（信号与信息处理专业论文）基于omap5910的gprs多媒体无线终端的研究与实现.pdf

中文摘要 随着通信技术和多媒体技术的发展，我们将迎来一个丰富多彩的多媒体通信 世界。当前，移动通信技术的发展正处于向第三代和后3 代移动通信技术的过渡 过程中，而且人们对通信的要求已不满足于传统的语音业务，而是追求更高品质 的视频、音频等多媒体信息服务。因此，多媒体通信终端的市场有巨大的发展空 间和无限的商机。 我们使用t i 的o m a p 5 9 1 0 作为多媒体通信终端的核心处理器，用以来构建 硬件平台，o m a p 5 9 1 0 平台结合了高性能与低功耗的特性，拥有一种具有易于 使用特点的开放式架构，该处理器使用t i 应用最为广泛的t m s 3 2 0 c 5 5 xd s p 内 核与低功耗、增强型a r m 9 微处理器组成双核应用处理。b e a g l e b o a r d 是基于低 功耗o m a p 3 5 3 0 应用处理器，该处理器采用a r mc o r t e x a 8 、2 d 3 d 图形引 擎以及高性能t m s 3 2 0 c 6 4 x 数字信号处理器( d s p ) 内核。 本论文首先介绍了通信技术和多媒体技术的现状和发展趋势；而后对本论文 所用的处理器o m a p 5 9 1 0 和o m a p 3 5 3 0 的特点做了详细的介绍；在原有的 o m a p 5 9 1 0 硬件平台上实现g p r s 无线传输系统是本论文的主要任务，选用 s i m 3 0 0g p r s 模块，通过串口与o m a p 5 9 1 0 系统相连以构成g p r s 无线传输系 统。在此硬件平台上运行了嵌入式l i n u x 操作系统，并开发了部分驱动程序；针 对p p p 协议实现p p p 拨号上网，针对t c p i p 协议实现s o c k e t 编程的数据通 信，以及g p r s 网内数据通信；论文的最后部分详细介绍了基于o m a p 3 5 3 0 处 理器的b e a g l e l ；o a r d 开发板的硬件平台和软件应用。 关键词：g p r s ，o m a p ，s i m 3 0 0 ，l i n u x ，b e a g l e b o a r d ，p p p a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m m u n i c a t i o na n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g i e s ，t h e r e w o u l db eag r e a tm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o np r o s p e r i t yi n f u t u r e c u r r e n t l y , t h e d e v e l o p m e n to f m o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi si nt h et r a n s i t i o np r o c e s so ft h e t h i r dg e n e r a t i o na n da f t e r3 r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , m o r e o v e r , p e o p l e sr e q u i r e m e n tt oc o m m u n i c a t i o ni sn o tl i m i t e dt ot r a d i t i o n a ls p e e c hs e r v i c e ， t h e yd e m a n dm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o ns e r v i c e ss u c ha sv i d e oa n da u d i o ，w i t hh i g h e r q u a l i t y s om u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n st e r m i n a la r ed e v e l o p i n gw i t hah i g hs p e e da n d h a v eag r e a tf u t u r e w eu s et i so m a p 5 9 10 c h i pa st h ec o r ep r o c e s s o r o f m u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n t e r m i n a lt oc o n s t r u c tt h eh a r d w a r ep l a t f o r m ，o m a p 5 910i sah i g h l yi n t e g r a t e d h a r d w a r ea n ds o f t w a r ep l a t f o r m ，c