數碼相框的設計與實現碩士學位論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 x處理器家族提供了工業領先的多媒體性能，低功耗能力，豐富的外設集成，以及第二代內存堆疊。還采用了Wireless MXX和Speed Step兩項Intel專有技術，進一步將高性能計算和動態電源管理技術相結合[6]。它是應用于高性能、低功耗、可移動手持設備的集成的片上系統的微處理器家族。家族成員包括。1) Intel PXA270處理器：1313mmVFBGA封裝2) Intel PXA271處理器：帶有32MB FLASH以及32MB低功耗的SDRAM3) Intel PXA272處理器：帶有64MB FLASHIntel [7]。 處理器結構框圖 Structure of Processor本方案硬件平臺使用了PXA270處理器，32MB的Flash以及64MB的SDRAM,外圍模塊使用了LCD控制器來驅動液晶屏，SD卡控制器來驅動SD存儲卡，USB控制器來驅動USB藍牙適配器，以及IO線來連接按鍵。開發端使用PC機+Windows XP操作系統，在PC機上定制內核，開發應用程序，并通過交叉編譯的方式下載到開發板上調試，調試成功后，將操作系統內核，應用程序燒寫到開發板的FLASH中，此后開發板便可獨立運行并執行相應的操作。 數碼相框方案軟件環境 操作系統環境本方案采用了微軟的嵌入式操作系統WINDOWS 。該操作系統是可以同時執行多任務的操作系統，具有十分靈活的電源管理功能，包括睡眠/喚醒模式，使用了對象存儲技術，包括文件系統、注冊表及數據庫，同時還有很多高性能、高效率的操作系統特性，包括按需換頁、共享存儲、交叉處理同步、支持大容量堆等，還具有良好的通信能力和相當出色的圖形用戶界面[8]。WINDOWS 提供了一個集成開發環境Platform Builder,通過這個工具可以方便地根據不同的硬件，定制、裁剪出符合不同系統要求的操作系統。，但并不能完全滿足用戶的需求，因此可以通過Platform Builder來進行相應的驅動開發。定制好操作系統內核后，可以通過PB導出SDK，并將此SDK安裝到其他的開發環境中，如應用程序開發環境EVC，然后在EVC中開發應用程序[8]。由于WINDOWS 、實時性、模塊化及可伸縮性、強大的通信能力等特點。因此WINDOWS ，如信息家電領域、移動計算領域，工業控制領域等。嵌入式操作系統的特點是可移植、可裁剪、可定制。為了提高系統的可移植性，嵌入式操作系統通常采用硬件抽象層（Hardware Abstraction Layer，HAL）和BSP（Board Support Package）的底層結構設計。HAL提供了與設備無關的特性，屏蔽了不同平臺硬件的差異，向操作系統的上層提供了一套統一的接口,BSP保證了嵌入式操作系統可以在新推出的微處理器硬件平臺上運行，WINDOWS 。基于WINDOWS [8]。1) 硬件設計2) 選定BSP3) 獲取驅動程序4) 裁剪內核5) 導出SDK6) 開發應用程序WINDOWS 2000/XP操作系統的設計。從體系結構上，它即具有分層結構的特點，又具有微內核結構的特點[8]。1) 分層模型操作系統的分層模型的主要特點就是將操作系統的功能模塊按功能的調用次序分為若干層。各層之間只能單向依賴或單向調用，使功能模塊之間的調用關系更加清晰。WINDOWS 。 Internet ApplicationsMFC,ATL,COM/DCOM,.NET…COMM,GWES,STORAGE…CoreDLL,Schedule,Memory,Device…BSPs,CSPs,Drivers…硬件應用集成層應用開發層應用支持庫操作系統層OEM適配層硬件層 Window Hierarchical Model Diagram of Window 2） 組件模型 WINDOWS 。應用層操作系統層硬件層Window ce應用程序客戶應用程序核心核心DLL對象存儲多媒體技術GWES設備管理器通信和網絡OEM層OAL層引導程序配置文件驅動 Windows Component Model Diagram of Windows 應用編程環境在WINDOWS ，有兩個十分關鍵的部分。