管理信息化VR虛擬現(xiàn)實(shí)基于ARM的圖像采集無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)修改稿

管理信息化VR虛擬現(xiàn)實(shí)基于ARM的圖像采集無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)修改稿基于ARM的圖像采集無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)RESEARCHONIMAGEACQUISITIONANDWIRELESSTRANSMISSIONTECHNOLOGYBASEDONARM學(xué)生姓名:姓名李應(yīng)兵指導(dǎo)教師:鄭寬磊講師摘要銀行、商場(chǎng)、質(zhì)量檢測(cè)、交通管理等。傳統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng)大多數(shù)十有PC和圖像采集卡構(gòu)成的，其功能是將圖像信號(hào)采集到電腦中，以數(shù)據(jù)文件的形式保存在硬盤上。這種圖像采集系統(tǒng)成本一般較高，而且需要技術(shù)人員和維修人員來(lái)管理，費(fèi)用較高并且傳輸距離有限。例如在偏遠(yuǎn)的地帶、山區(qū)等惡劣的環(huán)境下，這種圖像采集系統(tǒng)很難正常工作。:ARM的出現(xiàn)和Limix成本、低功耗成為可能。目前圖像監(jiān)視系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)，有線圖像監(jiān)視方式受到了固有物理布線的限制,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和基于TCP/IP的Internet技術(shù)結(jié)合在一起的無(wú)線遠(yuǎn)程圖像監(jiān)視系統(tǒng)則將實(shí)現(xiàn)在無(wú)線寬帶資源NANDFLASHSDRAMUSBUARTLCDEilipse的嵌入式集成開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建，完成系統(tǒng)引導(dǎo)程序、Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)的移植工作，然后利用Video4linux完成圖像數(shù)據(jù)采集和JPEGGPRS模塊檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度來(lái)動(dòng)態(tài)選用傳輸方式實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)采集無(wú)線傳輸工作，在服務(wù)器端由用戶控制系統(tǒng)接收?qǐng)D像。關(guān)鍵詞：ARM；圖像采集；嵌入式系統(tǒng)；Linux；無(wú)線傳輸；GPRSAbstractImageacquisitiontechnologyhasbeenahotresearchtopicathomeandabroad,ithaswiderangeofapplications,suchasbanks,shoppingcenters,qualitycontrol,trafficmanagement.MostofthetraditionalimageacquisitionsystemisconstitutiveofPCandprofessionalimagecapturecard,andbyconstructingprivatenetworkforimagecaptureandtransmission.Thisimageacquisitionsystemcostisgenerallyhigher,butalsoneedspecialmaintenance,highercosts,andthetransmissiondistanceislimited.Intheremotemountainousharshenvironment,thetraditionalimageacquisitionsystemisdifficulttowork.Withtherapiddevelopmentofwirelessmunicationtechnologyandembeddedsystemstechnologyinrecentyears,especiallyfortheemergenceofARMandLinuxiswidelyusedinembeddedsystemenvironment.Soit'spossiblethattheimageacquisitionsystemminiaturization,lowcost,lowpower.Nowpicturemonitoringsystem，cableimagewithintheterritorybytheinheretsurveillanceway,withthephysicalwiringlimiteddevelopmentoftheputertechnologyandmunicationtechnology,embeddedsystemtechnology,wirelessmunicationtechnologyandbasedonTCP/IPinternettechnologytogetherinwirelessremoteimagemonitoringsystemwillachieveinwirelessbroadbandresourcesundertherestrictionofvideoimagesofthereal-timetransmission.Andtheimageacquisitionofhandwaredesigeisveryimportant,mainlyincludingNANDFLASHinterfaces,SDRAMinterfaces,USBinterfaces,UARTinterfaces,