1、 TP311 分类号学号密级10722 公开 学校代码题 目 基于嵌入式娱乐系统开发与实现 作者姓名指导教师学科门类提交论文日期专业名称成绩评定本科毕业设计（论文）Design and Implementation of Enterainment Based on the Embedded System 计算机科学与技术 理学 0910014103 王凡 韩改宁 二 O 一三年四月 I摘 要近年来，随着微处理器技术和多媒体编码技术以及嵌入式技术的不断发展，多媒体娱乐系统终端已经很快发展为电子产品的热点，并且，逐渐成熟的市场随着 MP4、MP5 在市场上取得的很大成功，以及数字电视、3G 通讯等
2、相关技术的起步，在接下来的几年都会得到快速发展。嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。本设计基于 ARM9 的 S3C2410 处理器为核心，采用 LCD 显示、视频、音频播放等技术做成的娱乐系统，并通过嵌入式 Linux 操作系统进行任务的控制，利用 USB2.0 接口鼠标或者触摸屏操作界面，实现了音频和视频的播放功能以及图片浏览器和五子棋游戏。对于本系统，以娱乐性为主的平台，在当下市场，可以用在汽车、飞机、以及个人手持设备上使用等。本系统中还有需要研究的方向为，可以通过因特网连接，直接在线观看视频以
3、及分享音乐，同时可以上网聊天，这些都是在以后需要更进一步研究。关键字：娱乐系统；视频；Linux；S3C2410 ；QT435 1 10710014142 IIAbstractFor the past few years, with the development of microprocessor,DSP, multimedia coding and the flushbonading technology,multimedia entertainment terminal has becomea hotspot of the consumer electronics. Whats more
4、, The market of consumer electronics more and more mature with the great prosperity of theMP4 and MP5 have a great achieve.Addition, digital tv and 3G communication will havea great development. The embedded system is special purpose computer system that approach to the user centered design, based o
5、n the computer technique, provide elastic software and hardware resources, most important, it is suit for the applications that have exact demands on functionality, reliability, costing and consumption.The system is based on the core of ARM9- S3C2410 microprocess, andwith the control of flushbonadin
6、g Real-Time Linux Operating System, use USB2.0 interfaces, LCD and multi-touch Display GUI. Consist of multimedia presentation, Image Viewer and FIVE-CHESS game.The system is a platform that gives first place to entertainment. Current research on market accounting, the system that used in automobile
7、s, aircraft, and personal handheld devices. There is also need to research the direction of the system is watch the video via an Internet connection, direct online and share music, while chatting on the Internet. These are in the future need to be further studied. Keywords：Entertainment System ；Vide
