（无线电物理专业论文）基于dmbth的多媒体终端的设计与研究.pdf

摘要 随着信息技术已经进入数字化时代，数字电视蓬勃发展，人们对高品质的数 字多媒体播放和高性能的网络信息终端的需要日益增长。地面数字电视这种传播 方式应运而生，它既能提供高质量的播放效果，又能方便地实现无线传输满足人 们随时随地进行收看的需求，具有广阔的市场前景。d m b - t h 是我国自主提出的 新颖的、适合我国国情的地面数字电视传输标准。它能很好的支持无线多媒体业 务，基于它开发一款具备收看数字电视、并支持多种媒体格式的嵌入式移动多媒 体终端极具市场潜力。 本文在介绍d m b - t h 标准的基础上，分析了d m b - t h 的技术特点和优势。针对 d m b - t h 和嵌入式多媒体的特点以及现实中的应用需求，在嵌入式平台上研究实 现了基于d m b - t h 标准的无线多媒体终端。通过t u n e r 和l g s 8 9 1 3 构成的前端子 系统实现了对电视信号地接收、锁定和信道地解调解码并最终输出t s 码流，提 供给后端应用平台。后端平台建立在以p x a 2 5 5 微处理器为核心，集成众多外围 设备的硬件系统，以嵌入式l i n u x 2 6 2 0 为操作系统、q t e q t o p i a 为图形用户 界面的便携式多媒体中心平台上。课题针对便携式接收的具体要求，在软件上实 现了t s 流的解复用功能，并实现了m p e g - 2 等多种媒体格式的解码和播放。在应 用层上实现了q t e 嵌入式视窗系统地开发。 测试结果表明前端和后端平台运行稳定，嵌入式l i n u x 操作系统可以稳定 地运行，拥有亲和的人机界面，播放效果清晰。 关键词：d m b - t h ；t s 码流；解复用；嵌入式l i n u x 图形界面 a bs t r a c t a si n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yh a se n t e r e dt h ed i g i t a le r a , d i g i t a lt e l e v i s i o ni s b o o m i n g t h en e e d so fh i g h q u a l i t yd i g i t a lm e d i ap l a y e r a n dh i g h - p e r f o r m a n c e n e t w o r ki n f o r m a t i o nt e r m i n a l si sg r o w i n gr a p i d l y s ot h et r a n s m i s s i o no fd i g i t a l t e l e v i s i o nt e r r e s t r i a lc a m ei n t ob e i n g i tc a nn o to n l yp r o v i d eh i g h q u a l i t yp l a y b a c k ， b u ta l s of a c i l i t a t et h er e a l i z a t i o no fw i r e l e s st r a n s m i s s i o na ta n yt i m e i tw i l lh a v e b r o a dm a r k e tp r o s p e c t s d m b - t hi san o v e ls t a n d a r dt h a tc h i n ap r o p o s e d i n d e p e n d e n t l y ，a n d i t ss u i t a b l ef o rc h i n a sn a t i o n a lc o n d i t i o n s i ts u p p o r t sw i r e l e s s m u l t i m e d i as e r v i c e sp e r f e c t l y t h ee m b e d d e dm u l t i m e d i at e r m i n a lb a s e do ni tw h i c h c a nw a t c had i g i t a lt va n ds u p p o r tav a r i e t yo fm e d i af o r m a t sh a sg r e a tp o t e n t i a li n m o b i l em a r k e t i nt h i s p a p e r , t o f u l f i lt h ed e m a n do ft h er e a l i t y , w e p r o p o s e d aw i r e l e s s m u l t i m e d i at e r m i n a l sb a s e do nd m b t hs t a n d a r d a n dt h ef e a t u r e so fe m b e d d e d m u l t i m e d i ai nt h ee m b e d d e