LCDinterfacescircuitdesign.Inaddition,thesystembasedthesoftwareisEilipseembeddedintegratedenvironmentconstractionpletesystemboot,LinuxKernelandfilesystem,andbyusingthetransplantationofworkVideo4linuxpleteimagedataacquisitionandJPEGpressioncoding,accordingtoGPRSmoduletestingsignalstrengthtodynamicallychosentransmissionmethodrealizesimagedataacquisitionwirelesstransmissionwork,intheserverisdrivedbytheusercontrolsystemreceiveimages.Keyword:ARM；imageacquisition；embeddedsystem；Linux；wirelesstransmission；GPRS目錄摘要-I-Abstract-II-第一章緒論-1-1.1選題背景和意義-1-1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀-2-1.3本課題的研究?jī)?nèi)容-4-第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)-6-2.1系統(tǒng)功能描述-6-2.2系統(tǒng)組成-6-2.3關(guān)鍵器件的選型-7-2.4嵌入式操作系統(tǒng)的選型-10-2.5本章小結(jié)-11-第3章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)-12-3.1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖-12-3.2NANDFLASH接口電路設(shè)計(jì)-12-3.3SDRAM接口電路設(shè)計(jì)-15-3.4USB接口電路設(shè)計(jì)-17-3.5UART接口電路設(shè)計(jì)-18-3.6LCD的選擇及接口電路設(shè)計(jì)-18-3.7本章小結(jié)-20-第4章基于Eclipse的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)-21-4.1構(gòu)建基于Eclipse的嵌入式軟件集成開發(fā)環(huán)境-21-4.2嵌入式linux系統(tǒng)的移植-21-4.3圖像采集程序的實(shí)現(xiàn)-26-4.4GPRS介紹-34-4.5圖像數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)-35-4.6服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)-39-4.7本章小結(jié)-39-第5章總結(jié)與展望-40-5.1總結(jié)-40-5.2展望-41-致謝-42-參考文獻(xiàn)-43-第1章緒論1.1選題背景和意義要的角色。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在人類接收的信息中，視覺(jué)信息占70%以上?！鞍俾劜蝗缫灰?，在許多場(chǎng)合中，圖像所傳遞的信息要比其他任何形式更加豐富和真切。由產(chǎn)生一個(gè)具體的圖像[1]。近年來(lái)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的飛速發(fā)展更為圖像采集與處理系統(tǒng)的發(fā)展提供機(jī)系統(tǒng)[2]。ARM(AdvancedRISCMachines)是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)標(biāo)志性產(chǎn)物。ARM是目前世界領(lǐng)先的32位嵌入式微處理器，占據(jù)了大約75%的市場(chǎng)份額[3]。本系統(tǒng)采用的就是三星公司生產(chǎn)的基于ARM920T芯核的一款嵌入式微處理器S3C2440。它的主頻可以達(dá)到400MHz，已經(jīng)可以滿足對(duì)圖像數(shù)據(jù)的編碼壓縮的要求。另外，各種嵌入式操作系統(tǒng)的涌現(xiàn)也極大的促進(jìn)了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展[4]，使用嵌入式操作系統(tǒng)可以大大減小系統(tǒng)的開發(fā)周期，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖像采集作為近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)受到了越來(lái)越多的關(guān)注[5]線通信技術(shù)的發(fā)展，使人們的信息溝通實(shí)現(xiàn)了“隨時(shí)隨地，同時(shí)也希望能夠隨時(shí)隨地了解目標(biāo)場(chǎng)所的狀況[6]庭開始誕生。提出一種基于ARM的圖像采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。它是以嵌入式點(diǎn)[7]護(hù)等各個(gè)方面都有著廣闊的應(yīng)用前景。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀圖像采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分:要從這個(gè)兩個(gè)方面進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。