嵌入式论文电信081班裴颖08808019.docx
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嵌入式论文电信081班裴颖08808019
嵌入式结课论文
姓名：
裴颖
学号：
08808019
小组成员：
徐超、郭营芳、殷颢波
专业年级：
电信081
指导教师：
王东
西北农林科技大学机电学院
目录
第一章绪论…………………………………………………….………………...
1
1.数码相框发展现况及趋势…………………………………………………..…….
6
2.论文主要工作………………………………………………………………..…..
7
第二章需求分析……………………………………………………………..…...
7
1、嵌入式处理器介………………………………………………………………...
9
2、嵌入式操作系统简………………………………………………………………
10
3、嵌入式GUI设计软件简介……………………………………………………….…
11
第三章数码相框总体方案设计………………………………………………..
12
1、软件系统平台需求分析…………………………………………………..…….…
12
2、系统功能需求分析设计……………………………………………..…..…....…
13
3、系统运行流程………………………………………………….………….….…
18
第四章系统软件平台的配置与移植…………………………………….…….
18
1、Bootloader的配置与移植………………………………………………………
19
2、嵌入式Linux的配置与移植……………………………………………….……
19
3、内核的配置………………………………………………….……….…….……
20
4、文件系统分区的移植………………………………………………….…….……
20
5、BusyBox配置………………………………………….…………….…….…….
20
第五章应用程序设计…………………………….…….…….….…….….…….
21
1、QTEmbedded2．3．7／Qtopia1．7．0的编译………………………………….…….
21
2、编写按键驱动并添加QTEmbedded／Qtopia的键盘驱动接口…………………….…
21
3、编写按键驱动并添加QTEmbedded／Qtopia的键盘驱动接口…………………….…
22
4、QTEmbedded／Qtopia应用程序设计.…….………………………………………
22
第六章全文总结及展望…………………………………………………………
26
1、总结…………………………………….…………………………….………
26
2、后续研究工作与展望……………………………………..……….………….
27
参考文献………………………………………………………………………….
28
致谢………………………………………………………………………….……
28
基于ARM2410S的数码相框设计
摘要
数字摄影的兴起不可避免地引起了数码相框的发展，因为仅有不到35％的数码照片被打印。
数码相框的基本原理就是采用普通相框的造型，把原来相框中间的照片部分换成液晶显示屏，配上电源，存储介质等，使得同一个相框内可以循环播放照片，比普通相框的单一显示功能更有优势。
从2007年开始，数码相框的市场关注度开始激增。
在2008年，数码相框市场呈现高速发展的态势，具有极高的潜在市场价值。
本论文以此为出发点，进行数码相框软件的开发研究工作。
作为一款嵌入式产品，核心部件CPU采用了性能价格比、性能功耗比都很高的ARM架构处理器之中的一款——三星$3C2440A，显示器采用了支持双精度扫描的液晶显示屏。
软件方面，Bootloadcr采用较为成熟的U．boot．1．1．4，Linux内核的版本为2．6．12，系统命令集由busybOX构成。
利用ARM处理器对Linux系统良好的移植性、自带的LCD控制器、音频控制器、SD与USB控制器的特点，进行图像显示、音频播放与文件管理。
对于目前大部分数码相框在图片浏览和文件管理功能上的不足，本设计的图像显示功能充分利用了触摸屏功能，实现了图像的触摸式移动，使用户可以自由的观看放大后的图像；文件管理功能则设计成了类似windows的文件浏览器，不仅具有丰富的文件管理功能，而且使习惯了windows的广大用户可以很快的熟悉此功能，并为将来升级为下一代的细分产品——数码相册做好准备。
本设计的核心是基于ARM平台的系统移植与基于QT的应用程序设计。
首先根据系统的总体设计思路选择合适的硬件组合；然后在此基础上进行U．boot的移植，嵌入式Linux的移植，QTEmbedded／Qtopia的移植，以及最后QT图形界面的设计。
关键词：
ARM；QT；Linux
第一章绪论
嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。
嵌入式系统应用在一些专用设备上，通常这些设备的硬件资源非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高。
特别是随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要。
像我们平常常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3播放器、数码相机、数字摄像机、U盘、机顶盒、高清电视、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等都
是典型的嵌入式产品。
数码相框正是这样一种嵌入式技术应用的代表产品。
数码相框由概念型产品进入
市场至今，已经经历了5，6个年头。
作为伴随数码相机及互联网不断飞速发展的衍生产物，在今天也已经被愈来愈多的普通消费者所接受。
数码相框，既拥有传统相框的精致，意味极浓的外观设计和轻便，随意摆放的功能，又彻底改变了传统相框纸质静态照片的单一展示方式。
它采用了直接读取显示各种数据存储卡的工作方式，用幻灯显示的数码照片将静态照片所取代，避免了污损，变旧和丢失。
数码相框由三大部件组成:
LCD液晶屏，PCB电路板和外框。
液晶屏可以是模拟的也可以是数码的，它通过尺寸来区分，模拟屏的垂直分辨率一般在230左右，尺寸为7寸或者7寸以下;数字屏的垂直分辨率一般400
以上，尺寸为8寸或者8寸以上。
数码相框是时尚的电子消费品，也是家庭必备的装饰品。
它继承了数码的时尚和相框的温情，用途十分广泛。
比如，可以作为商务礼品，节日礼品，纪念品，展览展示，现代家私，婚纱摄影，数码摄影器材，随身个性饰品等。
随着数码
相框的大众化，一定会出现越来越多有意思的创意应用，为我们的平淡的生活带来无穷的乐趣。
鉴于数码相框广泛的用途，开发数码相框软件具有重要的意义和市场价值。
虽然当前数码相框并不普及但随着数码成像后期应用市场的不断扩大，数码将成
为必不可少的配套产品，它也许会成为继电视，电脑之后生活中必不可少的第三块屏幕!
1、数码相框发展现况及趋势
数码相框产品是2001年开始出现的，但由于当时消费者的接受度及价格过高的因素，使这一市场一直到2003年都很低迷。
随着主要器件价格的下降，数码相框的价格也逐步下降，市场在2004年开始有了起色，尤其在2005年，数码相框产品开始在欧美热销，但出货量也只有150万台左右，到了2006年的出货量同比上涨133%，为280万台，2007年的出货量同比上涨185%，为800万台，预计到2011年出货量将达到4000万台。
从屏幕尺寸来看，2006年5*6.9英寸产品占主流，2007年7*8.9英寸产品成为最大市场。
预计2011年7*8.9英寸产品的供货比例将持续保持首位，而平均销售单价将以每年16.5%左右的速度降低。
在中国，2006年以前，中国生产的数码相框绝大多数出口国外。
2005年底Philips率先将数码相框在中国推广，在礼品市场上取得了一些成绩，但由于销售价格较高，约为2050元/台，这一年中国数码相框的销售量仅有1.7万台。
2006年下半年，开始有更多的国内厂商在中国市场推出数码相框，因而也带动了此产品价格的下降，这一年的平均售价为1150元/台，仍然较高，市场也以商务礼品为主，但由于2005年销售量的基数较低，2006年的销售量同比增长了470.6%，达到9.7万台。
直到2007年下半年，业界才感到这个一直处于培育期的市场，开始了真正的起飞。
这得益于对数码相框产品认知度的提高，价格的下滑和需求量的提高。
从IT厂商来看，仅2007年下半年以来，就有惠普，三星，优派，AOC，明基，柯达，长城等众多新军加入数码相框阵营。
其中，巨头惠普2007年7月底在美国宣布进入数码相框市场，2007年数码相框出货量设定为50万台。
除新军外，数码相框老牌劲旅的出货量表现也令业界振奋，如飞利浦2006年数码相框出货量达到50万台，而2007年上半年出货量已达去年总和，2007年全年出货量达150万台。
而从上游面板厂商的动作来看，也显示出乐观的发展态势。
中华映管，群创等厂商均显著调高了配套数码相框产品的中尺寸面板的出货量目标，2007年出货量达1000万台，预计2008年更将倍增至2000万台。
其中，中华映管目前已调配一座4.5代面板厂来支持生产中尺寸面板，主要生产可携式DVD播放机面板与数码相框面板，其数码相框面板以7英寸，8英寸，10.2英寸为主要尺寸，数码相框面板占其中尺寸面板的比重提高到40%。
从长远来看，2008年及今后几年将为处在数码相框产品供应链的各企业带来巨大的商机。
未来几年，数码相框的市场将处在逐渐走向成熟期的阶段，其产销量和市场需求依然将保持大幅度的增长，在未来的三年内，市场尚无萎缩的可能。
但数码相框拓展中国市场需克服两大难点:
一是价格;二是拓展应用空间。
