粵嵌開發(fā)板電子相冊嵌入式課程設(shè)計

1、課程設(shè)計說明書題 目： 電子相冊 課程名稱： 嵌入式系統(tǒng) 學 院： 專 業(yè)：學 號： 姓 名： 指導教師： 完成日期： 2017年6月10日 目 錄1. 設(shè)計的工程背景21.1 任務(wù)闡述21.2 任務(wù)分析21.3 課題項目管理計劃進度表32.工程設(shè)計方案32.1 系統(tǒng)方案設(shè)計32.2 硬件電路設(shè)計52.3 軟件程序設(shè)計53. 方案實施63.1軟件程序調(diào)試過程64. 結(jié)果與結(jié)論124.1 設(shè)計結(jié)果124.2 結(jié)論135. 收獲與致謝146. 參考文獻157. 附件16附件1 ：答辯問題回答記錄表271. 設(shè)計的工程背景1.1 任務(wù)闡述設(shè)計任務(wù)：制作一個電子相冊，要求每個人一種特效，結(jié)果顯示在AR

2、M開發(fā)板上。開發(fā)平臺為LINUX。電子相冊簡介：以數(shù)字照片的存儲和瀏覽為主要功能，具有內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲器、USB等卡接口、強大的文件管理等特征。背景：在市場需求上，隨著數(shù)碼相機的普及，作為一種以數(shù)字照片的保存、回放和瀏覽為核心的功能產(chǎn)品迎合了消費者需求，嵌入式linux的電子相冊比一般電子相冊更具優(yōu)越性和實用性。目前市場，目前主流電子相冊軟件普遍體積龐大、占用內(nèi)存多、硬件要求高。所以開發(fā)一個運行速度快，占用空間小，對硬件要求較低的功能實用的嵌入式Linux電子相冊很有意義。Linux開發(fā)優(yōu)勢：Linux是一種自由和開放源碼的類Unix操作系統(tǒng)。目前存在著許多不同的Linux,但它們都使用了Linu

3、x內(nèi)核。Linux可安裝在各種計算機硬件設(shè)備中，從手機、平板電腦、路由器和視頻游戲控制臺，到臺式計算機、大型機和超級計算機。Linux是一個領(lǐng)先的操作系統(tǒng)，世界上運算最快的10臺超級計算機運行的都是Linux操作系統(tǒng)。嚴格來講，Linux這個詞本身只表示Linux內(nèi)核，但實際上人們已經(jīng)習慣了用Linux來形容整個基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫的操作系統(tǒng)。 Linux是我國軟件的國策，尤其是在IT行業(yè)，龐大的使用群體、開放的體系和豐富資源使得Linux將是日后普及和推廣的重點。Linux的優(yōu)越性日益凸顯Linux將是我們學習和工作實用的首選。目前，很多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、服務(wù)器、

4、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都是基于Linux操作系統(tǒng)，并且在不少時尚的手機、PDA、媒體播放器等消費類電子產(chǎn)品中已經(jīng)廣泛使用Linux作為操作系統(tǒng)。 在Linux軟件國策的指引下，Linux已經(jīng)得到很大的普及。很多學生已經(jīng)自發(fā)地通過書籍、互聯(lián)網(wǎng)等資源學習Linux。 綜上所述，提高技術(shù)水平就是以市場流行需求為導向進行研發(fā)，特別是像嵌入式種工程類的技術(shù)。在條件允許的情況下，我們甚至應(yīng)該時刻與國際接軌，掌握當前最領(lǐng)先的技術(shù)。1.2 任務(wù)分析設(shè)計的目標是制作5種電子相冊特效，每個人負責制作一種。在制作前期，首先要查閱資料，了解電子相冊的背景和制作原理，對其形成大致的設(shè)計方案。然后，根據(jù)資料安裝linux和虛擬機軟件，

