基于Cortex處理芯片+Linux操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)碼照相機(jī)系統(tǒng)

緒論1.1背景隨著數(shù)碼相機(jī)的盛行，傳統(tǒng)相機(jī)逐漸退出歷史的舞臺(tái)。對(duì)于數(shù)碼相片的欣賞和擺設(shè)，人們一般只能通過(guò)PC機(jī)，極其不方便。數(shù)碼相框正是迎合這種需求，它體積小，能隨時(shí)更換相片，并具有USB主機(jī)功能，能夠即插即用，擁有較大的存儲(chǔ)空間。1.2數(shù)碼相框的特點(diǎn)1.3系統(tǒng)開(kāi)發(fā)目標(biāo)本設(shè)計(jì)結(jié)合了使用Cortex處理芯片的開(kāi)發(fā)板和源代碼開(kāi)放的嵌入式Linux操作系統(tǒng)共同建立的平臺(tái)設(shè)計(jì)了數(shù)碼照相機(jī)系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)的功能有對(duì)多種格式相片在800×480觸摸LCD上顯示、USB主機(jī)讀取功能、對(duì)攝像頭采集的視頻流進(jìn)行截圖（拍照）等功能。1.4設(shè)計(jì)路線及開(kāi)發(fā)工具1.4.1設(shè)計(jì)路線本系統(tǒng)將按照軟件工程管理思想對(duì)軟件的研究、可行性分析、需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼、實(shí)施、維護(hù)各階段進(jìn)行嚴(yán)格的控制。保證系統(tǒng)開(kāi)發(fā)質(zhì)量。根據(jù)數(shù)碼相框系統(tǒng)所需要的硬件配置和開(kāi)發(fā)目標(biāo)，查閱相關(guān)的資料，深入研究開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)所需要的相關(guān)理論知識(shí)和所需的硬件環(huán)境，通過(guò)需求分析來(lái)確定該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。1.4.2開(kāi)發(fā)工具硬件配置名稱(chēng)說(shuō)明CPUs5pv210，DDR2-800數(shù)據(jù)傳輸頻率800MHz，外部時(shí)鐘頻率200MHz，內(nèi)部時(shí)鐘頻率100MHz，nandfalsh外部時(shí)鐘頻率133MHz內(nèi)核ARMCortex-A8FLASH256MBSLCNANDFLASH內(nèi)存512MBDDR2USB4個(gè)USBHost2.0接口，1個(gè)USBOTG2.0接口網(wǎng)口1個(gè)串口2串口調(diào)試接口20-pin，2.54mm標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口攝像頭接口兩個(gè)，支持最大12M(8192x8192)接口8-bitITU601/656和MPDI/CSISD接口4MATAinterface標(biāo)準(zhǔn)CAMERA接口2個(gè)，獨(dú)立I/O8路I/OLCD7寸TFT-LCD屏觸摸屏LCD電容屏A/D轉(zhuǎn)換器10bit電壓0-3V蜂鳴器1個(gè)led燈2個(gè)用戶，一個(gè)電源顯示JTAG接口標(biāo)準(zhǔn)用戶擴(kuò)展接口2路SPI接口，2路IIC接口，3路PWM，4路UART，6路ADC，1路SDIO接口和其它用戶擴(kuò)展IOPCB板層8層userkey8個(gè)電源供電+5/2A工作溫度-20～+70度軟件配置名稱(chēng)說(shuō)明操作系統(tǒng)Linux-2.6.14ubuntu12.04LTS內(nèi)核版本linux-3.0.8開(kāi)發(fā)工具GNU工具啟動(dòng)代碼u-boot-2010.03驅(qū)動(dòng)程序所有硬件驅(qū)動(dòng)文件系統(tǒng)根文件系統(tǒng)采用cramfs，用戶文件系統(tǒng)采用yaffs2，nfs文件系統(tǒng)協(xié)議棧TCP/IPPPP，tftp，nfs1.5嵌入式系統(tǒng)環(huán)境搭建1.5.1arm-gcc交叉編譯工具鏈的安裝和使用在官網(wǎng)下載arm-gcc的源碼解壓工具鏈的壓縮包c(diǎn)d~tarxvfarm-cortex_a8-linux-gnueabi.tar.bz2環(huán)境變量的添加 修改文件/etc/bash.bashrc添加如下內(nèi)容 exportPATH=$PATH:/home/linux/arm-cortex_a8/bin 重啟配置文件 $source/etc/bash.bashrc工具鏈的測(cè)試arm-cortex_a8-linux-gnueabi-gcc–v1.5.2u-boot的燒寫(xiě)及使用SD啟動(dòng)盤(pán)制作將第一天/SD卡啟動(dòng)制作工具/sd_fusing拷貝到Linux下將SD卡插入電腦并識(shí)別進(jìn)入sd_fusing執(zhí)行如下操作$make$chmod777sd_fusing.sh$sudo./sd_fusing.sh/dev/sdb（sdb為sd卡在ubuntu的設(shè)備節(jié)點(diǎn)）u-boot的燒寫(xiě)運(yùn)行串口通信程序(putty)關(guān)閉開(kāi)發(fā)板電源，將撥碼開(kāi)關(guān)SW2調(diào)至0110(SD啟動(dòng)模式)后打開(kāi)電源將剛才做好的SD啟動(dòng)盤(pán)插入SD卡插槽重新打開(kāi)開(kāi)發(fā)板能夠看到如下界面設(shè)置板子環(huán)境變量#setenvserverip00//和ubuntuip一直#setenvipaddr00 //板子的ip不要和windows和Ubuntu沖突將第一天/鏡像文件/u-boot.bin拷貝到ubuntu的/tftpboot目錄下燒寫(xiě)#tftp20008000u-boot.bin#nanderase0100000#nandwrite200080000100000關(guān)閉開(kāi)發(fā)板電源，將撥碼開(kāi)關(guān)SW2調(diào)至1000(NAND啟動(dòng)模式)后打開(kāi)電源可以看到如下界面表示燒寫(xiě)成功通過(guò)網(wǎng)絡(luò)加載內(nèi)核和文件系統(tǒng)將第一天/鏡像文件/zImage拷貝到ubuntu的/tftpboot下將第一天/鏡像文件/rootfs.tar.bz2拷貝到ubuntu的/source下并解壓修改虛擬機(jī)nfs配置文件/etc/exports，添加如下內(nèi)容并重啟nfs服務(wù)source/rootfs*(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)重新驅(qū)動(dòng)nfs服務(wù)$sudo/etc/init.d/nfs-kernel-serverrestart設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)#setenvbootcmdtftp20008000zImage\;go20008000#setenvbootargsroot=nfsnfsroot=00:/source/rootfsip=00init=/linuxrcconsole=ttySAC0,115200#saveenv啟動(dòng)開(kāi)發(fā)板看到如下現(xiàn)象表示成功通過(guò)網(wǎng)絡(luò)掛載：1.5.3內(nèi)核的配置和編譯 解壓內(nèi)核將linux-3.0.8.tar.bz2拷貝到/home/linux下并解壓$tarxvflinux-3.2.tar.bz2$cdlinux-3.0.8修改內(nèi)核頂層目錄下的Makefile$vimMakefile修改：ARCH ?