o m b i n e sh i g hp e r f o r m a n c ep r o c e s s i n gw i t hl o n g b a t t e r yl i f ef e a t u r e t h ed u a l c o r ea r c h i t e c t u r ep r o v i d e sb e n e f i t so fb o t hd s pa n d r i s ct e c h n o l o g i e s ，i n c o r p o r a t i n gat m s 3 2 0 c 5 5 xd s pc o r ea n dah i g h p e r f o r m a n c e t 1 9 2 5 ta r mc o r e b e a g l e b o a r di sb a s eo nl o w - p o w e ro m a p 3 5 3 0p r o c e s s o r , t h e p r o c e s s o rc o n t a i n sa r m c o r t e x - a 8 、p o w e rs g xg r a p h i c s a c c e l e r a t o r sa n d h i g h - p e r f o r m a n c et m s 3 2 0 c 6 4 xd s p c o r e t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h es t a t u sa n dd e v e l o p m e n tt r e n d so ft h ec o m m u n i c a t i o n a n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g y ；t h e n ，ad e t a i l e d e x p l a n a t i o no fo m a p 5 9 10a n d o m a p 3 5 3 0u s e d b y t h ep a p e ri s i n t r o d u c e d ；i m p l e m e n t i n gg p r sw i r e l e s s t r a n s m i s s i o ns y s t e mb a s e do no r i g i n a lo m a p 5 910h a r d w a r ep l a t f o r mi st h em a i nt a s k o ft h i sp a p e r , s e l e c ts i m 3 0 0m o d u l e ，c o n n e c tw i t ho m a p 5 910s y s t e mb ys e r i a lp o r t t oc o n s t i t u t eag p r sw i r e l e s st r a n s m i s s i o ns y s t e m r u n n i n gt h ee m b e d d e dl i n u x s y s t e mo nt h i sp l a t f o r m ，d e v e l o p i n ga n dr e a l i z i n gs o m ed r i v e r s ；t h ee m b e d d e d w i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o ns y s t e mb a s e do ng p r si sg i v e n ，p p pp r o t o c o li su s e dt o r e a l i z ep p pd i a l 、a p p l i e ds o c k e tt e c h n o l o g ya n dt c p i pp r o t o c o li su s e dt or e a l i z ed a t a c o m m u n i c a t i o na n dd a t ac o m m u n i c a t i o ni nt h ei n t e r n a ln e t w o r ko fg p r s ；t h el a s t p a r t o fp a p e ri n t r o d u c e dt h eh a r d w a r ep l a t f o r ma n ds o f t w a r ea p p l i c a t i o no f b e a g l e b o a r dw h i c hi sb a s e do no m a p 3 5 3 0p r o c e s s o r k e y w o r d s ： g p r s ，o m a p ，s i m 3 0 0 ，l i n u x ，b e a g l e b o a r d ，p p p 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：嗜灰耘。 