（信息与通信工程专业论文）基于h264的嵌入式网络多媒体传输系统的软件设计.pdf

i 1 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 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。 签名：亟：2 2 圭日期：嶝声目 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 函! 进 导师签名： 摘要 摘要 嵌入式多媒体传输终端作为一种网络多媒体传输系统是能够同时进行多种 媒体通信的终端设备，具备多种媒体的采集和展现能力，具备较强的处理能力以 完成信息编解码以及媒体通信的能力。随着现代科技的发展，嵌入式处理器的处 理能力也得到了长足的进步，使得多媒体通信终端能够在一个嵌入式系统上实 现；同时，l i n u x 、w i n c e 、p a l m 、v x w o r k s 等一些嵌入式操作系统也得到了快速 的发展。嵌入式处理器和嵌入式操作系统及各种应用软件的支持，使得嵌入式多 媒体终端设备的设计和开发变得较为方便和快捷，也为嵌入式多媒体通信终端的 功能更新和发展提供了极大的便利。 本文提出并实现了一种基于a d s p - b f 5 6 1 双核处理器的手持视频通信终端解 决方案，在家庭、办公室、野外等多种环境中，不需要借助传统的蜂窝通信基站 等复杂设备，就可以进行无线通信，处理和传输音视频等多媒体信号，实现多媒 体信息实时交互。 视频终端没有采用传统的m c u + d s p 方案，而是采用了a d i 公司b l a c k f i n 系 列双核处理器a d s p - b f 5 6 1 ，其性能更加优异，具有极强的多媒体处理和网络交 互能力。视频终端软件分两部分：a d s p - b f 5 6 1 处理器的核a 嵌入u c li n u x 操作 系统，负责音视频信号的采集及通过无线局域网实现h 2 6 4 编解码数据的实时传 输和播放；核b 专门负责对实时采集的视频信号进行h 2 6 4 算法编解码并同时负 责音频信号的编解码。本文主要介绍了嵌入式网络多媒体传输系统的软硬件设计 方案，并结合本人的实际研发工作介绍了嵌入式操作系统u c l i n u x 的移植、p p i 驱动程序的开发以及h 2 6 4 d e c o d e r 在b f 5 6 1 上的优化移植等内容。 关键词：多媒体通信；b f 5 6 1 ；u c l i n u x ；h 2 6 4 北京1 = 业大学t 学硕十学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a so n ek i n do fn e t w o r km u t i m e d i at r a n s m i t t i n gs y s t e m ，e m b e d d e dm u l t i m e d i a t r a n s m i t t i n gt e r m i n a li so n et e r m i n a le q u i p m e n tt h a tc a l ld os e v e r a lk i n d so fm e d i a c o m m u n i c a t i o n ，h a sa b i l i t y t oc o l l e c ta n ds h o ws e v e r a lk i n d so fm e d i a , b e t t e r p r o c e s s i n ga b i l i t yt oc o m p l e t ei n f o r m a t i o ne n c o d i n ga n dd e c o d i n ga n da b i l i t yt od o m e d i ac o m m u n i c a t i o n a st h ed e v e l o p m e n to fm o d e r nt e c h n o l o g y , t h ep r o c e s s i n g a b i l i t yo fe m b e d d e dp r o c e s s o rh a sg o ts og r e a tp r o g r e s st h a tw ec a l la c h i e v et h e m u l t i m e d i ac o m m u n i c a i t o nt e r m i n a lo n o n ee m b e d d e d s y s t e m ；a t t h es