5、搭建開發(fā)環(huán)境，安裝交叉編譯。最后，根據(jù)自己設(shè)計的方案進行嘗試，不斷修改錯誤，直到達到目標。1.3 課題項目管理計劃進度表序號各階段完成的內(nèi)容完成時間1查閱相關(guān)文獻資料、課題調(diào)研.5.232掌握設(shè)計軟件、制訂進度計劃3系統(tǒng)方案的比較和選定4編寫實現(xiàn)特效的代碼2017.5.29-2017.6.55編譯，運行目標文件，查看結(jié)果，根據(jù)結(jié)果進行代碼的修改6制作答辯PPT2017.6.08-2017.6.097撰寫課程設(shè)計說明書2017.6.09-2017.6.118答辯2017.6.122.工程設(shè)計方案2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計目前市場上的主要設(shè)計方案： 單芯片解決方案以單芯片的解決方案，以ESS/AMLOG

6、IC/MPX等芯片設(shè)計為代表，PHILIP/Sony等品牌廠商也以該方式為主。 該方案的優(yōu)點： （1）結(jié)構(gòu)簡單，成本低，芯片功能強大； （2）多媒體的編解碼速度快。 該方案的缺點： （1）可擴展的余地不足； （2）對讀卡部分，某些方案使用硬件實現(xiàn)，不能支持新類型的卡； （3）應(yīng)客戶要求的二次開發(fā)比較不方便。以DSP+FPGA等硬件為基礎(chǔ)，用軟件算法實現(xiàn)功能這種方案，是以DSP來實現(xiàn)多媒體部分的編解碼算法，再由FPGA實現(xiàn)顯示輸出格式的算法轉(zhuǎn)化；讀卡部分，文件系統(tǒng)部分由DSP軟件處理，外圍設(shè)備大的驅(qū)動由DSP的軟件算法實現(xiàn)。 這種方案的優(yōu)點： 功能擴展升級性強，軟件實現(xiàn)讀卡部分，新的類型卡，外圍

7、設(shè)備可以通過升級方式實現(xiàn)。 這種方案的缺點： （1）整體成本比較大； （2）客戶二次開發(fā)難度大。DSP和FPGA的算法實現(xiàn)需要專業(yè)人員； （3）顯示輸出由FPGA實現(xiàn)，該類輸出大部分是數(shù)字的輸出，模擬輸出支持比較弱。ARM核心方案以ARM等強大的CPU為核心，以WINCE、LINUX等操作系統(tǒng)為軟件核心架構(gòu)系統(tǒng)。此方案以ARM如S3C2410、Intel xscale等強大的嵌入式CPU為架構(gòu)，速度在200M-300MHZ。嵌入WINCE、LINUX等操作系統(tǒng)，實現(xiàn)多媒體的編解碼。 該方案的優(yōu)點： （1）系統(tǒng)芯片功能強大，實現(xiàn)的功能多，對于新的多媒體格式支持好，只需要安裝更新的軟件； （2）硬

8、件電路簡單； （3）二次開發(fā)容易實現(xiàn)。 該方案的缺點： （1）成本較大，該類強大的CPU一般使用在PDA等嵌入式領(lǐng)域；（2）比較耗電，使用軟件解碼功耗與頻率相關(guān)性很大。本設(shè)計選用的是第三種方案：以Cortex A8為核心，以Linux操作系統(tǒng)為軟件核心架構(gòu)。 基于Cortex A8的微處理器具有低功耗、低成本、高性能等特點。GEC210開發(fā)板簡介：GEC210是一款高性能的Cortex A8核心板，它由廣州粵嵌股份設(shè)計、生產(chǎn)和發(fā)行銷售。它采用三星S5PV210作為主處理器，運行主頻可高1GHz。S5PV210內(nèi)部集成了PowerVR SGX540高性能圖形引擎，支持3D圖形流暢運行，并可流暢播

9、放1080P大尺寸視頻。GEC210主要采用了2.0mm間距的雙排針，引出CPU大部分常用功能引腳，另外還根據(jù)S5PV210芯片的特性，分別引出了標準的miniHDMI接口，如圖所示。GEC210板載512M DDR2內(nèi)存，可流暢運行Android, Linux和WinCE6等高級操作系統(tǒng)。它非常適合開發(fā)高端物聯(lián)網(wǎng)終端，廣告多媒體終端，智能家居，高端監(jiān)控系統(tǒng)，游戲機控制板等設(shè)備。 圖2-1 GEC210開發(fā)板(a) 圖2-2 GEC210開發(fā)板(b)2.2 硬件電路設(shè)計粵嵌GEC210開發(fā)板為硬件平臺，Ubuntu為開發(fā)環(huán)境，通過串口進行文件的傳輸，在工程師給定的項目基礎(chǔ)函數(shù)上，通過修改和運用

