成都高工论文发表嵌入式系统数码相框的设计

　　摘要：本系统使用三星ARM芯片S5PV210为控制核心，上位机采用通用的PC机，并安装Win7和Ubuntu10.04两个操作系统。利用 Ubuntu10.04的开发环境，使用GCC编辑器、VI编辑器、Makefile及shell脚本编写出C程序代码。同时在Win7上安装交叉编译环境和超级终端以构建软件平台。最终设计出数码相框的软硬件。

　　关键词：成都高工论文发表,嵌入式系统,数码相框,S5PV210,Ubuntu 10.04

　　目前，设计数码相框主要有三种方案。第一种是以32位CPU为核心，其内部集成硬件音频及视频编解码单元。第二种是以DSP和FPGA为核心，其文件读取由DSP完成，图像的编解码及外设驱动有FPGA完成。第三种方案以ARM为核心元件，图像编码有JPEG硬件解码器或者DSP完成。此方案优点是解码速度快，且系统的扩展性较好，实现功能较多。[1]

　　本系统开发采用上述第三种方案，核心元件为三星公司ARM芯片S5PV210，具有低成本、低功耗特点。最终产品具备多种格式照片的存储、浏览和播放功能，并同时设计了幻灯片切换效果以及播放背景音乐的功能。其操作简洁，使用方便。

　　1 系统软件设计

　　1.1 Ubuntu操作系统

　　Ubuntu是基于Debian GNU/Linux，支持x86、amd64，和ppc架构，由全球的专业开发团队(Canonical Ltd)打造的开源GNU/Linux操作系统。Ubuntu操作系统的最大优点是：项目完全遵从开源软件的开发规则，鼓励开发人员使用、完善并传播开源软件。本系统需要安装Ububtu10.04操作系统，并同时安装vi编辑器，gcc编译器，PC机设置屏幕分辨率为1024*768，且程序在 Ubuntu字符界面下运行。

　　1.2 FrameBuffer编程

　　Linux工作在保护模式下，用户态进程无法使用显卡 BIOS提供的中断调用直接写屏，因此Linux用户通过Framebuffer实现写屏。FrameBuffer设备提供若干ioctl命令，通过该组命令，可获得显示设备的一些固定信息，如显存大小，与显示模式相关的可变信息，如象素结构、分辨率、每扫描线的字节宽度等，及伪彩色模式下的调色板信息等。

　　通过FrameBuffer机制显示图像的流程如下：通过代码把操作framebuffer设备文件映射到内存空间，通过jpeg开源库解码，然后通过scale和填充灰度操作适应显示器。解码信息直接写入指向framebuffer的内存空间，既可完成图像的显示。

　　1.3 系统软件流程

　　系统整体功能如图1所示。

　　图1 系统功能图

　　系统首先加载初始化工作，包括FrameBuffer的初始化，图片的初始化和FreeType的初始化。然后开机并加载开机音乐，显示系统主界面。主界面功能包含图片浏览、幻灯片切换方式，背景图片和音乐的切换及关机等功能。

　　2 系统硬件设计

　　该数码相框的硬件设计方案如图2所示，主控芯片采用ARM芯片S5PV210，外围电路模块包含有NAND FLASH的读入，按键KEY的控制，SD卡的读写、TSDRAM控制电路、UART配置及LCD显示控制。[2]

　　图2 系统硬件框架

　　S5PV210是三星公司推出的一款基于CortexTM-A8架构的高性能ARM处理器，其核心部分包含32KB的ICache(指令高速缓存)、 32KB的DCache(数字高速缓存)及512KB的L2Czche(二级缓存)。其片上视频编码器包含MPEG4、Decoder-NPED2、 H.263、H.264、VC-1。同时包含JPEG图像编码器、2D矢量图形及3D图形引擎。输出可采用IVTSC/PAV TV输出、HDMI输出。并具有TFT LCD控制器功能。[3]

　　S5PV210接口资源丰富，可扩展性能高。其接口资源如下：

　　音频接口包括：3个PCM、3个IIS及S/PDIF/AC97。

　　存储器接口包括：4个SD卡接口、1个HSMMC 卡接口机ATA硬盘接口。

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

　　采用S5PV210作为主控芯片，具有高速度、低成本、低功耗的优点。

　　S5PV210内部集成有LCD控制器，可直接控制各类LCD显示屏，如STN屏和TFT屏。本产品采用通用TFT屏，与CPU的连接简单，且该屏包含四线触摸屏接口，可扩展为触摸系统，方便系统日后升级。

　　SD卡具有大容量、高性能、安全性好等优点，被广泛使用与数码相机、MP3、手机等便携式设备上[4]。SD卡通信方式主要有2种。一种是SPI模式，采用单根数据线进行数据传输。优点是接线简单、协议简单且易于实现。缺点是传输速率较低。另一种是SDI模式，采用4根数据线并行传输数据。优点是传输速率高，缺点是协议复杂，实现困难。S5PV210芯片内部提供SDI方式支持SD存储卡，同时也支持SDIO设备和MMC存储卡，接口电路较为成熟，不再赘述。

　　S5PV210集成IIS总线控制器，可实现对8/16位立体声音频编码的接口，支持IIS总线数据格式。本产品音频芯片采用Philips公司的UDA1341，该芯片可提供立体声模拟信号与数字信号的互相转换功能。

　　S5PV210片上集成SDRAM刷新控制逻辑，本系统中SDRAM存储器采用2片HY57V561620，其容量为32M。2片 HY57V561620构成的32为SDRAM存储器系统，用于构建存储嵌入式操作系统程序及其他复杂算法的硬件平台。[3]SDRAM存储器的接入电路示意图如图3所示。　　图3 SDRAM存储器接入电路

　　NAND FLASH是FLASH闪存的一种，具有容量大、改写速度快的优点。由于其工艺和机构的特点，NAND FLASH无法寻址直接运行程序，因此一般用于存储数据。本系统NAND FLASH采用三星公司的K9F1208芯片，其容量为64M×8位。S5PV210在启动上电时自动读取其数据到SRAM中，然后将代码复制到外部 RAM中运行。芯片接入电路示意图如图4所示。

　　图4 K9F1208接入电路

　　3 结束语

　　本文以ARM芯片 S5PV210为核心元件，构建并扩展数码相框的硬件，设计了数码相框的外围电路：包含有NAND FLASH的读入，按键KEY的控制，SD卡的读写、DRAM控制电路、UART配置及LCD显示控制。同时设计了嵌入式操作系统的移植程序。外围设备的驱动程序：LCD驱动、按键驱动和音频驱动程序。该数码相框可实现的功能有：多种格式照片的存储、浏览和播放功能，并同幻灯片切换效果以及播放背景音乐。并可在硬件方案基础上扩展USB通信接口功能、网络功能及触屏功能。

　　参考文献：

　　[1]李丽.基于ADSP-BF533的电子相框系统的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2009(01)：1-2.

　　[2]任松岩.基于ARM的数码相框的设计[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010(03).

　　[3]熊积健等.基于S5PV210平板电脑设计[J].计算机与现代化，2012(05).