隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)拍照功能的應(yīng)用普及，人們可以隨時(shí)隨地的拍攝美景和影像。部分電子底片會(huì)沖印成紙質(zhì)照片，但更多的照片則會(huì)經(jīng)由SD卡再轉(zhuǎn)移到PC機(jī)中。在PC機(jī)中瀏覽照片并不方便，由此數(shù)碼相框應(yīng)運(yùn)而生。

　　摘 要：本系統(tǒng)使用三星ARM芯片S5PV210為控制核心，上位機(jī)采用通用的PC機(jī)，并安裝Win7和Ubuntu10.04兩個(gè)操作系統(tǒng)。利用 Ubuntu10.04的開發(fā)環(huán)境，使用GCC編輯器、VI編輯器、Makefile及shell腳本編寫出C程序代碼。同時(shí)在Win7上安裝交叉編譯環(huán)境和超級(jí)終端以構(gòu)建軟件平臺(tái)。最終設(shè)計(jì)出數(shù)碼相框的軟硬件。

　　關(guān)鍵詞：成都高工論文發(fā)表,嵌入式系統(tǒng),數(shù)碼相框,S5PV210,Ubuntu 10.04

　　目前，設(shè)計(jì)數(shù)碼相框主要有三種方案。第一種是以32位CPU為核心，其內(nèi)部集成硬件音頻及視頻編解碼單元。第二種是以DSP和FPGA為核心，其文件讀取由DSP完成，圖像的編解碼及外設(shè)驅(qū)動(dòng)有FPGA完成。第三種方案以ARM為核心元件，圖像編碼有JPEG硬件解碼器或者DSP完成。此方案優(yōu)點(diǎn)是解碼速度快，且系統(tǒng)的擴(kuò)展性較好，實(shí)現(xiàn)功能較多。[1]

　　本系統(tǒng)開發(fā)采用上述第三種方案，核心元件為三星公司ARM芯片S5PV210，具有低成本、低功耗特點(diǎn)。最終產(chǎn)品具備多種格式照片的存儲(chǔ)、瀏覽和播放功能，并同時(shí)設(shè)計(jì)了幻燈片切換效果以及播放背景音樂的功能。其操作簡(jiǎn)潔，使用方便。

　　1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　1.1 Ubuntu操作系統(tǒng)

　　Ubuntu是基于Debian GNU/Linux，支持x86、amd64，和ppc架構(gòu)，由全球的專業(yè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)(Canonical Ltd)打造的開源GNU/Linux操作系統(tǒng)。Ubuntu操作系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是：項(xiàng)目完全遵從開源軟件的開發(fā)規(guī)則，鼓勵(lì)開發(fā)人員使用、完善并傳播開源軟件。本系統(tǒng)需要安裝Ububtu10.04操作系統(tǒng)，并同時(shí)安裝vi編輯器，gcc編譯器，PC機(jī)設(shè)置屏幕分辨率為1024*768，且程序在 Ubuntu字符界面下運(yùn)行。

　　1.2 FrameBuffer編程

　　Linux工作在保護(hù)模式下，用戶態(tài)進(jìn)程無法使用顯卡 BIOS提供的中斷調(diào)用直接寫屏，因此Linux用戶通過Framebuffer實(shí)現(xiàn)寫屏。FrameBuffer設(shè)備提供若干ioctl命令，通過該組命令，可獲得顯示設(shè)備的一些固定信息，如顯存大小，與顯示模式相關(guān)的可變信息，如象素結(jié)構(gòu)、分辨率、每掃描線的字節(jié)寬度等，及偽彩色模式下的調(diào)色板信息等。

　　通過FrameBuffer機(jī)制顯示圖像的流程如下：通過代碼把操作framebuffer設(shè)備文件映射到內(nèi)存空間，通過jpeg開源庫(kù)解碼，然后通過scale和填充灰度操作適應(yīng)顯示器。解碼信息直接寫入指向framebuffer的內(nèi)存空間，既可完成圖像的顯示。

　　1.3 系統(tǒng)軟件流程

　　系統(tǒng)整體功能如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)功能圖

　　系統(tǒng)首先加載初始化工作，包括FrameBuffer的初始化，圖片的初始化和FreeType的初始化。然后開機(jī)并加載開機(jī)音樂，顯示系統(tǒng)主界面。主界面功能包含圖片瀏覽、幻燈片切換方式，背景圖片和音樂的切換及關(guān)機(jī)等功能。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　該數(shù)碼相框的硬件設(shè)計(jì)方案如圖2所示，主控芯片采用ARM芯片S5PV210，外圍電路模塊包含有NAND FLASH的讀入，按鍵KEY的控制，SD卡的讀寫、TSDRAM控制電路、UART配置及LCD顯示控制。[2]