10、“void lcd_draw_bmp(char *name, int x0, int y0, int w, int h)”函數(shù)實現(xiàn)圖片位置，大小的改變，再加上延時函數(shù)的運用，實現(xiàn)五種圖片特效。ARM芯片Cortex A8時鐘電路LCD顯示USB接口電路圖2-3 硬件總框圖2.3 軟件程序設(shè)計總設(shè)計方案：大層疊（圖形浮現(xiàn)大小及位置）反轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)函數(shù)）小大3. 方案實施3.1軟件程序調(diào)試過程安裝虛擬機和linux軟件。搭建環(huán)境和安裝交叉編譯。1)找到ubuntu系統(tǒng)工作目錄圖3-12)在windos系統(tǒng)下找到該工作目錄并創(chuàng)建一個文件夾，將arm-2009q3.tar.bz2復(fù)制過去。圖3-23)啟用

11、共享文件夾圖3-34)主機路徑為windos系統(tǒng)下arm-2009q3.tar.bz2的目錄，名稱自動生成圖3-4圖3-55)可以在文件系統(tǒng)中/mnt/hgfs/share目錄下看到這些。圖3-66)為了可以將arm-2009q3.tar.bz2復(fù)制到/opt目錄下，/opt默認所有者為root，所以要更改/opt的所有者為我登陸的賬戶。圖3-77)將文件復(fù)制到/opt 目錄下。圖3-88)執(zhí)行如下解壓命令。 聚焦逐現(xiàn)特效部分調(diào)試原本打算做圖片翻轉(zhuǎn)的特效，在網(wǎng)上查到圖片翻轉(zhuǎn)特效的算法并經(jīng)過修改如下： /24bit to 32bit for(x=0,y=800*480*4-1;x<800*

12、480*3;x+=3) pic_memy-3 = bmp_memx ; pic_memy-2 = bmp_memx+1 ; pic_memy-1 = bmp_memx+2 ; y-=4; 但是在調(diào)試時總是出錯，尋找最終的原因，應(yīng)該是圖片轉(zhuǎn)換為矩陣時和圖片翻轉(zhuǎn)之間的步驟有誤，導致調(diào)試時一直報錯。因此轉(zhuǎn)變設(shè)計方案，先確定所要出現(xiàn)圖片的位置，再通過在不同位置處顯示不同圖片的大小依次出現(xiàn)達到一個三維視覺動態(tài)效果，最后經(jīng)過反轉(zhuǎn)函數(shù)實現(xiàn)圖片的反轉(zhuǎn)，在制作過程中想要加入音樂，但是由于時間有限就未能實現(xiàn)。圖片顯示函數(shù)如下：/顯示一張24位的bmp圖片，圖片的寬度必須為4的倍數(shù)void lcd_draw_bmp

13、(char *name, int x0, int y0, int w, int h)int fd;fd = open(name, O_RDWR);if (-1 = fd)printf("open %s error!n", name);return ;圖片反轉(zhuǎn)函數(shù)如下：/位運算int x, y, k,i = 0;for (y = 0; y < h; y+)for (x = w; x >0; x-)b = chi;g = chi+1;r = chi+2;i += 3;color = (r << 16) | (g << 8) | b;lcd_d

14、raw_point(x+x0, h-y+y0,color);顯示界面調(diào)用函數(shù)如下：/顯示BMP圖片lcd_draw_bmp("zs.bmp", 1, 1, 796, 477); delayms(3000000); lcd_draw_bmp("zsone.bmp", 100, 60, 600, 360); delayms(3000000); lcd_draw_bmp("zstwo.bmp", 200, 120, 400, 240); delayms(3000000); lcd_draw_bmp("zsthree.bmp&quo