d p l a t f o r m t e l e v i s i o ns i g n a l s c a nb e r e c e i v e d ，l o c k e d ，d e c o d e d ，d e m o d u l a t e da n df i n a l l yo u t p u tb yt sc o d es t r e a mb yt h e f r o mo fas u b s y s t e ms t r u c t u r e db yl g s 8 913a n dt u n e r t h et sc o d es t r e a mi s p r o v i d e dt ob a c k e n da p p l i c a t i o np l a t f o r ms y s t e m t h eb a c k e n dp l a t f o r ms y s t e mw a s b u i l to np o r t a b l em e d i ac e n t e rp l a t f o r mw i t hah a r d w a r es y s t e m 、析t hp x a 2 5 5 m i c r o p r o c e s s o r , m a n yi n t e g r a t e dp e r i p h e r a l sa n da no p e r a t i n gs y s t e mw i t he m b e d d e d l i n u x 2 6 2 0 ，q t eo p i ag r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e t om e e tt h et h es p e c i f i cr e q u i r e m e n t s o fp o r t a b l er e c e i v e r s ，w ec o m p l e t e dt h ed e m u l t i p l e x i n gc a p a b i l i t i e so ft sc o d es t r e a m w i t hs o f t w a r e a tt h em e a nt i m e ，w ed e c o d e da n dp l a y e dm a n ym u l t i m e d i af o r m a t s s u c ha st h em p e g 一2 t h ee m b e d d e dq t ew i n d o ws y s t e m sw a sd e v e l o p e do nt h e a p p l i c a t i o nl a y e r t e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ef r o n t e n da n db a c k - - e n dp l a t f o r me m b e d d e dl i n u x o p e r a t i n gs y s t e mc a no p e r a t es t a b l y i th a sae a s i e rh u m a n c o m p u t e ri n t e r f a c ea n dc a n p l a yc l e a r l y k e yw o r d s ：d m b t h ；t sc o d e ；d e m u l t i p l e x e r ；g u i 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成果。 本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明 确方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。 声明人( 签名) ：主卉 埘年芗月巧日 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大 学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电 子版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学 校图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索， 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适 用本规定。 本学位论文属于 1 、保密 () ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密( x ) ( 请在以上相应括号内打“”) 日期：年f 月巧目 日期：纠年孑月坊日 第一章绪论 1 1 课题的背景和意义 1 1 1 数字电视及其优点m 第一章绪论 随着科学技术的飞速发展，信息技术已进入数字化时代。