=$(SUBARCH)CROSS_COMPILE ?=$(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)為：ARCH ?=armCROSS_COMPILE ?=arm-cortex_a8-linux-gnueabi-拷貝標(biāo)準(zhǔn)板配置文件$makes5pv210_defconfig配置內(nèi)核$makemenuconfig SystemType---> (0)S3CUARTtouseforlow-levelmessages該命令執(zhí)行時(shí)會(huì)彈出一個(gè)菜單，我們可以對(duì)內(nèi)核進(jìn)行詳細(xì)的配置。這里我們先查看一下，內(nèi)核都提供了那些功能！編譯內(nèi)核$makezImage通過(guò)上述操作我們能夠在arch/arm/boot目錄下生成一個(gè)zImage文件，這就是經(jīng)過(guò)壓縮的內(nèi)核鏡像。1.5.4嵌入式文件系統(tǒng)的移植一、根文件系統(tǒng)制作 源碼下載我們選擇的版本是busybox-1.17.3.tar.bz2下載路徑為：/downloads/解壓源碼$tarxvfbusybox-1.17.3.tar.bz2進(jìn)入源碼目錄$cdbusybox-1.17.3配置源碼$makemenuconfigBusyboxSettings---> BuildOptions---> [*]BuildBusyBoxasastaticbinary(nosharedlibs) []ForceNOMMUbuild []BuildwithLargeFileSupport(foraccessingfiles>2GB) (arm-cortex_a8-linux-gnueabi-)CrossCompilerprefix ()AdditionalCFLAGS編譯$make安裝busybox默認(rèn)安裝路徑為源碼目錄下的_install$makeinstall進(jìn)入安裝目錄下$cd_install$lsbinlinuxrcsbinusr創(chuàng)建其他需要的目錄$mkdirdevetcmntprocvartmpsysroot添加庫(kù)將工具鏈中的庫(kù)拷貝到_install目錄下$cp/home/linux/arm-cortex_a8-linux-gnueabi/lib/sysroot/lib./-a刪除靜態(tài)庫(kù)和共享庫(kù)文件中的符號(hào)表$rmlib/*.a$rmlib/*.la$arm-cortex_a8-linux-gnueabi-striplib/*刪除不需要的庫(kù)，確保所有庫(kù)大小不超過(guò)4M$du-mhlib/添加系統(tǒng)啟動(dòng)文件在etc下添加文件inittab，文件內(nèi)容如下：#thisisrunfirstexceptwhenbootinginsingle-usermode.::sysinit:/etc/init.d/rcS#/bin/shinvocationsonselectedttys#startan"askfirst"shellontheconsole(whateverthatmaybe)::askfirst:-/bin/sh#stufftodowhenrestartingtheinitprocess::restart:/sbin/init#stufftodobeforerebooting::ctrlaltdel:/sbin/reboot在etc下添加文件fstab，文件內(nèi)容如下：#devicemount-point type optionsdumpfsckorderproc /proc proc defaults 0 0tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0sysfs /sys sysfs defaults 0 0tmpfs /dev tmpfs defaults 0 0 這里我們掛載的文件系統(tǒng)有三個(gè)proc、sysfs和tmpfs。在內(nèi)核中proc和sysfs默認(rèn)都支持，而tmpfs是沒(méi)有支持的，我們需要添加tmpfs的支持修改內(nèi)核配置：Filesystems---> Pseudofilesystems---> [*]Virtualmemoryfilesystemsupport(formershmfs) [*]TmpfsPOSIXAccessControlLists重新編譯內(nèi)核 在etc下創(chuàng)建init.d目錄，并在init.d下創(chuàng)建rcS文件，rcS文件內(nèi)容為：#!/bin/sh#Thisisthefirstscriptcalledbyinitprocess/bin/mount-aecho/sbin/mdev>/proc/sys/kernel/hotplug/sbin/mdev-s 為rcS添加可執(zhí)行權(quán)限： $chmod+xinit.d/rcS 在etc下添加profile文件，文件內(nèi)容為：#!/bin/shexportHOSTNAME=farsightexportUSER=rootexportHOME=rootexportPS1="[$USER@$HOSTNAME\W]\#"PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbinLD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATHexportPATHLD_LIBRARY_PATH重要：新制作的文件系統(tǒng)尺寸若超出8M，刪除不需要的庫(kù)文件 二、NFS測(cè)試 1、刪除原先的/source/rootfs $sudorm-rf/source/rootfs 2、將我們新建的根文件系統(tǒng)拷貝到/source/rootfs目錄下$sudomkdir/source/rootfs $sudocp_install/*/source/rootfs–a 3、設(shè)置uboot環(huán)境變量#setenvbootcmdtftp20008000zImage\;go20008000#setenvbootargsroot=nfsnfsroot=00:/source/rootfsinit=/linuxrcconsole=ttySAC0,115200ip=00#saveenv重新啟動(dòng)開(kāi)發(fā)板，查看是否能夠正常掛載，功能是否正常1.6論文結(jié)構(gòu)緒論本章主要是對(duì)數(shù)碼相框系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)背景和設(shè)計(jì)思路的一個(gè)總體闡述。