15、t;, 300, 140, 200, 200); delayms(3000000); lcd_draw_bmpop("zs.bmp", 1, 1, 796, 477);圖片效果的速度可通過改變延時函數(shù)的時間來改變。4. 結(jié)果與結(jié)論4.1 設(shè)計結(jié)果 設(shè)計結(jié)果實現(xiàn)了以下4點：1） 在LCD上顯示圖片，文字；2） 關(guān)于GEC210芯片的使用，Ubuntu環(huán)境下的操作；3） 可隨時更換圖片，具有串行通信功能；4） 聚焦逐現(xiàn)圖片特效。效果分布展示如下：圖4-1 開始界面圖4-2 逐步縮小界面圖4-3 放大反轉(zhuǎn)界面4.2 結(jié)論設(shè)計優(yōu)缺點：1） 實現(xiàn)了多種不同的圖片播放特效。2） 二次開

16、發(fā)容易實現(xiàn)。3） 圖片的自動播放。4） 未實現(xiàn)手動播放和音樂功能。設(shè)計的核心及工程實用價值：隨著數(shù)碼相機的大量普及和人們對多媒體播放的需求，不同用戶的計算機中存滿各種照片，連桌上相框中照片的更換頻率也提高了。對數(shù)碼相片進行便捷的顯示、分享、編輯、刪除、打印等操作逐漸成為市場的需求。電子相框，數(shù)碼伴侶等概念型產(chǎn)品逐漸出現(xiàn)在數(shù)碼市場，電子相冊也由概念型產(chǎn)品進入市場已有六、七年。目前，電子相冊產(chǎn)品主要應(yīng)用于禮品市場，其真正的目標用戶卻是非常廣的，并且它的最終消費人群應(yīng)該是以家庭為主的普通消費者，其應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒏鼜V闊。改進意見：1） 實現(xiàn)通過觸屏實現(xiàn)圖片特效間的切換。2） 音樂播放功能的增加。3） 多

17、張圖片合成一張圖片播放功能的實現(xiàn)。展望：電子相框結(jié)合液晶顯示技術(shù)、電視技術(shù)、數(shù)字存儲技術(shù)，日益成為面向時尚個性的數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像的最佳伴侶。隨著核心器件NandFlash和LCD屏的降價，必將進一步刺激電子相框的市場需求。多功能電子相冊方便攜帶、重量輕、樣式豐富，在今后必定有更大發(fā)展空間。5. 收獲與致謝在本次設(shè)計開始前，我們最先開始的是查資料，通過查找資料了解圖片顯示和各種特效的實現(xiàn)原理，然后再自己嘗試設(shè)計特效，一開始我們想的特效都很復(fù)雜，想要一步實現(xiàn)，嘗試了很多方法，都沒能成功。最后，我們改變了思路，用圖片逐層顯示來實現(xiàn)動態(tài)過程，這個特效雖然簡單，但它是復(fù)雜特效的一個基礎(chǔ)，讓我明白了復(fù)雜

18、的設(shè)計要從簡單開始，不能想著一口吃個大胖子。到答辯前一天我們各自設(shè)計的特效才有了一點自己想要的效果，當時還很想實現(xiàn)觸屏和音樂播放功能，但前期嘗試時一直調(diào)試不成功所以就沒有來得及實現(xiàn)，這是本次設(shè)計中的一個遺憾。通過本次設(shè)計也更加熟悉了linux的操作流程，熟悉了做實驗中的搭建環(huán)境和交叉編譯，開始時很多步驟都記不太清楚了，所以又復(fù)習了一遍以前的實驗。在這里我體會到了平時的學習都是為了以后的復(fù)雜工程做鋪墊，讓我們能更好的解決一些設(shè)計工程，理論是基礎(chǔ)，只有基礎(chǔ)打好了，上層建筑才會更加穩(wěn)和順利。同時完成了圖片在LED屏上的顯示和聚焦逐現(xiàn)特效。在顯示圖片的操作上，開始屏幕總是會花，顯示的圖片不理想，后來仔

