基于嵌入式linux的數(shù)碼相框的設(shè)計開題報告

1、 中 北 大 學(xué)畢業(yè)論文開題報告學(xué) 生 姓 名：陳飛學(xué) 號：0905014222學(xué) 院、系：信息與通信工程學(xué)院、光電工程系專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)論 文 題 目：基于嵌入式linux的數(shù)碼相框的設(shè)計指導(dǎo)教師:程耀瑜2013年3月14日畢 業(yè) 論 文 開 題 報 告1結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述一、本課題的研究背景當(dāng)膠卷退出我們普通人的生活之后，拍攝沖洗膠卷擴(kuò)印照片的經(jīng)典流程也漸漸從我們身邊消失。取而代之的是，大量的數(shù)碼相機(jī)用戶群，和種類繁多的各種存儲介質(zhì)。而數(shù)碼相框則是目前回放這些照片的最好途徑，作為瀏覽數(shù)字照片的核心產(chǎn)品，數(shù)碼相框正確

2、的迎合了消費(fèi)者的需求。數(shù)碼攝影必然推動數(shù)碼相框的發(fā)展，因為全世界打印的數(shù)碼相片不到35%1。數(shù)碼相框通常直接插上相機(jī)的存儲卡展示照片，當(dāng)然更多的數(shù)碼相框會提供內(nèi)部存儲空間以接外接存儲卡功能。數(shù)碼相框就是一個相框，不過它不再用放進(jìn)相片的方式來展示，而是通過一個液晶的屏幕顯示，它可以通過讀卡器的接口從sd卡獲取相片，并設(shè)置循環(huán)顯示的方式，比普通的相框更靈活多變，也給現(xiàn)在日益使用的數(shù)碼相片一個新的展示空間2。數(shù)碼相框可以用來美化家居，構(gòu)造精致生活享受。分享快樂、展示成功；帶給父母，緩解思念；或者帶入辦公室，消解工作壓力。而和傳統(tǒng)的相框相比，數(shù)碼相框也具備了很多的優(yōu)勢。數(shù)碼相框的外觀已經(jīng)非常接近傳統(tǒng)相

3、框，而且更為精致，但是卻能存放更多的照片，而不像傳統(tǒng)相框哪么單一，而且數(shù)碼相框發(fā)展至今5、6個年頭，像素從200w像素發(fā)展到目前的600w以上像素，畫面精度已經(jīng)大幅提升。相框也從當(dāng)初主流的4寸屏變?yōu)?寸屏，帶來的視覺效果絕對是傳統(tǒng)相框所不能比擬的。另外，目前數(shù)碼相框的作用也非常繁多，已經(jīng)脫離了普通的相框定義，播放電影、欣賞音樂、日歷、時鐘等等讓多媒體更貼近生活，相框也能讓我們時刻感受到數(shù)碼的感覺2。為了使數(shù)碼相框能夠活靈活現(xiàn)的展現(xiàn)它的魅力，其內(nèi)部構(gòu)建的系統(tǒng)是十分重要的，目前絕大部分?jǐn)?shù)碼相框都是基于嵌入式linux系統(tǒng)的。嵌入式linux 是將日益流行的linux操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪修改，使之能在嵌

4、入式計算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的一種操作系統(tǒng)3。嵌入式linux既繼承了internet上無限的開放源代碼資源，又具有嵌入式操作系統(tǒng)的特性。嵌入式linux的特點是版權(quán)費(fèi)免費(fèi)，購買費(fèi)用媒介成本技術(shù)支持全世界的自由軟件開發(fā)者提供支持網(wǎng)絡(luò)特性免費(fèi)，而且性能優(yōu)異，軟件移植容易，代碼開放，有許多應(yīng)用軟件支持，應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)周期短，新產(chǎn)品上市迅速，因為有許多公開的代碼可以參考和移植，實時性能rt_linux hardhat linux 等嵌入式linux支持，實時性能穩(wěn)定性好安全性好。linux是一種通用的全適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，它既可以嵌入到一個非常小的系統(tǒng)中處理簡單的任務(wù)，也可以組合起來處理非常復(fù)雜的

5、任務(wù)3。 linux做嵌入式的優(yōu)勢，首先，linux是開放源代碼的，不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多l(xiāng)inux愛好者又是linux開發(fā)者的強(qiáng)大技術(shù)支持；其次，linux的內(nèi)核小、效率高，內(nèi)核的更新速度很快,linux是可以定制的，其系統(tǒng)內(nèi)核最小只有約134kb。第三，linux是免費(fèi)的os，在價格上極具競爭力4。 linux還有著嵌入式操作系統(tǒng)所需要的很多特色，突出的就是linux適應(yīng)于多種cpu和多種硬件平臺，是一個跨平臺的系統(tǒng)。到目前為止，它可以支持二三十種cpu6。而且性能穩(wěn)定，裁剪性很好，開發(fā)和使用都很容易。很多cpu包括家電業(yè)芯片，都開始做linux的平臺移植工作。移植的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過j