相關(guān)技術(shù)介紹本章主要是對(duì)數(shù)碼相框系統(tǒng)所需要的一些技術(shù)性的點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)統(tǒng)一的闡述。系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)可行性分析系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)語(yǔ)相關(guān)技術(shù)介紹2.1基于CortexA8的嵌入式系統(tǒng)介紹嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。主要有系統(tǒng)內(nèi)核小，專(zhuān)用性強(qiáng)，系統(tǒng)精簡(jiǎn)，高實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)軟件(OS)等特點(diǎn)。2.2圖像處理技術(shù)介紹我們都知道，一個(gè)圖片是由一個(gè)一個(gè)像素組成的，而一個(gè)個(gè)的像素都是由紅，綠，藍(lán)三種顏色組合而成。常用的圖片格式處理如下：BMP是位圖的存儲(chǔ)格式,JPG是照片的存儲(chǔ)格式,GIF是閃圖的存儲(chǔ)格式,PNG是一種無(wú)損壓縮圖片的格式。JPG格式是最常用的圖像文件格式，是一種有損壓縮格式，能把圖像壓縮在很小的存儲(chǔ)空間，圖像中重復(fù)或不重要的資料會(huì)被丟失。JPEG格式壓縮的主要是高頻信息，對(duì)色彩的信息保留較好，適合應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)，減少圖片傳輸時(shí)間，可以支持24bit真彩色，也普遍應(yīng)用于需要連續(xù)色調(diào)的圖像。PNG是網(wǎng)景公司開(kāi)發(fā)的支持新一代WWW標(biāo)準(zhǔn)而制定的較為新型的圖形格式，它綜合了JPG和GIF格式的優(yōu)點(diǎn)，支持24bit色彩（256*256*256），壓縮不失真并支持透明背景和漸顯圖像的制作，所以稱(chēng)它為傳統(tǒng)GIF的替代格式。在Web頁(yè)面中，瀏覽器支持的格式有JPG、GIF和PNG。2.3Framebuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)技術(shù)介紹在多媒體應(yīng)用的推動(dòng)下，彩色LCD越來(lái)越多地應(yīng)用到了嵌入式系統(tǒng)中，掌上電腦（PDA）、手機(jī)等多采用TFT顯示器件，支持彩色圖形界面，能顯示圖片并進(jìn)行視頻媒體播放。幀緩沖（Framebuffer）是Linux為顯示設(shè)備提供的一個(gè)接口，它允許上層應(yīng)用程序在圖形模式下直接對(duì)顯示緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。幀緩沖（framebuffer）是Linux系統(tǒng)為顯示設(shè)備提供的一個(gè)接口，它將顯示緩沖區(qū)抽象，屏蔽圖像硬件的底層差異，允許上層應(yīng)用程序在圖形模式下直接對(duì)顯示緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。用戶不必關(guān)心物理顯示緩沖區(qū)的具體位置及存放方式，這些都由幀緩沖設(shè)備驅(qū)動(dòng)本身來(lái)完成。對(duì)于幀緩沖設(shè)備而言，只要在顯示緩沖區(qū)中與顯示點(diǎn)對(duì)應(yīng)的區(qū)域?qū)懭腩伾?，?duì)應(yīng)的顏色會(huì)自動(dòng)在屏幕上顯示，2.4USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)技術(shù)介紹2.5進(jìn)程間通信技術(shù)介紹進(jìn)程是操作系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的概念，程序的運(yùn)行是通過(guò)進(jìn)程來(lái)完成的，在本系統(tǒng)中，我們用到了進(jìn)程間通信技術(shù)的異步通知。異步通知的意思就是一旦系統(tǒng)設(shè)備準(zhǔn)備好以后就主動(dòng)的通知應(yīng)用程序，這樣，應(yīng)用程序就不用查詢系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)了。異步通知意味著設(shè)備通知應(yīng)用程序自身可訪問(wèn)。一個(gè)用戶在用戶空間處理一個(gè)設(shè)備釋放的信號(hào)，需要以下三個(gè)步驟：(1)通過(guò)F_SETOWN控制指令設(shè)置設(shè)備文件的擁有者為本進(jìn)程,這樣從設(shè)備驅(qū)動(dòng)中發(fā)出的信號(hào)才能被本進(jìn)程收到。(2)通過(guò)F_SETFLIO控制命令設(shè)置設(shè)備文件支持FASYNC,即異步通知模式。(3)通過(guò)signal()鏈接信號(hào)和信號(hào)處理函數(shù)。系統(tǒng)需求分析3.1業(yè)務(wù)描述隨著PC時(shí)代數(shù)碼技術(shù)的發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)以其低廉的價(jià)格，方便的操作成為攝影器材未來(lái)的發(fā)展方向。目前，很多家庭都持有數(shù)碼相機(jī)，一次拍攝下來(lái)的照片往往會(huì)有上百?gòu)?，使用PC機(jī)來(lái)查看拍攝下來(lái)的圖片，操作繁瑣，而且依賴(lài)于PC機(jī)。作為數(shù)碼相機(jī)的一種附屬產(chǎn)品，數(shù)碼相框不僅具有傳統(tǒng)相框的特點(diǎn)，而且可以直接從數(shù)碼相機(jī)中選擇心儀的照片，定時(shí)更新照片。數(shù)碼相框是展示數(shù)碼照片而非紙質(zhì)照片的相框。眾多的數(shù)碼攝影產(chǎn)生的相片保存起來(lái)后，查看過(guò)程繁瑣不方便，大量打印出來(lái)又非常浪費(fèi)，如果用數(shù)碼相框直接插上相機(jī)的存儲(chǔ)卡展示照片，就非常簡(jiǎn)單。3.2系統(tǒng)目標(biāo)(1)工作模式：團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)視頻模式，在這種模式下系統(tǒng)通過(guò)攝像頭獲取視屏流，在用戶下達(dá)指令后可以將(4)操作性：用戶接口采用直接觸摸LCD顯示屏實(shí)現(xiàn)。(5)界面簡(jiǎn)潔，美觀，直觀易操作，友好，富于人性化，更加適合家居實(shí)用。