1.2.1圖像采集技術(shù)目前國(guó)內(nèi)外圖像采集與處理將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)PCI或其它總:充分利用了PC機(jī)豐富的軟硬件資源、易于開發(fā)等特點(diǎn)，它的缺點(diǎn)是:整個(gè)系統(tǒng)硬件連接復(fù)雜，不利于小型化，而且對(duì)人力、成本等要求較高[8][9]。隨著嵌入式微處理器技術(shù)的發(fā)展，嵌入式微處理器的運(yùn)算速度已經(jīng)大幅提統(tǒng)成本，系統(tǒng)功能易于擴(kuò)充，為系統(tǒng)再次功能擴(kuò)充留下了空間[10][11]。1.2.2圖像數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸目前國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)募夹g(shù)主要有:紅外線無(wú)線技術(shù)、藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)、GSM,CDMA,GPRS等[12]。(1)紅外線無(wú)線技術(shù)紅外線是波長(zhǎng)在750nm～1mm之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見長(zhǎng)在0.7um～25um之間[13]使用紅外線做信號(hào)載波的優(yōu)點(diǎn)很多:成本低、傳播范圍和方向及距離可以控制、不產(chǎn)生電磁輻射千擾，也不受干擾等等。隨著紅外線技術(shù)的日益成熟，標(biāo)準(zhǔn)的日益規(guī)范，紅外線在通訊上的應(yīng)用也就日益增多[14]。(2）藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)藍(lán)牙是一種技術(shù)的名稱，它來(lái)源于公元10世紀(jì)丹麥的一位國(guó)王Harold，他“Bluetooth"[15]內(nèi)容是建立全球通用的短距離無(wú)線電空中接口以及控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn);其目的備之間的無(wú)線通信[16]。(3)GSMGSM(GlobalSystemforMobilemunications)，即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，是世界采用的也是GSMGSM是第二代((2G)900MHz,1800MHz和1900MHz，我們國(guó)內(nèi)主要采用的是900MHz和1800MHz，簡(jiǎn)稱GSM900和DCS1800。頻帶寬度為25MHz(對(duì)900MHz頻段而言);通信方式為FDD頻分全雙工。雙工通信時(shí)收、發(fā)頻率間隔45MHz。信息數(shù)字結(jié)構(gòu)為時(shí)分多址幀結(jié)構(gòu)。每幀為一個(gè)載波，分為8個(gè)時(shí)隙，全速率信道8個(gè)，半速率信道16個(gè)；調(diào)制方式為高斯低通最小頻移鍵控(GMSK)，調(diào)制指數(shù)為0.3；采用數(shù)字話音，其編碼方式為規(guī)則脈沖激勵(lì)長(zhǎng)線性預(yù)測(cè)編碼(RPE-LTP)，速率為13kb/s；每時(shí)隙信道比特率為22.8kb/s，信道總速率為270.83kb/s9.6kb/s。GSM系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)((NSS)((BSS)以及移動(dòng)終端設(shè)備(MS)三大部分組成[17]。(4)CDMATDMACDMACDMA是一種以擴(kuò)頻通信為擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)，將原始用戶信息數(shù)據(jù)給恢復(fù)出來(lái)。(5)GPRSGPRS(GeneralPacketRadioService)BTCellnet公司最早在1993年提出，是GSMPhase2+規(guī)范定義實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一。它是一種基于GSM的面向用戶提供移動(dòng)分組的IP或者X.25連接的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)。GPRS沒(méi)有取代目前GSM網(wǎng)絡(luò)支持的CSD(電路交換數(shù)據(jù))和SMS(短消息)等業(yè)務(wù)，而是對(duì)目前GSM網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充。GPRS是GSM向3G系統(tǒng)演進(jìn)的重要一環(huán)，它既考慮GSM系統(tǒng)過(guò)渡到第三代WCDMAGPRS又稱為2.5GGPRS分組業(yè)務(wù)信道采用了與GSM不同的CS＿I～CS＿4等編碼方式(其數(shù)據(jù)速率分別為9.0Skbit/s,13.4kbit/s,15.6kbit/s,21.4kbit/s)。采用編碼方式為CS-4時(shí)，且無(wú)線環(huán)境良好，信道充足的情況下，可以實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)支持的理論最高速率171.2kbps，這種速率完全可以支持一些多媒體圖像傳輸業(yè)務(wù)等對(duì)帶寬要求較高CS＿3,CS＿4的接收參考靈敏度較低，這兩種編碼方式只有在距離基站較近且信號(hào)較好的地區(qū)才能夠真正使用。