a m e t i m e ，s e v e r a lo p e r a t i n gs y s t e ms u c ha sl i n u x 、w i n c e 、p a l m 、v x w o r k sa n ds oo nh a s g o tr a p i dp r o g r e s st o o t h es u p p o r to fe m b e d d e dp r o c e s s o r 、e m b e d d e do sa n da l l k i n d so fa p p l i c a t i o ns o f t w a r em a k e st h ed e s i g n i n ga n dd e v e l o p p i n go fe m b e d d e d m u l t i m e d i at e r m i n a le q u i p m e n te a s ya n dr a p i d ，a n dp r o v i d e sg r e a tc o n v e n i e n c ef o r f u n c t i o n u p d a t i n ga n dd e v e l o p m e n t o fe m b e d d e dm 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 l t h i sp a p e rp r e s e n t e da n da c h i e v e do n ed e s i g n i n gp r o j e c to fh a n d - h o l dv i d e o c o m m u n i c a i t o nt e r m i n a lb a s e do na d s p b f 5 61d o u b l e - - c o r ep r o c e s s o r , w h i c hc o u l d d ow i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nw i t h o u tc o m p l e xe q u i p m e n ts u c ha st r a d i t i o n a lc e l l u l a r c o m m u n i c a t i o nb a s es t a t i o na n ds o o n ，p r o c e s s a n dt r a n s m i tv i d e oa n da u d i o m u t i m e d i as i g n a la n da c h i e v et h er e a l t i m ei n t e r a c t i o no fm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o ni n t h ee n v i r o n m e n ts u c ha sf a m i l y 、o f f i c e 、f i e l da n ds oo n t h ev i d e ot e r m i n a ld i d n t a d o p tt r a d i t i o n a lm c u + d s pp r o j e c tb u ta d o p t e d a d s p - b f 5 61d o u b l e - c o r e p r o c e s s o rb e l o n g s t ob l a c k f i ns e r i e sf r o ma d i c o m p a n y , w h i c hh a sb e t t e rp e r f o r m a n c ea n dv e r ys 仃o n g a b i l i t i e so fm u t i m e d i a p r o c e s s i n ga n dn e t w o r ki n t e r a c t i o n t h e s o f t w a r eo fv i d e ot e r m i n a li n c l u d e dt w o p a r t s ：t h e c o r eao fa d s p b f 5 61 p r o c e s s o rw a se m b e d d e du c l i n u xo sw i t h r e s p o n s i b i l i t yf o rc o l l e c t i n g v i d e