2018年02月18日 | 基于Linux嵌入式操作系统掌上娱乐系统设计方案

    近年来，随着微处理器技术、DSP技术、多媒体编解码技术以及嵌入式技术的发展，多媒体娱乐终端已经成为消费性电子产品的热点。同时，逐渐成熟的市场随着MP3在市场上取得的巨大成功，以及MP4、数字电视、3G通讯等相关技术的起步，在未来几年内都将会得到快速发展。

    嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

    多媒体终端正是数字信息产业的一个重要组成部分，所以在这个背景下，MultimediaTerminal蕴含着极大地发展潜力。

    本文是基于Linux嵌入式操作系统在UP-TECHS3C2410DVK1。1开发平台下设计并实现了一个高性能、低功耗、低成本的嵌入式掌上娱乐系统。

    1系统概述

    本系统以UP-TECHS3C2410DVK1。1为开发平台，使用嵌入式linux作为操作系统。

    本系统的实现包括两个方面：

    一是底层系统的搭建。本系统是在通用的嵌入式Linux操作系统上进行适当的裁剪，使其符合系统的硬件平台，并且初始化开发底层的驱动，实现了对系统的控制以及数据的存储和传输。

    二是应用层的实现。

    系统的底层包括文件系统的搭建以及各种接口部件的驱动程序，这些驱动程序通过嵌入式Linux操作系统进行调用，然后完成应用的功能，为上层的接口层和应用层提供服务。

    中间的嵌入式GUI为接口层，采用QT4作为用户GUI的界面库。QT4是基于服务器-客户端的一种用户界面中间件，提供了丰富的功能控件和精美的界面设计功能，可以便捷的设计出所需要的各种功能模块。

    系统的最上层就是直接面向用户的应用层。该层采用QT4设计，向用户提供了精美的用户界面，用户可以通过触摸屏方便的调用相关功能。系统的软件结构框图如图1所示：

    图1系统的软件结构框图

    应用层的设计是本文主要的开发工作，主要包含以下几种功能模块：

    ①多媒体功能模块：调用MPlayer播放器对系统内存或者USB接口中的外存定位对应的体文件，并将其解码;视频、视频文件可以全屏播放/最小播放。几乎可以播放市面上现存的所有的音频、视频文件。

    ②娱乐游戏功能：提供了几个界面友好有趣的游戏，增加系统的娱乐性。

    2开发平台

    2。1硬件开发平台介绍

    硬件平台采用博创UP-TECHS3C2410DVK1。1开发板，处理器类型：SamsungS3C2410。主频：203MHz。

    它适用于工业控制、移动通信设备、医疗仪器等多种场合，外扩64MBNANDFLASH和64MSDRAM，提供USB2。0接口与计算机进行高速通信;该平台集成了大尺寸LCD触摸屏，型号：LQ080V3DG01，分辨率：640*480像素，这也是选择它作为开发平台的重要原因。系统硬件结构框图如图2所示。

    图2系统硬件结构框图

    2。2软件开发平台介绍

    在系统层，由于UP-TECHS3C2410DVK1。1开发板提供原始的系统(vivi、linux-2。4、root。cramfs)版本低，因此，针对多媒体娱乐系统，裁剪移植了适合本系统的Uboot-1。1。6、linux-2。6。24内核和yaffs文件系统。该系统使用较为通用的bootloader：UBoot，网络资源较多的内核linux2。6和可读可写的yaffs文件系统，易于系统的开发。并配置了LCD屏驱动、网卡驱动、SD卡等驱动。

    在应用层，采用QTSDK设计所有的应用程序。

    Qt是一个跨平台的C++图形用户界面(GUI)库，包括跨平台类库、集成开发工具和跨平台IDE。使用Qt"一次开发，多次编译"，无须重新编写源代码，便可跨不同桌面和嵌入式操作系统部署这些应用程序。

    3实现原理

    应用层软件的设计主要包括两个模块：多媒体播放器以及游戏模块。用户主界面设计了一个主框架，然后将其他功能模块的图标放在该框架内，完成了整体的规划设计。下面详细介绍这两个功能模块的设计与实现。

    3。1播放器的实现

    对于音频和视频的播放，本系统使用QT设计一个前端播放、控制界面，并使用Mplayer作为后端程序，能播放mp3、ogg、ogm、wma、wav、asf、au、avi、mpeg、mpg、mv1、mov、wmv、pls、m3u、mp4、m4a等音频和视频格式。播放器模块的结构图如图3所示，播放器使用Mplayer作为后端程序(红色部分)，使用QT4开发前端程序(绿色部分)。