数字电视 ( d i g i t a l t v ) 是从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字 传输技术的新一代电视，是继黑白电视和彩色电视后的第三代电视。 数字电视包括h d t v 和s d t v 。两者区别主要在于图像质量和信道传输所占 带宽的不同。h d t v ( 1 0 0 0 线以上) 为高清晰度电视( h i g hd e f i n i t i o n t e l e v i s i o n ) ，图像质量可达到或接近3 5 m m 宽银幕电影的水平；s d t v ( 5 0 0 6 0 0 线) 为标准清晰度电视( s t a n d a r dd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) ，主要是对应现有 电视的分辨率量级。 相对模拟电视，数字电视不仅能改进音、视频质量，而且还能与现有的数字 通信和计算机技术相结合，能为人们提供全新的、更灵活、更方便的服务。具体 来说数字电视有如下优点：数字电视信号在中继和复制中不会产生噪声积累，可 以采用纠错编码技术提高抗干扰能力，这使用户能看到演播室级的图像质量；节 目易于存储而且不会像磁带那样产生磨损；易于加密和保密通信；可采用大规模 集成电路，降低功耗，减小体积，提高可靠性，降低成本；可使用各种通信线路 和网络，提供许多新业务，例如视频点播甚至电子商务等。数字电视的这些优点 使之具有强大的生命力和光明的前景，数字电视将会大大丰富人们的生活，并最 终取代模拟电视。 1 。1 。2 数字电视在我国的发展幻 我国在数字电视领域一开始便与科技先进的发达国家保持同步。1 9 9 5 年中 央电视台开始利用数字电视系统播出加密频道，利用卫星向有线电视台传送4 套加密电视节目。1 9 9 6 年开始通过卫星传输数字电视信号。卫星既能发送模拟 信号也能发送数字信号。目前，几乎所有省市的电视台都上了卫星，发送的都是 数字信号。1 9 9 8 年9 月，我国研制成功第一套数字高清晰度电视系统功能样机， 基于d m b t h 的多媒体终端的设计与研究 成为继美国、欧洲和日本之后世界上第四个拥有数字高清晰度电视地面广播传输 系统的国家。在9 月8 日至1 2 日的5 天时间里，中央电视塔利用这套系统试发 射了数字电视节目。国庆5 0 周年庆典上，我国也在北京试播了高清晰度数字电 视。这次试播所使用的制式为d v b t ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t t e r r e s t r i a l ) 和a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e mc o m m i t t e e ) 两种，并通过试播实地考察 测量它们的性能指标，为最后确定我国数字电视h d t v 制式提供第一手资料。 从数字电视的发展趋势来看，我国数字电视发展大致可分为三个阶段。 第一阶段：2 0 0 3 年以前。这一阶段数字电视的有线广播国家标准尚未完成， 数字电视的产业链还无法形成，不可能进行大规模的数字电视产业化。在这一阶 段，市场的热点在于电视台的设备更新与升级，这是数字电视产业化的先行者。 在s d t v 制作播出设备大规模进入电视台的同时，h d t v 制作播出设备也开始进 入大型电视台。 第二阶段：2 0 0 3 2 0 0 5 年。我国主要城市的有线数字电视产业化开始启动。 主要城市中s d t v 开始大规模的进入家庭，普通模拟电视机也可以通过加装机顶 盒来观看数字电视。在一些发达地区，人们开始逐渐接触h d t v 。 第三阶段：2 0 0 6 - - - 2 0 0 8 年。我国主要城市将逐步普及数字高清晰度电视的 商业播出。城市中h d t v 成为电视机产品消费的主流。这一阶段有如下特点：在 数字电视播出前端，h d t v 制作播出设备所占的比重进一步增加，在一些主要城 市，将成为设备更新的主流，这些地区h d t v 开始普遍进入家庭。人们对电视的 要求进一步提高，拥有数字电视产业核心技术的企业优势突显，机遇掌握在那些 拥有核心技术并不断创新的企业手中。 我们相信随着我国申办2 0 0 8 年奥运会的成功，为我国数字电视和高清晰 度电视的发展提供了难得的机遇，广播电视发展前景广阔。 1 1 3 地面数字电视 数字电视根据传输媒介的不同，主要分为：地面数字电视、有线数字电视 ( 包括光纤、同轴和两者的混合网) 、卫星数字电视、微波等。 地面数字电视的国际标准主要有三个：欧洲d v b 组织提出的以c o f d m ( c o d e d o r t h o g o n a lf r e q u e n c ym u l t i p l e x i n g ) 为核心技术的d v b t 标准；美国大联盟 组织提出的以8 v s b 为核心技术的a t s c 标准；日本提出的以b s t - o f d m ( b a n d w i t h 2 第一章绪论 s e g m e n t e dt r a n s m i s s i o n o f d m ) 为核心技术的i s d b t ( i n t e g r a t e ds e r v l c e d i g i t a lb r o a d c a s t i n gt e r r e s t r i a l ) 标准。 