8、o player；Linux；S3C2410；QTIII目 录第一章 绪 论 .11.1 嵌入式娱乐系统 .11.2 嵌入式操作系统及嵌入式软件开发 .11.2.1 当前流行的嵌入式操作系统 .11.2.2 嵌入式系统下软件开发 .2第二章 嵌入式娱乐系统设计方案 .32.1 嵌入式系统 .32.1.1 嵌入式系统体系结构 .32.1.2 嵌入式系统的组成 .32.1.3 嵌入式系统的设计过程 .32.2 系统硬件平台 .42.2.1 处理器的选择 .42.2.2 显示模块的选择 .52.2.3 触摸屏的选择 .62.2.4 USB 接口的选择 .72.3 系统软件平台 .72.3.1 嵌入式
9、操作系统的选择 .72.3.2 嵌入式 Linux 系统的配置 .72.3.3 Qt 开发平台 .82.4 嵌入式娱乐系统最终方案 .8第三章 嵌入式开发环境搭建 .103.1 系统硬件平台搭建 .103.1.1 系统运行硬件平台 .103.1.2 系统内核配置 .103.1.3 文件系统制作 .123.1.4 U_Boot 移植 .143.1.5 内核及文件系统移 .153.1.6 运行环境配置 .163.2 系统软件平台搭建 .183.2.1 虚拟机及 Linux 操作系统安装 .183.2.2 软件开发环境配置 .18第四章 嵌入式娱乐系统的设计与实现 .194.1 嵌入式娱乐系统功能模
10、块 .194.2 视频播放器的实现 .19IV4.2.1 视频播放器界面实现 .194.2.2 视频播放器 Mplayer 实现 .194.2.3 视频播放器实现界面 .204.3 音频播放器的实现 .204.3.1 音频播放器界面设计 .214.3.2 音频播放器 Phonon 框架的实现 .214.3.3 音频播放器实现界面 .224.4 图片浏览器的实现 .234.4.1 图片浏览器显示界面设计 .234.4.2 图片浏览器控制设计 .234.4.3 图片浏览器实现界面 .244.5 五子棋游戏的实现 .254.5.1 五子棋界面设计 .254.5.2 五子棋控制设计 .264.5.3
11、五子棋中用到的算法实现 .264.5.4 实现界面 .28第五章 应用层软件移植及测试 .295.1 应用软件移植 .295.2 测试应用软件 .29结论 .31谢 辞 .32参考文献 .33基于嵌入式娱乐系统开发与实现1第一章 绪 论1.1 嵌入式娱乐系统嵌入式娱乐系统包括很多的模块，提供非常丰富的界面供用户使用。其中包括视频播放器、音频播放器、附件、导航、小游戏、互联网等内容，可以很好的为用户使用。可以在很多的场合使用，现在的汽车、轮船、飞机等交通工具以及军事上都有使用，在现实生活中，也已经非常的普及。视频播放和音频播放已经在日常生活中非常流行，本系统中的音频播放器用了 QT 提供的 Ph
12、onon 多媒体库，可以在不同的平台使用调用底层的 API，实现开发者想要的功能，视频播放器是调用的 Mplayer 播放器开发，完成整个系统的设计。1.2 嵌入式操作系统及嵌入式软件开发1.2.1 当前流行的嵌入式操作系统嵌入式系统经过了 30 多年的发展主要经历了 4 个阶段。第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统。第二阶段是以嵌入式 CPU 为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。其主要特点是：CPU 种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高； 第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。操作系统运行速度快、镜像小，同时系统有具有良好的可扩展性和模块化结构；该系统具备文件
13、和目录管理、支持多任务、支持网络应用、具备图形窗口和用户界面；系统为应用程序提供了大量的接口，因此，开发应用程序较简单；嵌入式应用软件丰富。第四阶段是以 Internet 组合的嵌入式系统。经过这些年的发展，其中主流的嵌入式操作系统有WindowsCE, PalmOS. Embedded Linux, VxWorks, pSOS等。这些操作系统各具其特点，例如:目前有很多嵌入式Linux操作系统正迅速发展，嵌入式Linux操作系统的迅速崛起，主要是由于人们对自由开放软件的需求与嵌入式系统应用的特制性，要求提供系统源代码层次上的支持，而嵌入式Linux正好能够适应这一需求，具有开放的源代码，系统
14、内核小、效率高、内核网 络结构完整等特点，但由于Linux操作系统本身是模仿Unix操作系统的，因此，它本质上仍属于弱实时操作系统，所以，这类操作系统很适于如信息家电等嵌入式系统的开发 1。咸阳师范学院 2013 届本科毕业毕业设计（论文）2通过对比分析，我们一般在开发中需要用到开源的系统来进行开发。但是，自由开发的嵌入式操作系统也能够很好的为一般用户开发所用。因此，本论文运用嵌入式Linux操作系统，利用中断技术，触摸屏技术，多媒体流处理技术等开发面向嵌入式图形系统的应用、具有一定任务调度、并发管理功能的系统软件。1.2.2 嵌入式系统下软件开发与普通的计算机应用相比，嵌入式系统具有高速处理