3.3系統(tǒng)功能描述系統(tǒng)可以通過(guò)攝像頭獲取視頻數(shù)據(jù)；用戶可以通過(guò)LCD獲取圖像；用戶可以通過(guò)摁下按鍵拍攝和查看圖像；3.4系統(tǒng)性能需求攝像頭精度要求:攝像頭獲取的視頻流實(shí)時(shí)顯示兼容性:數(shù)碼相框應(yīng)能識(shí)別和處理當(dāng)前數(shù)碼相機(jī)主要的圖像格式，能訪問(wèn)主流的外部存儲(chǔ)卡穩(wěn)定性:系統(tǒng)穩(wěn)定可靠3.5數(shù)據(jù)保存需求由于嵌入式設(shè)備上存儲(chǔ)空間容量有限，所以系統(tǒng)采集的圖片信息需要轉(zhuǎn)存到相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備上，比如SD卡等設(shè)備上，這樣用戶可以很方便查看事件的記錄，系統(tǒng)應(yīng)該提供相應(yīng)的接口，來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)保存功能3.6流程圖系統(tǒng)可行性分析4.1可行性研究的前提4.1.1系統(tǒng)基本需求當(dāng)用戶插入U(xiǎn)盤(pán)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別U盤(pán)里的圖片，并將U盤(pán)里bmp和jpng格式的圖片以800x480的大小在LCD液晶屏上顯示出來(lái)。攝像頭采集的視頻流通過(guò)LCD液晶屏顯示出來(lái)，并實(shí)現(xiàn)拍照的功能。4.1.2數(shù)據(jù)保存需求系統(tǒng)采集的圖片信息需要轉(zhuǎn)存到相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備上，用戶可以查看之前的圖片信息記錄。4.1.3條件、假定和限制（1）用戶接口屏幕的要求:直觀性好，友好，富于人性化。（2）硬件接口攝像頭硬件需求：支持設(shè)備的種類(lèi)：ARM系列，并支持嵌入式linux操作系統(tǒng)。支持設(shè)備的方式：移植嵌入式linux系統(tǒng)和上層的用戶的應(yīng)用程序。（3）軟件接口應(yīng)用軟件的需求：驅(qū)動(dòng)程序：基于linux-3.0.8內(nèi)核版本的驅(qū)動(dòng)程序。4.2所建議技術(shù)可行性分析4.2.1對(duì)系統(tǒng)的簡(jiǎn)要描述當(dāng)用戶插入U(xiǎn)盤(pán)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別U盤(pán)里的圖片，并將U盤(pán)里bmp和jpng格式的圖片以800x480的大小在LCD液晶屏上顯示出來(lái)。攝像頭采集的視頻流通過(guò)LCD液晶屏顯示出來(lái)，并實(shí)現(xiàn)拍照的功能。4.2.2處理流程和數(shù)據(jù)流程4.2.3系統(tǒng)技術(shù)分析(1)對(duì)USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)的技術(shù)可行性分析USB設(shè)備類(lèi)驅(qū)動(dòng)可以包含多個(gè)，不同的功能接口對(duì)應(yīng)不同的驅(qū)動(dòng)程序，它們不直接與USB設(shè)備硬件打交道，而是通過(guò)協(xié)議軟件的抽象處理來(lái)完成與設(shè)備的不同功能接口之間的通信。在Linux系統(tǒng)中，支持兩種類(lèi)型的USB驅(qū)動(dòng)程序：USB主機(jī)端驅(qū)動(dòng)程序和USB設(shè)備端驅(qū)動(dòng)程序。其中，USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作內(nèi)核和機(jī)器硬件之間進(jìn)行交互的接口，它為用用程序屏蔽了底層硬件的具體細(xì)節(jié)，我們開(kāi)發(fā)的各種應(yīng)用程序會(huì)把所有的硬件設(shè)備當(dāng)做普通文件進(jìn)行處理和相關(guān)操作。(2)對(duì)Framebuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)的技術(shù)可行性分析 Framebuffer是一種驅(qū)動(dòng)程序接口。Linux是工作保護(hù)模式下，所以用戶態(tài)進(jìn)程是無(wú)法象DOS那樣使用顯卡BIOS里提供的中斷調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)直接寫(xiě)屏，Linux抽象出FrameBuffer這個(gè)設(shè)備來(lái)供用戶態(tài)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)直接寫(xiě)屏。Framebuffer機(jī)制模仿顯卡的功能，將顯卡硬件結(jié)構(gòu)抽象掉，可以通過(guò)Framebuffer的讀寫(xiě)直接對(duì)顯存進(jìn)行操作。用戶可以將Framebuffer看成是顯示內(nèi)存的一個(gè)映像，將其映射到進(jìn)程地址空間之后，就可以直接進(jìn)行讀寫(xiě)操作，而寫(xiě)操作可以立即反應(yīng)在屏幕上。這種操作是抽象的，統(tǒng)一的。用戶不必關(guān)心物理顯存的位置、換頁(yè)機(jī)制等等具體細(xì)節(jié)，這些都是由Framebuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)來(lái)完成的。(3)對(duì)MTD設(shè)備驅(qū)動(dòng)的技術(shù)可行性分析在Linux系統(tǒng)中，提供了MTD系統(tǒng)來(lái)建立flash針對(duì)Linux的統(tǒng)一、抽象的接口。MTD將文件系統(tǒng)與底層的flash存儲(chǔ)器進(jìn)行了隔離，使flash驅(qū)動(dòng)工程師無(wú)需關(guān)心flash作為字符設(shè)備和塊設(shè)備與Linux內(nèi)核的接口。在引入MTD后，Linux系統(tǒng)中的flash設(shè)備驅(qū)動(dòng)及接口可分為4層，從上到下依次是：設(shè)備節(jié)點(diǎn)、MTD設(shè)備層、MTD原始設(shè)備層和硬件驅(qū)動(dòng)層。底層flash驅(qū)動(dòng)直接與MTD原始設(shè)備層進(jìn)行交互，利用其提供的接口注冊(cè)設(shè)備和分區(qū)。用于描述MTD原始設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是mtd_info，這其中定義了大量關(guān)于MTD的數(shù)據(jù)和操作函數(shù)。drivers/mtd/mtdchar.c文件實(shí)現(xiàn)了MTD字符設(shè)備接口，通過(guò)它，用戶可以直接操作flash設(shè)備。(4)對(duì)圖像解碼的技術(shù)可行性分析對(duì)于圖像解碼技術(shù)，本系統(tǒng)主要是對(duì)JPG格式的圖片進(jìn)行解碼，使用libjpeg庫(kù)對(duì)JPG格式的圖片進(jìn)行解碼比較簡(jiǎn)單方便，libjpeg是一個(gè)完全用C語(yǔ)言編寫(xiě)的庫(kù)，包含了被廣泛使用的JPEG解碼、JPEG編碼和其他的JPEG功能的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)調(diào)用jpeglib庫(kù)即可對(duì)圖片進(jìn)行解碼，這樣就可以將JPEG格式的文件解析出來(lái)。