签字日期- 1 年占月弓7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丕洼太茔有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：嗜灰耘 导师签名： 签字r 期： 1 年，月；i 闩 四眩调 签字啉哆年兮月3 日 第一章绪论 第一章绪论 随着计算机网络和通信技术的发展，语音、多媒体和数字综合业务服务都得 到了前所未有的发展。未来通信技术将向网络化、智能化的方向发展，多媒体通 信技术将从有线向无线过渡。而第三代移动通信网络正是实现这些过渡的桥梁。 1 1 第三代移动通信技术 1 1 1 第三代移动通信系统介绍。吡i i i 3 g ( 3 r dg e n e r a t i o n ) f l 口第三代移动通信技术，是相对于第一代模拟制式手机、 第二代g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ，全球移动通讯系统) 、 c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，码分多址) 等数字手机和2 5 代的g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用分组无线服务技术) 而言的，3 g 与前 两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球范围 内更好地实现无缝漫游，除传统的语音通信外，还能传输与处理图像 ( i m a g e ) 、音频( a u d i o ) 、视频( v i d e o ) 流等多种媒体形式，提供包括 网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与已有的 第二代系统的良好兼容性。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持室 内、室外和行车环境不同的数据传输速度。 ， 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟i t u 于1 9 8 5 年提出，当时称为未 来公众陆地移动通信系统( f u t u r ep u b l i cl a n dm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m ) ，1 9 9 6 年更名为国际移动通信2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n 2 0 0 0 ) ，意即该系统工作在2 0 0 0 m h z 频段，其最高业务速率 亦可达2 0 0 0 k b i t s 。i t u 规定的3 g 无线传输技术的最低要求中，必须满足以下三 个环境的传输速率要求： 快速移动环境，最高速率达1 4 4 k b s ( 千比特秒) ； 室外到室内或步行环境，最高速率达3 8 4 k b s ； 室内环境，最高速率达2 m b s ( 兆比特秒) 。 第一章绪论 1 1 2 第三代移动通信技术介绍0 2 i 国际电信联盟( i t u ) 在2 0 0 0 年5 月确定w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、 t d s c d m a 以及w i m a x 四大主流无线接口标准，写入3 g 技术指导性文 件2 0 0 0 年国际移动通讯计划( 简称i m t 一2 0 0 0 ) 。 c d m a 是第三代 移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址( f d m a ) 的模 拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。 第二代移动通信系统主要采用时分多址( t d m a ) 的数字调制方式，提高了系 统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善，但t d m a 的系 统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。c d m a 系统以其频率规划简单、 系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软 切换等特点显示出巨大的发展潜力。下面分别介绍3 g 的几种标准： w c d m a ，也称为w c d m a ，全称为w i d e b a n dc d m a ，也称为 c d m ad i r e c ts p r e a d ，意为宽频分码多重存取，这是基于g s m 网发 展出来的3 g 技术规范，是欧洲提出的宽带c d m a 技术，它与日本 提出的宽带c d m a 技术基本相同，目前正在进一步融合。其支持者 主要是以g s m 系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其 中，包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日 本的n t t 、富士通、夏普等厂商。