价格下降是必然趋势，消费者接受只是时间的问题，而根据消费者的需求和特点，开发出相应的应用产品，则是需要数码相框厂商亟待解决的问题。
从技术上来说，未来数码相框的发展将向两极分化。
一部分产品着重强调基本功能和低成本，整合家庭中的闹钟，日历和装饰功能，这些产品走的是低成本路线，以展示照片为主，追求图像的品质及幻灯片播放特效，已成为DC/DV的附属物；另一部分产品将会添加一些新的功能，如WiFi，DVB—T，还可即时报告天气，股票等信息，从而有望成为"桌面信息中心"。
此外，触摸面板会成为一个应用的新亮点。
从产品形态上来说，数码相框的市场将会有非常明确的细分。
1）数码相框:
这将是以数字照片的重显为主要功能的产品，其功能更接近于传统意义上的相框。
由于人机界面的限制，为了更方便的重显和浏览以及确定重显的规则，这类产品并不强调有大容量的内存以及丰富的存储卡接口，这类产品的主要特征是:
l、支持USBDevice&Host以便于更新和同步数据。
2、在某些情况下（如从PC端通过相框的USBDevice同步数据），允许修改数字照片的格式使得有最佳的重显效果。
3、仅依靠内置的半导体存储器存放需要重显的数字照片。
4、文件（照片）查询和播放规则设定非常简洁易用。
5、产品大致分为桌面和壁挂两种。
2）数码相册:
这是以数字照片的存储和浏览为主要功能的产品，由于需要满足跟PC相类似功能，所以这类产品的主要特征是:
1、有大容量的内置数据存储器。
2、支持USBDevice&Host及各种存储卡接口，并支持内部存储器与各种数据存储器之第一章绪论间的同步以及相互拷贝。
3、强大的文件管理功能:
浏览，搜寻，命名（重命名），复制，删除，备份等。
4、带或不带内建显示单元，有能支持其它高分辨率显示设备的接口（如色差，VGA甚至是HDMI）。
2、论文主要工作
本文在分析国内外市场上数码相框的现状并结合课题的实际需要的基础上，完成了数码相框系统设计的开发研究，主要包括系统的整体方案设计、系统的软硬件平台分析、Bootloader的移植、嵌入式Linux的移植、嵌入式QT的移植、QT库函数中驱动程序接口的修改以及QT应用程序的编写，并设计大部分产品所不具备两个功能——图片的触控移动与类windows的文件管理。
第二章嵌入式技术的软硬件平台概要
目前，对嵌入式系统的定义多种多样，下面给出两种比较合理定义：
1）从技术的角度定义：
以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有着严格要求的专用计算机系统。
2）从系统的角度定义：
嵌入式系统是设计出可完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。
术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。
嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。
1、嵌入式处理器简介
嵌入式微控制器又称单片机，它是将整个计算机系统集成到一块芯片中。
嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各种必要功能和外设。
为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。
这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。
和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。
微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。
微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。
嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的系列包括8051、P51XA、MCS.251、MCS.96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多的ARM架构芯片等。
目前MCU占嵌入式系统约70％的市场份额。
过去的20年中，单片机市场与需求都是以8位机为主的。
最近几年来，16位、32位单片机的嵌入式应用呈迅速增长的趋势。
在一两年后，数量上虽然仍会以8位为多，但32位单片机在产值上会超过8位单片机。
今后，单片机应用将呈现8位、16位、32、位并举的格局。
8位单片机处在嵌入式系统低端领域，从8位单片机诞生至今，已近30年，在百花齐放的单片机家族中，80C51系列一直扮演着一个独特的角色。
随着技术的发展、智能化系统需求的增长，要求单片机相应提高运算速度。
当前8位单片机在不扩展数据总线的情况下，运行速度仍有潜力可挖。