另外由于國(guó)內(nèi)GPRS的網(wǎng)絡(luò)用戶遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于CDMA，且GPRS的信號(hào)強(qiáng)度要好于CDMA，本系統(tǒng)選擇GPRS作為圖像數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸方式。1.3本課題的研究?jī)?nèi)容本課題針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外圖像監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀提出了一種基于ARM的圖像采集采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)。本課題的主要研究?jī)?nèi)容有:(1)搜集相關(guān)資料，分析目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的圖像采集系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。(2)進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的功能模塊劃分，選擇關(guān)鍵模塊器件的型號(hào)。(3)NANDFLASH接口電路、SDRAM接口電路、USB接口電路、DART接口電路、LCD接口電路的設(shè)計(jì)。(4)構(gòu)建基于Eclipse的嵌入式集成開發(fā)環(huán)境。(5)進(jìn)行嵌入式LinuxLinux內(nèi)核的移植和文件系統(tǒng)的移植。(6)進(jìn)行圖像采集程序的編寫。(7)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸程序的編寫。(8)進(jìn)行服務(wù)器端接收及控制程序設(shè)計(jì)。本課題提出的基于ARM及嵌入式linux環(huán)境下的圖像采集與傳輸系統(tǒng)具有低成本、低功耗、易布設(shè)、系統(tǒng)易擴(kuò)展等特點(diǎn)。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)功能描述本課題設(shè)計(jì)的基于ARM理器ARM據(jù)進(jìn)行JPEGGPRS還必須滿足低成本、低功耗的要求。2.2系統(tǒng)組成ARM為控制核心，以圖像傳感器為圖像數(shù)據(jù)的獲取設(shè)備，以GPRS模塊為圖像數(shù)據(jù)的發(fā)送設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可以分為三層:硬件層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用層。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示?？梢詫⑾到y(tǒng)劃分為五個(gè)主要部分:控制模塊、圖像采集模塊、GPRS模DMA方式將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)存緩沖區(qū)中，由軟件將圖像數(shù)據(jù)讀出并對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行JPEG壓縮和打包處理后存入Flash中，最后通過(guò)GPRS入式處理器ARM求，并要求系統(tǒng)的成本比傳統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng)低。2.3關(guān)鍵器件的選型2.3.1嵌入式微處理器ARM的選型ARM公司自從1990年在英國(guó)劍橋成立以來(lái)，在32位RISC(ReducedInstructionSetComputer)CPU經(jīng)從V3發(fā)展到V6。目前非常流行的ARM芯核有ARM7TDMI,StrongARM,ARM720T,ARM9TDMI,ARM922T,ARM940T,ARM946T,ARM966T,ARMIOTDMI等。另外ARM芯片還獲得了許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RealTimeOperatingSystem)供應(yīng)商的支持，比較著名的有WindowsCE,Linux,pSOS、VxWorks,Nucleus,EPOC,uC/OS、Beos等[18]。我們?cè)谶x擇ARM芯片時(shí)主要參考以下因素:(1)ARM芯核如果希望使用嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)減少軟件開發(fā)時(shí)間，就需要選擇ARM720T以上帶有MMU(MemoryManagementUnit)功能的ARM芯片。目前只有uCLinux等少數(shù)幾種Linux不需要MMU的支持。(2)功能不同的系統(tǒng)需要各不相同，在選取就需要考慮處理器本身所能支持的功能，如USB,DART、液晶顯示等。(3)性能主要是從處理器的功耗、運(yùn)算速度、穩(wěn)定可靠性等方面考慮。(4)價(jià)格圍芯片等。(5)熟悉程度和開發(fā)資源處理器。(6)是否可升級(jí)理器，并考慮系統(tǒng)未來(lái)可能會(huì)增加的功能。(7)供貨穩(wěn)定性S3C2440作為嵌入式微處理器。S3C2440采用了ARM920T的內(nèi)核，0.13um的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元，芯片內(nèi)部集成了16KB的指令Cache和16KB的數(shù)據(jù)Cache，外部存儲(chǔ)控制器，LCD控制器，4通道DMA并有外部請(qǐng)求引腳，3通道DART,2通道SPI,1通道IIC-BUS接口，AC97解碼器接口，2端口USB主機(jī)//1端口USB設(shè)備，4通道PWM定時(shí)器和18通道10位ADC和觸摸屏接口等[19]。