该标准提出了 g s m ( 2 g ) g p r s e d g e w c d m a ( 3 g ) 的演进策略。这套系统能够架 设在现有的g s m 网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡， 而g s m 系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。 因此w c d m a 具有先天的市场优势。 c d m a 2 0 0 0 ，它是由窄带c d m a ( c d m ai s 9 5 ) 技术发展而来的宽带 c d m a 技术，也称为c d m am u l t i c a r r i e r ，由美国高通北美公司为 主导提出，摩托罗拉、l u c e n t 和后来加入的韩国三星都有参与，韩 国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频c d m a o n e 数字标 准衍生出来的，可以从原有的c d m a o n e 结构直接升级到3 g ，建 设成本低廉。但目前使用c d m a 的地区只有日、韩和北美，所以 c d m a 2 0 0 0 的支持者不如w c d m a 多。不过c d m a 2 0 0 0 的研发技 术却是目前各标准中进度最快的，许多3 g 手机已经率先面世。该 标准提出了从c d m ai s 9 5 ( 2 g ) c d m a 2 0 0 0 1 x - c d m a 2 0 0 0 3 x ( 3 g ) 的 演进策略。c d m a 2 0 0 0 1 x 被称为2 5 代移动通信技术。c d m a 2 0 0 0 3 x 与c d m a 2 0 0 0 1 x 的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三 2 第一章绪论 载波使带宽提高。目前中国电信正在采用这一方案向3 g 过渡，并 已建成了c d m ai s 9 5 网络。 t d s c d m a ，全称为t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc d m a ( 时分同步 c d m a ) ，该标准是由中国大陆独自制定的3 g 标准，1 9 9 9 年6 月 2 9 日，由中国原邮电部电信科学技术研究院( 大唐电信) 向i t u 提 出。该标准将智能无线、同步c d m a 和软件无线电等当今国际领先 技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持的灵活性、频率灵活性 及成本等方面有独特优势。另外，由于中国国内的庞大的市场，该 标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商 都宣布可以支持t d s c d m a 标准。该标准提出不经过2 5 代的中 间环节，直接向3 g 过渡，非常适用于g s m 系统向3 g 升级。 w i m a x 的全名是微波存取全球互通( w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o r m i c r o w a v ea c c e s s ) ，又称为8 0 2 1 6 无线城域网，是又一种为企业和家 庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。将此技术与需要授权 或免授权的微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场， 改善企业与服务供应商的认知度。2 0 0 7 年1 0 月1 9 日，国际电信联盟在 日内瓦举行的无线通信全体会议上，经过多数国家投票通过，w i m a x 正式被批准成为继w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 之后的第四个 全球3 g 标准。 1 2 多媒体通信终端0 3 l 多媒体通信技术是当今世界科技领域中最有活力、发展最快的高新信息技 术，它时刻都在影响着世界经济的发展和社会进步的速度，并不断地改变着人类 的生活方式和生活质量。多媒体通信综合了多种媒体间的通信，它通过现有的各 种通信网络来传输、转储和接收多媒体信息；多媒体通信技术几乎覆盖了信息技 术领域的所有范畴，如计算机技术、网络通信技术、大规模集成电路技术和信号 处理技术等。 多媒体通信技术主要研究在网络环境下多媒体信息的传输和应用问题。在这 个意义上看，多媒体通信技术关键是多媒体技术和多媒体网络通信技术相结合的 产物。 多媒体通信应用可以分为两类：一是对称的全双工的多媒体通信，如分布式 多媒体信息系统、视频会议系统及计算机支持的协同工作系统；另一类是非对称 全双工的多媒体通信系统，如视频点播、远程教育、远程医疗诊断及远程监控等。 第一章绪论 目前的多媒体终端应用主要是可视电话和会议电视，以及其他更广义上的多媒体 技术的应用，例如；采用多媒体技术的监视、监控、诊断以及教学等特殊应用场 合。可视电话业务是通过有关网路在两个位置之间提供语音、彩色画面、数据的 双向对称实时传送的视听会话型多媒体业务，通常认为是视像会议设备中的一 种：而视像会议系统则属于更广义的多媒体会议系统中的一种，它实现了音频、 视频、文本数据、图文数据等多媒体信息的综合处理，并在同一信息网中统一、 实时的传输。