例如，采用RISC结构实现并行流水线作业；CISC结构的C8051F采用CIP．8051结构，使单周期指令速度提高到原8051的12倍。
可以说8位单片机虽然“古老"，但又是一个十分活跃的领域。
由于8位MCU性能的不断提升、功能的不断强化，以及32位MCU在价格上的持续下探，使16位MCU受到来自上述两方面的攻击，在发展上受到一定的限制。
但是，16位MCU既具有比8位机更高的性能，又具有比32位机更快的响应时间、更低的成本，因而在某些应用中具有很大的优势。
例如，在家庭安防系统中，中央控制器在远程呼叫中需要可满足语音功能并能够进行噪音消除的数字信号控制器（DSC）；再比如在汽车的气囊主控制器中，主MCU就需要16位的产品收集信息并实施控制；此外，16位MCU在家电、玩具、工业以及办公自动化和通信等应用中都有市场需求。
从长远发展看，16位MCU仍然会有广阔的市场前景。
在目前流行的32位嵌入式处理器中，ARM架构的处理器占据了绝对主流（资料统计90％以上的手持设备都是ARM处理器）。
ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，而是转让设计许可，由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器内核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而构成自己的ARM微处理器芯片。
目前，全世界的几家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。
ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集。
一般来讲使用16位指令比等价的32位代码节省达35％的存储空间，然而保留了32位系统的所有优势。
ARM的Jazelle技术使Java加速得到比基于软件的Java虚拟机（JVM）高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80％。
CPU功能上增加的DSP指令集提供增强的16位和32位算术运算能力，提高了性能和灵活性。
ARM还提供两个前沿特性来辅助加深嵌入处理器的高集成SOC器件的调试，它们是嵌入式ICE．RT逻辑和嵌入式跟踪宏核（ETMS）系列。
ARM处理器适用于多种领域，比如工业控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。
本设计属于数字影音娱乐产品，需要较为强劲的处理器进行数字音频与图像解码的工作，故选用应用广泛、资料齐全的32位微处理器三星$3C2440A作为MPU的开发板。
因为此开发板的外围设备接口丰富，USBHOST、SD卡接口、声卡等一应俱全，很适合进行数码相框研究工作。
2、嵌入式操作系统简介
嵌入式软件就是嵌入在硬件中的操作系统和开发工具软件。
嵌入式软件与嵌入式系统是密不可分的，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置"，而嵌入式软件就是基于嵌入式系统设计的软件，它也是计算机软件的一种，同样由程序及其文档组成，可细分成系统软件、支撑软件、应用软件三类，是嵌入式系统的重要组成部分。
下面介绍一下在本次设计中起到重要作用的嵌入式操作系统。
嵌入式操作系统EOS（EmbeddedOperatingSystem）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。
EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度、控制、协调等；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。
嵌入式操作系统通常以商业运作为主，从上世纪80年代起，商业化的嵌入式操作系统开始得到蓬勃发展。
现在国际上有名的嵌入式操作系统有WindowsCE、PalmOS、Linux、VxWorks、pSOS、QNX、OS一9、LynxOS等，已进入我国市场的国外企业有WindRiver、Microsoft、QNX和Nuclear等。
我国嵌入式操作系统的起步较晚，国内此类产品主要是基于开放版权的Linux操作系统，其中以中软Linux、红旗Linux、东方Linux为代表。
目前流行的嵌入式操作系统中，除了WinCE的实时性稍差外，大多数嵌入式操作系统的实时性都很强，所以也可称为实时操作系统（RealTimeOperatingSystem）。
传统的经典RTOS中最主要的便是Vxworks操作系统，以及其Tornado开发平台。
Vxworks因出现稍早，实时性很强（据说可在lms内响应外部事件请求），并且内核可极小（据说最小可8K），可靠性较高，所以在北美，Vxworks占据了嵌入式系统的多半江山。