oa n da u d i os i g n a la n da c h i e v i n gt h er e a l t i m e t r a n s m i t t i n ga n dp l a y i n go fh 2 6 4e n c o d i n ga n dd e c o d i n gd a t ab yw i r e l e s sl a n ；c o r e bw a sr e s p o n s i b i ef o re n c o d i n ga n dd e c o d i n gt oc o l l e c t e dv i d e os i g n a lw i t hh 2 6 4 a l g o r i t h ma n da tt h es a m et i m ew a sr e s p o n s i b l ef o re n c o d i n ga n dd e c o d i n gt oa u d i o s i g n a l t h i sp a p e rm a i n l yi n t r o d u c e ds o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g n i n gp r o j e c to f e m b e d d e dn e t w o r km u l t i m e d i at r a n s m i t t i n gs y s t e m ，a n di n t r o d u c e dt r a n s p l a n t i n go f e m b e d d e du c l i n u x 、d e v e l o p p m e n to fp p id r i v e ra n dt h eo p t i m i z i n ga n dt r a n s p l a n t i n g i 一 北京工业大学工学硕士学位论文 o nb f 5 61f o rh 2 6 4d e c o d e r k e y w o r d s ：m u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o n ，b f 5 6 1 ，u c l i n u x ，h 2 6 4 - 目录 目录 摘要i a b s l r a c t 一i i i 目录v 第1 章绪论一1 1 1 研究背景及意义1 1 2 研究现状2 1 3 发展方向2 1 4 论文工作内容及组织结构3 第2 章系统总体设计方案5 2 1 系统构想及最小系统设计一5 2 2 系统关键组成部分7 2 2 1 视频采集模块7 2 2 2 触摸屏显示模块8 2 2 3 音频编解码模块9 2 2 4 无线网络传输模块一1 0 2 3 系统软件总体设计1 2 2 3 1 系统工作流程1 2 2 3 2 终端编解码流程13 2 3 3 软件总体设计。15 2 4 本章小结17 第3 章系统核心处理器及软件平台1 9 3 1 系统核心处理器- - b f 5 6 1 19 3 1 1b l a c k f m a d s p b f 5 6 1 系统结构1 9 3 1 2a d s p b f 5 6 1 的主要外设2 0 3 1 3b f 5 6 1 的汇编指令2 1 3 1 4b f 5 6 1 开发环境的建立2 2 3 2 软件开发平台的选择2 3 3 2 1l i n u x 操作系统2 3 3 2 2 系统软件平台一1 tc l i n u x 2 4 3 3 本章小结2 8 第4 章uc | - n u x 移植和p pl 驱动程序2 9 4 11 t c l i n u x 内核的移植2 9 4 2b f 5 61 处理器核问控制3 0 4 3p p i 接口驱动程序一3 2 4 4 本章小结3 4 第5 章h 2 6 4 解码器在b ia c k fin5 6 1 上的移植优化3 5 5 1 编解码算法的选择3 5 5 2h 2 6 4 视频编解码技术3 5 5 3h 2 6 4 解码器核心模块3 8 5 3 1 基于内容的变长编码( c a v l c ) 3 9 v 北京工业大学工学硕十学位论文 5 3 2 反量化与反变换。4 0 5 3 3 预测模式。4 3 5 3 4 去块效应滤波4 6 5 4h 2 6 4 解码器在p c 平台上的优化4 7 5 4 1 删除基本档次外的代码4 7 5 4 2 合理利用内存4 8 5 4 3 循环展开4 9 5 4 4h 2 6 4 核心模块优化5 0 5 4 5p c 优化结果与分析5 7 5 5h 2 6 4 在b f 5 6 1 上的移植5 8 5 5 1 浮点、除法运算的转换。