可视电话在国外起步较早，并且发展较快，成熟的产品也比较多， 已逐步进入家庭，国内近期对于可视电话的研制、开发、生产的积极性在逐步扩 大：目前有四种基本的产品结构形式：座机式、机顶盒式、桌面式和屏幕可视电 话。视像会议产品正逐步向中、低档方向转移，中、低档产品市场份额越来越大， 国外中、低档产品这几年发展迅猛：中国内地的发展相对滞后，中、低档产品处 于起步阶段。市场空间还很大。多媒体通信终端在其他方面的应用主要有远程医 疗诊断、会议电视教育、办公自动化以及对银行、交通、电力、商场、仓库、军 事设施等场所的安全防范和现场记录。这些应用场合非常贴近社会需求，又有着 远大于传统方式的信息提供量和更先进的技术。所以有着重要的现实意义、实用 价值和社会效益。从多媒体通信实现系统的结构来看可以区分为基于p c 机的和 脱机的设备：基于p c 机的设备以p c 工业为基础，采用“p c 嵌入式”加数据采集 卡的方式，完成远程图像传输，所谓“p c 嵌入式”，即：将普通的无盘p c 机， 以电子盘的方式引导操作系统，实现系统的自动启动，这样做可以简化硬件设计， 可以利用商品化的电子盘( d i s k o n c h i p ) 或是d o m ( d i s k o n m o d u l e ) 固化操作 系统和应用软件：另一种脱机的方式则无需p c 机做中介，具有专业化、小型化 和简单化的特点，可以实现远端的数据处理而完全不用p c 机，实现免维护和无 人职守，系统可靠性、便携性都有所提高，成本却大大降低。 随着多媒体处理器能力的加强和图像处理技术的发展，使多媒体视讯终端可 以越做越小，而性能却越来越强，小型化、使用简单是多媒体终端的趋势；宽带、 高质量、演播室级的多媒体视讯终端是以后发展的另一个方向：另外，随着网络 的发展，大家对网络能提供的多媒体业务的要求越来越高、越来越多，多媒体终 端要能在提供会议电视的基础上支持多种业务。这就要求多媒体终端设备具有以 下特征：适合运营、方便盈利：业务种类多，用户使用方便；支持多种接入。 1 3 开放式多媒体应用平台o m a p l 4 i i s 随着数字信号处理技术与集成电路的发展，数字信号处理器( d i g i t a ls i g n a l p r o c e s s o r ，d s p ) 在实时信号处理领域扮演着重要角色，在信号处理、通信、语 4 第一章绪论 音处理、图像视频处理、军事、家电、医疗设备、自动控制、仪器仪表等方面 得到了广泛应用。虽然d s p 芯片在数据处理方面具有得天独厚的优势，但其事务 处理能力较弱，对于当今的移动通信设备，片d s p 难以达到系统处理能力的要 求。比如现在使用的第二代数字移动手机，片d s p 只能进行信源和信道方面的 处理，不能处理和控制高层信令。只有与另外的微处理器相结合，才能完成整个 处理任务。随着人们生活水平的提高，移动通信要求宽带化、智能化和多媒体化， 这些给信号处理提出了更高的要求。美国德州仪器公司( t e x a si n s t r u m e n t s ，简称 t i ) 根据市场需求，推出了适合第三代移动通信的开放式多媒体应用平台一 o m a p ( o p e nm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o np l a t f o r m ) 。 o m a p 处理器是在一块硅片上无缝地集成了一个以a r m 精简指令处理器 ( s c ) 为核的软件子结构，以及一个高性能、超低功耗的t l 系列数字信号处 理器( d s p ) ，且为二者开辟了共享的存储结构。在o m a p 结构中，r i s c 处理器主 要用来实现对整个系统的控制，d s p 子系统则主要用来实现各种媒体数据的高效 处理。o m a p 结构的优点在于它为无线通信市场提供了一种系统解决方案，它不 仅适合于2 5 g 3 g 手持终端及p d a 市场，还适应于诸如数字媒体、生物特征识别、 定位服务、增强型游戏及远程通信等新的客户、商业及工业应用领域。 在o m a p 的结构上，可以运行各种无线设备的操作系统，且与多数操作系 统( 包括s y m b i a n 的e p o c 和微软的c e 等) 兼容。厂商可以采用现有操作系统 的内核或第三方的软件来优化他们的投资，第三方的开发者可以使他们的开发拥 有最大可能的市场。 o m a p 开放结构最主要的好处是绝对独立的应用程序销售商们开放了无线 应用程序的编程领域，使厂商可以容易地实现各种应用。目前，t i 的增值服务 网中包括了大量的第三方开发公司，专门进行无线多媒体算法研究和应用程序研 究。其他的商家也可以加入到这个不断扩大的网络中，因为所有的底层代码都是 现成的、可用的。 使用o m a p 结构可以使厂商在使用新的协议时，保持对原有设备的投资。 同样，设计人员在新的操作系统下开发新的应用程序时，也可以保留原有的优化 代码。符合o m a pa p i 标准的代码，与所有基于o m a p 机构的设备兼容，从而 使其再利用价值最大化。 