特别是在通信设备等实时性要求较高的系统中，几乎非Vxworks莫属。
Vxworks的很多概念和技术都和Linux很类似，主要采用C语言开发。
Linux的应用除作为服务器操作系统外，最成功的便是在嵌入式领域的应用，原因当然是免费、开源、支持软件多、呼拥者众，这样嵌入式产品成本会降低。
Linux本身不是一个为嵌入式设计的操作系统，不是微内核的，实时性不强。
目前应用在嵌入式领域的Linux系统主要有两类：
一类是专为嵌入式设计的已被裁减过的Linux系统，最常用的是uClinux（不带MMU功能），目前占较大应用份额，可在ARM7上运行；另一类是运行在ARM9上的，一般是将Linux2．4．18内核移植在其上，可使用更多的Linux功能。
很多人预测，嵌入式Linux预计将占嵌入式操作系统的50％以上份额。
本设计根据所选用处理器的性能和配置，选用嵌入式Linux2.6.12作为操作系统。
3、嵌入式GUI设计软件简介
所谓GUI（GraphicsUserInterface）就是图形用户界面，是指计算机与其使用者之间的对话接口，是计算机系统的重要组成部分。
嵌入式GUI就是在嵌入式系统中为特定的硬件设备或环境而设计的图形用户界面系统。
所以嵌入式GUI不但要有GUI的特征，在实际应用中，嵌入式系统对它来说还有如下的基本要求：
占用资源少、高性能、高可靠性、可配置性。
简要介绍集中常见的嵌入式系统的GUI。
1）OpenGUI
OpenGUI是基于一个用汇编实现的x86图形内核设计的，提供了一个高层的C/C++图形/窗口接口。
它和MiniGUI一样，也是使用LGPL许可证。
OpenGUI提供了2维绘图原语，消息驱动的API和BMP文件格式支持。
OpenGUI功能强大、使用方便。
用户甚至可以实现BorlandBGI风格的应用程序，或者是QT风格的窗口。
OpenGUl支持鼠标和键盘的事件。
可在Linux上基于Framebuffer3或者SVGALib4实现绘图和Mesa3D。
颜色模型方面，OpenGUI已经支持8、16、32位模型。
OpenGUI比较适合于基于x86平台的实时系统，可移植性稍差，目前的发展也基本停滞。
2）MilliGUI
MiniGUI是在Linux控制台上运行的，基于SVGALib和LinuxThread6库的多窗口图形用户界面支持系统。
MiniGUI采用了类Win32的API接口，实现了简化的类
Windows98风格的图形用户界面。
MiniGUI也是一个窗口系统，它的主要组成元素是窗口，在这个基础上MiniGUI中的窗口可以基本分四类，分别为主窗口、对话框、控件和主窗口中的窗片。
MiniGUI中的主窗口和Windows应用程序的主窗口概念类似，MiniGUI中的每个主窗口对应于一个单独的线程，通过函数调用可建立主窗口以及对应的线程。
每个线程有一个消息队列，主窗口从这一消息队列中获取消息并由窗口过程（回调函数）进行处理。
MiniGUI的目标是保持现有小巧的特点，在Linux控制台上提供一个小的窗口系统支持，“小”是MiniGUI的特色。
同时MiniGUI又将尽力与微软的WindowsAPI保持兼容。
这么定位是希望MiniGUI可以在未来以Linux为基础的应用平台上提供一个简单可行的GUl支持系统，让MiniGUI可以应用在WindowsCE可以应用的任何场合。
3）QT／Embedded
Qt是Trolltech公司的一个产品，是一个多平台的C++图形用户界面应用程序框架。
它提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面所需的所有功能。
Qt是完全面向对象的，很容易扩展，并且允许真正地组件编程。
自从1996年早些时候，Qt进入商业领域，它已经成为全世界范围内数千种成功的应用程序的基础。
Qt也是流行的Linux桌面环境KDE的基础，KDE是所有主要的Linux发行版的一个标准组件。
Qt／Embedded是Trolltech公司的另一个产品，虽然走OpenSource开发路线，采用GPL授权，但商用的要付费。
Qt／Embedded是Qt的嵌入式端口，包含C++GuI和基于Linux的嵌入式平台开发工具，可用于多种开发项目。
Qt／Embedded可以开发市场上多种类型的产品和设备，从消费电器（移动电话、联网板和机顶盒）到商业设备（如医学成像设备、移动信息系统等）。
Qt／Embedded提供的API和Qt／Windows、Qt／X11相同，但不需要使用到X11，取而代之的是硬件接口、绘图程序库和完整的GUI工具。
Qt／Embedded对存储内存的需求约在800kB到3MB（x86平台下）。
其另一个特点就是跨平台，用QtAPI开发出来的应用程序，可以在不同的
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