嵌入式掌上娛樂系統(tǒng)設(shè)計方案

一、引言

隨著微處理器技術(shù)、DSP技術(shù)、多媒體編解碼技術(shù)以及嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體娛樂終端已經(jīng)成為消費性電子產(chǎn)品的熱點。在這個背景下，設(shè)計一個高性能、低功耗、低成本的嵌入式掌上娛樂系統(tǒng)具有廣闊的市場前景。本文基于Linux嵌入式操作系統(tǒng)，在UP-TECH S3C2410 DVK1.1開發(fā)平臺下，提出了一個觸摸式的嵌入式掌上娛樂系統(tǒng)設(shè)計方案。

二、系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)以UP-TECH S3C2410 DVK1.1為開發(fā)平臺，使用嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)。系統(tǒng)的實現(xiàn)包括底層系統(tǒng)的搭建和應(yīng)用層的實現(xiàn)。底層系統(tǒng)搭建涉及對通用嵌入式Linux操作系統(tǒng)的裁剪，使其符合硬件平臺，并初始化開發(fā)底層的驅(qū)動，實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制以及數(shù)據(jù)的存儲和傳輸。應(yīng)用層的設(shè)計主要包括多媒體播放器以及游戲模塊，通過Qt4設(shè)計用戶界面，提供友好的人機交互。

三、硬件平臺

硬件平臺采用博創(chuàng)UP-TECH S3C2410 DVK1.1開發(fā)板，處理器類型為Samsung S3C2410，主頻為203MHz。該開發(fā)板適用于工業(yè)控制、移動通信設(shè)備、醫(yī)療儀器等多種場合。外擴64MB NAND FLASH和64M SDRAM，提供USB2.0接口與計算機進行高速通信。該平臺集成了大尺寸LCD觸摸屏，型號為LQ080V3DG01，分辨率為640×480像素，這是選擇它作為開發(fā)平臺的重要原因。

主控芯片型號及作用：

• Samsung S3C2410

• 處理器核心：S3C2410是一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC微處理器，主頻可達203MHz，為系統(tǒng)提供強大的計算能力。

• 內(nèi)存管理：支持虛擬內(nèi)存管理，允許系統(tǒng)更有效地利用內(nèi)存資源。

• 外設(shè)接口：提供豐富的外設(shè)接口，包括USB、UART、SPI、I2C、SD卡接口等，方便連接各種外圍設(shè)備。

• LCD控制器：內(nèi)置LCD控制器，支持多種分辨率的LCD顯示屏，為系統(tǒng)提供高質(zhì)量的圖形顯示能力。

• 低功耗：采用先進的低功耗設(shè)計，適合用于手持式設(shè)備。

• 型號：S3C2410

• 作用：

四、軟件平臺

在系統(tǒng)層，由于UP-TECH S3C2410 DVK1.1開發(fā)板提供的原始系統(tǒng)版本較低，因此針對多媒體娛樂系統(tǒng)，裁剪移植了適合本系統(tǒng)的Uboot-1.1.6、Linux-2.6.24內(nèi)核和yaffs文件系統(tǒng)。配置了LCD屏驅(qū)動、網(wǎng)卡驅(qū)動、SD卡等驅(qū)動。在應(yīng)用層，采用Qt SDK設(shè)計所有的應(yīng)用程序。Qt是一個跨平臺的C++圖形用戶界面（GUI）庫，包括跨平臺類庫、集成開發(fā)工具和跨平臺IDE，使用Qt可以一次開發(fā)，多次編譯，無需重新編寫源代碼，即可跨不同桌面和嵌入式操作系統(tǒng)部署應(yīng)用程序。

五、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

系統(tǒng)的最上層是直接面向用戶的應(yīng)用層，包含多媒體功能模塊和娛樂游戲功能模塊。

1. 多媒體功能模塊

多媒體功能模塊通過調(diào)用MPlayer播放器對系統(tǒng)內(nèi)存或者USB接口中的外存定位對應(yīng)的媒體文件，并將其解碼。系統(tǒng)支持全屏播放和最小播放模式，幾乎可以播放市面上現(xiàn)存的所有的音頻、視頻文件。

（1）播放器前端設(shè)計

使用Qt設(shè)計一個前端播放、控制界面，界面包括顯示屏和控制按鈕，如播放、暫停、上一首、下一首、音量調(diào)整以及播放進度條。文件操作窗口使用戶可以選擇要播放的文件，播放列表用來播放用戶加載的多媒體文件。