清华大学和北京凌讯华业科技有限公司提出的以t d s - o f d m ( t i m ed o m a i n s y n c h r o n o u s - - o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 为核心技术的 d m b 一- t h ( t e r r e s t r i a ld i g i t a lm u l t i m e d i at v h a n d l eb r o a d c a s t i n g ) 方案， 已经为我国地面数字电视标准作出了重要贡献，而且也为国际公认标准迈出了第 一步。 1 1 4 地面数字电视的优势 首先，地面数字电视广播网络可以通过位于电视发射台制高点的天线，来发 射无线数字电视电波覆盖电视用户，客户端通过接收天线和电视机收视节目。地 面广播也是数字电视广播最基本的传输网络形式。除了提供娱乐、学习等公益服 务之外，其普遍性、可控性和抗毁性还被视为国家安全设施，使之成为紧急情况 下动员国民最直接最可靠的政府喉舌。 其次，开发地面数字电视市场可以满足人们随时随地收看多媒体节目的要 求。数字电视的发展已经不仅仅是收看内容的多少，还包括收看地点的灵活性、 收看时段的随意性。 很重要的就是，开展地面数字电视服务能够利用目前大量闲置的电视频道资 源，实现更多的应用业务以提高频率效益。广播运营单位不但可以利用原有的电 视频道，也可利用闲置的电视频道来开展地面数字电视广播，提供数字电视的移 动接收和便携接收服务( 支持大于5 m b p s 的码率) ，或者提供高清晰度电视以 便用室内简单天线进行固定接收( 传输大于2 0 m b p s 的码率来) ，提高频率利用 的经济效益。此外在开发一般的数字电视业务和数据广播的同时，如果能够实现 接收机定位、定时接收和双向交互业务以及对用户的个性化信息等业务，将大大 扩展无线频道的业务能力，为无线电视台提供更广阔的发展机会。 总之，地面数字电视项目具有投资少、见效快的特点，而且可以带动相关产 业的发展。开展地面数字电视，等于为我国这个世界上最大的电视消费和生产国 开发了一个巨大的产业机会。 3 基于d m b t h 的多媒体终端的设计与研究 1 2 地面数字电视传输方案d m b - t h 1 2 1d m b t h 标准简介嘲 随着技术的发展和研究的不断深入，人们逐渐认识到在移动接收、频谱效率、 单频网、干扰、系统的灵活性等方面，欧洲的d v b t ，美国的a t s c ，日本的i s d b - t ， 三个系统各有相应的优缺点。清华大学和北京凌讯华业科技有限公司针对上述目 前世界上三个地面数字电视系统存在的问题，提出了一种新颖的、适合我国国情 的地面数字电视传输方案，和美国、欧洲的地面标准相对应，称为d m b m ( t e r r e s t r i a ld i g i t a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ) 技术。清华大学在配合国 家数字电视联合工作组的基础上，融合继d m b - t 技术之后的最新研究成果，形 成了国家地面数字电视标准融合方案，考虑到该方案支持未来的手持、便携设备 接收，称为d m b t h 。d m b t h 在继承原有系统优点的基础上，覆盖范围、抗干扰 能力、接收性能、系统稳定性等方面比原有d m b - t 技术有明显提高。d m b t h 技 术的核心采用了m q a m q p s k 的时域同步正交频分复用调制技术，使用了最新的 l d p c 前向纠错编码技术，因而可以更加可靠地支持更多的无线多媒体业务。 1 2 2d m b - t h 的技术特点和优势 d m b - t h 在最早的测试中就表现出比现有任何地面数字电视标准都好得多的 性能和特点，这些优势在各种实验室测试和场地试验中都得到充分的证实，主要 包括： d m b - t h 能够提供更高的数据传输带宽：由于d m b t h 不需要象欧洲d v b t 那 样浪费很多导频信号来进行同步和均衡，因此在同样条件下其有效载荷传输能力 比欧洲d v b - t 高出1 0 ，这使得在同样的无线频谱内能够提供更高的数据带宽。 d m b - t h 能够实现更大的信号覆盖范围：d m b t h 比欧洲d v b t 的接收门限要 有2 d b 的优势，接收灵敏度大大提高，使得d m b - t 在同样的发射条件下能够覆 盖更大的区域，确保较少的投资就可以完成覆盖意图，同时可以降低电磁辐射污 染。 d m b t h 能够满足在各种高速载体上开展业务：d m b - t h 能够在大于2 0 0 公里 时速的超常规速度的载体上正常接收高清晰度的数字电视信号，正是因为d m b t h 4 第一章绪论 采用的时域快速信道估计技术，使系统同步和信道估计时间比欧洲d v b t 缩短 约1 0 0 倍左右，这为地面数字电视广播在各种载体上进行接收提供了有利条件， 如高速汽车、高速火车、轮渡等。这是欧洲d v b - t 技术所不能达到的。 