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2021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)碼相機用戶群，和種類繁多的各種存儲介質(zhì)。而數(shù)碼相框那么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

2、確的迎合了消費者的需求。數(shù)碼攝影必然推動數(shù)碼相框的開展，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)

3、相框，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)碼相框開展至今5、6個年頭，像素從200W像素開展到目前的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)相框所不能比較的。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，目前絕大局部數(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

4、嵌入式計算機系統(tǒng)上運行的一種操作系統(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)費免費，購置費用媒介本錢技術(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，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)定性好平安性好。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

5、的任務(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Linux愛好者又是Linux開發(fā)者的強大技術(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

6、Java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)開展現(xiàn)狀嵌入式技術(shù)的開展，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為根底、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

7、標(biāo)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)，這是一個正在迅速開展的階段。嵌入式系統(tǒng)的開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)用和開展9。 1國內(nèi)的開展現(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、播送電視等眾多領(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)中開展最快、應(yīng)用最廣的計算機技術(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2021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。賽迪參謀提供的數(shù)據(jù)說明，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，2021年中國嵌入式軟件市場規(guī)模已到達(dá)2496.2億元人民幣。而到2021年，其規(guī)模有望到達(dá)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， 的開展十分迅速，尤其從智能 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 上的開展比較充分。 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。我國自主開

9、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國外的開展?fàn)顩rLinu

10、x本身是從歐美開展起來的，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)之后最偉大的創(chuàng)造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類產(chǎn)品的共同開展方向。在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在播送電視領(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)字電視播送技術(shù)已在全球大多數(shù)國家推廣。數(shù)字音頻播送DAB也已進(jìn)入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產(chǎn)業(yè)

11、開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方案生產(chǎn)機頂盒，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。自動控制領(lǐng)域，不僅可以用

12、于ATM機，自動售貨機，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)的根底上編寫QT應(yīng)用程序并在嵌入式環(huán)境下運行的課題，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)今社會的開展潮流，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)的一個十分重要的局部。 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QT的編程可以使編程簡單而且

13、美觀。4設(shè)計完成后的調(diào)試過程直接決定了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，學(xué)會各個局部的調(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), 2021.2 何巍. 數(shù)碼相框的設(shè)計與實現(xiàn)D. 大連海事大學(xué), 2021.3 金西, 黃汪. 嵌入式 Linux 技術(shù)及其應(yīng)用J. 計算機應(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ARM嵌入式系統(tǒng)根底教程M北京：北

14、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LINUX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, 2021.11 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 ARMM. 人民郵電出版社,

15、 2006.13 Yaghmour K, Masters J, Ben-Yossef G, et al. Building embedded Linux systemsM. O'Reilly Media, Incorporated, 2021.14 Sally G. Pro Linux Embedded SystemsM. Apress, 2021.15 Williams J A, Bergmann N W. Embedded Linux as a platform for dynamically self-reconfiguring systems-on-chipC/The Inte

16、rnational 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)計包括五大局部：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)立和移植、QT應(yīng)用程序的開發(fā)等內(nèi)容，通過FriendlyARM mini2440開發(fā)板實

17、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，能夠到達(dá)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級流水線。增加的流水線設(shè)計提高了時

18、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，改良型ARM/Thumb代碼交織，增強性乘法器設(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)總線有簡單的握手信令支持；支持標(biāo)準(zhǔn)根本邏輯單

19、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)核運行之前運行?？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)境帶到一個適宜狀態(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)中，系統(tǒng)在上電或復(fù)位時通常都從地址0x000000

20、00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)加電后運行的第一段軟件代碼。PC機中的引導(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比方，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)核的入口點去運行，也即開始啟動操作系統(tǒng)。3） linux內(nèi)核 Linux是最受歡送的自由電腦操作系統(tǒng)內(nèi)核。它是一個

21、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)上提供自由免費的類Unix操作系統(tǒng)而開發(fā)的。該方案開始于1991年，在方案的早期有一些Minix 黑客提供了協(xié)助，而今天全球無數(shù)程序員正在為該方案無償提供幫助。 技術(shù)上說Linux是一個內(nèi)核?！皟?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)用翻開、讀取 、寫和關(guān)閉。5） SD卡SD卡Secure Digital Memory Card中文翻譯為平安數(shù)碼卡，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新