5 8 5 5 2 冗余代码的消减5 8 5 5 3 数据类型调整5 9 5 5 4 对数据结构的调整5 9 5 5 5 库文件和头文件改动。5 9 5 5 6 关键字问题5 9 5 5 7 其他改动6 1 5 5 8 内存分配6 1 5 6h 2 6 4 解码器在b l a c k f m 5 6 1 上的优化6 3 5 6 1 解码器代码耗时周期分析6 3 5 6 2b l a e k f m 芯片的c 语言与汇编语言混合编程6 4 5 6 3b l a c k f m 处理器性能优化6 7 5 7 本章小结7 3 第6 章系统测试7 5 6 1 测试环境7 5 6 2 测试方法7 6 6 3 终端测试效果7 6 6 4 本章小结。7 6 结论与展望。7 7 参考文献7 9 i i l 寸录8 3 攻读硕士学位期间完成的学术论文8 3 致 射8 5 v 1 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 第l 章绪论 现在，计算机网络及相关技术的迅速发展，改变了通信方式的传统模式，扩 大了通信范围，有利于人们方便、快捷得获得图像视频信息。口电话、p 电视、 网络可视电话、网络会议电视等基于i n t e m e t 的实时多媒体通信业务在i n t e m e t 业务的扩展以后已实用化或成为发展方向，特别是考虑到目前传输系统传输容量 的限制，低比特率视频传输的应用更是日益获重视，无线移动网上的视频业务， 随着3 g 移动通信系统的商业化将会有广阔的发展空间1 1 1 1 2 1 1 3 1 。 随着通信和网络技术的飞速发展，多媒体及其视频流应用越来越广泛，用户 对视频传输速率和图像质量也有更高的要求。由于人类获取的信息大部分来自于 视觉，视频信息在多媒体信息中占有重要地位；同时视频数据冗余度最大，经过 压缩后的视频质量高低是决定多媒体服务质量的关键因素。因此数字视频技术是 多媒体应用的核心技术，对视频编解码的研究已经成为信息技术的热门话题 4 1 。 h 2 6 4 标准是i t u t 的v c e g ( 视频编码专家组) 和i s o i e c 的m p e g ( 活动图像专 家组) 的联合视频组( t ，j o i n tv i d e ot e a m ) 开发的标准，也称为m p e g 4a v c ，它 作为m p e g 4p a r t l 0 ，是“高级视频编码”。在相同的重建图像质量下，h 2 6 4 比 h 2 6 3 节约5 0 左右的码率。因其更高的压缩比、更好的i p 和无线网络信道的 适应性，在数字视频通信和存储领域得到越来越广泛的应用【5 j 。 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件，控制辅助系统运行，是系统的大脑， 在很大程度上决定了一个嵌入式系统的性能，因此嵌入式处理器的发展就是嵌入 式系统发展的一个重要缩影。嵌入式处理器的种类繁多，具体可分为嵌入式微处 理器、嵌入式微控制器、嵌入式d s p 处理器三类，目前流行的嵌入式处理器有 x 8 6 e x a r m 、p o w e r p c 、m i p s 、s t r o n g a r m 等系列。嵌入式系统一出现，就因 为它突出的特点而受到广泛的关注，采用这些嵌入式技术生产的产品往往具有外 形小巧、容易携带、功耗低、性能出色等特点，从而大大的提高了人们的生活水 平。 近年来，短距离宽带无线通信技术受到了世界各国工业界与研究机构的广泛 关注，而无线局域网( w e a n ) 更是短距离宽带无线通信技术的应用热点。自 2 0 0 2 年以来，随着无线终端的普及，无线接入设备技术走向成熟，国内无线局 域网企业用户大幅度增长、个人用户平稳增加，成为i t 行业为数不多的亮点。 本课题正是在无线标准之一的w i f i ( i e e e8 0 2 1 l b ) 标准基础上进行研究与构建， 此课题的研究可以使广大人民体验高新技术带来的巨大方便。 北京t 业大学t 学硕卜学位论文 1 2 研究现状 随着无线通信技术的发展和智能终端的普及，未来的通信系统将为用户提供 无处不在的高速度高质量实时多媒体通信业务。有数据统计显示，2 0 0 9 年第二 季度，全球移动数据带宽的使用量增长了近3 0 ，其中亚洲增幅达3 6 f 6 1 。然而， 传统无线网络太过于依赖基础设施，因而，其应用范围仅限于设有基站和骨干网 的地方。 针对不同的用户群体，现阶段无线移动终端高、中、低端三大类并存，而且多 功能终端占据主要市场。多功能终端较传统话音手机功能更为丰富，它可以摄像、 拍照，可以有p d a 、m p 3 甚至计算机的处理功能，它也可以看电视，下载视频节目， 还可以做电子钱包或成为电子商务终端。