（计算机应用技术专业论文）idtv软件系统多线程并发性和osd设计研究.pdf

摘要 数字电视是电视技术的一次革命，被称为继黑白电视和彩色电视之后的第三代电 视，有着广阔的应用前景。数字电视一体机( i d t v ) 是模拟电视信号向数字电视信号 转换阶段的过渡产品，研究i d t v 技术对于正处在此阶段的我国电视工业有着重要的作 用。为了满足i d t v 图像、声音和操作的实时性以及用户对入机交互界面的要求，对i d t v 软件系统多线程并发性和o s d 设计进行了研究。 首先，介绍了数字电视相关知识和我国数字电视发展现状及趋势。详述了i d t v 硬 件系统及i d t v 软件纵横层次模型。 其次，基于i d t v 软件系统多线程并发性的要求，对多线程同步问题进行了研究， 使用固定加锁层次和试加锁回退策略防止经典死锁发生；设计了i d t vc l ( c o m p a t i b l e l a y e r ) 多线程a p i 和一种用来处理i d t v 系统异步事件的混合线程模型轻量级线程； 采用美国g e n e s i s 公司i d t v 软件开发平台，研究了如何使用m i c r o w i n d o w sg u i 编写 o s d 控件；结合实际的应用需求，设计出一款w i n d o w s 风格的o s d 系统。 最后，给出了i d t v m a k e 工具和m a k e f i l e 文件的编写方法；通过配置n f s 服务实现 p c 和目标板间的通讯；对软件进行了单元测试和系统测试；编写了使用宏跟踪调试程 序的代码。 上述研究成果已在国内多家知名电视厂家得到应用，结果表明，i d t yc l 多线程 a p i 和轻量级线程模型满足了i d t v 实时系统的应用要求，o s d 系统性能良好、功能丰 富、界面美观、操作简单，具有较高的实用价值。 关键词：数字电视、i d t v 、0 s d 、多线程并发性、轻量级线程 a b s t r a c t d i g i t a l ivi s ar e v o l u t i o ni nt vt e c h n o l o g y , w h i c hi sk n o w na st h ef o l l o w i n g b l a c k - a n d w h i t et e l e v i s i o na n dc o l o rt e l e v i s i o ni st h et l l i r dg e n e r a t i o nt e l e v i s i o n i th a sa 晰d e p r o s p e c tf o ra p p l i c a t i o n i n t e g r a t e dd i g i t a lt e l e v i s i o nr e c e i v e r ( i d t v ) i sat r a n s i t i o np r o d u c t c o n v e r t i n gt h ea n a l o g u et e l e v i s i o ns i g n a lt od i g i t a lt e l e v i s i o ns i g n a l r e s e a r c h i n go ni d t v t e c h n o l o g yh a sa ni m p o r t a n tr o l ef o rc h i n a st e l e v i s i o ni n d u s t r y i no r d e rt om e e tr e a l t i m eo f t h ei d t vi m a g e s ，s o u n da n do p e r a t i o na n dr e q u i r e m e n t so fh u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n i n t e r f a c e ，m u l t i t h r e a d i n gc o n c u r r e n to fi d t vs o f t w a r es y s t e ma n do s dd e s i g na r es t u d i e d 。 f i r s t , d i g i t a lt e l e v i s i o n - r e l a t e dk n o w l e d g ea n dc h i n a sd i g i t a lt e l e v i s i o nd e v e l o p m e n ta n d t r e n d sw e r ei n t r o d u c e d i d t vh a r d w a r ea n dl e v e lm o d e lo fv e r t i c a la n dh o r i z o n t a lo fs o f t w a r e s y s t e m sw e r es h o w n s e c o n d l y , m u l t i t h r e a d i n gs y n c h r o n i z a t i o n w a ss t u d i e db a s e do nr e q u i r e m e n t so f m u l t i t h r e a d i n gc o n c u r r e n to fi d t vs