目前，在o m a p 的结构上支持运行m i c r o s o f tw i n d o w sc e 和s y m b i a ne p o c ， 以及l i n u x 这三种操作系统，将来还会支持更多的操作系统 o m a p 系列包括应用程序处理器和集成了基带处理器的各种应用处理器。 o m a p 处理器广泛地支持移动设备，从具有通用功能的手持设备到高级的、有着 强大多媒体功能的智能电话、p d a 及其他设备。由于各种o m a p 处理器之间的软 第一章绪论 件和硬件相互兼容，使其成为进入无线市场多线产品的有效平台。通过完善移动 通信系统( t c s ) 的无线芯片组解决方案，o m a p 系列处理器能为移动设备提供 高效处理能力和低功耗特性，用以处理丰富的2 5 g 和3 g 的应用程序，下面介绍 各类型的o m a p 处理器平台： 单核产品。o m a p 3 3 0 o m a p 3 1 1 和o m a p 7 x x ，都是单核产品，仅集成 了t i e n h a n c e da r m 9 2 5 核，其中o m a p 3 1 0 3 1 1 内部还含有一个2 d 图 像加速器，它为智能电话和p d a 等无线手持设备提供了最基本的多媒 体处理能力。o m a p 7 1 0 7 3 0 内部除了a r m 微处理器，还集成了t i 基 于d s p 的g s m g p r s 调制调解器基带子系统，o m a p 7 1 0 7 3 0 为中档智 能电话、p d a 及因特网接入设备是一个很好的解决方案。 o m a p1 系列处理器。o m a p l 5 1 0 、o m a p l 6 x x 1 7 x x ，都是双核处理 器，包括a r m 微处理器与t m s 3 2 0 c 5 5 xd s p 。其中o m a p l 5 1 0 继承了 t i e n h a n c e da r m 9 2 5 处理器与t m $ 3 2 0 c 5 5 xd s p ，其r i s c 处理器部分 为高端多媒体产品提供了丰富的语音和数据处理能力。而 o m a p l 6 1 0 1 6 1 1 1 6 1 2 实在广泛应用的o m a p l 5 1 0 的基础上扩展而成 的，其工作频率可到到2 0 0 m h z 。功耗更低，体积更小，并增加了一个 针对j a v a 程序的加速器，能更好的满足多媒体处理的需要。 o m a p 2 系列处理器。在o m a pl 的基础上t l 接着推出了o m a p 2 系 列处理器，代表产品为o m a p 2 4 1 0 2 4 2 0 ，o m a p 2 4 1 0 处理器集成了 a r m l l 3 6 处理器( 主频3 3 0 m h z ) 、t m s 3 2 0 c 5 5 xd s p ( 主频2 2 0 m h z ) 、 2 d 3 d 加速器( 2 d 3 dg r a p h i c sa c c e l e r a t o r ) 和电源管理模块t w l 9 2 2 3 0 ； 而o m a p 2 4 2 0 与o m a p 2 4 1 0 比较，增加了一个单独的图像、视频加速 器( i m a g i n gv i d e oa c c e l e r a t o r ) 。 o m a p3 系列处理器，o m a p3 系列处理器集成了a r m 公司最新的 a r mc o r t e x a 8 处理器、强大的图像信号处理器i s p 、能满足d v d 质 量编解码要求的图像、视频、音频加速器i v a 。其中i v a 可以满足多种 视频标准( m p e g 4 、w m v 9 、r e a l v i d e o 、h 2 6 4 ) d i 的实时编解码要 求。与以往的o m a p 处理器不同，o m a p 3 系列处理器支持高达一千二 百万像素的摄像头，并支持x g a ( 1 0 2 4 7 6 8 ) 液晶屏显示，它在流媒 体、2 d 3 d 移动游戏、视频会议、高清静态图象、视频捕获、多媒体手 机、高性能p d a s 等方面为用户提供最好的视频、图象及图形处理方面 的支持。可以毫不夸张的说，o m a p3 系列处理器，特别是o m a p 3 5 3 0 ， 这款基于a r m 的片上操作系统( s o c ) 集成了6 0 0 m h z 超标量a r m c o r t e x a 8 内核，支持准确度极高的分支预测与多重指令管线( m u l t i p l e 6 第一章绪论 i n s t r u c t i o np i p e l i n e ) 。作为t io m a p 3 5 x 平台系列产品中的一员， o m a p 3 5 3 0 器件与同系列其他产品一样也能支持超过1 2 0 0d h r y s t o n e m i p s 的高性能，可运行带桌面窗口管理器的l i n u x 操作系统与办公应 用，此外还集成了可与图形引擎兼容的o p e n g le s2 0 ，可针对游戏与 3 d 用户界面加速实现照片般逼真的实时像素着色图形。4 3 0m h z 的 c 6 4 xd s p 内核能处理诸如家庭媒体中心、机器人系统、w e b 信息站以 及数字指示牌等嵌入式应用的高清视频( 7 2 0 p 的m p e g - 4 解码) 。o m a p 3 系列处理器具有十分广阔的应用前景。 