d m b - t h 能够更好地支持城域、省域单频网：d m b t h 严格的与绝对时间同步 的帧结构，使其比欧洲d v b t 的同类设备更容易实现同时同频发送同一信号的 单一频率网络，节约我国宝贵的不可再生的无线频率资源，同时可确保在更大范 围的城域、省域内支持移动接收的单频网。 d m b - t h 为地面数字电视的可持续发展做好了技术准备：d m b - t h 独特的信号帧 结构，可以融合多业务广播。d m b - t h 在解决了数字高清晰度电视传输问题的同 时，将给高速信息用户接入和移动通信领域带来新的发展空间。这些新的业务主 要包括：可以进一步扩展互联网应用；增加组播、点播、导呼业务；拓展视频、 数据、语音等的综合的和交互的应用业务；开发更加便携的移动接收业务，包括 手机接收数字电视等；进一步开发接收机定位业务。 1 3 本课题的研究工作和创新之处 基于d m b - t h 的多媒体终端的设计与研究，是本人在参加厦门万利达通信技 术有限公司的厦门市产学研项目“移动数字电视的机顶盒研制 ( 主要完成了 e p g 、数据库、红外遥控以及部分硬件的调试工作) 项目的后续拓展。 本设计以p x a 2 5 5 为实验平台，构建了一个便携的多功能移动电视接收终端， 能实现基于d m b t h 码流的快速接收播放，实现m p e g 一4 、h 2 6 4 等多种视频格式 的播放。基于d m b - t h 的接收终端具备“一发三收”( 固定、移动、便携) 的可 扩展性先进技术，到2 0 0 8 年特别是随着奥运会的临近，为便携式的移动电视接 收终端带来了巨大的市场，预期中国移动电视应用市场总容量会超过两千万台。 开发一款具备收看数字电视，并支持多种媒体格式的多功能移动多媒体终端极具 市场潜力。 本论文“基于d m b t h 的多媒体终端的设计与研究”主要包含前端和后端两 大模块的设计和研究。文章做了详尽的原理介绍和功能分析，设计出相应的系统 电路，并给出了系统结构框图，实现了对地面电视的接收，结合现有的地面广播 信号给出了接收的效果图。本课题从实际需求和应用两方面考虑，深入学习和研 基于d m b 1 h 的多媒体终端的设计与研究 究了以下内容： 1 研究数字地面电视和嵌入式系统的发展方向，确定了系统框架和方案。学习 了嵌入式开发环境，b o o t l o a d e r 的开发，l i n u x 2 6 内核结构，熟悉了i n t e l x s c a l ep x a 2 5 5 嵌入式处理器的体系结构和片上外设以及f l a s h 、s d r a m 、网 络控制器、l c d 控制器、触摸屏等设备的工作原理及驱动程序的编写。 2 研究d m b - t h 标准的特点，采用调谐器和专用的d m b t h 信道解调解码芯片 l g s 8 9 1 3 构建了前端子系统，实现了d m b t h 信号的接收、锁定和信道的解调 解码，并最终输出t s 码流提供给后端。 3 研究了m p e g - 2 系统层语法规范协议，对t s 流的p s i 信息之间的关系进行了 细致的分析，深入研究了p a t 表和p m t 表的语法结构，用软件实现了t s 流 的解复用功能。 4 学习了o t e o t o p i a 的结构原理移植开发，研究了嵌入式用户图形界面开发 模式和技术手段，设计实现了友好易用的g u i ，实现了人机接口。在平台上 实现媒体播放器u i 和播放器接口的编写。媒体播放器能够支持m p e g 一2 、 m p e g - 4 、a v i 、d i v x 等多种格式的视频文件。 论文的创新点如下： 1 常见的数字地面电视的接收设备大多采用专用的后端解码芯片来实现解码 解复用功能，可扩展的功能和接口受到很大的限制，产品升级也常常还需更 换硬件，综合应用性较差。本文采用通用的x s c a l ep x a 2 5 5 平台实现了d m b t h 的接收和播放，具有良好的可移植性、丰富的接口和强大的功能，能缩减产 品升级的周期，具有一定的应用创新。 2 按照模块化的思想采用软件方式实现了解复用的功能，使该模块具备良好的 通用性，能方便的移植到各种平台上，节省了数字电视接收模块设计中的成 本。 1 4 本文的组织结构 本文共分六章。 第一章主要介绍课题的背景意义以及国内外的一些研究现状，并介绍了本文 所作的主要工作。 6 第一章绪论 第二章主要介绍了整个系统的软硬件平台的架构，以及软件开发环境的搭 建。 第三章介绍了前端子系统的设计与实现。 第四章介绍了触摸屏及音频设备的基本工作原理以及设备的驱动程序设计。 第五章研究了了p s i 信息之间的关系，深入分析了p a t 表与p m t 表，实现了 t s 码流的解复用，给出了播放器的设计框架和架构，以及图形界面的设计。 第六章是结束语，总结本文的工作，并提出进一步深入研究、改进的设想。 7 基于d m b t h 的多媒体终端的设计与研究 第二章基于d m b - t h 多媒体终端的系统介绍 基于d m b t h 的多媒体终端是一个综合性的多媒体应用平台，能实现d m b t h 信号的接收、解调解码，输出符合m p e g 一2 标准的t s 码流，完成t s 码流的解复 用使视频信号能在l c d 上进行清晰的播放，同时该平台也支持其它的多种媒体格 式的播放，有良好的人机界面。 