2.3.2圖像采集模塊的選型目前主要的圖像傳感器分兩類:CCD(ChargeCoupledDevice)和CMOS(ComplementaryMetallicOxideSemiconductor)CCD使用一種高感光度的半需要對(duì)圖像進(jìn)行處理。CCD主要由一個(gè)類似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片，以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。CMOS也是一種可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)相比較與CCD是利用硅和鍺這兩種元素做成，使其在CMOS上共存著帶N(帶負(fù)電)和P(帶正電)級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。在相同分辨率下，CMOS的價(jià)格比CCD便宜的多，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來(lái)說(shuō)要低一些[20]CCD作為感應(yīng)器;CMOSCCDCMOS的優(yōu)勢(shì)之一在于電源消耗量比CCD低，CCD為了提供高質(zhì)量的影像品質(zhì)，付出代價(jià)但CMOS3.3VCCD低的多。CMOS的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是與周邊電路的整合性高，可將ADC與信號(hào)處理器整合在一起，使體積大幅縮小。與PC環(huán)境下相比，嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中資源十分有限，另外從成本、電路設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)度、電源消耗量等方面考慮，本課題選擇采用基于CMOS圖像傳感器作為感光器件及中星微301微處理芯片的USB接口攝像頭作為系統(tǒng)的圖像采集模塊。中星微301系列USB接口攝像頭可以在320×240和640×480及800×600的分辨率下輕松的達(dá)到30fps/s的速度，30頻畫面或圖像的清晰、流暢。2.3.3GPRS模塊的選型目前無(wú)線通信品種較多，常見的無(wú)線模塊分成GPRS,CDMA,GSM,EDGE等模塊。這些無(wú)線模塊廣泛應(yīng)用于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，電力GPRS(CDMA)通信系統(tǒng)、鐵路GPRS(CDMA)通信系統(tǒng)，無(wú)線監(jiān)控，GPRS智能交通系統(tǒng)等無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域等行業(yè)。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常見的無(wú)線模塊品牌主要有:西門子、華為、摩托羅拉、飛圖、展迅、Enfora、明基、SIMCOM,Wave等。本課題選用Wave公司的GPRS模塊Q2406B，如圖2-2所示。圖2-2Q2406實(shí)物圖GPRS模塊Q2406B是一塊雙頻GSM/GPRS模塊，內(nèi)嵌協(xié)議棧，執(zhí)行ETSIGSMPhase2+4()1(/1900MHz)外部3V/SVSIMGPRS模塊Q2406這樣就節(jié)省了大量的軟件開發(fā)時(shí)間[21]。2.4嵌入式操作系統(tǒng)的選型選擇linux的原因有：(1)Linux體的硬件上，加快了軟件與硬件的開發(fā)過(guò)程。(2)Linux可以隨意地配置，不需要任何的許可證或商家的合作關(guān)系。(3)它是免費(fèi)的，源代碼可以得到。這是最吸引人的。毫無(wú)疑問(wèn)，節(jié)省大量的開發(fā)費(fèi)用。(4)Linux它本身內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)支持。(5)Linux的高度模塊化使添加部件非常容易。(6)Linux在臺(tái)式機(jī)上的成功，使大家看到了linux在嵌入式系統(tǒng)中的輝煌前景。2.5本章小結(jié)ARM的圖像采集與無(wú)GPRS式Linux，以及選擇嵌入式Linux作為系統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)的原因。第3章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)以嵌入式微處理器S3C2440USB接口攝像頭獲取圖像數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)S3C2440的壓縮處理后，利用串口將圖像數(shù)據(jù)送至GPRS模塊Q2406B發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。系統(tǒng)的硬件框圖如圖3-1所示。3.2NANDFLASH接口電路設(shè)計(jì)3.2.1NANDFLASH和S3C2440NANDFLASH控制器分析NANDFLASH在嵌入式系統(tǒng)中的地位與PC統(tǒng)電源關(guān)閉后NANDFLASH中的數(shù)據(jù)可以在掉電狀態(tài)下永久保存。本課題選用的NANDFLASH芯片是三星公司生產(chǎn)的容量為64MB的K9F1208UOM[22]K9F1208UOM的封裝及外部引腳如圖3-2所示。圖3-3K9F1208UOM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖K9F1208UOM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為10個(gè)功能部件:(1)X-BuffersLatche&Decoders:用于行地址（2）YBuffersLatche&Decoders:用于行地址。