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基于嵌入式Linux的PMP系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

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作者:陳寧 張元海 時間:2006-11-28 來源:無憂電子開發(fā)網(wǎng) 收藏
PMP系統(tǒng)簡介    

便攜式多媒體播放器(PMP),也就是通常人們所說的MP4,已成為繼MP3以后消費類產品的一個新熱點。PMP的主要優(yōu)點是:攜帶方便,能夠直接播放高品質音/視頻文件;也可以瀏覽圖片,以及作為移動硬盤、數(shù)字銀行使用;此外,還有FM、游戲等功能。PMP播放器不僅需要對機體大小有所限制,更重要的是需要一種壓縮效率更高、畫面質量更高的視頻壓縮技術,以及相關編解碼芯片。本文介紹了此的軟、硬件設計,重點在軟件設計,此方案現(xiàn)在已經(jīng)進入量產階段?! ?BR>
的硬件設計    

現(xiàn)階段PMP內部核心架構,大多都是采用CPU搭配DSP的方式。其中,DSP負責編/解碼工作;CPU則是針對文件管理、存取,以及使用接口、周邊組件的控制等進行處理。另外,還需考慮整合硬盤、存儲卡及LCD顯示屏等組件,以及與外部USB接口、操控按鈕間的搭配等問題。為符合上述要求,PMP的設計需要內建視頻編/解碼芯片,作為模擬與數(shù)字兩種信號間轉換之用。另外,設計還需要考慮:用來連接視頻譯碼器與DSP的總線;LCD顯示屏的驅動電路;IDE接口與硬盤控制芯片間的溝通等。

 dm320的結構圖

                                                               圖1 DM320的結構圖

本系統(tǒng)整體方案是建立在TI DM320基礎之上的。DM320 是一款支持視頻編/解碼的帶有雙CPU核的處理器。針對多媒體器件做專門的處理, 它可以直接支持視頻輸入/輸出, 可以方便的擴展音頻的輸入/輸出, 支持USB ,SDRAM,FLASH,CF/SD/MMC/MS/MS Pro 接口。DM320的結構圖,如圖1所示。    

TI DM320將C5409與ARM926整合,即將CPU與DSP同時集成在DM320核心內。芯片采用32MB或64MB容量的SDRAM,以及4MB的閃存,用作加載與存放操作系統(tǒng)。DM320本身已內建LCD控制器、USB2.0 OTG接口控制器,同時讓CCIR-656格式信號經(jīng)由總線在視頻譯碼芯片與DM320間傳送。由于NTSC/PAL編碼器也被整合在其中,因此也可直接進行復合視頻輸出。

dm320硬件系統(tǒng)的整體框架圖

                                                       圖2   DM320硬件系統(tǒng)的整體框架圖

另一方面,DM320還可支持CCD/CMOS感光組件的連接,使得未來PMP要導入DSC、DV等更為容易。對于存儲卡的兼容性部分,除現(xiàn)階段主流的 CF、SD及MMC外,還包括Memory Stick。此外,此芯片還提供2組RS232串行端口、1組JTAG接口,能支持更多的外圍設備。DM320硬件系統(tǒng)的整體框架圖,如圖2所示。 

PMP系統(tǒng)的軟件設計    

因為要兼顧到高質量的音視頻效果、多種外設和有限的系統(tǒng)資源,PMP軟件系統(tǒng)的設計變得相對復雜。系統(tǒng)設計將軟件分為三層結構,如圖3所示。   

 pmp軟件設計框圖

                                    

                   圖3 PMP軟件設計框圖

該系統(tǒng)的最底層是操作系統(tǒng)層,其中包括bootloader引導程序,主要完成系統(tǒng)從FLASH的啟動,LOGO的顯示,以及OS的引導。嵌入式 主要包括適合在TI DM320上運行的操作系統(tǒng),以及各種外圍設備的驅動程序。第2層為CODEC和MMI核層,MMI核包括第3層主GUI和各種應用程序所依賴的各種框架結構和數(shù)據(jù)結構,如窗口管理,定時器管理等。CODEC部分包括音頻的編解碼程序(主要由ARM實現(xiàn))和圖像的編解碼程序(主要由DSP實現(xiàn))。最上層為主GUI和各種應用程序。應用程序包括:FileManager(用來瀏覽存儲器中的文件),VideoPlayer(播放視頻文件), AudioPlayer(播放音頻文件),ImageViewer(瀏覽圖片),F(xiàn)M(收音機),Games(游戲),Resumes(重新播放音/視頻文件)。

嵌入式操作系統(tǒng)    

本系統(tǒng)采用的Linux內核是對從Internet上下載比較穩(wěn)定的Arm-Linux內核進行相應的修改,并編寫相關外圍設備的驅動程序,使之成為一個適合TI DM320開發(fā)的操作系統(tǒng)環(huán)境。之所以稱為嵌入式,是因為其操作系統(tǒng)運行的環(huán)境并不是普通的PC,而且嵌入在非PC構架的電子設備中。