一個是內核定制，一個是應用程序的開發。微軟提供了內核定制工具Platform Builder和應用程序開發工具Embedded Visual C++[8]。Platform Builder是微軟提供的嵌入式操作系統定制的集成開發環境。它提供了所有進行設計、創建、編譯、測試和調試WINDOWS 。它運行在桌面Windows下，開發人員可以通過交互式的環境來設計和定制內核，選擇系統特性，然后進行編譯和調試。同時，開發人員還可以利用Platform Builder來進行驅動程序開發和應用程序項目的開發。Platform Builder提供了以下主要開發特性[8]。1） 平臺開發向導和BSP開發向導2） 基礎配置和特性目錄3） 自動依賴性檢查4） 為驅動程序開發提供基本的測試工具集WINDOWS Test Kit5） 內核調試器6） 導出向導和導出SDK向導7） 遠程工具和仿真器8） 應用程序調試器9） 深刻理解WINDOWS ，并靈活運用Platform Builder的配置文件（REG,BIB,DAT,DB）是定制適合目標平臺的WINDOWS [8]。編寫在WINDOWS ，需要使用專門用于WINDOWS ，目前應用最廣泛的是EVC。EVC開發和Windows下的VC開發在界面、語法和開發流程上基本是一樣的，但也有一些不同之處，EVC編程都是對特定目標硬件的編程，運行WINDOWS ，所以編程時首先要明確目標硬件的特點和要求，比如有的嵌入式系統沒有顯示器，則編程中就不需要進行顯示信息；有的嵌入式系統對內存限制較大，則編程中對內存的使用要格外注意；不同的系統使用不同的CPU等。有以下幾方面需要特別注意[8]。1） 內存管理2） 電源管理3） 用戶界面EVC編程環境提供了模擬器來仿真目標硬件進行調試。一般EVC開發人員都是先在模擬器中將應用程序界面設計好，然后加入對特定硬件操作的功能到實際的硬件平臺上進行調試，這樣就加快了開發速度。由于WINDOWS ，它不支持任何16位函數，所以EVC編程是WIN32編程。WINDOWS API與WIN32 API也不完全相同。WINDOWS API中的絕大部分函數，但有些是不支持的。支持Win32 API UI，并針對典型Windows CE設備較小的顯示大小進行了改制[9]。同時它又擴充了一些特定的WINDOWS ，只在WINDOWS 。WINDOWS 。本地文本格式是Unicode。雖然EVC編程與VC編程有許多不同，但它依然是Windows編程。Windows下VC開發的對類、COM/ATL的使用、程序的調試方法、開發流程等編程經驗都可應用于EVC的編程[8]。 數碼相框方案總體設計 硬件設計本數碼相框方案采用了主控制器加外圍模塊的結構。主控制器采用Intel PXA270處理器。圖片的顯示使用液晶屏。FLASH用于存儲定制的內核及應用程序。SDRAM用于操作系統及應用程序的運行空間。SD卡作為圖片的存儲器。用USB藍牙適配器實現通過藍牙將手機的圖片傳輸到數碼相框中，并用按鍵控制應用程序的運行。主控制器PXA270FLASHSDRAMLCD按鍵SD卡USB藍牙適配器及U盤 硬件結構圖 Hardware Structrue Diagram 軟件設計本方案根據對用戶需求的分析，設計了圖片顯示、顯示的動態效果、背景音樂、視頻播放以及通過藍牙傳輸圖片等功能，這些功能可以滿足用戶的基本需求。數碼相框方案顯示動態效果圖片顯示定時顯示通過藍牙傳輸圖片背景音樂 功能結構圖 Function Structure Diagram 本方案的應用程序采用EVC開發，沒有設計用戶界面，插入SD卡后，應用程序讀取SD卡中的第一張圖片并顯示出來，然后通過按鍵的操作實現對應用程序的控制，包括通過操作按鍵顯示下一張圖片、定時顯示下一張圖片、音頻的播放、還有動態效果的開啟等。插入SD卡并開機顯示SD卡中第一張圖片按鍵顯示下一張?顯示下一張YES定時顯示？NO定時顯示YES結束？YES音樂播放？NO顯示當前圖片播放音樂YES結束？音樂停止NO藍牙圖片接收？NO接收圖片NOYESNOYES Flow Chart of Operation 本章小結本章主要介紹了本數碼相框方案的硬件平臺（重點介紹了處理器）以及軟件環境（包括操作系統環境以及應用編程環境），還對本方案進行了整體的設計，其中包括硬件的結構框圖，軟件的功能圖以及流程圖。