数码相框设计与实现 - 图文(3)

操作系统衔接起来，对于嵌入式系统后续软件的开发十分重要，在整个开发中占有一定的比例。本设计采用支持众多芯片的u-boot作为Bootloader。

数码相框的用户群体是广大的普通消费者，为了实现产品的各种功能，必须有人性化、易操作的图形用户界面。与十年前嵌入式设备简单的黑白用户界面相比，现在的嵌入式GUI软件功能十分强大，界面图像华丽。我选用的是跨平台(Linux与windows)的GUI——Qt/Embedded。

3.2系统功能需求分析设计

1）图片显示功能

支持常见的图片格式：BMP，JPEG。

用户可以选择播放U盘、SD卡或内置存储器中的图片。 播放模式： （1)循环播放

每间隔设定的时间，更换一副图片。

播放过程可控制，可以实现播放，暂停，上一幅，下一幅功能。 （2)静止显示

在此状态下，可以实现缩放功能，图片以显示屏中心点为基准，以x0.2，x0.4， x0.6，x0.8，x1，x1.2，x1/4，x1.6，x1.8，x2等各比例显示。在非正常比例 显示模式下，停止图片的幻灯片播放，并可以以触控方式移动图片。 2）音乐播放功能

能播放目前常见的mp3文件。 1）单独播放功能

播放界面显示当前曲目信息，必须包括文件名，播放时间，文件格式。 播放过程可以控制，可以实现播放，暂停，上一曲，下一曲功能。 播放模式可以选择：单曲模式，多曲循环模式。 用户可以选择播放的音乐曲目(单曲或者多曲)。 2)混合播放模式

在显示图片的时候，循环播放音乐作为图片的背景音乐。 用户可以选择播放的音乐曲目(单曲或者多曲)。 4）系统设置功能

通过系统设置，可以实现以下功能：

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（1)设置图片播放时每张图片的停留时间。 （2)延时关机功能，可设置延时时间。 （3)关机功能。 5）用户按键功能：

硬件平台有16个按键，加上触摸屏功能，实现暂停/播放，放大/缩小，下一张，上一张，石雕，灰度，旋转90度，颜色反转，播放全部图片，退出，显示等功能。其中硬件平台的按键可以以上功能。

3.3系统运行流程

1）系统硬件组成与主要模块分析 本设计所采用的开发板的元件包括：

CPU采用三星公司的S3C2440A，系统可稳定运行在400MHZ，主频最高可达 533MHz，可以流畅播放现在流行的44．1KHZ的MP3格式的音频文件；NORFLASH采用Am29LV800DB，它是由SST公司推出的容量为8M bits，即1M字节的CMOS多用途FLASH；64M字节的SDRAM，由两片K4S561632组成，工作在32位模式下；64M字节NANDFlash，采用的是K9F1208； 10M以太网接口，采用的是CS8900Q3，带传输和连接指示灯； LCD和触摸屏接口：2个内置的USB HOST，符合USB 1．1，其中一个USBHOST接口是复用的； 一个内置的USBDevice，符合USB 1．1；支持音频输入和音频输出，音频模块S3C2440A的IIS音频总线接口和UDAl341 音频编码解码器组成，板上还集成了一个MIC，用于声音输入；2路UART串行口，波特率可达115200bps，并具有RS232电平转换电路；SD卡接口，兼容SD MemoryCard Protocol 1．0和SDIOCard Protocol 1．O；Embedded．ICE(20脚标准JTAG)接口，支持ADS，SDT软件的下载和调试以及FLASH的烧写；蜂鸣器，4个LED灯； 4个按键；开关电源，分布式电源供电； 本设计的硬件系统组成如图3-1所示，主要包括SDRAM、NOR 、FlASH、NAND 、FLASH、USB DISK、SD CARD、UART、LCD、KEY等模块。

图3-1 硬件系统

LCD模块分析

LCD模块是数码像框的主要功能模块，作用是显示图片和图片的缩放效果、移动 效果。

LCD显示图片原理：

在系统内会有一段存储空间与显示屏的像素点对应，通过改变该存储空间的内容，从而改变显示屏的内容，该存储空间被称为Frame Buffer，或显存，显示屏上的每一点都必然与Frame Buffer中的某一位置对应，所以解决显示屏的显示问题，首先要解决的是Frame Buffer的大小以及屏上的每一像素与Frame Buffer的映射关系。按照显示屏的性能或显示模式区分，显示屏可以以单色或彩色显示，我们的数码相框采用16位色显示。

计算机反映自然界的眼神是通过RGB值来表示的，如果要在屏幕某一点显示某种颜色，则必须给出相应的RGB值，Frame Buffer为屏幕提供显示的内容，就必须能够从Frame Buffer中得到每一个像素的RGB值，在16位像素模式下，Frame Buffer里的每个单元有16位，每个单元代表一个像素的RGB值。

FrameBuffersize大小计算公式为：

FrameBuffersize=（显示屏长*显示屏宽）*像素位长/8

所以640*480，16位像素，单屏幕模式，Frame Buffer大小为614400个字节 4*4键盘捕获原理：

通过调用直入键盘接口和矩阵键盘、并初始化和调用键盘寄存器，实现了4*4键盘同时使用，使得系统可以通过键盘的按键来驱动8段数码管的点亮和作出相应图片处理效果。4*4键盘主要功能