關于內核修改Kconfig文件    

Kconfig文件是用來對你所要加載內核內容進行配置的文件。比如,當在控制臺上敲入make menuconfig,就會看到內核配置的窗口,可對其中的內容進行選擇。選擇[*]表示把此內容編入內核,選擇[M]表示把此內容當成模塊編譯。 

Linux支持動態(tài)加載內核模塊的功能,甚至可以在運行操作系統(tǒng)一段時間后再加載內核模塊。由于DM320框架并未列入內核中,所以我們需要把DM320 框架加入內核。首先,就要在內核目錄下./arch/arm/Kconfig加入DM320的配置選項,這樣才能在執(zhí)行make menuconfig配置內核時看到DM320框架。修改的部分內容如下所示:

             

同時,去掉其他CPU框架。如:

        

最后,就是要把內核配置選項中對DM320開發(fā)有用的項選進來。比如:

       

因為要把CODEC編入內核,所以我們還要加入支持CODEC的配置選項:

       source "codecs/modules/Kconfig"    

同時,如果我們要加入一個新外圍設備,也需要在Kconfig文件中加入對應的內容。比如說,要加入一個三星的4英寸TFT LCD的驅動,我們可以修改./drivers/char/Kconfig文件,并加入以下內容:

        

其中,config DM320_SAMSUNG_4_LCD表示增加一個新的配置入口。一旦這個配置選項被選中就會在. /include/Linux/autoconf.h:有:#define CONFIG_DM320_SAMSUNG_4_LCD 1的定義。   

這樣的話,我們在整個內核源碼樹中都可以使用CONFIG_DM320_SAMSUNG_4_LCD來進行特定的選擇。    

在tristate "DM320 SAMSUNG 4.0 inch 16:9 TFT LCD"中,引號里的內容為出現(xiàn)在配置選項中的提示文字。tristate表示三態(tài),意思是除了可以選擇[*]、[ ]外,還可以選擇[M],表示把當前內容當成模塊編譯。    depends on ARCH_DM320_20 && BOARD_400H表示如果前面配置平臺框架時選擇了ARCH_DM320_20,并在選擇型號時選擇了BOARD_400H,我們就可以看到這個對于三星4英寸TFT LCD的配置選項。    

default y表示默認把此驅動編入內核。help的內容為當我們對內核進行配置時,選幫助所看到的內容。

Makefile文件:簡單地說,Makefile是用來進行項目配置和管理的。我們要把Linux編譯、鏈接最后生成可執(zhí)行的內核映像,Makefile文件是必不可少的。    

在該PMP設計開發(fā)中,只需要把外設驅動模塊加入相應的內核源碼樹就可以完成對Makefile文件的修改。以加入三星4英寸TFT LCD驅動為例,只需要在./drivers/char/Makefile加入如下內容即可:obj-$(CONFIG_DM320_ SAMSUNG_4_LCD)  += dm320_lcd_samsung4.o

PMP系統(tǒng)設計中兩個必須的驅動以及要注意的問題

LCD驅動程序
     

在一個PMP設備中,LCD顯示屏是必備的。在LCD驅動程序的設計過程中,主要是要選好時鐘源、分頻系數(shù)以及時鐘極性。比如在DM320中,時鐘控制器有以下幾個外部輸入:PCLK、SYSCLK、MXI、M48XI,其中除了M48XI外其余均選擇27M外部晶振。LCD的時鐘頻率DCLK在本系統(tǒng)中是由VENC(Video Encoder Clock)確定,而VENC又可以通過系統(tǒng)的PLL分頻而確定,所以說首先要選好時鐘源和恰當?shù)姆诸l系數(shù),然后通過設置VENC的寄存器就可以設置時鐘的極性。

FrameBuffer驅動    

FrameBuffer是把顯存抽象成一個設備,通過對這個設備的讀寫就等同于直接對顯存進行操作。這種操作是抽象的、統(tǒng)一的。用戶不必關心顯存的物理位置、換頁機制等具體細節(jié),這些都是由FrameBuffer設備驅動程序來完成的。 FrameBuffer對應的源文件在Linux/drivers/video/目錄下。全部的抽象設備文件作為fbcon.c與各種顯卡驅動程序相關的源文件放在該目錄下,如筆者所進行的針對DM320的FrameBuffer源文件dm320fb.c。在源文件我們要設置相應屏幕的長、寬以及每一個像素點的位數(shù)等等,還有一些與DM320 OSD(On-Screen Display)相關的寄存器的設置。因為涉及內容較多,在此不再贅述。  

結語    

本PMP方案設計的產品已經(jīng)進入量產階段,經(jīng)過大量的用戶測試,證實了整個設計是切實可行的。同時,其設計思路對于其他類似產品如車載GPS,都有一定的參考價值。

linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)


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