（3）CommandRegister:用于命令字。（4）ControlLogic&HighVoltageGenerator:控制邏輯及產(chǎn)生Flash所需高壓。(5)NandFlash:存儲(chǔ)部件。(6)PageRegister&S/A:頁(yè)寄存器，當(dāng)讀、寫某頁(yè)時(shí)，會(huì)將數(shù)據(jù)先讀入/寫入此寄存器，大小為528字節(jié)。(7)YGating。(8)I/OBuffers&Latches。(9)GlobalBuffers。(10)OutputDriver。K9F1208UOM的容量為64MX8bit131072行(頁(yè))528列;每一頁(yè)大小為512字節(jié)，外加16字節(jié)的額外空間。K9F1208UOM的命令、地址、數(shù)據(jù)都通過(guò)8個(gè)I/O口輸入/K9F1208UOM容量。寫入命令、地址或數(shù)據(jù)時(shí)，都需要將WE#,CE#信號(hào)同時(shí)拉低。數(shù)據(jù)在WE#信號(hào)的上升沿被NANDFlash存;命令鎖存信號(hào)CLE、地址鎖存信號(hào)ALE用來(lái)分辨、NANDFlash/寫數(shù);[23]S3C2440的NANDFlash控制器提供了NFCONF,NFCONT,NFCMMD,NFADDR,NFDATA,NFSTA'IECC有關(guān)的寄存器。NANDFlash的讀寫操作順序如下:(1)設(shè)置NFCONF,NFCONT寄存器，配置NANDFlash。(2)向NFCMD寄存器寫入命令。(3)向NFADDR寄存器吸入地址。(4)讀/寫數(shù)據(jù):寄存器寫入地址。通過(guò)寄存器NFSTAT檢測(cè)NANDFlash的狀態(tài)，在啟動(dòng)某個(gè)操作后，檢測(cè)R/nB信號(hào)以確定該操作是否完成、是否成功。3.2.2NANDFLASH接口電路S3C2440與K9F1208UOM的接口電路如圖3-4所示。圖3-4K9F1208UOM與S3C2400的連線圖如圖3-4所示，K9F1208UOM與S3C2440的連線有:8個(gè)v0引腳(voowo}>,S個(gè)使能信號(hào)((nWE,ALE,CLE,nCE,nRE),1個(gè)狀態(tài)引腳(RDY/B)，另外還有1個(gè)寫保護(hù)引腳((nWP)8個(gè)I/O引腳傳輸。3.3SDRAM接口電路設(shè)計(jì)3.3.1S3C2440存儲(chǔ)控制器分析S3C2440:支();每個(gè)BANK的地址空間為128MB，總共1GB(BBANKs)(832-bit)BANKO只能選擇兩種位寬(8/16-bit)8個(gè)BANK}BANKO～BANKS可以支持外接ROM,SRAM等，BANK6～BANK7除可以支持ROM,SRAM外，還支持SDRAMBANKO～BANK6共7個(gè)BANK的起始地址是固定的；BANK7的起始地址可編程選擇;BANK6,BANK的地址空間大小是可編程控制的；每個(gè)BANK的訪問(wèn)周期均可編程控制；可以通過(guò)外部的“wait”信號(hào)延長(zhǎng)總線的訪問(wèn)周期;在外接SDRAMS3C2440在系統(tǒng)復(fù)位后的存儲(chǔ)控制器的地址空間分布如圖3-5所示3.3.2SDRAM的選擇及接口電路設(shè)計(jì)目前SDRAMSDRAM芯片對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)也是十分重要的。選用的是兩片三星公司生產(chǎn)的K4S561632A(4M×16bit×4Banks)。通過(guò)并聯(lián)兩片16位的K4S561632A從而組成32位的位寬，與S3C2440的32(DATAO～DATA1)相連。S3C2440的存儲(chǔ)控制器中BANK6為擴(kuò)展SDRAM所用，因?yàn)锽ANK6的起始地址為0x0,所以系統(tǒng)中SDRAM的起始地址也為Ox0。圖3-6兩片K4S561632A與S3C2440的連線圖3.4USB接口電路設(shè)計(jì)S3C2440中集成了2個(gè)USB主機(jī)接口和1個(gè)USB設(shè)備接口。USB主機(jī)接口遵從OHCIRev.1.0USBVerl.l標(biāo)準(zhǔn)。USB設(shè)備接口具備5個(gè)Endpoint兼容USBVerl.lUSB接口攝像頭需要USB1個(gè)USB主機(jī)接口就可以了，另外，為了便于系統(tǒng)調(diào)試，再增加1個(gè)USB設(shè)備接口，用來(lái)下載嵌入式Linux鏡像使用。S3C2440中擴(kuò)展USB接口十分方便，只要按照USBVerl.l標(biāo)準(zhǔn)連接即可[24]。圖3-7S3C2440與USB設(shè)備的鏈接框圖3.5UART接口電路設(shè)計(jì)S3C2440中集成了3個(gè)相互獨(dú)立的DART(IrDAI.0,64字節(jié)TxFIFO和64字節(jié)RxFIFO)，每個(gè)DART都可以單獨(dú)地在中斷或是DMA模式下操作，也就是說(shuō)DART可以生產(chǎn)一個(gè)中斷或DMA請(qǐng)求用于CPU和DART之間的數(shù)據(jù)傳輸。UART使用系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)可以支持最高115.2Kbps的波特率。如果外部設(shè)備提供UEXTCLK給UART，則DART可以工作在更高的速率。S3C2440可以通過(guò)RS232-C標(biāo)準(zhǔn)接口很容易實(shí)現(xiàn)和其他設(shè)備、模塊的連接，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出。