4.3所建議系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可行性分析序號(hào)功能數(shù)量單價(jià)1開(kāi)發(fā)板1個(gè)8002U盤(pán)1個(gè)205攝像頭模塊1個(gè)30小計(jì)850系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)5.1體系架構(gòu)5.1.1系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)的物理架構(gòu)如圖所示：5.1.2軟件架構(gòu)系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如下所示：數(shù)碼相框->|->驅(qū)動(dòng)層代碼->|->framebuffer驅(qū)動(dòng)代碼||->按鍵驅(qū)動(dòng)代碼|||->應(yīng)用層代碼->|->main.c->|->src（showjpegcamera）|->include（showjpegcamera）|->lib(jpeglib)5.2系統(tǒng)各模塊概要設(shè)計(jì)5.2.1Framebuffer模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)流程：Framebuffer->|->內(nèi)核層代碼->|->注冊(cè)platformdevice||->注冊(cè)platformdriver|||->用戶層代碼->|->打開(kāi)fb設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行操作驅(qū)動(dòng)層主要的結(jié)構(gòu)體：fb_info結(jié)構(gòu)體包括了對(duì)frambuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)的屬性和操作完整的描述fb_var_screeninfo

記錄用戶可修改的顯示控制器參數(shù)，包括屏幕分辨率和每個(gè)像素點(diǎn)的比特?cái)?shù)。fb_fix_screeninfo中記錄用戶不能修改的顯示控制器的參數(shù)，如屏幕緩沖區(qū)的物理地址、長(zhǎng)度。5.2.2圖像處理模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)流程解析常用圖片->|->解析bmp圖片（直接解析）|||->解析png圖片（通過(guò)pnglib解析）||->解析jpeg圖片（通過(guò)jpeglib解析）主要結(jié)構(gòu)體Color結(jié)構(gòu)體里面存放了描述像素的三種顏色 struct{ char blue; char green; char red; }color;5.2.3.按鍵模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)流程Framebuffer->|->內(nèi)核層代碼->|->module_init(s5pv210_key_init);||->module_exit(s5pv210_key_exit);|||->用戶層代碼->|->通過(guò)異步通知來(lái)對(duì)按鍵事件進(jìn)行處理主要結(jié)構(gòu)體及函數(shù)文件操作結(jié)構(gòu)體structfile_operationss5pv210_key_fops={ .owner=THIS_MODULE, .open=s5pv210_key_open, .release=s5pv210_key_release, .read=s5pv210_key_read, .fasync=s5pv210_key_fasync,};注冊(cè)中斷ret=register_chrdev_region(devno,number_of_device,"key");初始化中斷cdev_init(&cdev,&s5pv210_key_fops);添加ret=cdev_add(&cdev,devno,number_of_device);注銷(xiāo) unregister_chrdev_region(devno,number_of_device);5.2.4拍照模塊設(shè)計(jì)拍照模塊->|->初始化攝像頭->|->video_enable（）||->攝像頭獲取數(shù)據(jù)->|->ret=ioctl(fd,VIDIOC_DQBUF,&buf);||->將YUV數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為jpeg數(shù)據(jù)->|->compress_yuyv_to_jpeg（）；||->將數(shù)據(jù)寫(xiě)到文件中->|->fwrite(dest,ret,1,fp);主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體typedefstructVideoBuffer{char*start;size_tlength;}VideoBuffer;typedefstruct{structjpeg_destination_mgrpub;/*publicfields*/JOCTET*buffer;/*startofbuffer*/unsignedchar*outbuffer;intoutbuffer_size;unsignedchar*outbuffer_cursor;int*written;}mjpg_destination_mgr;5.3主程序概要設(shè)計(jì)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)6.1Framebuffer模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)6.1.1數(shù)據(jù)描述6.1.2函數(shù)描述6.2圖像處理模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)6.2.1數(shù)據(jù)流程6.2.2函數(shù)描述intread_jpeg_file(constchar*input_filename){structjpeg_decompress_structcinfo;//這個(gè)結(jié)構(gòu)體對(duì)象包含了JPEG解壓縮參數(shù)和一些工作函數(shù)的指針，JPEG庫(kù)的API需要它。structjpeg_error_mgrjerr;//定義了一個(gè)錯(cuò)誤處理的結(jié)構(gòu)體FILE*input_file;//FILE*output_file;JSAMPARRAYbuffer;introw_width;unsignedchar*output_buffer;unsignedchar*tmp=NULL; initfb0();cinfo.err=jpeg_std_error(&jerr);//將錯(cuò)誤處理結(jié)構(gòu)對(duì)象綁定在JPEG對(duì)象上if((input_file=fopen(input_filename,"rb"))==NULL) {fprintf(stderr,"can'topen%s\n",input_filename);return-1;} //打開(kāi)一個(gè)用于讀取的二進(jìn)制文件//初始化cinfo結(jié)構(gòu)體。