15、、配置专一、结构紧凑和坚固可靠等特点的实时操作系统，相对应的软件系统也是一种具有这种特色、要求更高的实时应用软件。这种嵌入式实时软件的主要特征如下:1应用速度快并且稳定:对外部事件调用做出响应的时间必须是实时且确定的，并且是可重复实现的，“延误本身就是影响速度”，这是实时操作系统不同于一般系统的根本特征。不管当时系统内部状态如何，它的响应却是可预测的。2处理异步并发事件的能力:在实际应用环境中，外部事件不可能单独出现，而且发生的时机也是很随机的，不会再确定的时间内发生，其时间不可确定，即异步的,在这种情况下，就完全体现出异步处理能力。3自动处理异常并且快速启动:实时系统对软件的可靠性要求很高，
16、一旦控制上出现失误就可能造成整个系统的崩溃。机动性强、环境复杂的智能系统对于高可靠性极其重要。4具有静态或动态重构以及扩充能力:某个产品其使用环境性能或组成发生改变时，软件系统必须能够很快的适应这种需求。5操作系统与应用程序结合为一体化软件。在嵌入式应用领域中，软件系统可以是顺序程序，也可使用多任务机制。多任务机制与控制循环方法有着本质的区别。首先，控制循环是同步的，按照步骤进行，不可抢先；而多任务机制是异步的，它们并发执行而且可被抢先。其次，控制循环是静态的，而多任务机制是动态的，任务切换完全是事件驱动。基于嵌入式娱乐系统开发与实现3第二章 嵌入式娱乐系统设计方案2.1 嵌入式系统2.1.1
17、 嵌入式系统体系结构一般而言，嵌入式系统的体系结构可以分为四个部分(1)嵌入式处理器;(2)外围设备;(3) 嵌入式操作系统;(4) 嵌入式应用软件，如下图 2.1所示。嵌 入 式 操 作 系 统嵌 入 式 应 用 软 件嵌 入 式 硬 件 平 台嵌 入 式 处 理 器 嵌 入 式 外 围 设 备图2.1 嵌入式系统的体系结构2.1.2 嵌入式系统的组成嵌入式系统硬件和软件两大部分组成。1.嵌入式系统的硬件结硬件部分主要包括嵌入式处理器、接口和外围设备。(1)嵌入式微处理器介绍 可扩展的结构。 功耗低。2.嵌入式系统的软件结构介绍嵌入式系统的软件可分为设备驱动接口(DDI.D eviceD i
18、rverIn terface),实时操作系统(RTOS. Real Time Operation System)、可编程应用接口(API.Application Programmable Interface)和应用软件四个层次 3。2.1.3 嵌入式系统的设计过程按照常规的工程设计方法，嵌入式系统的设计可以分为3个阶段:分析、设计和实现。在分析阶段结束后，开发者通常需要面临的一个棘手问题就是硬件平台和软件平台的选择和配置，因为它的好坏直接影响着实现阶段的任务完成。下面的章节中，将主要介绍本系统硬件和软件平台的选择。咸阳师范学院 2013 届本科毕业毕业设计（论文）42.2 系统硬件平台2.2.
19、1 处理器的选择1.ARM处理器的选择ARM处理器具有高性能、低功耗、低成本等显著优点，已成为高性能、低功耗嵌入式微处理器的代名词，是目前32位、64位嵌入式微处理器中应用最为广泛的一个系列。鉴于ARM微处理器的众多优点，ARM微处理器必然会得到更加广泛的重视和应用在目前市场。但是，由于ARM微处理器有多达十几种的内核结构，几十个芯片生产厂家，况且其内部的功能配置多样化，所以，对ARM芯片做一些对比研究是十分必要的。下面从应用的角度出发，对在选择ARM微处理器时所应考虑的主要问题如下。 ARM微处理器系列包括:ARM 系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM11 系列、ARMIOE系列、Se
20、curCore系列、Inter 的Xscale, Inter的StrongARM，这些处理器除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有它自己的特点和应用的领域。主要采用ARM9微处理器系列，ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特点: 5级整数流水线，指令执行效率更高。 提供1.1M IPS/MIIZ的哈佛结构。 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 支持32位的高速AMBA总线接口。 全性能的MMU，支持VxWorks，WindowsCE， Linux，PalmOS等多种主流嵌入式操作系统。 MPU支持实时操作系统。 支持数据Cache和指令Cache ，具有更高的指令和数据处理能力 4。2.ARM9开发板在确定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UP-TECH2410。UP-TECH2410系统的核心是三星公司的32位ARM920T处理器S3C2410， UP-TECH2410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2.2所示。