2 1 基于d m b - t h 多媒体终端系统组成 基于d m b t h 多媒体终端系统如图2 1 所示，它由两部份组成： 图2 1 基于d m b - t h 多媒体终端系统框图 1 前端解调解码模块( 见图2 1 中虚线部分) 前端主要是完成经天线接收d m b t h 的u h f 信号。经过必要的调谐，信道解 调及前向纠错解码处理后，输出串行或并行的m p e g 一2t s 流。 2 后端的应用处理平台 后端以嵌入式平台为主，接收前端子系统发送的t s 流，完成解复用、解码 等功能并实现最后的播放。后端的应用处理模块的解决方案类似于传统p m p 方 案，包括c p u 、传输流解复用器和解码器等，用于控制高频头、信道解调解码器、 存储器与外围设备等各个小部分，使整个系统能正常的工作。 8 第二章基于d m b t h 多媒体终端的系统介绍 2 2 基于d m b - t h 多媒体终端硬件系统框架 2 2 1 前端硬件设计 前端子系统主要是完成射频信号的接收、锁定和信道的解调最终输出t s 码流，提供给后端，主要由地面数字高频头、信道解码芯片l g s 8 9 1 3 、s d r a m 及f p g a 组成，其系统框图如图2 2 所示。 v h f g t j h f 天线 图2 2 前端子系统的系统框图 由高频头( d t t 7 5 3 0 0 ) 接收并锁定该射频信号，将其下变频到中频信号，再 将中频信号送入l g s 8 9 1 3 ，经l g s 8 9 1 3 解调、时域频域解交织、纠错解码，输出 t s 流数据。f p g a 作为接口模块，实现前端子系统和后端应用处理模块的连接。 2 2 2 后端硬件开发平台 本课题采用x s b a s e 2 5 5 开发平台作为后端的应用处理平台，该平台采用了 i n t e lp x a 2 5 5 处理器，工作频率可以高达4 0 0 m h z ，是i n t e lx s c a l e 架构的微 处理器，它与a r m 架构v 5 t e 结构兼容，集成多种微结构的特点，内置j t a g 调 试接口、存储器控制器、实时时钟及系统时钟、通用及红外串行、蓝牙接口、a c 9 7 接口、扩展卡接口、l c d 控制器、电源管理模块等等。它主要针对高性能的p d a 市场，为支持视频流、m p 3 、无线互联网存取以及其他前沿领先技术而设计h 1 。 基于该平台可开发多种掌上设备，如车载系统、s m a r tp h o n e 等。本课题实现的 系统就是基于这个硬件平台的d m b - t h 便携式多媒体接收终端。开发平台的结构 框图如图2 3 所示h 1 ： 9 基于d m b t h 的多媒体终端的设计与研究 f l a s h - f u s 8s l a v e i j l 1， 地址数据总线 2 3 2 串行口l l 71 7 d b 9 s d 只a m 12 3 2 串行e 1 2 i a d s7 8 4 3 1 7 l d b 9 f f触女屏 l 、 j2 3 2 剿3 ：k 1 3j 1 7 l ( 与i r d a 复用) i t f t l c d l p x a蓝牙接口 ，卜叫c s 8 9 0 0 2 ( 与串口1 复用) 心5j 1 0 b a s e t- 5 5 全功能串口( 与串i 。d 2 复用) t t l 电平j k e yb o a r dl i i r d a l e d f _ - 罄l ic o m p a c t f l a s h i 、 ( 1 p i n 口0 p i n f = 鲫。j 躜i 1 lp c 7 l i a m i c- 4 。 o 董昌- lu s bh o s t 音频驱动 星 c s 4 2 9 9 + 雪堇 fu s bm i n i s p k 卜 图2 3x s b a s e 2 5 5 开发平台结构框图 x s b a s e 2 5 5 的硬件接口嘲： 1 存储器接口 p x a 2 5 5 处理器的外部存储器总线接口支持多种存储器芯片，包括同步动态存 储器s d r a m 、闪存、同步掩膜r o m 和1 6 位p c 卡扩展存储卡等。主要可以分为3 类：s d r a m 、静态f l a s h 和卡存储器，s d r a m 有4 块区域，静态存储器有6 块区 域，卡存储器有2 块区域。 x s b a s e 2 5 5 开发系统使用2 片1 6 1 6 位的闪存，采用并联的方式构建成3 2 位的闪存系统。同样采用2 片3 2 1 6 位的s d r a m ，通过并联的方式来构建3 2 位 的s d r a m 存储器系统，连接到动态片选o ，即n s d c s 0 端。 2 l c d 接口 p x a 2 5 5 处理器内置的l c d 控制器支持被动或主动模式的显示器，也支持单色 或多种的彩色像点格式，支持单屏或双屏显示；显示分辨率可以达到1 0 2 4 1 0 2 4 ， 推荐使用最大值8 0 0 x6 0 0 ；内置2 个专用d m a 通道。x s b a s e 2 5 5 系统使用的l c d 1 0 第二章基于d m b t h 多媒体终端的系统介绍 是6 4 英寸t f l 的彩色显示屏，分辨率是6 4 0 4 8 0 。 