o f t w a r es y s t e m c l a s s i cd e a d l o c kw a sp r e v e n t e db yu s i n g t h es t r a t e g i e so ff i x e dl e v e la n dt e s t - l o c k - b a c k i d t vc l ( c o m p a t i b l el a y e r ) m u l t i t h r e a d i n g a p ia n dm i x e dt h r e a d i n gm o d e lc a l l e dl i g h t w e i g h tt h r e a dh a n d l e da s y n c h r o n o u se v e n t so f i d t vw a sd e s i g n e d o s dc o n t r o l sw e r ed e s i g n e d 、航t 1 1m i c r o w i n o w sg u iu n d e rt h e d e v e l o p m e n tp l a t f o r mo fg e n e s i si n c b a s e do np r a c t i c a la p p l i c a t i o nn e e d s ，aw i n d o w s s t y l e o s d s y s t e mw a sd e s i g n e d f i n a l l y , t h em e t h o d sp r o g r a m m e dt h e i d t v m a k e t o o la n d m a k e f i l e f i l ew e r eg i v e n c o m m u n i c a t i o n sb e t w e e np ca n dt a r g e tb o a r dw e r ei m p l e m e n t e db yc o n f i g u r i n gn f s s e r v i c e s s o f t w a r es y s t e mw a st e s t e du s e dt h em e t h o d so fu n i tt e s t i n ga n ds y s t e mt e s t i n g m a c r oc o d e sd e b u g g e da n dt r a c k e dp r o g r a mw e r ew r i t e r e s e a r c hr e s u l t sh a v eh a dap r a c t i c a l a p p l i c a t i o n i ns e v e r a lw e l l k n o w nt v m a n u f a c t u r e r s ，t h er e s u l t ss h o wt h a ti d t vc lm u l t i t h r e a d i n ga p ia n dl i g h tw e i g h tt h r e a d m o d e lm e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ei d t vr e a l t i m ea p p l i c a t i o n s ，o s ds y s t e mh a sg o o d p e r f o r m a n c e ，r i c hf e a t u r e ，b e a u t i f u li n t e r f a c e ，s i m p l eo p e r a t i o na n dh a sh i g hr e f e r e n c ea n d p r a c t i c a lv a l u e k e yw o r d s ：d t v ；i d t v ；o s d ；m u l t i t h r e a d i n gc o n c u r r e n c y ；l i g h tw e i g h tt h r e a d 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：享f j 智红 口罗年m 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：帮智红 导师签名： 歹萨移荔司 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 目前，电视应用已经由广播传媒扩展到医疗卫生、工矿企业、文化教育、军事宇航 和人们生活的各个领域。而伴随着电子信息和数字技术的高速发展，电视技术也进行着 巨大的变革，从黑白到彩色，从c r t ( c a t h o d er a yt u b e ) 电视到平板电视，从模拟电视 到数字电视。 1 1 数字电视概述 数字电视是电视技术的一次巨大变革，被各国视为2 1 世纪的“战略技术 。与3 g 和新一代因特网( 光因特网) 一起构成了2 1 世纪的三大信息基础设施【。 数字电视是数字电视系统的简称，是继黑白电视、彩色电视之后的第三代电视。它 是指从电视画面和伴音的摄录开始，包括节目的剪辑、合成、存储等各个制作环节在内， 以及传输、接收和显示的全部过程，都实现了数字化和数字处理的电视系统【2 】。