1 4 本论文的任务和结构 本课题是天津市数字中心承担的市重点攻关项目“数字多媒体信息技术研 究”子课题“基于o m a p 的3 g 无线多媒体终端技术研究”的未完成部分3 g 无线传输，当时由于第三方合作方的原因未能完成这部分工作，本论文的主要任 务就是在原o m a p 5 9 1 0 的平台上完成基于g p r s 的无线传输系统( 由于国内还 没有3 g 网络，故用g p r s ) ，此外，本论文还完成了基于o m a p 3 5 3 0 的b e a g l e b o a r d 开发板的初步开发工作。 本论文的主要内容和结构如下： 第一章简介了第三代移动通信技术、多媒体通信技术以及t i 公司的o m a p 处理器平台。 第二章讲述了o m a p 5 9 1 0 处理器和o m a p 3 5 3 0 处理器的硬件结构。 第三章介绍了嵌入式l u n i x 系统的移植、驱动程序的开发。 第四章首先介绍了原o m a p 5 9 1 0 平台，然后给出基于o m a p 5 9 1 0 的g p r s 无线传输系统的设计。 第五章介绍了基于o m a p 3 5 3 0 处理器的b e a g l e b o a r d 开发板的应用开发。 第六章对论文内容进行了总结和展望。 第二章o m a p 5 9 1 0 与o m a p 3 5 3 0 处理器介绍 第二章o m a p 5 9 1 0 与o m a p 3 5 3 0 处理器介绍 2 1o m a p 5 9 1 0 处理器的介绍 图2 1o m a p 5 9 1 0 处理器的结构框图 o m a p 5 9 1 0 具有一个实现控制功能的带t i 增强型a r m 9 2 5 内核的r i s c 处 理器和一个实现数据处理功能的高性能、低功耗的t m s 3 2 0 c 5 5 xd s p 核。 o m a p 5 9 1 0 的封装，是2 8 9 脚的b g a 封装形式。图2 1 给出了o m a p 5 9 1 0 框图， 按照主控处理器可以分为m p u 子系统和d s p 子系统两大部分。 2 1 1o m a p 5 910 主要特性7 l 1 ) 低功耗、高性能的c m o s 技术：0 1 3 u r n 工艺和1 6 v 核心电压 2 ) t 1 9 2 5 t o v i p u ) a r m 9 t d m i t m 核 3 ) t m s 3 2 0 c 5 5 x t md s p 核 4 ) 存储器交通控制器( t c ) 第二章o m a p 5 9 1 0 与o m a p 3 5 3 0 处理器介绍 5 ) 9 通道的d m a 控制器 6 ) d s pm m u ( m e m o 巧m a n a g e m e n tu n i t ) 7 ) 1 9 2 k b 的共享s r a m 8 ) d s p 外设 3 个3 2 位的定时器和看门狗 中断处理器 6 通道的d m a 控制器 2 个多通道的缓冲串口 2 个多通道串口 5 ) t 1 9 2 5 t 外设 3 个3 2 位的定时器和看门狗 3 2 k h z 定时器 二级中断控制器 三端口的u s b 主机控制器：提供一个兼容1 1 的主控制器，可提供 低速( 最大1 5 m b i t s e c o n d ) 和全速( 最大1 2 m b i t s e c o n d ) u s b 主和顾客接口。 多通道缓冲串口( m u l t i c h a n n e lb u f f e r e ds e r i a lp o r t ，m c b s p ) ：m p u 的m c b s p 为m c b s p 2 ，多达1 2 8 个通道的传送与接收。 m i c r o w i r e t m 串行接口：该同步串连接口能够驱动两路外部器件。 m m c s d 卡接口主从1 2 c 控制器 摄相机接口 矩阵键盘接口( 8 8 ) m p u i o 接口：利用m p u 的i 0 模块可以直接在m p u 与外设之间 ，进行通信。 l c d 控制器：。具有独立的工作r a m 区，能够以足够的速率向处于 l c d 控制器前端的数据通道中的f i f o 提供数据，用于支持选择显 示模式和分辨率。 脉宽调整( p u l s e w i d t ht o n ei n t e r f a c e ，p w t ) 伪噪声脉宽发光调制器( p u l s e w i d t hl i g h ti n t e r f a c e ，p w l ) 两个l e d 脉冲发生器 6 ) 共享外设 三个通用的异步接收传输器( u n i v e r s a la s y n c h r o n o u s r e c e i v e r t r a n s m i t t e r s ，u a r t ) ：u a r t l 和u a r t 2 支持自动波特率 设置，u a r t 3 支持i r d a 。 