19、細看了工程師給的顯示圖片代碼和清屏代碼，通過和同學商量最終完成了圖片的顯示。在特效的實現(xiàn)過程中，一開始很想做一個立體的炫酷的特效，也通過查找資料理解了其原理和算法實現(xiàn)流程，但在調(diào)試時總是不成功，在這里用了很長時間。最后，改變了設(shè)計思路，覺得應(yīng)該從簡單的開始做，再一步步增加功能，通過和同學的商量與摸索，終于實現(xiàn)了簡單的特效。雖然從設(shè)計到實現(xiàn)的過程有很多困難，但是體會到了和同學一起完成同一個任務(wù)的快了，也收獲了很多課本上沒有的知識，體會到了實踐的樂趣。在此，感謝我的隊友給予的幫助，老師和粵嵌工程師給的平臺和機會，尤其是粵嵌工程師給我的學習指導。6. 參考文獻 1 童凱. 基于Linux以及Qt的網(wǎng)

20、絡(luò)電子相框設(shè)計與實現(xiàn)D. 電子科技大學, 2014.2 林鋒. 基于ARM7TDMI芯片的嵌入式LINUX交叉調(diào)試器的設(shè)計和實現(xiàn)D. 四川大學, 2002.3 王浩, 陳邦瓊. 嵌入式Qt開發(fā)項目教程M. 中國水利水電出版社, 2014.4 梁融凌, 余昌嵩. 基于嵌入式 Linux 電子書的設(shè)計與實現(xiàn)J. 牡丹江師范學院學報(自然科學版), 2014(4):12-14.5 Yan H, Liu L, Xue T. SPLIT-SCREEN PROCESSING METHOD AND DEVICE, AND COMPUTER STORAGE MEDIUM:, WO/2015/123937P.

21、2015.6 燕麗紅, 林志雄, 楊星. 基于Windows 7操作系統(tǒng)和Qt技術(shù)的電子相冊設(shè)計Design of electronic photo album based on Windows 7 operating system and QTJ. 現(xiàn)代電子技術(shù), 2013. 7 范定焓. 基于ARM9平臺的便攜式媒體播放器的設(shè)計與開發(fā)D. 復(fù)旦大學, 2009.8 朱濤. 一種基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電子相冊: CN, CN 201846349 UP. 2011.9 范定焓. 基于ARM9平臺的便攜式媒體播放器的設(shè)計與開發(fā)D. 復(fù)旦大學, 2009.10 Zhu M. CATERING INFORM

22、ATION SYSTEM BASED ON DIGITAL MENU SUPPORTING CARD SWIPING:, WO 2013152620 A1P. 2013.11 楊燕, 陳祝. 一種基于Cortex內(nèi)核的家用電子相冊設(shè)計C/ 2014全國半導體器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展、創(chuàng)新產(chǎn)品和新技術(shù)研討會暨第七屆中國微納電子技術(shù)交流與學術(shù)研討會. 2014.7. 附件1）答辯問題回答記錄（必需）問：有沒有實現(xiàn)手動播放功能？答：沒有，目前我們完成的只有自動播放和圖片替換功能。2）元器件清單粵嵌GEC210開發(fā)板、安裝有虛擬機和LINUX的電腦。3）設(shè)計代碼/*NAME open and possibly c

23、reate a file or deviceSYNOPSIS #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int open(const char *pathname, int flags); int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); file descriptor:文件描述符*/#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <str

24、ing.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>/for open#include <sys/mman.h>#include <linux/input.h>#include<termios.h>#include<unistd.h>/for closeint *plcd = NULL;char wo = 0x04,0x40,0x0E,0x50,0x78,0x48,0x08,0x48,0x08,0x40,0xFF,0xFE,

25、0x08,0x40,0x08,0x44,0x0A,0x44,0x0C,0x48,0x18,0x30,0x68,0x22,0x08,0x52,0x08,0x8A,0x2B,0x06,0x10,0x02;void lcd_draw_point(int x0, int y0, int color)*(plcd + y0*800 + x0) = color;/在頂點為x0,y0的位置開始顯示一個顏色矩形，矩形的寬/度為w, 高度為h,顏色為colorvoid lcd_draw_rect(int x0, int y0, int w, int h, int color)int x, y;for (y =

