1、嵌入式系統原理與應用課程設計目錄摘 要11.設計目的和要求11.1設計的意義11.2設計要求22.嵌入式技術22.1嵌入式的介紹22.2電子相冊23開發工具及環境33.1 linux操作系統33.2 Mini2440 開發板簡介43.3 ARM處理器43.4交叉編譯環境53.4.1交叉編譯53.4.2關于交叉工具鏈53.5開發環境的搭建53.5.1建立嵌入式系統開發環境53.5.2 開發板的設置及連接64.程序流程圖75.設計過程和結果85.1電子相冊圖片設置95.1.1 BMP圖片顯示95.1.2 BMP圖片的顯示方法95.2音樂文件的轉換95.3 音樂電子相冊制作96.總結13附錄:14音

2、樂電子相冊摘 要隨著數碼相機的盛行，傳統相機逐漸退出歷史的舞臺。對于數碼相片的欣賞和擺設，人們一般只能通過PC機，極其不方便。電子相冊正是迎合這種需求，它體積小，能隨時更換相片，并具有USB傳輸功能，能夠即插即用，擁有較大的存儲空間。本設計采用了比較通用的Mini2440系列處理芯片為主芯片和源代碼開放的嵌入linux操作系統共同建立的平臺設計了電子相冊系統，主要實現的功能有對多種格式相片在320*240LCD觸摸屏上以幻燈形式播放、USB讀取等功能。該設計具有成本低，功能強大等特點。針對nandflash啟動的支持，實現了啟動引導程序U-BOOT的修改和移植，以及嵌入式linux內核的裁剪和

3、驅動的修改，包括nandflash分區、LCD驅動修改等；通過程序的交叉編譯，讓程序能夠在開發板上運行，進行播放照片和簡單的音樂。 關鍵字： 電子相冊 Mini2440 嵌入式系統1.設計目的和要求1.1設計的意義通過本次課程設計，掌握嵌入式程序的設計方法、調試。加深對嵌入式系統原理課程理論知識的理解，提硬件的操作能力和對軟件的使用。分析嵌入式系統的原理，通過給定的技術指標要求編寫程序，利用軟件和嵌入式開發板進行仿真，分析設計程序及結果。通過本次設計掌握開發板的調試。加深對嵌入式系統原理課程理論知識的理解，提高了嵌入式程序設計及開發板調節的實踐能力。1.2設計要求根據設計要求進行分析，找出其中

4、的實體、屬性、以及實體間的聯系，完成對嵌入式操作性體統的基本使用,熟悉Linux環境下的指令,完成對客戶端的基本操作,熟悉基本程序設計的方式及要求,熟悉設計程序及運行結果。根據結果圖得出結論驗證結論，完成一些基本的操作，學會嵌入式軟件和Mini開發板的使用。2.嵌入式技術2.1嵌入式的介紹IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美國電氣和電子工程師協會）對嵌入式系統的定義：“用于控制、監視或者輔助操作機器和設備的裝置”。嵌入式系統是一種專用的計算機系統，作為裝置或設備的一部分。通常，嵌入式系統是一個控制程序存儲在ROM中的嵌

5、入式處理器控制板。事實上，所有帶有數字接口的設備，如手表、微波爐、錄像機、汽車等，都使用嵌入式系統，有些嵌入式系統還包含操作系統，但大多數嵌入式系統都是由單個程序實現整個控制邏輯。 從應用對象上加以定義，嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。國內普遍認同的嵌入式系統定義為：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。2.2電子相冊 電子相冊分為兩種，一種是軟件類型的電子相冊，一種是硬件類型的電子相冊，上文所講的windows media player等制作的電子相冊，都屬于軟件類型，除此之

6、外，還有一種電子相冊為硬件類型，指能夠不借助電腦可以在LCD面板上顯示數碼照片的電子產品的展示效果，還能夠將照片顯示到電視機上。還可接U盤、SD卡、MMC卡，除播放圖片外，還可播放MP3、內置左右雙喇叭、邊播放圖片邊聽MP3、看手機AVI格式電影、DAT格式或MPEG格式或MPG格式電影（VCD文件）、VOB格式電影（DVD文件）（其它不支持的格式可以軟件轉換）、輸出音頻視頻到電視機或音響，制作這種電子相冊的產品稱為電子相框，電子工程雜志將電子相框分為3類，簡易電子相框、“多媒體”電子相框高級、“多媒體”電子相框。3開發工具及環境 3.1 linux操作系統Linux操作系統是多用戶

7、、多任務的操作系統，具有強大的可移植性、良好地編程環境和強大的網絡工程。Linux操作系統是一個免費的操作系統，由于Linux是由Linus開發的，故以Linuxs UNIX命名，簡稱Linux。Linux的主要特性（1）開放性：系統遵循標準規范，特別是遵循開放系統互連(OSI)國際標準。（2）多用戶：系統資源可以被用戶使用，每個用戶對自己的資源(例如：文件、設備)有特定的權限。（3）多任務：計算機同時執行多個程序，而且各個程序的運行互相獨立。（4）良好的用戶界面：Linux向用戶提供了兩種界面：用戶界面和系統調用。Linux還為用戶提供了圖形用戶界面。它利用鼠標、菜單、窗口、滾動條等設施，給