本系統(tǒng)中DART接口的主要用途是連接GPRS模塊Q2406B。由于RS232-C標(biāo)準(zhǔn)與S3C2440中所定義的高、MAX3232來(lái)實(shí)現(xiàn)。DART接口電路框圖：圖3-8DATR的接口電路框圖3.6LCD的選擇及接口電路設(shè)計(jì)S3C2440中集成了LCD控制器，被用來(lái)向LCD傳輸圖像數(shù)據(jù)，并提供必要的控制信號(hào)，比如VFRAME,VLINE,VCLK,VM等。S3C2440支持兩種LCD:TFTLCD和STNLCD(BPP表示bitperpixel其顏色)。(1)TFT(Thin-FilmTransistor薄膜晶體管)LCDTFTLCD支持單色(1BPP),4級(jí)灰度(2BPP),16級(jí)灰度(4BPP),256色(BBPP)的調(diào)色板顯示模式;支持64K(16BPP)和16M(24BPP)色非調(diào)色板顯示模式;支持分辨率為640X480,320X240及其他多種規(guī)格的LCD;虛擬屏幕最大可達(dá)4MB;對(duì)于64K色，分辨率有2048X1024等多種。（2STN(SuperTwistedNematic)LCDSTNLCD支持3:4位單掃描、4位雙掃描和8位單掃描;支持單色(1BPP),4級(jí)灰度(2BPP)和16級(jí)灰(4BPP);支持256(8BPP)和4096(12BPP)彩色STN(CSTN);支持分辨率為640×480,320×240,160×160以及其他規(guī)格的多種LCD、虛擬屏幕最大可達(dá)4MB:對(duì)于256色，分辨率有4096×1024,2048×2048,1024×4096等多種。S3C2440集成的LCD控制器除了提供驅(qū)動(dòng)STNLCD,TFTLCD所需的所有信號(hào)，另外，還特別提供額外的信號(hào)以支持SEC公司((SamsungElectronicsCompany)生產(chǎn)的TFTLCD(稱為SECTFTLCDs)。S3C2440LCD控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖REGBANK是LCD控制器的寄存器組，含17個(gè)寄存器及一塊256X16的調(diào)色板LCDCDMA則是LCD控制器專用的DMACPU的干涉。VIDPRCS將LCDCDMA中的數(shù)據(jù)組合成特點(diǎn)的格式，比如4位單掃描等，然后從VD[0:23)發(fā)送給LCDTIMEGEN和LPC3600負(fù)責(zé)產(chǎn)生LCD屏所需要的控制VSYNC,HSYNC,VCLK,VDENVIDEOMUX送給LCDLPC3600專用于SECTFTLCD。為增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，特意采用一個(gè)50口的LCD接口將S3C2440LCD控制器提供的LCD控制信號(hào)全部引出，只需要通過(guò)對(duì)LCD控制器編程即可支持不同廠家生產(chǎn)的多種LCDLCD接口如圖3-10所示。圖中LEND為行結(jié)束信號(hào)，VCLK為L(zhǎng)CD時(shí)鐘信號(hào)，VLINE,VFRAME,VM為L(zhǎng)CDVSYNC,HSYNC,VDEN為L(zhǎng)CD提供垂直同步信號(hào)、水平同步信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸開始信號(hào)，LCDLPCOE,LCDLPCREV,LCDLPCREVB為L(zhǎng)CD提供時(shí)鐘控制信號(hào)，LCDPOWER為L(zhǎng)CD提供SV的直流電源[25]。另外，TSXM,TSXP,TSYM,TSYP為觸摸屏控制信號(hào)。3.7本章小結(jié)本章首先介紹了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，按照劃分的硬件系統(tǒng)模塊依次對(duì)NANDFLASH接口、SDRAM接口、USB接口、DART接口及LCD接口的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的討論。第4章基于Eclipse的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1構(gòu)建基于Eclipse的嵌入式軟件集成開發(fā)環(huán)境Eclipse是著名的跨平臺(tái)的集成開發(fā)環(huán)境((IDE)，最初是由IBM公司開發(fā)替代商業(yè)軟件VisualAgeForJava的下一代開發(fā)環(huán)境。2001年，IBM將Eclipse貢獻(xiàn)給開源社區(qū)，現(xiàn)在由Eclipse基金會(huì)管理。2005年7月，Eclipse穩(wěn)定版3.1.0發(fā)布。Eclipsejava多插件的支持使得Eclipse同樣可以用來(lái)開發(fā)其他的語(yǔ)言，如c/c++,c#,pert,cobol的等等。cdt(c/c++developmenttoolkit)就是支持c/c一開發(fā)的插件。許多軟件開發(fā)商也以Eclipse為框架推出了自己的集成開發(fā)環(huán)境。(WindRiver)公司開發(fā)的嵌入式IDE()IDEWorkbench2.0就是基于Eclipse平臺(tái)設(shè)計(jì)的。Eclipse是一個(gè)開放源代碼的，基于插件(plug-in)的擴(kuò)展性框架的最大的特點(diǎn)就是可擴(kuò)展性。Eclipse的擴(kuò)展性是通過(guò)擴(kuò)展點(diǎn)機(jī)制Eclipse的另一個(gè)重要的特點(diǎn)就是易升級(jí)性?；贓clipse的集成開發(fā)環(huán)境具有Eclipse在EclipseEclipse就完成了對(duì)插件的升級(jí)。