jpeg_create_decompress(&cinfo);//指定解壓縮數(shù)據(jù)源jpeg_stdio_src(&cinfo,input_file);/*1.設(shè)置讀取jpg文件頭部，Readfileheader,setdefaultdecompressionparameters*/(void)jpeg_read_header(&cinfo,TRUE);/**在讀取文件頭后，開(kāi)始解壓縮之前可以對(duì)解壓縮的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定*也就是對(duì)cinfo結(jié)構(gòu)的成員賦值*//*2.開(kāi)始解碼數(shù)據(jù)Startdecompressor*/(void)jpeg_start_decompress(&cinfo);row_width=cinfo.output_width*cinfo.output_components;/*3.跳過(guò)讀取的頭文件字節(jié)，為緩沖區(qū)分配空間 *，JPOOL_IMAGE表示分配的空間將在調(diào)用finish后被釋放 *row_width表示每行數(shù)據(jù)的實(shí)際大小 *1表示此處只分配了一行的數(shù)據(jù)*/buffer=(*cinfo.mem->alloc_sarray)((j_common_ptr)&cinfo,JPOOL_IMAGE,row_width,1); output_buffer=(unsignedchar*)malloc(row_width*cinfo.output_height); memset(output_buffer,0,row_width*cinfo.output_height);tmp=output_buffer;/*4.Processdata由左上角從上到下行行掃描 *output_scanline表示當(dāng)前已經(jīng)讀取的行數(shù)，如此即可依次讀出圖像的所有數(shù)據(jù) *并填充到緩沖區(qū)去，參數(shù)1表示的是每次讀取的行數(shù)*/while(cinfo.output_scanline<cinfo.output_height) {(void)jpeg_read_scanlines(&cinfo,buffer,1);memcpy(tmp,*buffer,row_width);tmp+=row_width;} longintlocation=0; unsignedintx,y; struct{ char blue; char green; char red; }color; for(y=0;y<cinfo.output_height;y++) { for(x=0;x<cinfo.output_width;x++) { memcpy(&color,output_buffer,3); output_buffer=output_buffer+3; location=(x+vinfo.xoffset)*(vinfo.bits_per_pixel/8)+\ (y+vinfo.yoffset)*finfo.line_length; *((unsignedlong*)(fbp+location))=color.red|color.green<<8|color.blue<<16; } }(void)jpeg_finish_decompress(&cinfo);//解壓縮完畢jpeg_destroy_decompress(&cinfo);//釋放資源/*Closefiles,ifweopenedthem*/fclose(input_file); munmap(fbp,screensize); close(fbfd);return0;}6.3按鍵模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)6.3.1數(shù)據(jù)流程6.3.2函數(shù)描述irqreturn_tkey_interrupt(intirqno,void*devid){ //printk("irqno=%d\n",irqno); switch(irqno) { caseIRQ_EINT(0):key=1;break; caseIRQ_EINT(1):key=2;break; caseIRQ_EINT(2):key=3;break; caseIRQ_EINT(3):key=4;break; caseIRQ_EINT(4):key=5;break; caseIRQ_EINT(5):key=6;break; caseIRQ_EINT(22):key=7;break; caseIRQ_EINT(23):key=8;break; } wake_up_interruptible(&readq); if(key_struct!=NULL) kill_fasync(&key_struct,SIGIO,POLL_IN); returnIRQ_HANDLED;}staticints5pv210_key_fasync(intfd,structfile*file,inton){ returnfasync_helper(fd,file,on,&key_struct);}staticints5pv210_key_open(structinode*inode,structfile*file){ intret; ret=request_irq(IRQ_EINT(0),key_interrupt,IRQF_DISABLED|IRQF_TRIGGER_FALLING,"key1",NULL); if(ret<0) gotoerr1; ret=request_irq(IRQ_EINT(1),key_interrupt,IRQF_DISABLED|IRQF_TRIGGER_FALLING,"key2",NULL); if(ret<0) gotoerr2; ret=request_irq(IRQ_EINT(2),key_interrupt,IRQF_DISABLED|IRQF_TRIGGER_FALLING,"key3",NULL); if(ret<0) gotoerr3; ret=request_irq(IRQ_EINT(3),key_interrupt,IRQF_DISABLED|IRQF_TRIGGER_FALLING,"key4",NULL); if(ret<0) gotoerr4; ret=request_irq(IRQ_EINT(4),key_interrupt,IRQF_DISABLED|IRQF_TRIGGER_FALLING,"key5",NULL); if(ret<0) gotoerr5; ret=request_irq(IRQ_EINT(5),key_interrupt,IRQF_DISABLED|IRQF_TRIGGER_FALLING,"key6",NULL); if(ret<0) gotoerr6; ret=request_irq(IRQ_EINT(22),key_interrupt,IRQF_DISABLED|IRQF_TRIGGER_FALLING,"key7",NULL); if(ret<0) gotoerr7; ret=request_irq(IRQ_EINT(23),key_interrupt,IRQF_DISABLED|IRQF_TRIGGER_FALLING,"key8",NULL); if(ret<0) gotoerr8; return0;err8: free_irq(IRQ_EINT(23),NULL);err7: free_irq(IRQ_EINT(22),NULL);err6: free_irq(IRQ_EINT(4),NULL);err5: free_irq(IRQ_EINT(3),NULL);err4: free_irq(IRQ_EINT(2),NULL);err3: free_irq(IRQ_EINT(1),NULL);err2: free_irq(IRQ_EINT(0),NULL);err1: returnret;}staticints5pv210_key_release(structinode*inode,structfile*file){ free_irq(IRQ_EINT(0),NULL); free_irq(IRQ_EINT(1),NULL); free_irq(IRQ_EINT(2),NULL); free_irq(IRQ_EINT(3),NULL); free_irq(IRQ_EINT(4),NULL); free_irq(IRQ_EINT(5),NULL);free_irq(IRQ_EINT(22),NULL);free_irq(IRQ_EINT(23),NULL);s5pv210_key_fasync(-1,file,0); return0;}staticssize_ts5pv210_key_read(structfile*file,char__user*buf,size_tcount,loff_t*loff){ if(key==0xff) { if(file->f_flags&O_NONBLOCK) return-EAGAIN; } wait_event_interruptible(readq,key!=0xff); if(copy_to_user(buf,(char*)&key,sizeof(int))) return-EINVAL; key=0xff; returnsizeof(int);}structfile_operationss5pv210_key_fops={ .owner=THIS_MODULE, .open=s5pv210_key_open, .release=s5pv210_key_release, .read=s5pv210_key_read, .fasync=s5pv210_key_fasync,};staticints5pv210_key_init(void){ intret; devno=MKDEV(key_major,key_minor); ret=register_chrdev_region(devno,number_of_device,"key"); if(ret<0) returnret; cdev_init(&cdev,&s5pv210_key_fops); cdev.owner=THIS_MODULE; ret=cdev_add(&cdev,devno,number_of_device); if(ret<0) gotoerr1; init_waitqueue_head(&readq); return0;err1: unregister_chrdev_region(devno,number_of_device); returnret;}6.4拍照模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)6.4.1數(shù)據(jù)流程6.4.2函數(shù)描述intgetjpeg(){FILE*fp;intret=0;char*videodevice="/dev/video3";intfd;intdev_fd;dev_fd=open("/dev/lig",O_RDWR|O_NONBLOCK);if(dev_fd<0){ perror("open"); exit(1);}ioctl(dev_fd,LIG_ON); structv4l2_capabilitycap;structv4l2_formatfmt;structv4l2_requestbuffersrb;if((fd=open(videodevice,O_RDWR))==-1){perror("ERRORopeningV4Linterface");return-1;}memset(&cap,0,sizeof(structv4l2_capability));ret=ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap);//查詢視頻設(shè)備功能//printf("DriverName:%s\nCardName:%s\nBusInfo:%s\nDriverVersion:%u.%u.%u\n",cap.driver,cap.card,cap.bus_info,(cap.version)>>16&0xff,(cap.version)>>8&0xff,(cap.version)&0xff);if(ret<0){fprintf(stderr,"Erroropeningdevice%s:unabletoquerydevice.\n",videodevice);return-1;}if((cap.capabilities&V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE)==0){//是否支持capturefprintf(stderr,"Erroropeningdevice%s:videocapturenotsupported.\n",videodevice);return-1;}if(!(cap.capabilities&V4L2_CAP_STREAMING)){fprintf(stderr,"%sdoesnotsupportstreamingi/o\n",videodevice);return-1;}/*if(!(cap.capabilities&V4L2_CAP_VIDEO_OVERLAY)){fprintf(stderr,"%sdoesnotsupportOVERLAY\n",videodevice);return-1;}*/intinput=0;ret=ioctl(fd,VIDIOC_S_INPUT,&input);if(ret<0){perror("Unabletosetinput\n");return-1;}//顯示設(shè)備支持的格式structv4l2_fmtdescfmtdesc;fmtdesc.index=0;fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;//printf("Supportformat:\n");while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1){//printf("\t%d.%s\n",fmtdesc.index+1,fmtdesc.description);fmtdesc.index++;if(fmtdesc.index>14)break;}/**setformatin*/memset(&fmt,0,sizeof(structv4l2_format));fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;fmt.fmt.pix.width=WIDTH;fmt.fmt.pix.height=HEIGTH;fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_YUYV;//vd->formatIn;fmt.fmt.pix.field=V4L2_FIELD_ANY;ret=ioctl(fd,VIDIOC_S_FMT,&fmt);//設(shè)置視頻數(shù)據(jù)格式,如長(zhǎng)/寬/圖像格式(yuyv/jpeg)if(ret<0){perror("Unabletosetformat");return-1;}if(ioctl(fd,VIDIOC_G_FMT,&fmt)==-1){printf("Unabletogetformat\n");exit(-1);}//printf("fmt.type:\t\t%d\n",fmt.type);//printf("pix.pixelformat:\t%c%c%c%c\n",(fmt.fmt.pix.pixelformat)&0xff,(fmt.fmt.pix.pixelformat>>8)&0xff,(fmt.fmt.pix.pixelformat>>16)&0xff,(fmt.fmt.pix.pixelformat>>24)&0xff);if((fmt.fmt.pix.width!