8、用戶呈現一個直觀、易操作、交互性強的友好的圖形化界面。（5）設備獨立性：操作系統把所有外部設備統一當作成文件來看待，只要安裝它們的驅動程序，任何用戶都可以像使用文件一樣，操縱、使用這些設備，而不必知道它們的具體存在形式。Linux是具有設備獨立性的操作系統，內核具有高度適應能力。（6）提供了豐富的網絡功能：完善的內置網絡是Linux一大特點。（7）可靠的安全系統：Linux采取了許多安全技術措施，包括對讀、寫控制、帶保護的子系統、審計跟蹤、核心授權等，這為網絡多用戶環境中的用戶提供了必要的安全保障。（8）良好的可移植性：將操作系統從一個平臺轉移到另一個平臺使它仍然能以自身的方式運行的能力。Li

9、nux是一種可移植的操作系統，能夠在從微型計算機到大型計算機的任何環境中和任何平臺上運行。3.2 Mini2440 開發板簡介Mini2440 是一款真正低價實用的 ARM9 開發板，是目前國內性價比高的一款學習 板；它采用 Samsung S3C2440 為微處理器，并采用專業穩定的 CPU 內核電源芯片和復位芯片 來保證系統運行時的穩定性。mini2440 的 PCB 采用沉金工藝的四層板設計，專業等長布線， 保證關鍵信號線的信號完整性，生產采用機器貼片，批量生產。如下圖3.2開發板 圖3.2 開發板外觀3.3 ARM處理器ARM處理器是一個32位元精簡指令集(RISC)處理器架構,其廣泛

10、地使用在許多嵌入式系統設計。微軟在2012年10月26日發布的Windows 8操作系統也支持ARM系列處理器。在同一天發布的ARM架構版本微軟Surface（搭載Windows RT操作系統）中，微軟已經采用了ARM處理器，這款產品或許意味著Windows平板電腦已經成為現實。ARM處理器特點：1. 體積小、低功耗、低成本、高性能；2. 支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；3. 大量使用寄存器，指令執行速度更快；4. 大多數數據操作都在寄存器中完成；5. 尋址方式靈活簡單，執行效率高；6. 指令長度固定。3.4交叉編譯環境3.4.1交叉編譯交叉編

11、譯（cross-compilation）是指，在某個主機平臺上（比如PC上）用交叉編譯器編譯出可在其他平臺上（比如ARM上）運行的代碼的過程。嵌入式軟件開發需要交叉開發環境，這是其開發的一個顯著特點，交叉編譯器只是交叉開發環境的一部分，我們說的交叉開發環境是指編譯、鏈接和調試嵌入式應用軟件的環境，它與運行嵌入式應用軟件的環境有所不同，常采用宿主機-目標機模式。3.4.2關于交叉工具鏈它是交叉編譯環境所需工具的集合體，是所需軟件（binuntials、gcc與glibc等）的安裝載體，主要包括：交叉編譯器(arm-linux-gcc)、交叉匯編器(arm-linux-as)、交叉鏈接器(arm-

12、linux-ld)、各種操作所依賴的庫及用于處理可執行程序和庫的一些基本工具（如arm-linux-strip）。3.5開發環境的搭建3.5.1建立嵌入式系統開發環境(1) 在PC上建立Linux操作系統的虛擬機(2) 建立PC、虛擬機和開發板之間的網絡聯系，使三者間可以相互通信。IP地址配置方案： 開發板IP地址：192.168.1.230 虛擬機IP地址：192.168.1.100 PC端IP地址：192.168.1.200(3)三者間相互通信搭建圖，如下圖所示 圖（2）網絡聯系搭建圖（4）在虛擬機側，可以查看連接情況。圖（4）通信暢通圖3.5.2 開發板的設置及連接（1）開發板的啟動模式

13、選擇，是通過撥動開關來決定的： 開關接到 Nor Flash 標識一側時，系統將從 Nor Flash 啟動；開關接到 Nand Flash 標識一側時，系統將從 Nand Flash 啟動。出廠的時候開發板的 Nor Flash 和 Nand Flash 已經燒入了相同的 BIOS(因為該 BIOS 同時支持這兩 種 Flash，只是開機后表現形式不同，請參考“開發板 BIOS 功能及使用說明”一節)，開關已經被接到 Nand Flash 一側，系統一開機就從 Nand Flash 啟動運行系統。 (2) 外部接口連接 ¾ 請使用我們提供的直連串口線連接開發板的串口 0 和 PC