6、ava的開發(fā)環(huán)境7。也就是說，如果今天用linux環(huán)境開發(fā)產(chǎn)品，那么將來換cpu就不會遇到困擾。同時，linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)方面是非常完整的，linux對網(wǎng)絡(luò)中最常用的tcp/ip協(xié)議有最完備的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太網(wǎng)絡(luò)，以及無線網(wǎng)絡(luò)，toker ring(令牌環(huán)網(wǎng))、光纖甚至衛(wèi)星的支持8。所以linux很適于做信息家電的開發(fā)。二、國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀嵌入式技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了四個階段：第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)，同時具有與監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備相配合的功能。第二階段是以嵌入式cpu為基礎(chǔ)、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)

7、志的嵌入式系統(tǒng)。第四階段是以基于internet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)，這是一個正在迅速發(fā)展的階段。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展對嵌入式操作系統(tǒng)提出了更高的要求。因此，對嵌入式操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計、用戶界面等諸多方面進(jìn)行深入研究，將有助于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展9。 1）國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀嵌入式技術(shù)是一門多學(xué)科、高科技的綜合性技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、日常生活、科學(xué)研究、軍事國防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、廣播電視等眾多領(lǐng)域10。 隨著城市信息化和行業(yè)信息化的持續(xù)深入，嵌入式技術(shù)已成為信息產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的計算機(jī)技術(shù)之一。每年全球嵌入式系統(tǒng)相關(guān)工業(yè)產(chǎn)值超過1萬億美元。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，在2008年中國軟件

8、業(yè)收入的7570億元中，嵌入式軟件就占了14.8%，在軟件出口中占了2/3左右11。賽迪顧問提供的數(shù)據(jù)表明，由于市場空間巨大，中國嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)保持高速增長，2009年中國嵌入式軟件市場規(guī)模已達(dá)到2496.2億元人民幣。而到2011年，其規(guī)模有望達(dá)到4650億元人民幣12。在mp3、mp4之類的小型電子產(chǎn)品中，嵌入式系統(tǒng)用到的比較多，現(xiàn)如今，手機(jī)的發(fā)展十分迅速，尤其從智能手機(jī)出現(xiàn)之后，mp3、mp4之類的電子產(chǎn)品逐步被替代，因此，嵌入式技術(shù)在手機(jī)上的發(fā)展比較充分。 國外商品化的嵌入式實時操作系統(tǒng)，已進(jìn)入我國市場的有windriver、microsoft、qnx和nuclear等產(chǎn)品。我國

9、自主開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件產(chǎn)品如科銀(coretek)公司的嵌入式軟件開發(fā)平臺deltasystem，中科院推出的hopen嵌入式操作系統(tǒng)（雖然還不夠完善）。同時由于是研究熱點，所以我們可以在網(wǎng)上找到各種各樣的免費(fèi)資源，從各大廠商的開發(fā)文檔，到各種驅(qū)動，程序源代碼，甚至很多廠商還提供微處理器的樣片。這對于我們從事這方面的研發(fā)，無疑是個資源寶庫。對于軟件設(shè)計來說，不管是上手還是進(jìn)一步開發(fā)，都相對來說比較容易。這就使得很多生手能夠比較快的進(jìn)入研究狀態(tài)，利于發(fā)揮大家的積極創(chuàng)造性12。 在國內(nèi)，雖然嵌入式應(yīng)用、開發(fā)很廣，但該領(lǐng)域卻幾乎還是空白，只有三兩家公司和極少數(shù)人員在從事這方面工作。 2）國外的發(fā)展

10、狀況linux本身是從歐美發(fā)展起來的，應(yīng)用到嵌入式上面也是最早的，因此，在嵌入式linux這方面國外的技術(shù)要比國內(nèi)強(qiáng)勢很多。目前許多嵌入式系統(tǒng)都是國外的技術(shù)，如vxworks、wince等。美國著名未來學(xué)家尼葛洛龐帝99年1月訪華時預(yù)言，45年后嵌入式智能（電腦) 工具將是pc和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)明13。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，嵌入式技術(shù)全面展開，目前已成為通信和消費(fèi)類產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域，美國已開始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變，歐洲的dvb（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國家推廣。數(shù)字音頻廣播（dab）也已進(jìn)入商品化試播階段。而軟件、集成