但这种终端由于通信能力和主c p u 数 据处理能力的限制，需要复杂数据处理能力业务的实施不够完善，例如摄像头像素 可能不够，如果像素够了又受移动网络传输能力限制而出现不能无线传输的问题， 到了网络电视和流媒体，对网络传输能力的要求就更高了。所以总的来说，现有网 络条件下，业务已经多种多样，但还是不能满足用户体验需求，很多业务目前只是 起步阶段，例如短距离无线音视频实时通信技术。 另外，终端的设计和实现有很多的解决方案，这些解决方案分别针对的是不 同的平台和操作系统。现已投入使用的多媒体移动终端，大多数采用的是微软开 发的w i n d o w sm o b i l e 和诺基亚的s y m b i a n 移动多媒体终端设备及操作系统，其 无线传输使用的是2 g 、3 g 等无线网络。虽然也能够进行多媒体信息传输，但在 传输方式上有一定的局限性。首先，w i n d o wm o b i l e 和s y m b i a n ，本身并不开源， 使用的时候需要缴纳一定的版权费，这无疑提高了其造价；无线传输基于基站等 辅助设备，其有效带宽有限，当需要大容量传输时，这无疑是一个瓶颈。 1 3 发展方向 现代通信技术的高速发展，使得多种便携终端拥有了无线通信功能，其中与 人们最紧密相连的也是人们日常使用频繁的一个例子就是手机。3 0 年前，第一 代手机( 1 g r _ 模拟移动电话诞生了，于是去掉了将电话连接到网络的用户线，用 户可以在任何地方无线接收和拨打电话。时至今日，信息产业高速发展，手机性 能也是不断提升，使人们除了能够和他人进行无线通话外，还有短信、彩信、飞 信、摄像、音频播放、视频播放、g p r s 手机上网，小型办公软件等等都已经用 在了手机上。 智能手机的推出，更是将网络应用于便携式嵌入式通信终端的概念提升到了 另一个高度。去年，苹果推出i p h o n e ，更像是给智能手机市场提供了一支“兴奋 第1 苹绪论 剂 。纵观现在的便携式通信终端的发展趋势，未来便携式通信终端将集通信、 娱乐、办公等于一身，于是各种无线通信协议将被集成到便携式终端上，从而方 便人们在不同的时间、不同的场合下使用最适合的通讯方式。但目前无线音视频 实时通信技术还未应用到便携式通信终端上来，因此，这就是未来嵌入式无线多 媒体通信终端的发展方向具有良好的短距离无线局域网多媒体实时通信功 能。 1 4 论文工作内容及组织结构 本论文的工作目标是设计并实现一个基于h 2 6 4 视频压缩编解码算法和a d i b l a c k f i n5 6 1d s p 的嵌入式无线网络多媒体传输终端系统。该嵌入式系统的主 要功能是可以在局域网范围内实时采集、传输并播放音视频信号，在规定的局域 网范围内可以全面了解通信双方的处境，突破了只有声音没有图像的限制。本论 文主要介绍了以下内容： 软硬件系统方案。 主要介绍了软硬件平台的选择，编解码算法的选择，并最终给出了本系统软 硬件设计方案。 本人在本系统开发过程中所承担的工作内容。 主要介绍了u c l i n u x 操作系统的移植、p p i 接口驱动程序的开发、以及 h 2 6 4 d e c o d e r 在b f 5 6 1 上的移植优化，并对系统进行了测试。 论文共分为7 章，结构安排如下： 第一章绪论：主要介绍了本课题的研究背景及意义、研究现状、发展方向。 第二章系统总体设计方案：主要介绍了本系统的最小系统设计，在给出系 统设计框架后给出了系统关键组成部分的硬件设计方案，主要包括视频采集模 块、触摸屏显示模块、音频编解码模块以及无线网络传输模块，并由系统工作流 程、终端编解码流程引出本系统的软件设计构成。 第三章系统核心处理器及软件平台：主要介绍了系统采用的核心处理器 b f 5 6 1 和系统软件平台u c li n u x 。主要包括b f 5 6 1 的系统机构、主要外设等以及 u c li n u x 的主要开发工具g c c 、m a k e 和g d b 。 第四章u c l i n u x 移植和p p i 驱动程序：主要介绍了u c l i n u x 在b f 5 6 1 上的 移植工作和本系统p p i 驱动程序的开发。 第五章h 2 6 4 解码器在b f 5 6 1 上的移植优化：这一部分是作者工作的主要 内容，主要介绍了h 2 6 4j m 8 6 测试模型在p c 端的优化，向b f 5 6 1 上的移植以 及测试模型在b f 5 6 1 的优化，并给出了相应的优化结果。 第六章系统测试：介绍了系统测试环境的组成以及测试方法并给出了系统 北京丁业大学工学硕上学位论文 的解码测试效果。 - 4 第2 章系统总体设计方案 第2 章系统总体设计方案 2 1 系统构想及最小系统设计 传统的移动通信终端需要借助通信基站等通信设备才可以进行多媒体通信， 但对于家庭、办公室、野外等多种环境的局域网用户来说，这显得多于而没有必 要。为方便用户灵活的进行无线多媒体通信，设计并实现一种能够灵活组网的嵌 入式网络多媒体传输终端系统，进行无线通信、处理和传输音视频数据，实现多 媒体信息在局域网内的实时交互就是本课题的目标。 在野外环境中，很多情况下不存在蜂窝基站或者a p 等基础设_ 旖，节点较多 时，多媒体终端通过a o d v 、d s d v 、g p r s 等网络协议实现多跳传输，这样可 以组成移动分布式网络，也就是m a n e t 网络。这样，两个无法直接进行通信的 用户终端可以通过中间节点的分组转发功能建立连接。m a n e t 网络不需要有线 设备，通过移动终端的自由组网实现通信，这大大加快了人们在任意环境下实现 自由通信的发展速度。 本课题所设计的多媒体传输终端功能包括： 图像信号的实时采集、压缩编码。摄像头采集图像信号后，进行高压缩 率的图像编码( 本文采用h 2 6 4 ) ，格式为q c i f ；为了能够适应不同的 网络传输环境，终端可以进行压缩编码的码率控制。 图像的解码和显示。接收到经编码的数据后，用软件解码，并在本地显 示屏上流畅播放。 语音信号的采集、编解码及播放功能。 无线通信、网络传输功能。终端具有无线网络芯片，可以通过基于 i e e e 8 0 2 1 l b 标准的无线局域网( w l a n ) ，由多个多媒体通信终端组成 移动分布式网络，进行多媒体信息的无线网络传输。 提供功能强大、稳定的操作系统和图形化的人机交互环境。l i n u x 作为 一个免费的、强大的、可信赖的、可裁剪与扩充的操作系统，是本嵌入 式系统不可或缺的重要组成部分。同时，通过触摸屏、键盘、鼠标等对 u i 界面进行操作，提高本终端的可操作性。 为方便数据的输入输出和存储，提供r s 2 3 2 ，l a n ，u s b 等通信接口。 以上功能的实现对视频终端的性能提出了很高的要求。传统的m c u 微控制 器已经很难能适应这一发展需求，基于m c u + d s p 的多处理器系统目前也得到 了广泛的应用。后者虽然能解决控制功能与数字处理功能的双方面考虑，但是由 于其非对称的结构模式，给开发者增加了开发难度。a d i 公司b l a c k f i n 系列的 北京t 业大学工学硕上学位论文 b f 5 6 1 是一款双核d s p 处理器，它具有控制与数据处理的双重强大功能，而且 它能够为开发者提供一个统一的开发环境。该处理器采用了一种微信号体系结构 ( m s a ) ，该结构是由a d i 公司和英特尔公司在1 9 9 9 年合作开发的。它将通用 微处理器m c u 和数字信号处理器d s p 二者结合了起来，使得该体系结构的处理 器既具备了m c u 处理器的控制功能，同时又拥有了数字信号处理器的高速处理 能力。 b l a e k f i n 处理器就是通过把信号处理模块( 如双m a c 和视频运算器a l u ) 和典型的m c u 功能( 如操作模式和内存管理单元) 结合起来，才能够在一个复 杂的系统中同时完成d s p 和m c u 两种任务。所以，本终端采用了a d s p b f 5 6 1 双核处理架构，其具有极强的多媒体处理和网络交互能力、灵活的系统扩展性， 以及简便的可升级性，在性能和功能方面均具有很大优势。 嵌入式传输终端系统框架如图2 1 所示，鉴于a d s p b f 5 6 1 双核的特点，将 系统总体功能分为两部分来分别处理：核a 嵌入操作系统，主要负责音视频信 号的采集及通过无线局域网实现h 2 6 4 编解码数据的实时传输和播放；核b 专 门负责音视频的编解码算法。 图2 - 1 终端总体架构 f 远2 1w h o l e 缸e h i t e e t u r eo f t h et e r m i n a l 第2 章系统总体设计方案 2 2 系统关键组成部分 2 2 1 视频采集模块 本系统选用以o m n i v i s i o n 公司o v 7 6 2 0 图像传感器为核心的型号为h q 7 6 2 0 c m o s 摄像头模块。0 v 7 6 2 0 是o m n i v i s i o n 公司开发的l 3 英寸，3 0 万像素c m o s 彩色图像传感器，该芯片将c m o s 光感器件与外围辅助电路集成在一起，具有 可编程控制与视频模数混合输出等功能。该芯片的主要特性有：最大分辨率为 6 6 4 4 9 2 ，同时支持v g a ( 6 4 0 x 4 8 0 分辨率) 和q v g a ( 3 2 0 x 2 4 0 分辨率) 两 种模式。