3 以太网接口 x s b a s e 2 5 5 采用c i r r u sl o g i c 公司的c s 8 9 0 0 a 以太网芯片，这是符合 i e e e 8 0 2 3 协议的工业标准架构总线的一款低成本的以太网芯片。它高度集成了 一些常用的部件，比如片内r a m 、i o b a s e - t 传输和接受过滤器、数据链路控制器 m a c 和i s a 总线接口等。 4 音频接口 p x a 2 5 5 处理器包括a c 9 7 控制单元。支持音频控制器( a c 一1i n k ) ，能通过 串口传输数字音频、调制解调器、音频输入、控制寄存器和状态信息等。x s b a s e 2 5 5 外扩了c i r r u sl o g i cc s 4 2 9 9 ，用作音频解码器。 5 实时时钟( r t c ) 实时时钟( r t c ) 是用来持久存放系统时间的设备。当关闭x s b a s e 2 5 5 系统电 源时，r t c 4 5 1 3 可以通过一个电池来保持当前的时间。 6 串口 x s b a s e 开发系统提供了i 个全功能的串口，i 个蓝牙串口和1 个标准u a r t 。 它们使用p x a 2 5 5 中的第二功能g p i o 引脚。全功能串口支持m o d e m 控制功能，最 高波特率为2 3 0 4 k b s ；蓝牙串口是一个高速u a r t ，最高波特率为9 2 1 6 k b s ， 可连接蓝牙模块。 7 u s b 接口 x s b a s e 2 5 5 开发系统有1 个：s b c l i e n t 接口和2 个u s b - h o s t 接口( 其中一 个是m i n i u s b 接口) 。 2 3 基于d m b - t h 多媒体终端系统的软件框架 基于d m b - t h 多媒体终端系统的软件部分可以分为l i n u x 操作系统层、设备 驱动层、g u i 图形界面层以及应用程序层共四层，如图2 4 所示。 基于d m b t h 的多媒体终端的设计与研究 应用程序 g u i 图形界面层 设备驱动层 l i n u x 操作系统层 图2 4 软件架构 1 l i n u x 操作系统层 剪裁和移植了l i n u x 2 6 2 0 作为操作系统。 2 设备驱动层 设备驱动程序是操作系统内核与硬件设备之间的接口，它为应用程序屏蔽了 硬件的细节。包括触摸屏、音频、f p g a 、l c d 等的驱动程序。 3 g u i 图形界面层 图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，使人们可以通过窗口菜单方 便地操作，在本设计中采用了q t e q t o p i a 作为图形用户界面。 4 应用程序 应用程序是用户应用软件的主体部分，也是软件开发的主要部分之一，主要 包括对前端子系统的控制、节目信息的分析处理和节目操作的管理等。 2 3 1 嵌入式l in u x 简介 嵌入式l i n u x 是从l i n u x 衍变而来的嵌入式操作系统。将l i n u x 作为一 个嵌入式操作系统具有许多的优点跖1 ： 自由软件可以有效降低开发成本 模块化可裁减特性非常适合嵌入式系统的要求，系统完全启动只需要小 到5 0 0 k 字节不到的目标代码。 系统稳定，功能强大，支持多种硬件平台。它可以非常稳定地运行在许 多种体系结构的处理器上。最新的l i n u x 内核支持i n t e l x 8 6 、m o t o r o l a i b mp o w e r p c 、a r m 、c o m p a q ( d e c ) a l p h a 、i a 6 4 、 s 3 9 0 、s u p e r h 等微处理器体系结构。 文档完善，支持渠道众多。 1 2 第二章基于d m b t h 多媒体终端的系统介绍 强大的网络功能，完全适用移动互连的嵌入式设备发展趋势。 整个嵌入式l i n u x 操作系统的结构如图2 5 所示： ； j 产避“1 )f j ，避投2 】 一 fj jj 避税n 蕺统琵翅缓l ：l 避终锗押 囱 文携鲮级 囱目 翟椰w s h ，f f 鬻茹 列络凌援 绶：访日 7 ”“ 黑f ：i缓竣荔|l 扪阚汽爨! 搦焰 援l j 图2 5 嵌入式l i n u x 操作系统结构框图1 内梭予 窳缝 辨露髓 均缱 睾髦辑- 2 撸 它包含四个方面：用户进程、系统调用接口、l i n u x 内核、硬件控制器。下 面分别作一下简要的描述： 1 用户进程 用户程序是运行在l i n u x 操作系统最高层的一个庞大的软件集合。当一个用户 程序在操作系统之上时，它就是操作系统的一个进程。终端不同，程序的集合会 有所变化，但是一般来讲，对于基本的系统，总会有一些如文字处理、文件处理 等程序。 2 系统调用接口 为了在应用程序中实现特定的任务，可以通过系统调用来调用系统内核中特 定的功能函数，以实现特定的任务。一般认为，这些调用和服务也是操作系统内 核的一部分，内核的编程接口也属于这一部分。系统调用本身也是有若干条指令 组成的过程，但与一般过程不同的是：系统调用运行在内核模式，而一般的进程 运行在用户模式。 