4.2嵌入式linux系統(tǒng)的移植4.2.1系統(tǒng)引導(dǎo)程序Bootloader的移植Bootloader的bootloader:PC上通過(guò)串口或網(wǎng)絡(luò)下載下載文件、燒寫文件、將Flash上壓縮的文件解壓后再運(yùn)行等功能。對(duì)于ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器，上電后處理器從地址0x0開始執(zhí)行第一條指令，所以需要把存儲(chǔ)器中Bootloader的地址映射到0x0，這樣ARM上電后Bootloader就開始執(zhí)行。Bootloader的啟動(dòng)過(guò)程可以分為單階段(Singestage)、多階段(Multi-stage)Bootloader雜的功能以及更好的可移植性。常見的Bootloader的基本上都是兩階段的啟動(dòng)CPUC植性[26]。4.2.2移植linux內(nèi)核LinuxLinux內(nèi)核的移植對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等都有Linux內(nèi)核逐步轉(zhuǎn)向2.6用的Linux內(nèi)核版本是Linux-。Linux的啟動(dòng)過(guò)程可以分為兩部分:與Linux的啟動(dòng)過(guò)程稍有ARM架構(gòu)處理器上的啟動(dòng)過(guò)程如圖4-1startkernel步驟:(1)連接內(nèi)核時(shí)使用的虛擬地址，所以要設(shè)置頁(yè)表、使能MMU。(2)調(diào)用C函數(shù)startkernel之前的常規(guī)工作，包括復(fù)制數(shù)據(jù)段、清楚數(shù)據(jù)段、清楚BSS段、調(diào)用startkernel函數(shù)。第二階段的關(guān)鍵代碼主要使用C調(diào)用restinit函數(shù)啟動(dòng)init過(guò)程，創(chuàng)建系統(tǒng)第一個(gè)進(jìn)程:init進(jìn)程。在分析Linux在ARMLinux內(nèi)核在本系統(tǒng)使用的S3C2440上實(shí)現(xiàn)移植的過(guò)程。登錄Linux內(nèi)核官方網(wǎng)站(/)下載Linux內(nèi)核源碼壓縮包。解壓后即可得到Linux內(nèi)核源碼，執(zhí)行如下命令即可:$tarxjflinux-.2//執(zhí)行完畢后即可得到文件夾Linux-0對(duì)于ARM架構(gòu)的嵌入式微處理器，與其體系相關(guān)的代碼在Linux內(nèi)核源碼包的子目錄archLinux內(nèi)核的移植工作主要就是修改這個(gè)目錄下的文件。移植的主要步驟如下：(1)首先修改頂層Makefile，配置、編譯內(nèi)核以確定所下載的內(nèi)核源碼包可以被正確的編譯。如下所示:將185ARCH?=$(SUBARCH)//185為代碼行號(hào)，下同186CROSS＿COMPILE？=修改為:185ARCH?=arm186CROSSCOMPILE?=arm-linux然后執(zhí)行make命令配置內(nèi)核:makesmdk2410_defconfig//smdk2410_defconfig位于archconfigs/目錄下。最后執(zhí)行makeuImagevmlinux可以在archboot/目錄中生成U-Boot格式的內(nèi)核映像文件uImageo通過(guò)前面已經(jīng)移植的U-Boot來(lái)測(cè)試剛剛生成的內(nèi)核映像文件是否正確。測(cè)試通過(guò)后，即可向下進(jìn)行移植工作了。(2)修改內(nèi)核。在本系統(tǒng)移植過(guò)程中對(duì)內(nèi)核代碼的修改主要是修改系統(tǒng)晶振頻率，使之與本系統(tǒng)所使用的晶振頻率相符。需要修改的文件為:archmach-s3c2440/mach-s3c2440.c。將:s3c24xx一nitclocks(0);修改為:s3c24xx_initclocks();(3)修改MTD分區(qū)。MTD(MemoryTechnologyDevice)，即內(nèi)存技術(shù)設(shè)備，是Linux中對(duì)ROM,NORFlash,NANDFlash的訪問(wèn)接口:;屏蔽了底層硬件的操作、各類存儲(chǔ)設(shè)備的差異。需要修改的文件為:archplat-s3c24xx/mon-smdk.c,主要修改的是該文件中的smdk一defaultnand_partNANDFlash的戈d分為:前2MB用于存放Linux內(nèi)核，剩下的空間用來(lái)存放、'AFFS文件系統(tǒng)。修改后的smdk_defaultnand_part結(jié)構(gòu)如下:staticstructmtd-partitionsmdkdefaultnand-part[]={[0]={.name="kernel".size="SIZE2M".offset=0,}[1]={.name=nYa}S".offset=MTDPARTOFSAPPEND.size=MTDPARTSIZFULL}}MTDPARTOFSAPPEND表示當(dāng)前分區(qū)緊接著上一個(gè)分區(qū)，MTDPARTSIZFULL表示當(dāng)前分區(qū)的大小為剩余的Flash空間。(4)配置Linux內(nèi)核?！癿akemenuconfig”命令來(lái)配置內(nèi)核了。在配置本系統(tǒng)要使用的內(nèi)核時(shí)，主要要選擇如下幾項(xiàng):選擇Systemtype--S3C2440Machines。選定系統(tǒng)所用CPU類型。選擇Multimediadevices--VideoforLinux。此項(xiàng)為Video4Linux編程接口函數(shù)提供支持。選擇USBSupport,OHCI,UHCI。這幾項(xiàng)為US