系统进入图片处理时，通过按键捕获相应图片处理效果。同时也会显示出相应的LED。

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3.4图片处理过程及内容

系统设计思路为：选用3．5寸的LTV350QV液晶屏(TFT型)，最大刷新频率为90Hz，分辨率320*240，采用16位真彩色，每个像素点占2个字节单元。LCDCDMA (LCD专用的DMA)的FIFO存储器为64个字节单元，即32个像素点；但每次请求16个字节，8个像素点。虽然现在很多JPG图像的位深为24位，但16位的真彩色图像完全可以满足彩色显示的需要，可以达到本设计的实验性目的。通过发送VCLK像素时钟锁存信号将数据传送至液晶屏驱动器中移位寄存器，当一行数据(320个像素点)被移入寄存器后，LCD控制器发送HSYNC信号通知驱动器显示此行。如图2．3所示，S3C2440A中的LCD控制器由传送逻辑构成，这种逻辑是把位于系统内存显示缓冲区中的显示数据传到外部的LCD驱动器。LCD控制器支持单色，使用基于时间的抖动算法和帧频控制的方法，可以支持每像素2位(四级灰度)或每像素4位(16级灰度)的单色LCD显示屏。也支持彩色LCD接口，可以是每像素8位(256种颜色)和每像素12位(4096种颜色)的STNLCD。支持每像素1位、2位、4位和8位带有调色板的TFT彩色显示和每像素16位与24位的无调色板真彩色显示。根据屏幕的水平与垂直像素数、数据界面的数据宽度、界面时间和自刷新速率，LCD控制器可以编程以支持各种不同要求的显示屏。图3-2是LCD模块的原理图。

图3-2 LCD模块原理图

（2） IIS模块分析

S3C2440A的IIS(内部声音集成电路)总线接口可以用来实现对外部8／16位立体声音频数字信号编解码器电路的数据传输功能，可以满足现在流行的16Bit的MP3、WAV文件的位宽要求；IIS模块的左右声道采样率IISLRCK的范围是8KHz～96KHz，完全可以满足现在流行的MP3文件44．1KHz的采样率。IIS(Inter-IC Soundbus)又称12S，是菲利浦公司提出的串行数字音频总线协议。目前很多音频芯片和MCU都提供了对IIS的支持。 此协议支持两种数据格式：IIs总线数据格式和MSB-justified数据格式。

IIs总线接口为FIFO操作提供DMA传输模式，以代替中断模式，它可以同时传送和接收数据。 S3C2440A的IIS接口有三种工作方式，本设计使用传输／接收模式(Transmit／receiveMode)。IIS模块有两个64字节的FIFO应用于此模式。在此模式中，音频数据的传输可以使用两个DMA通道。如声音播放，先将数据送到输出FIFO(TransmitFIFo)，输出FIFO装满后产生的FIFO准备好标志自动产生DMA服务请求， 请求传到DMA控制器通道2，再通过IIS控制器写入IIS总线并传输给音频芯片。DMA 控制器通道l用于录音，其数据传输流程与音频播放相反。

（3）其他模块分析

当前，NORFlash存储器的价格比较昂贵，而SDRAM和NAND Flash存储器的价格相对来说比较便宜。SDRAM是易失性存储器，掉电以后数据即消失，不能长久保存，但它随机读写的速度非常快，写入数据前也不需要擦除；而NAND Flash存储器结构决定它可以达到很大的存储容量。但NAND flash存储器需要特殊的接口来与CPU通信，因此它的随机读取的速度不及SDRAM。所以选用NAND flash存放程序，而在SDRAM上执行程序代码。而NORFlash的作用是把程序从外部存储设备传入NAND Flash(通过USB，网卡，串口等)。SD卡和USB存储器是系统启动后作为数码相框应用程序的扩展储存器，UART串行口是调试程序时与系统通信的接口。

1）系统软件组成：本设计开机后的软件运行顺序如3-3图所示：

图3-3 软件运行流程图

S3C2440A这款CPU的启动方式有两种，可以从NAND FLASH启动，也可以从 NORFLASH启动。因为程序存放在NAND FLASH，本设计的启动方式是NAND FLASH[1] 启动。系统启动后，NAND FLASH中不能直接运行程序，所以CPU中开拓出4k的 BootSRAM空间，叫做“Steppingstone”。开机后会先把BOOTLOADER的stagel复制到这个BootSRAM。BootSRAM是三星的此系列芯片中的特别设计，(Inorder to supportNAND flash bootloader，theS3C2440A is equipped wim an internal SRAMbuffer called FLASH‘Steppingstone’蛹自S3C2440A的DATASHEET)它的唯一作用就是使用NAND启动时引导启动。在三星的这块芯片中还有一块特殊的NOR FLASH，作用是开机后把NAND FLASH的BOOTLOADER复制到BootSRAM。

本设计的BOOTLOADER采用U-Boot，这是由德国DENX软件工程中一t二,Wolfgang DenkI程师维护的系统引导程序。通过这段程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为调用操作系统内核准备好合适的环境。BOOTLOADER通过启动加载模式加载Linux内核，做了几个动作：

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