11、電路和新型元器件在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用日益重要。所有上述產(chǎn)品中，都離不開嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。像前途無可計量的維納斯計劃生產(chǎn)機(jī)頂盒，核心技術(shù)就是采用32位以上芯片級的嵌入式技術(shù)14。在個人領(lǐng)域中，嵌入式產(chǎn)品將主要是個人商用，作為個人移動的數(shù)據(jù)處理和通訊軟件。由于嵌入式設(shè)備具有自然的人機(jī)交互界面，gui屏幕為中心的多媒體界面給人很大的親和力。手寫文字輸入、語音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效15。 目前一些先進(jìn)的pda在顯示屏幕上已實現(xiàn)漢字寫入、短消息語音發(fā)布，日用范圍也將日益廣闊。對于企業(yè)專用解決方案，如物流管理、條碼掃描、移動信息采集等，這種小型手持嵌入式系統(tǒng)將發(fā)揮巨大的作用。自

12、動控制領(lǐng)域，不僅可以用于atm機(jī)，自動售貨機(jī)，工業(yè)控制等專用設(shè)備，和移動通訊設(shè)備結(jié)合、gps、娛樂相結(jié)合，嵌入式系統(tǒng)同樣可以發(fā)揮巨大的作用。3、 本課題研究目的 本設(shè)計是在嵌入式linux系統(tǒng)的基礎(chǔ)上編寫qt應(yīng)用程序并在嵌入式環(huán)境下運(yùn)行的課題，主要研究方向在于嵌入式linux系統(tǒng)的構(gòu)建和移植以及應(yīng)用程序的運(yùn)行。本課題在實際應(yīng)用和生產(chǎn)方面都具有重要意義。1）嵌入式開發(fā)是當(dāng)今社會的發(fā)展潮流，學(xué)會在硬件平臺上移植嵌入式系統(tǒng)是學(xué)習(xí)嵌入式開發(fā)必經(jīng)之路。2）現(xiàn)如今硬件多種多樣，針對硬件的驅(qū)動也要隨時更新，學(xué)會寫驅(qū)動是嵌入式開發(fā)的一個十分重要的部分。 3）應(yīng)用程序可以使電子設(shè)備的功能發(fā)揮的淋漓盡致，學(xué)會使用

13、qt的編程可以使編程簡單而且美觀。4）設(shè)計完成后的調(diào)試過程直接決定了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，學(xué)會各個部分的調(diào)試是不可或缺的。參考文獻(xiàn)：1 陳溯. 基于 arm 平臺的數(shù)碼相框軟件開發(fā)d. 廈門: 廈門大學(xué), 2008.2 何巍. 數(shù)碼相框的設(shè)計與實現(xiàn)d. 大連海事大學(xué), 2009.3 金西, 黃汪. 嵌入式 linux 技術(shù)及其應(yīng)用j. 計算機(jī)應(yīng)用, 2000, 20(7): 4-6.4 王學(xué)龍. 嵌入式 linux 系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用m. 清華大學(xué)出版社, 2001.5 daniel p.bovet，marco cesati深入理解linux內(nèi)核m陳莉君等譯北京：中國電力出版社，20016 周立功ar

14、m嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程m北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20057 王田苗嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)m北京：清華大學(xué)出版社，20028 陳賾等arm9嵌入式技術(shù)及l(fā)inux高級實踐教程m北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.9 孫瓊. 嵌入式 linux 應(yīng)用程序開發(fā)詳解m. 人民郵電出版社, 2006.10 yagbmour k, 秦云川. 構(gòu)建嵌入式 linux 系統(tǒng)m. 中國電力出版社, 2011.11 周立功, 陳明計, 陳渝. arm 嵌入式 linux 系統(tǒng)構(gòu)建與驅(qū)動開發(fā)范例m. 北京航空航天大學(xué)出版社, 2006.12 孫紀(jì)坤, 張小全. 嵌入式 linux 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)詳解: 基于

15、 armm. 人民郵電出版社, 2006.13 yaghmour k, masters j, ben-yossef g, et al. building embedded linux systemsm. oreilly media, incorporated, 2008.14 sally g. pro linux embedded systemsm. apress, 2009.15 williams j a, bergmann n w. embedded linux as a platform for dynamically self-reconfiguring systems-on-chip

16、c/the international conference on engineering of reconfigurable systems and algorithms. csrea press, 2004: 163-169. 畢 業(yè) 論 文 開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：一、本課題主要解決的問題1.熟悉arm9微處理器的使用方法、bootloader移植、linux內(nèi)核以及文件系統(tǒng)移植的操作方法。2.設(shè)計包括五大部分：bootloader的移植、linux內(nèi)核的裁剪和移植、驅(qū)動的實現(xiàn)、文件系統(tǒng)的創(chuàng)建和移植、qt應(yīng)用程序的開發(fā)等內(nèi)容，通過friendly