3 l i n u x 内核 内核是操作系统的灵魂，包含内核抽象和对硬件资源的间接访问，它负责管 摄形 一 彤嗍 燃嘶，一 懈一 ，。1刺1 粒涝 一 撤汹 埘黼 一 耥涨 基于d m b t h 的多媒体终端的设计与研究 理磁盘上的文件、内存，负责启动系统并运行程序，负责从网络上接收和发送数 据包等。简而言之，内核实际上是抽象的资源操作到具体硬件操作细节之间的接 口1 。如图2 。6 所示，l i n u x 内核由5 个主要的子系统组成。 图2 6l i n u x 内核子系统的抽象结构框图 通过图2 6 ，我们可知l i n u x 内核主要完成下面的一些任务： 对文件系统的读写进行管理，把对文件系统的操作映射成对磁盘或其他 块设备的操作： 管理程序的运行，为程序分配资源，并且处理程序之间的通讯； 管理存储器，为程序分配内存，并且管理虚拟内存； 管理输入输出，将外围设备映射成设备文件； 管理网络。 4 硬件设备 这个子系统包括了l i n u x 启动运行时所有可能的物理设备，例如c p u 、内存、 f l a s h 、s d r a m 、网络硬件、串口设备等等。课题使用的系统是运行在a r m 体系 上的嵌入式a r ml i n u x 2 6 2 0 ，该内核已经被成功移植到兼容a r m 体系的 i n t e l x s c a l e p x a 2 5 5 处理器上。 2 3 2 设备驱动 在后端硬件开发平台的介绍中，我们知道x s b a s e 2 5 5 开发平台具备丰富的外 围设备，内核对外设的支持和调度是通过驱动程序来实现的。在l i n u x 下，所有 外设都被看成是一种特殊的文件，称为设备文件。系统调用是内核和应用程序之 间的接口，而设备驱动程序则是内核和外设之间的接口。它完成设备的初始化和 释放、对设备文件的各种操作和中断处理等功能，为应用程序屏蔽了外设硬件的 1 4 ；一；一一 一 第二章基于d m b t h 多媒体终端的系统介绍 细节，使得应用程序可以像普通文件一样对外设进行操作。 在l i n u x 内核源代码中，已经包含了很多设备的驱动程序，但还需要根据特 定的终端平台的外设进行修改。在整个系统设计中涉及的驱动程序包括：l c d 、 触摸屏、f l a s h 、音频、c s 8 9 0 0 a 和一块用于接口的f p g a 驱动等。在第四章中， 将详细介绍触摸屏、音频和f p g a 的驱动程序设计。 2 3 3 图形用户界面 2 3 3 1q t e m b e d d e d 叭删 l i n u x 系统支持的嵌入式图形用户界面种类比较多，它们都有各自的特点， 并在各自的领域得到应用。在本课题中采用了由著名的q t 库开发商t r o l l t e c h 发布的面向嵌入式系统的q t 版本q t e m b e d d e d 。 q t e m b e d d e d 是一个嵌入式系统的图形用户接口和应用开发的c + + 工具开发 包，它可以运行在嵌入式l i n u x 系统的多种不同的处理器上。q t e 的应用程序 可以直接对f r a m eb u f f e r 进行写操作，还提供了几个提高开发速度的工具，使 用标准的q t a p i ，可以在熟悉的w i n d o w s 和u n i x 编程环境下开发嵌入式应用程 序。q t 的图形设计器( d e s i g n e r ) 可以可视化地设计用户接口，d e s i g n e r 中有 一个布局系统，可以使设计的窗口和组建自动根据屏幕空间的大小而改变布局。 q t e 的实现结构如图2 7 所示 q t e m b e d d e d 应用程序 q w s s e r v e r 一图形事件服务 q t e m b e d d e d f r a m e b u f f e r 输入设备驱动 l i n u x 操作系统 底层硬件平台 图2 7q t e 实现结构框图 基于d m b t h 的多媒体终端的设计与研究 2 3 3 2q t o pia q t o p i a 是一种可定制的开发环境和用户界面，建立在跨平台的c + + 开发工 具q t e 之上，健全且稳定，并可以配置为多种内存模块。q t o p i a 向开发者提供 全部源代码，让开发者可以创建与现有程序紧密结合的定制程序、定制用户界面 和程序发布工具，能在需要使用的处理器上编译，并且提供一定程度的独立性以 及创新和控制。 2 3 4 应用程序 应用程序是用户应用软件的主体部分，也是软件开发的主要部分之一。以c 和c + + 语言进行编程。主要完成了以下几个功能模块的开发： 前端子系统的控制模块 解复用模块 播放器模块( 电视媒体) 电视节目信息管理模块( 数据库) 用户界面模块 2 4 嵌入式系统软件开发方法 嵌入式系统通常是一个资源受限的系统，直接在嵌入式系统的硬件平台上编 写软件很困难。目前一般采用的解决办法是，首先在通用计算机上编写程序，然 后通过交叉编译生成目标平台上可运行的二进制文件，最后下载到目标平台上运 行。这种开发模式被称为宿主机目标机模式。在进行嵌入式开发之前，首先应 该进行开发环境的配置，包括目标机b o o t l o a d e r 配置，宿主机交叉编译环境建 立，以及目标机启动镜像的载入等。 2 4 1