输出帧频在0 5 f p s - 3 0 f p s 之间可调。输出窗口尺寸在4x 2 6 6 4 4 9 2 之 间可调。图像数据输出格式可以为8 位1 6 位的y c r c b4 ：2 ：2i t u 2 6 5 6 、 i r 2 6 0 1 g r b4 ：2 ：2 或r g br a wd a t a 。能工作在逐行隔行扫描方式下，也能工作 在彩色黑白模式下。 因为c m o s 模组接口与处理器的p p i 接口兼容，所以本系统采用p p i 接口 连接方法实现图像的采集。l v c 2 4 5 使能与否分别控制着处理器读取或禁止读取 数据的操作，本系统之所以采用l v c 2 4 5 做p p i 总线数据隔离，是为了防止因为 系统t f t 屏接口也是p p i ，所引起的模块之间的干扰。因为邛t 屏与c m o s 两 个模块复用p p i 总线，这样就必然要造成时钟总线的冲突，所以在此系统中，为 了避免冲突由7 4 a h c l 2 5 完成时钟切换功能。由c p l d 产生选择切换控制信号， 处理器可通过控制c p l d 扩展的资源来实现切换功能。模块连接原理如图2 2 ： p p i o _ v s y n c 一p p l 0 d 7 ：0 p p l 0h s y n c 一一 1 2 cs d a 1 2 cs c l b f 5 6 1 c m o sr e s e t 7 c m o s “lu ，u u j t j 、 c m o s 2 4 6 o e 油何面面丽旷 、 c p l d 一 b f 5 6 lm s p i s s 7 c m o sp p i c l p p l 0c l k 7 4 a h c l 2 5 图2 - 2c m o s 与a d s p b f 5 6 1 接口原理图 f i g 2 2t h ei n t e r f a c ep r i n c i p l ed i a g r a mb e t w e e nc m o sa n d a d s p - b f 5 61 北京t 业大学t 学硕十学位论文 2 2 2 触摸屏显示模块 系统触摸屏采用宇联触控的四线电阻式触摸屏( 0 2 8 i n w 4 r ) ，a d s 7 8 4 3 是一个内置1 2 位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片，其参考电压 v r e f 为l v 计v c c ，转换电压的输入范围为0 ，v r e f ，供电电压2 7 5 v ，最高 转换速率为1 2 5 k h z 。转换器有独特的在线低阻开关以及4 路模拟信号输入通道， 从而可以通过未选中的输入通道为外部线路提供电源和地。a d s 7 8 4 3 通过上述 的参考电压设定和输入结构，可以极大地消除内部开关电阻带来的转换误差，触 摸屏与a d s 7 8 4 3 的内部连接原理如图2 3 ： + 2 7 + 5 图2 3a d s 7 8 4 3 与触摸屏的内部连接原理图 f i g 2 3t h e i n t e r i o rc o n n e c t i o np r i n c i p l ed i a g r a mb e t w e e na d s 7 8 4 3a n dt o u c h s c r e e n 图2 4 为硬件连接方法，c p l d 的i o 连接a d s 7 8 4 3 中断脚，) ( + ，x 和y + ， y - 之间横排和竖排连接电阻式触摸屏，c p l d 内部中断控制器将中断信号输出端 连接处理器p f 管脚并统一管理中断源，以便触发p f 中断。由于本系统s p i 设 备很多，再加上a d s p b f 5 6 1 处理器的i o 资源比较紧张，所以s p i 设备的片选 控制线与处理器的i o 是复用的，将所有的设备都挂在一个s p i 的片选线上以便 节约i o 资源，由c p l d 内部s p i 片选控制器分配给不同的设备。这样达到了实 现a d s p b f 5 6 1 处理器扩展i o 资源的目的。s p i 的其它信号线s p is c l k ， m o s i ，m i s o 等信号线为几个设备共用。 