    图3播放器结构图

    3。1。1后端程序简介

    本系统使用Mplayer作为其后端程序。MPlayer被评为Linux下的最佳媒体播放工具，不需要任何系统解码器就可以播放包括视频、音频、流媒体、广播、电视等各种媒体。

    Mplayer另一个重要特点在于其开源性。

    Realplayer，WindowsMediaPlayer，QuICkTime等许多播放软件都是性能优秀的播放软件，但由于它们都不开放源代码，给移植带来了麻烦。同时MPlayer还具有良好的移植性，可以移植到许多非X86平台上，MPlayer软件包中含有针对ARM架构的优化代码，这些代码利用ARM的特性加快了对媒体的处理速度。

    基于以上多个原因，本系统选择了MPlayer作为娱乐终端的播放软件。本系统通过移植Mplayer来实现对视频的播放功能。Mplayer编、解码模块，是系统的音、视频处理中心，在mplayer的编解码库中，包含的大量的音、视频格式处理程序，经过编译优化过的mplayer可以完成对大多数音、视频格式高效的编解码工作。

    3。1。2前端程序的设计与播放器的实现

    主界面窗口有一个显示屏和一些控制按钮，包括播放、暂停、下一首、上一首、音量调整以及播放进度条。文件操作窗口可以使用户选择要播放的文件。

    播放列表用来播放用户加载的多媒体文件。

    MPlayer默认全屏播放，但在GUI中一般都是指定区域或者控制来播放。这样显得美观，MPlayer支持在指定的X窗口播放的功能。用-wid参数告诉窗口ID即可。例如：mplayertest。mpg-wid0x00029#0x0029是XID，而QT的控件都是从QWidget继承下来，因此它本身也有wid，这样只要用QWidget：：winID()取出WID，即可实现在指定窗口播放视频的功能。

    本模块是建立一个QtGUI程序。然后用一个label控件来播放视屏，用一个进度条显示播放的进度，用按键显播放，暂停，上一首，下一首，停止和添加资源文件。然后用一个Qprocess在后台执行MPlayer，并把label的WID传给它。然后把MPlayer的输入输出重定向，把原本从标准输入接收命令变成从GUI的接收命令。

    3。1。3播放功能设计

    播放器实现的软件流程图如图4所示：

    图4播放器软件流程图。

    通过定义一个QProcess对象调用已编译好的Mplayer。

    QProcess*process=newQProcess();

    process->setProcessChannelMode(QProcess：：MergedChannels);

    Process->start("mplayer–ac–madxxxxx");

    在命令中添加-slave和-quiet就可以通过命令设置Mplayer实现相应的功能。Process->start("mplayer–slave–quiet–ac–madxxxxx")。

    下面对播放器的暂停播放功能和音量调节进行介绍。

    ①播放暂停功能设计

    通过这段代码可以设置Mplayer暂停：process->write("pause");执行这段代码的时候在播放状态下就会暂停，暂停状态下就会继续播放。

    ②音量调节

    下面代码即可实现音量调节的功能：

    Process->write("volume-1");//音量减小;

    Process->write("volume+1");//音量增加;

    Process->write("volumeXX1");//音量设置成指定值

    该系统使用如下代码实现音量调节：

    QStringcmd="volume"+QString：：number(value)+"1";

    process->write(cmd。toLOCal8Bit()。data());

    系统最终实现的实验效果图如图5所示：

    图5播放器模块实验结果图

    3。2游戏模块的设计

    本系统设计了一个打砖块游戏。通过建立一个打砖块的游戏类CANnonFiELD，包含角度intangle、力度intforce、是否正在射击boolisShooting等成员，具有设置角度setAngle(intangle)、设置力度setForce(intforce)、射击shoot()、运动轨迹shotRect()、游戏控制newTarget()、setGameOver()、restartGame()等槽函数，能发出击中hit()、未击中missed()、角度变化angleChanged(intnewAngle)力度变化forceChanged(intnewForce)等信号。

    游戏开始时使用随机函数在指定区域内显示一个砖块，点击射击按钮时通过setAngle和setForce设置的角度和力度，使用shoot()进行射击，通过发出的击中hit()或未击中missed()信号来作出相应的动作。仿真效果图如图6所示：

    图6游戏模块实验结果图

    4总结

    本系统采用开源的Linux操作系统和QT4界面设计工具，整个系统采用模块化设计，具有良好的可扩展性。硬件平台采用的是UP-TECHS3C2410DVK1。1嵌入式系统，该芯片采用ARM架构，其独特的架构设计具有功耗低、功能强的特点，因此非常适合用于手持式设备;采用LCD触摸屏与用户进行交互，使用简单，符合便携式终端的发展趋势。