14、機的串口 ¾ 用我們提供的交叉網線將開發板的網絡接口與 PC 相連 ¾ 用我們提供的 5V 電源適配器連接到板上的 5V 輸入插座 ¾ 把音箱或者耳機的插頭接入板上的音頻輸出口(綠色) ¾ 如果您有液晶屏，請按照數據線頭的方向與開發板的 LCD 接口相連 ¾ 用 USB 電纜連接開發板和 PC 4.程序流程圖5.設計過程和結果 5.1電子相冊圖片設置將找到的圖片用photoshop將圖像大小設置為240*320，并保存為bmp格式。5.1.1 BMP圖片顯示這是本系統中的難點，也是關鍵技術。Bmp圖片就是通常所說的位圖，是一種與硬件設備無關的圖

15、像文件格式，使用非常廣。它采用位映射存儲格式，除了圖像深度可選以外，不采用其他任何壓縮，因此，BMP文件所占用的空間很大。BMP文件的圖像深度可選lbit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存儲數據時，圖像的掃描方式是按從左到右、從下到上的順序。由于BMP文件格式是Windows環境中交換與圖有關的數據的一種標準，因此在Windows環境中運行的圖形圖像軟件都支持BMP圖像格式。5.1.2 BMP圖片的顯示方法 bmp圖片的顯示方法主要有三種：(1)是使用內存調用方法顯示bmp圖片。我們通常所說的屏幕就是屏顯，在將bmp調色板區寫入計算機調色板和已經讀取bmp文件圖像存儲區到內存的基礎

16、上，再從內存將數據讀取并顯存只需要進行一個內存復制操作就可以了。(2)是直接從文件讀取到屏幕顯示bmp文件。這種方法將通過顯示bmp文件所需要的內存空間、讀取數據到申請的空間、顯示等多步的任務簡化成一步。事實上也就是將讀取文件數據到申請內存變到顯示內存。（3）采用繪點的方法將圖片的像素按照圖片文件的排列順序逐個在屏幕上畫出來。5.2音樂文件的轉換本實驗是將wav格式音樂轉換為音樂數據寫進內部Flash的，wav文件采用的是RIFF格式，音頻格式為PCM編碼，單聲道，8000HZ，128kbps；因此為獲得轉換數據，在虛擬機里編寫了轉換程序。用音樂格式轉換工具可以將其他格式的音樂，設置相關參數(

17、例如采樣率，聲道數，立體聲輸出等)，改為開發板允許播放的wav格式，參照照片數量，設置需要的時長，達到圖片和音樂播放同步的效果。 5.3 音樂電子相冊制作（1）將文件放入電腦D盤的share-unbantu文件夾中。如下圖所示：圖(1) 導入文件（2）打開虛擬機，從虛擬機下的share文件夾中將圖片復制到Student文件夾下。如下圖所示：圖（2）文件放入交互目錄(3)進入Student文件夾，看到剛剛放入Student中的圖片和音樂。如下圖所示：圖（3）查看放入的文件( 4 )修改程序，將音樂和圖片放入程序中。如下圖所示：圖（4）程序修改(5)進行交叉編譯，如下圖所示：圖（5）交叉編譯（6）

18、在嵌入式開發板上顯示相冊圖片，如下圖所示：圖（6）效果圖6.總結回顧起此次課程設計，我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這一段時間里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多的東西，不僅是學習上的，而且是關于做人做事方面的感悟。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。我在這次課程設計的過程中遇到了許多問題，同時也發現了自己的許多不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說不懂一些軟件的使用方法，對編程語言掌握得不透徹。還有，

19、這次課程設計讓我明白了只有自己懂，自己做，才不會在關鍵時刻掉鏈子。別人學到的知識終究是別人的，路總是要自己走，屬于自己的任務就要自己搞。所以，我們必須要時刻強大自己，不要一味依賴別人。這個過程雖然不是很平坦，肯定會遇到各種各樣的問題，但一旦征服了它那它就是你的東西了，當這樣的厚積達到一定程度那你就能享受到薄發那刻的輝煌。參考文獻1鄭君里，楊為理等.信號與系統.高等教育出版社.2006年12月2趙健，李勇.數字信號處理.清華大學出版社.2007年2月3陽昌漢，謝紅等.高頻電子線路.高等教育出版社.2007年4月4王福昌，熊兆飛等.通信原理.清華大學出版社.2006年9月5樊昌信，曹麗娜.通信原理

20、.國防工業出版社.2010年7月6常華，張海燕。嵌入式系統原理與應用. 清華大學出版社.2013年3月附錄:部分代碼:#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <signal.h>#include <unistd.h>static void sig_usr(int signo); static void sig_alarm(int signo);int i=1;pid_t child_pid; int main()pid_t pid; if (signal(SIGALRM, sig_alarm)

21、< 0) perror("signal SIGALRM error:"); if (signal(SIGUSR2, sig_usr) < 0) perror("signal SIGUSR2 error:");pid=fork(); if ( pid = 0 )/* 子進程 */printf("child_pid= %dn",getpid();for(;)system("./方大同 紅豆.wav");pause();exit(0);else/* 父進程 */child_pid=pid;for(;)alarm(3);pause(); return 0;static void sig_usr(int signo)int ret; printf("SIGUSR2 comming. n"); if(ret=kill(child_pid,SIGCONT)<0) perror("kill error:");static vo