17、arm mini2440開發(fā)板實現(xiàn)數(shù)碼相框的設(shè)計。3.設(shè)計完成后整體的調(diào)試分為硬件的調(diào)試，bootloader的調(diào)試，內(nèi)核的調(diào)試，文件系統(tǒng)的調(diào)試，觸屏驅(qū)動的調(diào)試和應(yīng)用程序的調(diào)試。二、本課題的研究手段觸屏驅(qū)動應(yīng)用程序qt運(yùn)行環(huán)境文件系統(tǒng)linux內(nèi)核bootloadersd卡驅(qū)動圖1 整體開發(fā)流程圖1） arm9arm9系列處理器是英國arm公司設(shè)計的主流嵌入式處理器，主要包括arm9tdmi和arm9e-s等系列。新一代的arm9處理器，通過全新的設(shè)計，采用了更多的晶體管，能夠達(dá)到兩倍以上于arm7處理器的處理能力。這種處理能力的提高是通過增加時鐘頻率和減少指令執(zhí)行周期實現(xiàn)的。arm9采用5級

18、流水線。增加的流水線設(shè)計提高了時鐘頻率和并行處理能力。5級流水線能夠?qū)⒚恳粋€指令處理分配到5個時鐘周期內(nèi)，在每一個時鐘周期內(nèi)同時有5個指令在執(zhí)行。arm9處理器的主要結(jié)構(gòu)及其特點：32bit定點risc處理器，改進(jìn)型arm/thumb代碼交織，增強(qiáng)性乘法器設(shè)計。支持實時（real-time）調(diào)試；片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)sram，而且指令和數(shù)據(jù)的存儲器容量可調(diào)；片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)高速緩沖器（cache）容量從4k字節(jié)到1m字節(jié)；設(shè)置保護(hù)單元（protection unit），非常適合嵌入式應(yīng)用中對存儲器進(jìn)行分段和保護(hù)；采用amba ahb總線接口，為外設(shè)提供統(tǒng)一的地址和數(shù)據(jù)總線；支持外部協(xié)處理器，指令和數(shù)據(jù)

19、總線有簡單的握手信令支持；支持標(biāo)準(zhǔn)基本邏輯單元掃描測試方法學(xué)，而且支持bist(built-in-self-test）；支持嵌入式跟蹤宏單元，支持實時跟蹤指令和數(shù)據(jù)。2） bootloader 在嵌入式操作系統(tǒng)中，bootloader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行?？梢猿跏蓟布O(shè)備、建立內(nèi)存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像bios那樣的固件程序（注，有的嵌入式cpu也會內(nèi)嵌一段短小的啟動程序），因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由bootloader來完成。在一個基于arm7tdmi core的嵌入式系統(tǒng)

20、中，系統(tǒng)在上電或復(fù)位時通常都從地址0x00000000處開始執(zhí)行，而在這個地址處安排的通常就是系統(tǒng)的bootloader程序。 引導(dǎo)加載程序是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段軟件代碼。pc機(jī)中的引導(dǎo)加載程序由bios(其本質(zhì)就是一段固件程序)和位于硬盤mbr中的os bootloader（比如，lilo和grub等）一起組成。bios在完成硬件檢測和資源分配后，將硬盤mbr中的bootloader讀到系統(tǒng)的ram中，然后將控制權(quán)交給os bootloader。bootloader的主要運(yùn)行任務(wù)就是將內(nèi)核映象從硬盤上讀到 ram 中，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的入口點去運(yùn)行，也即開始啟動操作系統(tǒng)。3） linux內(nèi)核

21、 linux是最受歡迎的自由電腦操作系統(tǒng)內(nèi)核。它是一個用c語言寫成，符合posix標(biāo)準(zhǔn)的類unix操作系統(tǒng)。linux最早是由芬蘭黑客 linus torvalds為嘗試在英特爾x86架構(gòu)上提供自由免費(fèi)的類unix操作系統(tǒng)而開發(fā)的。該計劃開始于1991年，在計劃的早期有一些minix 黑客提供了協(xié)助，而今天全球無數(shù)程序員正在為該計劃無償提供幫助。 技術(shù)上說linux是一個內(nèi)核。“內(nèi)核”指的是一個提供硬件抽象層、磁盤及文件系統(tǒng)控制、多任務(wù)等功能的系統(tǒng)軟件。一個內(nèi)核不是一套完整的操作系統(tǒng)。一套基于linux內(nèi)核的完整操作系統(tǒng)叫作linux操作系統(tǒng)，或是gnu/linux。4）觸摸屏工作原理為了操作

22、上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)，再送給cpu，它同時能接收cpu發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。觸摸屏屬于典型的字符設(shè)備，可以像文件一樣被訪問，被應(yīng)用程序使用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)調(diào)用打開、讀取 、寫和關(guān)閉。5） sd卡sd卡（secure digital memory card）中文翻譯為安全數(shù)碼卡，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機(jī)、個人數(shù)碼