　　圖2 系統(tǒng)硬件框架

　　S5PV210是三星公司推出的一款基于CortexTM-A8架構(gòu)的高性能ARM處理器，其核心部分包含32KB的ICache(指令高速緩存)、 32KB的DCache(數(shù)字高速緩存)及512KB的L2Czche(二級(jí)緩存)。其片上視頻編碼器包含MPEG4、Decoder-NPED2、 H.263、H.264、VC-1。同時(shí)包含JPEG圖像編碼器、2D矢量圖形及3D圖形引擎。輸出可采用IVTSC/PAV TV輸出、HDMI輸出。并具有TFT LCD控制器功能。[3]

　　S5PV210接口資源豐富，可擴(kuò)展性能高。其接口資源如下：

　　音頻接口包括：3個(gè)PCM、3個(gè)IIS及S/PDIF/AC97。

　　存儲(chǔ)器接口包括：4個(gè)SD卡接口、1個(gè)HSMMC 卡接口機(jī)ATA硬盤接口。

　　通信接口包括：USB HOST2.0/OTG2.0、4個(gè)UART接口及大量GPIO接口。

　　采用S5PV210作為主控芯片，具有高速度、低成本、低功耗的優(yōu)點(diǎn)。

　　S5PV210內(nèi)部集成有LCD控制器，可直接控制各類LCD顯示屏，如STN屏和TFT屏。本產(chǎn)品采用通用TFT屏，與CPU的連接簡(jiǎn)單，且該屏包含四線觸摸屏接口，可擴(kuò)展為觸摸系統(tǒng)，方便系統(tǒng)日后升級(jí)。

　　SD卡具有大容量、高性能、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用與數(shù)碼相機(jī)、MP3、手機(jī)等便攜式設(shè)備上[4]。SD卡通信方式主要有2種。一種是SPI模式，采用單根數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單、協(xié)議簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是傳輸速率較低。另一種是SDI模式，采用4根數(shù)據(jù)線并行傳輸數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)是傳輸速率高，缺點(diǎn)是協(xié)議復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難。S5PV210芯片內(nèi)部提供SDI方式支持SD存儲(chǔ)卡，同時(shí)也支持SDIO設(shè)備和MMC存儲(chǔ)卡，接口電路較為成熟，不再贅述。

　　S5PV210集成IIS總線控制器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)8/16位立體聲音頻編碼的接口，支持IIS總線數(shù)據(jù)格式。本產(chǎn)品音頻芯片采用Philips公司的UDA1341，該芯片可提供立體聲模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的互相轉(zhuǎn)換功能。

　　S5PV210片上集成SDRAM刷新控制邏輯，本系統(tǒng)中SDRAM存儲(chǔ)器采用2片HY57V561620，其容量為32M。2片 HY57V561620構(gòu)成的32為SDRAM存儲(chǔ)器系統(tǒng)，用于構(gòu)建存儲(chǔ)嵌入式操作系統(tǒng)程序及其他復(fù)雜算法的硬件平臺(tái)。[3]SDRAM存儲(chǔ)器的接入電路示意圖如圖3所示。 　　圖3 SDRAM存儲(chǔ)器接入電路

　　NAND FLASH是FLASH閃存的一種，具有容量大、改寫速度快的優(yōu)點(diǎn)。由于其工藝和機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，NAND FLASH無法尋址直接運(yùn)行程序，因此一般用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)NAND FLASH采用三星公司的K9F1208芯片，其容量為64M×8位。S5PV210在啟動(dòng)上電時(shí)自動(dòng)讀取其數(shù)據(jù)到SRAM中，然后將代碼復(fù)制到外部 RAM中運(yùn)行。芯片接入電路示意圖如圖4所示。

　　圖4 K9F1208接入電路

　　3 結(jié)束語

　　本文以ARM芯片 S5PV210為核心元件，構(gòu)建并擴(kuò)展數(shù)碼相框的硬件，設(shè)計(jì)了數(shù)碼相框的外圍電路：包含有NAND FLASH的讀入，按鍵KEY的控制，SD卡的讀寫、DRAM控制電路、UART配置及LCD顯示控制。同時(shí)設(shè)計(jì)了嵌入式操作系統(tǒng)的移植程序。外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序：LCD驅(qū)動(dòng)、按鍵驅(qū)動(dòng)和音頻驅(qū)動(dòng)程序。該數(shù)碼相框可實(shí)現(xiàn)的功能有：多種格式照片的存儲(chǔ)、瀏覽和播放功能，并同幻燈片切換效果以及播放背景音樂。并可在硬件方案基礎(chǔ)上擴(kuò)展USB通信接口功能、網(wǎng)絡(luò)功能及觸屏功能。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]李麗.基于ADSP-BF533的電子相框系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2009(01)：1-2.

　　[2]任松巖.基于ARM的數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010(03).

　　[3]熊積健等.基于S5PV210平板電腦設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2012(05).

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