第2 章系统总体设计方案 x 十 1 x 一 一 m o s i 1 y +触摸屏 1 b f 5 6 1a d s| y - s p i s c l k r 1 d a t a d 7 ：d 0 a d s ，i n t 7 8 4 3 a d d r a 1 9 ：a 1 5 1 c p l d b f 5 嘉i n a d s - s p i s s s p i s s t s p 图2 4 触摸屏与a d s p b f 5 6 1 接口原理图 f i g 2 4t h ei n t e r f a c ep r i n c i p l ed i a g r a mb e t w e e nt m c h s c i e na n da d s p - b f 5 6 1 2 2 3 音频编解码模块 a d l 8 3 6 s t e r e os e r i a i d e v i c e a d s p b f 5 6 1 图2 - 5 a d l 8 3 6 与a d s p b f 5 6 1 接口原理图 f i g 2 - 5t h ei n t e r f a c ep r i n c i p l ed i a g r a mb e t w e e n a d l 8 3 6a n d a d s p - b f 5 6 1 9 一 北京t 业大学t 学硕十学位论文 a d l 8 3 6 是集成的音频编解码芯片，由它来完成音频的编解码，其主要性能 有： 片内集成了2 个a d c 和3 个d a c ，支持两路双通道输入和三路双通道输 出； 可接收1 6 1 8 2 0 2 4 b i t s 数据； 支持2 4 b f f s 和9 6 k h z 采样率； 片内集成音量控制功能； a d c 的输入集成了可编程增益控制； d s p 通过s p o r t 口向a d l 8 3 6 发送输出的音频数据和接收解码后的音频输 入数据并通过s p i 口对a d l 8 3 6 进行配置。d s p 与a d l 8 3 6 的连接如图2 5 所示： s p o r t 口可以通过d m a 方式方式进行读写操作。通过s p i 初始化a d l 8 3 6 后，配置s p o r t 口为外部时钟、外部帧同步、先传输m s b ，同步低电平有效、 1 6 位数据宽度，然后，配置d m a 为3 2 位数据宽度、传输结束后中断、自动缓 冲模式，音频数据就会自动按照采样频率被d m a 传送给a d l 8 3 6 。同样，音频 数据也会按照采样频率被接收到d s p 的s d r a m 中。 2 2 4 无线网络传输模块 本系统选用了由北京六合万通公司生产的万通四号( l h w t 0 4 1 1 1 5 ) 芯片， 作为一款高度集成的无线局域网解决方案芯片，完整实现了i e e e 标准所规定的 8 0 2 1 l a b g 基带信号处理，协议处理以及各种附加增长功能模块。完全支持 8 0 2 1 1 b 和8 0 2 1 l a 所要求的各种调制方式，能够完整提供协议规定的1 m b p s 到 5 4 m b p s 的全部传输速率。通过大量独有专利技术，万通四号能够提供业内领先 的接收性能。该芯片能够完成媒体接入层( m a c ) 所规定的所有协议，并针对 语音通信和q o s 的要求，加入了对8 0 2 1 l e 协议的支持。除此之外，该芯片提供 了大量的安全和加密算法，例如a e s ，t e i p ，w e p ，w p i 等，也是世界上第一 款支持w a p i 的芯片，并能有效融合8 0 2 1 1 i 标准和w a p i 标准。 万通4 号针对移动通讯的特点，从体系结构到最终实现，都充分考虑了功耗 控制，能够提供多种工作模式。该芯片是业内第一款工作频率为4 0 m h z 、支持 8 0 2 1 1 a b g 的w l a n 芯片，有效降低了功耗，并为板级设计提供了良好的e m c 特性。 万通4 号能够与多种主流r f 芯片无缝集成，目前支持m a x i m 、a i r o h a 、r f m d 等公司以及六合万通自己开发的i 芯片( l h w t 0 5 1 0 1 2 ) 。 为了便于最终用户使用，万通4 号提供了多种主机接口，如c a r d b u s 、 m i n i p c i 、存储器接口等，适合于接入点( a p ) 和客户端设备( s t a ) 的开发。 第2 章系统总体设计方案 其内部框图如图2 6 所示，整体特性如下： 图2 - 6 万通四号内部功能框图 f i g 2 - 6t h ei n t e r i o rf u n c t i o nd i a g r a mo fw t 4 1 芯片集成i e e e8 0 2 1 l a b g 基带、m a c 、以及多通道a d c d a c ； 2 单一4 0 m h z 参考时钟； 3 支持功率控制； 4 具备c a r d b u s 、m i n ip c i 、存储器映射接口； 5 l f b g a1 4 4 封装1 2 m m 1 2 m m l q f p2 1 6 封装2 4 r a m 2 4 r a m 。 细分