第4章 數碼相框方案具體實現 操作系統的定制嵌入式系統的硬件平臺各異，處理器的種類有很多，所以嵌入式操作系統需要針對特定的平臺進行定制，生成特定的內核。WINDOWS ，生成操作系統內核的步驟如下。1) 安裝XSBase270BSP包（板級支持包），BSP包包括EBOOT（bootloader）、OAL適配層、設備驅動和一些配置文件等。 安裝BSP Installation of BSP安裝完成后，將在WINCE500\PLATFORM\目錄下面生成XSBase270文件夾，并且BSP安裝在Platform Builder中的Catalog欄目中的Third Party中。 安裝BSP完成 Completion of Installing BSP2) 創建新的工程并選擇新安裝的BSP。 創建工程 Creation of Project然后根據系統需求添加組件，完成內核的配置，要注意內核的大小。3) 內核配置完成后，就開始編譯內核，，以便在新的平臺上運行。 編譯選項 Options of Compiler4) 使用jflash命令燒寫Eboot。Eboot與PB有很好的兼容性[10]。用JTAG線將PC機與開發平臺連接在一起，然后運行jflashmm pxa270 ,并用超級終端觀察Eboot的輸出信息。 燒寫Eboot Download Eboot5) 配置Eboot。如果下載的是DEBUG版本，內核下載后會啟動，如果下載的是RELEASE版本，鏡像文件會被寫入Flash中，然后再啟動。 內核啟動 Starting of Kernel6) 內核鏡像下載完成后，在PC機上安裝ActiveSync，用USB線連接好PC機和目標機，并在Windows CE操作系統中建立新的連接，之后就可以在PC機和目標機之間接收和傳輸文件。EVC中開發的應用程序就可以通過USB線下載到目標平臺并進行調試。 通過IImage顯示圖片 COM組件組件對象模型COM是微軟公司為了使計算機工業的軟件生產更加符合人類的行為方式開發的一種新的軟件開發技術。在COM構架下，人們可以開發出各種各樣的功能專一的組件，然后將它們按照需要組合起來，構成復雜的應用系統。由此可以帶來很多好處，如可以將系統中舊的組件用新的組件替換掉，以便隨時進行系統的升級和定制、可以在多個應用系統中重復利用同一個組件、可以方便的將應用程序擴展到網絡環境下，COM與語言、平臺無關的特性使所以的開發人員均可充分的發揮自己的才智與專長編寫組件模塊等[11]。COM是開發軟件組件的一種方法。組件實際上是一些小的二進制可執行程序。它們可以給應用程序，操作系統以及其他組件提供服務。開發自定義的COM組件就如同開發動態的，面向對象的API。多個COM對象可以連接起來形成應用程序或組件系統。并且組件可以在運行時刻，在不被重新鏈接或編譯應用程序的情況下被卸下或替換掉。Microsoft的許多技術，如ActiveX，DirectX以及OLE等都是基于COM而建立起來的。并且Microsoft的開發人員也大量使用COM組件來定制他們的應用程序和操作系統。COM所含的概念并不止是在Microsoft Windows操作系統下才有效。它實際上像結構化編程及面向對象編程方法那樣，也是一種編程方法。在任何一種操作系統中，開發人員均可以遵循“COM方法”進行開發，它是關于如何建立組件以及如何通過組件建立應用程序的一個規范，說明了如何動態交替更新組件[11]。一個應用程序通常是由單個的二進制文件組成的。但編譯器生成應用程序之后，在對下一個版本重新編譯并發行新生成的版本之前，應用程序一般不會發生任何變化。操作系統，硬件及客戶需求的改變都必須等到整個應用程序被重新編譯生成。目前這種狀況已經發生變化。開發人員開始將單個的應用程序分割成單獨多個獨立的部分，也就是組件。好處是可以隨著技術的不斷發展而用新的組件取代原有的組件。應用程序可以逐漸完善。利用已有的組件，用戶還可以快速的建立全新的應用。傳統的做法是將應用程序分割成文件，模塊或類，然后將它們編譯并鏈接成一個單模應用程序。它與組件建立應用程序的過程有很大的不同。一個組件同一個微型應用程序類似，都是已經編譯鏈接好并可以使用的二進制代碼，應用程序就是由多個這樣的