（2）播放器后端設(shè)計

播放器后端使用MPlayer作為播放軟件。MPlayer是Linux下的最佳媒體播放工具，不需要任何系統(tǒng)解碼器就可以播放包括視頻、音頻、流媒體、廣播、電視等各種媒體。MPlayer具有良好的移植性，可以移植到許多非X86平臺上，并且軟件包中含有針對ARM架構(gòu)的優(yōu)化代碼，利用ARM的特性加快了對媒體的處理速度。

（3）播放功能實現(xiàn)

通過定義一個QProcess對象調(diào)用已編譯好的Mplayer，前端程序通過QProcess與Mplayer進行通信，實現(xiàn)播放、暫停、音量調(diào)節(jié)等功能。例如，通過process->write("pause")實現(xiàn)播放暫停功能，通過process->write("volume+1")和process->write("volume-1")實現(xiàn)音量增加和減小功能。

2. 娛樂游戲功能模塊

娛樂游戲功能模塊設(shè)計了幾個界面友好有趣的游戲，增加了系統(tǒng)的娛樂性。游戲模塊通過建立一個游戲類，包含角度、力度、是否正在射擊等成員變量，以及設(shè)置角度、設(shè)置力度、射擊、運動軌跡、游戲控制等槽函數(shù)，能發(fā)出擊中、未擊中、角度變化、力度變化等信號。游戲開始時使用隨機函數(shù)在指定區(qū)域內(nèi)顯示一個目標(biāo)，點擊射擊按鈕時通過設(shè)置的角度和力度進行射擊，通過發(fā)出的擊中或未擊中信號來作出相應(yīng)的動作。

六、系統(tǒng)實現(xiàn)

1. 底層系統(tǒng)搭建

底層系統(tǒng)搭建包括文件系統(tǒng)的搭建以及各種接口部件的驅(qū)動程序開發(fā)。驅(qū)動程序通過嵌入式Linux操作系統(tǒng)進行調(diào)用，完成應(yīng)用的功能，為上層的接口層和應(yīng)用層提供服務(wù)。

2. 應(yīng)用層實現(xiàn)

應(yīng)用層的設(shè)計主要包含多媒體功能模塊和娛樂游戲功能模塊。多媒體功能模塊使用Qt設(shè)計一個前端播放、控制界面，并使用Mplayer作為后端程序。娛樂游戲功能模塊通過建立一個游戲類，實現(xiàn)打磚塊等游戲功能。

3. 用戶界面設(shè)計

用戶界面設(shè)計采用Qt4，界面友好，漢化顯示，美觀，操作簡便，運行流暢。用戶主界面設(shè)計了一個主框架，將其他功能模塊的圖標(biāo)放在該框架內(nèi)，方便用戶調(diào)用相關(guān)功能。

七、系統(tǒng)測試與優(yōu)化

在系統(tǒng)開發(fā)完成后，進行系統(tǒng)的測試與優(yōu)化工作。測試包括功能測試、性能測試、穩(wěn)定性測試等，確保系統(tǒng)能夠正常運行并滿足設(shè)計要求。優(yōu)化工作包括代碼優(yōu)化、內(nèi)存優(yōu)化、功耗優(yōu)化等，提高系統(tǒng)的運行效率和用戶體驗。

八、結(jié)論

本文基于Linux嵌入式操作系統(tǒng)，在UP-TECH S3C2410 DVK1.1開發(fā)平臺下設(shè)計并實現(xiàn)了一個高性能、低功耗、低成本的嵌入式掌上娛樂系統(tǒng)。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，包括多媒體功能模塊和娛樂游戲功能模塊，使用Qt4設(shè)計用戶界面，提供友好的人機交互。通過測試與優(yōu)化，系統(tǒng)能夠正常運行并滿足設(shè)計要求，具有廣闊的市場前景。

嵌入式系統(tǒng)作為以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)，在未來幾年內(nèi)將得到快速發(fā)展。多媒體終端作為數(shù)字信息產(chǎn)業(yè)的一個重要組成部分，蘊含著巨大的發(fā)展?jié)摿?。本文的設(shè)計方案為嵌入式掌上娛樂系統(tǒng)的開發(fā)提供了一種可行的解決方案，具有一定的參考價值和實際意義。