=WIDTH)||//如果設(shè)置不成功,會(huì)自己修改,所以應(yīng)再次檢查(fmt.fmt.pix.height!=HEIGTH)){fprintf(stderr,"formataskedunavailablegetwidth%dheight%d\n",fmt.fmt.pix.width,fmt.fmt.pix.height); }/**requestbuffers*/intn_buffers=0;memset(&rb,0,sizeof(structv4l2_requestbuffers));rb.count=COUNT;rb.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;rb.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;ret=ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&rb);//請(qǐng)求v4l2驅(qū)動(dòng)分配視頻緩沖區(qū),申請(qǐng)的內(nèi)存位于內(nèi)核空間,所以通過(guò)mmap映射到用戶空間if(ret<0){ //v4l2是視頻設(shè)備的驅(qū)動(dòng)層perror("Unabletoallocatebuffers");return-1;}/*if(rb.count<2){printf("insufficientbuffsmemory");printf("Numberofbuffersallocate=%d\n",rb.count);}*//**mapthebuffers*/structv4l2_bufferbuf;structVideoBuffer*buffers=calloc(rb.count,sizeof(*buffers));//(width*height)*2(<<1));for(n_buffers=0;n_buffers<rb.count;n_buffers++){memset(&buf,0,sizeof(buf));buf.index=n_buffers;buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;ret=ioctl(fd,VIDIOC_QUERYBUF,&buf);//readtobuf查詢已經(jīng)分配的v4L2的視頻緩沖區(qū)的相關(guān)信息,通過(guò)QUERYbuf來(lái)獲取獲取內(nèi)核空間中的視頻緩沖區(qū)信息buffers[n_buffers].length=buf.length;//printf("buf.length=%d",buf.length);if(ret<0){perror("Unabletoquerybuffer");return-1;}//開(kāi)始映射到用戶空間buffers[n_buffers].start=(char*)mmap(NULL/*startanywhere*/,buf.length,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,buf.m.offset);if(buffers[n_buffers].start==MAP_FAILED){perror("Unabletomapbuffer");}ret=ioctl(fd,VIDIOC_QBUF,&buf);if(ret<0){printf("VIDIOC_QBUF(%d)failed(%d)\n",n_buffers,ret);return-1;}}//執(zhí)行成功時(shí),函數(shù)指針?lè)祷?,執(zhí)行成功后,指令的視頻緩沖去進(jìn)入輸入隊(duì)列,在啟動(dòng)視頻拍攝圖像時(shí),相應(yīng)的視頻數(shù)據(jù)被保存到視頻輸入隊(duì)列相應(yīng)視頻的視頻緩沖區(qū)中video_enable(fd);//獲得圖像ret=ioctl(fd,VIDIOC_DQBUF,&buf);if(ret<0){printf("failedVIDIOC_DQBUFerror");return-1;}//保存圖片charstr[50];charfilename[50]; structtm*timeinfo; time_trawtime; time(&rawtime); timeinfo=localtime(&rawtime); sprintf(str,"%d%d%d%d%d%d",(1900+timeinfo->tm_year),(1+timeinfo->tm_mon),timeinfo->tm_mday,timeinfo->tm_hour,timeinfo->tm_min,timeinfo->tm_sec); sprintf(filename,"%s.jpg",str);if((fp=fopen(filename,"wb+"))==NULL)//打開(kāi)文件 { perror("Cannotopenorcreatefile!"); }unsignedcharsrc[buf.length+1];unsignedchardest[buf.length+1];if(buf.index>=COUNT){printf("buf.index!<COUNT");return-1;}memcpy(src,buffers[buf.index].start,buf.length);ret=compress_yuyv_to_jpeg(src,dest,(WIDTH*HEIGTH),80);fwrite(dest,ret,1,fp);//寫(xiě)入文件inti=0;for(i=0;i<COUNT;i++){munmap(buffers[i].start,buffers[i].length);}ioctl(dev_fd,LIG_OFF);system("chmod777*.jpg");printf("picturenameis:%s\n",filename);close(dev_fd);fclose(fp);close(fd);read_jpeg_file(filename);return0;}6.5主程序詳細(xì)設(shè)計(jì)6.5.1數(shù)據(jù)流程6.5.2函數(shù)描述#include"main.h"#include"showjpeg.h"#include"camera.h"voidhandler(intsigno){ intkey; read(keyfd,&key,sizeof(key)); if(key==3) { initfb0(); munmap(fbp,screensize);//清屏 close(fbfd); charaddr1[]="/"; //跳轉(zhuǎn)工作目錄 chdir(addr1); selectjpg(); jpgnum=0;//每次挑選后從第一張開(kāi)始 }