9 第二章o m a p 5 9 1 0 与o m a p 3 5 3 0 处理器介绍 四个处理器间邮箱寄存器 1 4 个共享的g p i o 2 8 9 脚的b g a 封装 2 1 2m p u 子系统8 l m p u 子系统包括： m p u 核，即a r m 9 2 5 增强型处理器 通信控制器 m p um m u ( m p u 存储器管理单元) d s pm m u ( d s p 存储器管理单元) 系统d m a 控制器 l c d 控制器 m p ut i p b 桥 时钟管理单元 中断处理器 定时器 看门狗定时器 处理间的通信 1 5 m 的s r a m 的片内存储器 m p u 核是一个r i s c 处理器t 1 9 2 5 t 。这是一个字长为3 2 b i t 的处理器核，工 作频率为1 7 5 m h z ，除了a r m 9 内核外，该处理器还包括如下结构：一个协处 理器( c p l 5 ) 和保护模块、数据和程序存储器管理单元、独立的1 6 k b 指令c a c h e 和8 k b 数据c a c h e 、一个1 7 b i t 长的可写缓存和一个本地总线接口。 o m a p 5 9 1 0 设备中的m p u 核t i9 2 5 t 采用小端模式( l i t t l ee n d ) 。为了减 少有效的存储器访问时间，t i9 2 5 t 有一个指令c a c h e ，一个数据c a c h e ，以及一 个可写的缓存。通常，这些设备对程序执行来说都是透明的。 m p um m u 实现从虚拟内存地址到物理内存地址的转换，并检查内存访问 的合法性，为操作系统管理d s p 与m m u 共享的物理内存空间提供灵活性和安 全性。m p um m u 不能为d s p 存取共享内存提供保护。m p um m u 具有两个6 4 项的转换旁路缓存器( t l b ) 用于指令和数据流。m m u 对存储器的访问是基于块 或页的：块的大小为1 m 字节：页分为三种，大页6 4 k 字节，小页4 k 字节和细 页1 k 字节。d s pm m u 控制着d s p 存储空间到o m a p 5 9 1 0 的整个共享存储空 间的映射，将d s p 空间( 虚拟地址) 的1 6 m 字节翻译成o m a p 空间( 物理地址) 的任意2 g 字节。当d s p 访问外部存储器时才使用该m m u ，其工作原理同m p u l o 第二章o m a p 5 9 1 0 与o m a p 3 5 3 0 处理器介绍 m m u 。 2 1 3d s p 子系统嗍1 1 0 l 1 1 1 1 d s p ( 数字信号处理器) 子系统，基于一个核处理器和众多外设构建而成，d s p 子系统由下列组件构成： t m s 3 2 0 c 5 x ( c 5 x ) d s pc p u 核( 工作频率为1 5 0 m h z ) ； 紧密结合的硬件加速器，用来实现离散余弦变换和反离散余弦变换，以 及运动估计和半像素内插； 紧密结合的存储器和相应的接口，包括双寻址r a m ( d r a m ) 、单寻址 r a m ( s r a m ) 、可编程动态r o m ( p d r o m ) 、指令c a c h e 等； 连接c p u 和外部非紧密结合存储器的片外存储器接h ( e m i f ) ； 6 通道d m a 控制器，可以在不受c p u 干预的情况下，将一个地址的存 储器中的数据传送到另一个地址上去； 利用m p u i 接口，m p u 和系统d m a 可以对d s p 资源进行高宽带的并 行访问； t i p b 桥为专门外设和公共外设分别提供2 套外部总线。 d s p 子系统的外设包括：3 个通用功能3 2 b i t 定时器、1 个通用功能u a r t 、 1 个为位输入输出设计的，具有1 6 个通道的输入输出模块( g p i o ) 、1 个邮箱模 块，使d s p 和m p u 进行基于中断的信号交换、看门狗定时器、2 级中断处理器 o m a p 5 9 1 0 中的高性能、低功耗c 5 5 xd s pc p u 的结构特点如下： l 套内部程序存储器总线和5 套数据总线( 3 套专门用来读，2 套专门用 来写) 组成的增强型多总线结构； 统一的程序数据存储器结构； 双1 7 b i t 1 7 b r 乘法器结合4 0 b i t 专用加法器，可实现非流水的单周期乘 加操作； 比较、选择和存储( c s s u ) 单元，可实现v i t e r b i 运算中的比较部分； 指数编码器可以在一个单周期内计算出指数值，并传递给一个4 0 b i t 的 累加器； 8 个辅助寄存器，有2 个地址产生器和2 个辅助寄存器算数单元； 总共可寻址1 6 m b 的存储器空间； 程序代码的单指令循环或块循环操作； 条件执行： 7 级流水，可实现很高的指令吞吐量； 指令缓存单元，可以用作装入、分解、排列和解码指令，以缓解程序从 第二章o m a p 5 9 1 0 与o m a p 3 5 3 0 处理器介绍 流水中取指时可能带来的冲突； 程序流程控制单元，可以在多个并行运行的c p u 功能单元之间协调程 序的执行； 地址数据流程控制单元，可以产生数据地址，包括一个可以执行算数、 逻辑、移位以及饱和运算的1 6 b i t 算术单元； 数据计算单元，包括c p u 的基本算术计算单元，其中包括1 个4 0 b i t 的 算术逻辑单元、2 个m a c 单元和1 个移位器。 2 1 4o m a p 5 9 1 0 存储空间 2 1 4 1m p u 全局内存映射 m p u 有着统一的寻址空间。因此，所有