26、y0; y < y0+h; y+)for (x = x0; x < x0+w; x+)lcd_draw_point(x, y, color);/把lcd清成color顏色void lcd_clean_screen(int color)int x, y;for (y = 0; y < 480; y+)for (x = 0; x < 800; x+)lcd_draw_point(x, y, color);void delayms(int xms)int i,j;for( i = 0; i < xms; i+)for( j = 110; j > 0; j-);/顯

27、示一張24位的bmp圖片，圖片的寬度必須為4的倍數(shù)void lcd_draw_bmp(char *name, int x0, int y0, int w, int h)int fd;fd = open(name, O_RDWR);if (-1 = fd)printf("open %s error!n", name);return ;/1、跳過前54個bytelseek(fd, 54, SEEK_SET);char chw*h*3;read(fd, ch, sizeof(ch);close(fd);/lcd 的像素點占4byte， 24位bmp 3byteint color;

28、char r, g, b;/位運算int x, y, i = 0;for (y = 0; y < h; y+)for (x = 0; x < w; x+)b = chi;g = chi+1;r = chi+2;i += 3;color = (r << 16) | (g << 8) | b;lcd_draw_point(x+x0, h-y+y0, color);delayms(1);/顯示一張24位的bmp圖片，圖片的寬度必須為4的倍數(shù) ，左右顛倒void lcd_draw_bmpop(char *name, int x0, int y0, int w, in

29、t h)int fd;fd = open(name, O_RDWR);if (-1 = fd)printf("open %s error!n", name);return ;/1、跳過前54個bytelseek(fd, 54, SEEK_SET);char chw*h*3;read(fd, ch, sizeof(ch);close(fd);/lcd 的像素點占4byte， 24位bmp 3byteint color;char r, g, b;/位運算int x, y, k,i = 0;for (y = 0; y < h; y+)for (x = w; x >0;

30、 x-)b = chi;g = chi+1;r = chi+2;i += 3;color = (r << 16) | (g << 8) | b;lcd_draw_point(x+x0, h-y+y0,color);void monitor_touch()int fd;fd = open("/dev/event0", O_RDWR);if (-1 = fd)return ;struct input_event ev;int x, y;while (1)read(fd, &ev, sizeof(ev);/如何判斷該事件是一個觸摸事件if (ev.

31、type = EV_ABS) && (ev.code = ABS_X)x = ev.value;else if (ev.type = EV_ABS) && (ev.code = ABS_Y)y = ev.value;/手指彈起if (ev.type = EV_ABS) && (ev.code = ABS_PRESSURE) && (ev.value = 0)printf("x: %d, y: %dn", x, y);close(fd);/顯示一個字void lcd_draw_word(unsigned char

32、 *ch, int color, int len, int w, int x, int y)int i, j;int high;/32 * 64/ 一個字的顯示：畫點（一個一個像素點）/ 八個點用一個 unsigned char / 已知：數(shù)組長度：len => 像素點的個數(shù)：len * 8/ 已知：字的寬度=> 高度：len*8/w high = len*8 / w; /64 int flag;flag = w/8; / 4for (i = 0; i < len; i+)for (j = 7; j >= 0; j-)if (chi >> j) &

33、1 = 1)if (i%flag = 0)lcd_draw_point(7-j+x, i/flag+y, color);elselcd_draw_point(8*(i%flag)+7-j+x, i/flag+y, color);int main(int argc, char *argv)int fd;/O_RDWR: 可讀可寫fd = open("/dev/fb0", O_RDWR);/ if(fd = -1)/if (fd = -1)if (-1 = fd)printf("open dev/fb0 error !n");return 0;/內(nèi)存映射，吧一個文件或者設(shè)備映射到一個進程的/地址空間中（內(nèi)存），在進程中操作這塊映射的內(nèi)/存就相當于操作 被映射的文件/plcd 存儲了映射的地址空間的首地址plcd = mmap(NULL, 800*480*4, PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SH