一般为 10— 20ms。 手指触摸屏幕，平 常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通 Y轴方向的 5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零。 这种接通状态被 控制器侦测到后，进行 A／ D转换，将得到的电压值与 5V相比较转换得到触摸点 的 Y轴坐标。 同理可以得出 X轴的坐标。 以上就是所有电阻技术 触摸屏共同的基 本原理【 91。 电阻类触摸屏的关键在于材料的使用。 电阻屏根据引出线数的多少， 分为四线、五线、六线等多种触摸屏。 电阻触摸屏对外界来说是一个完全隔离的工作环境，因此不怕灰尘和水汽。 它可以用任何物体触摸，比较适合工业控制领域及办公室内有限人群的使用。 电 阻触摸屏的缺点主要是因为复合薄膜的外层一般采用塑胶材料，使用者太用力或 使用锐器直击可能划伤整个触摸屏而导致报废。 如果损伤在限度之内，划伤只会 伤及外导电层。 外导电层的划伤对于五线电阻触摸屏来说影响不大，但对四线电 阻触摸屏来说是致命的。 出于成 本考虑，本文使用较常见的 4线电阻式触摸屏。 2． 2． 4 JTAG接口 JTAG(JointTestActionGrouP，联合测试行动组 )是一种国际标准测试协议 (兼容 IEEEll49． 1)，主要用于芯片内部测试，方便调试。 现在多数的高级器件都支持 JTAG协议，如 ARM、 DSP、 FPGA器件等。 标准的 JTAG接口有 4线： TMs、 TCK、TDI、 TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。 JTAG最初 被设计用来对芯片进行测试，其基本原理是在器件内部定义一个 TAP(TestAccessPort测 试访问口 )，通过专用的 JTAG测试工具访问内部节点进行 测试。 JTAG测试允许多个器件通过 JTAG接口串联在一起，形成一个 JTAG链， 方便的实现对各个器件的分别测试。 现在， JTAG接口还常用于实现 ISP(In． system Programmable)在线编程，如对 FLASH等器件进行编程。 ARM9核心系统的 JTAG 接口引脚的定义见表 2． 1。 表 2— 1 JTAG接口引脚定义 信号 功能 nTRST 测试复位输入信号 TDI JTAG指令和数据寄存器的串行数据输入端 TMS 输入方式选择 TCK ． 测 试时钟 ． TDo JTAG指令和数据寄存器串行数据输出端 nRESET 目标系统复位信号 2． 3手写体数字识别系统的软件基础 10 硕． J二学位论文 2． 3． 1操作系统的分类及比较 2． 3． 1． 1操作系统的主要分类及作用 随着电子工业的不断发展，嵌入式系统的性能变得越来越强大，在嵌入式系 统中使用带有完整的系统资源管理功能的操作系统成为可能。 操作系统的引入， 使得各种硬件资源的管理被系统自动完成，硬件平台之间的差异在一定程度上被 屏蔽，应用程序的开发变得更加简单。 据调查，目前国际上共 有 200多种嵌入式操作系统。 从时间尺度来说，嵌入 式操作系统大体可以分为实时操作系统和非实时操作系统；根据工作特性又可以 分为多任务和单任务操作系统【 2们。 实时是指操作系统在时间上的响应速度以及物 理进程的真实时间。 实时操作系统在时间特性上有非常高的要求，一般来说，实 时操作系统如果没有在某个预定的时间内响应某个事件，系统就会出错。 非实时 操作系统一般不能严格保证事件响应速度，如 PC上的 Windows平台。 这类操作 系统下的应用程序，不同系统资源条件下运行速度可能有较大差别，事件的响应 速度也难以估计，如键 盘响应，可能从几毫秒到几秒不等。 在一些对时间有严格 要求的系统中，如高速通信交换、军工、航天等领域，毫秒级别的误差都是不可 接受的，在这种情况下就必须使用实时操作系统。 多任务是指操作系统上同一时 间内能否运行多个用户程序。 传统的嵌入式系统为了在有限的硬件资源条件下满 足对性能的要求，一般都是单任务模式。 随着嵌入式系统硬件性能的提高及软件 复杂度要求的提升，大多数嵌入式操作系统向多任务模式发展【 8】。 一般来说，嵌 入式操作系统都是软实时操作系统。 2． 3． 1． 2主流的嵌入式操作系统的比较 uC／ OS是一个比较 经典的实时操作系统。 它的特点是源代码公开、可移植性 好、可裁减、可固化、抢占式内核。 精简小巧是其一大特点，对系统性能没有过 高的要求，以 ARM7系列芯片为核心的系统就能较好的运行。 uC／ OS的内核采用 优先级调度策略，在运行就绪条件下总是运行优先级最高的任务。 如果任务之间 由于共享资源出现了竞争或者死锁，使用系统提供的信号量保护机制可能会发生 优先级反转的情况，因此使用 uC／ OS开发程序时需要开发者对所开发的系统有清 楚的了解。 Palm OS是一种用于掌上电脑的 32位操作系统，它运行在一个抢占式的多任 务 内核之上。 它的特点是用户界面层同一时刻仅允许一个应用程序打开，进入某 个程序必须退出原来的程序，．结构简单，保证了系统的高效和稳定。 PalmOS专 注于移动设备应用，它可以高效的使用内存和电池能量，便于硬件设计者设计小 巧轻便的移动产品。 PalmOS软件开发联盟提供了数万种应用程序，包括兼容 W6rd、 Excel的文档处理工具、浏览器、邮件系统、游戏等等，方便了用户使用。 VxWorks是专门为实时嵌入式系统设计开发的实时操作系统，由美国风河 慕于 ARM9的于写体数字识别技术研究与实现 (WindRiver)公司开发，其具有以下特点：微内核、任务间通信、支持网络、支持 文件系统及 I／ O管理、 POSIx标准扩展、 C++以及其他标准支持等等。 这些核心。