图1 1 显示了数字电视系统音视频信号处理的过程。 ( 数字化)( 压缩) ( 抗误码) ( 信道匹配) 图1 1 数字电视系统音视频信号处理过程示意图 1 1 1 数字电视的分类 为了准确理解数字电视的科学概念，下面从不同的角度对数字电视进行分类： 1 按信号传输方式分类 可以分为地面数字电视、卫星数字电视、有线数字电视三类。 2 按清晰度分类 可以分为低清晰度数字电视、标准清晰度数字电视、高清晰度数字电视。v c d 的 图像格式属于低清晰度数字电视( l d t v ) 水平，d v d 的图像格式属于标准清晰度数字 电视( s d t v ) 水平。 第一章绪论 3 按显示屏幕幅型分类 可以分为4 ：3 幅型比和1 6 ：9 幅型比两种类型。 4 按产品类型分类 可以分为数字电视显示器、数字化电视接收机、数字电视接收机、数字电视接收器、 数字电视一体机( i d t v - i n t e g r a t e dd i g i t a lt e l e v i s i o n ) 。 数字化电视接收机，又称“数码电视机 。它是在不带数字电视调谐器和数字电视 信号解码器等功能部件，只能接收先行模拟电视广播信号的彩色电视接收机内，引入数 字信号处理技术或器件，以期改善、提高包括画质、音质在内的性能的彩色电视接收机。 它仍然属于传统电视的范畴，目前市场上大部分彩色电视接收机属于这类产品。 数字电视接收机是能接收、处理和重现数字电视广播射频信号的一种终端设备。数 字电视接收机简称数字电视机。按国际惯例，数字电视接收机须具备接收、处理地面数 字电视广播射频信号并予以重放的能力。 数字电视显示器是具有处理输入音视频信号并予以重现的一种数字电视终端设备。 它与数字电视接收机的主要区别在于是不包括射频数字电视接收和处理的部分。 数字电视接收器，又称“机项盒 。它是扩展电视接收机或电视显示器功能的一种 设备。数字电视机顶盒是能接收、解调由数字电视调制的射频信号，经数字电视信号解 码后，输出模拟或数字的电视音视频信号的设备。通常所说的数字电视一般指模拟电视 接收机加数字电视机顶盒。 数字电视一体机( i d t v ) ，是既能接收和处理模拟电视广播信号，又能接收和处理 数字电视广播信号的电视接收机。 1 1 2 数字电视的优点 要想明白数字电视的优点，就要对模拟电视有所了解。模拟电视制式是2 0 世纪4 0 5 0 年代逐步研制和完善起来的。受当时技术水平限制，图像传输普遍采用隔行扫描方式， 即把一帧分成两场：第一场传送奇数行，称奇数场；第二场传送偶数行，称偶数场。在 接收端再将两场组合起来。 模拟电视技术的缺点： 1 隔行扫描容易造成并行现象、视在并行现象及垂直边缘锯齿化现象。 2 5 0 h z 场扫描会使画面亮度区产生闪烁，在高亮度下，闪烁现象就很明显，这样很容 易引起视觉疲劳，对眼睛不利。 2 长安大学硕士学位论文 3 p a l 制彩色电视制式特有的亮度干扰及爬行效应。 4 受6 m h z 或8 m h z 频带宽度的限制，图像清晰度不会很高。 5 模拟电视信号越来越不适应目前及今后各种数字化设备的要求，也不利于国际间电 视节目交换。 数字电视除了能克服上述模拟电视固有一些缺陷之外，还具有以下优点： 1 信号电平稳定可靠、传输距离远、质量高。数字电视信号以二进制数码脉冲的形式 出现，只有“0 和“1 两种电平信号，因而不易受到电源波动、器件非线性的影 响，在传输过程中能保持稳定可靠，提高了抗干扰能力。 2 数字化设备相对于模拟设备而言体积小、重量轻、能耗低、工作可靠。 3 频谱资源利用率高。对于卫星电视而言，一套模拟电视节目要占用3 6 m h z 带宽的卫 星转发器，对地面电视或有线电视而言要占6 m h z 的频带。而数字电视采用压缩编 码技术后，在3 6 m h z 带宽的卫星转发器中可传送5 套s d t v 节目，画面清晰度约 4 0 0 线；在一个8 m h z 频道内可传送4 套以上的s d t v 节目。这就是说，在有线的 频谱资源内，可安排更多的电视频道，为模拟电视频道的4 倍甚至更多。 4 易于实现条件接收，并能提供全新的服务功能，开拓新的增值业务。数字电视信号 容易进行加扰力口密，有利于信息安全，同时便于实行付费电视、视频点播及交互式 电视。在数字电视系统中可以互不干扰地同时进行传送文字、数据、语音、静止图 像等多种数字信息。数字电视网可与计算机网、电信网互联互通，给用户提供丰富 的信息资源。在完成电视广播主功能的前提下，开拓新的增值业务。 5 灵活友好的人机界面，使设备操作、调试、维护更为简单，易于实现智能化。 1 2 中国数字电视的发展现状及趋势 ， 通信与信息技术的迅猛发展将引发整个电视广播产业链的变革，数字电视是这一变 革中的关键环节。伴随着电视广播的全面数字化，传统的电视媒体将在技术、功能上逐 步与信息、通信领域的其它手段相互融合，从而形成全新的、庞大的数字电视产业。 1 2 1 中国数字电视发展现状 我国数字电视整体转换正在加速，国内数字电视产业初具规模。自2 0 0 3 年启动有 线数字电视以来，全国有线数字电视发展迅猛。2 0 0 4 年、2 0 0 5 年、2 0 0 6 年、2 0 0 7 年、 2 0 0 8 年底，全国有线数字电视用户数分别为：9 7 万、3 9 7 万、1 2 6 6 万、2 6 8 6 万、4 5 2 8 3 第一章绪论 万户，比前一年分别增长了3 0 9 、2 1 9 、1 1 2 、6 9 。全国有2 2 9 个城市进行了数字 化整体转换，其中1 0 6 个城市已经完成转换，广西、宁夏的城市基本实现数字化，北京、 天津、青海、海南、贵州、吉林等地的城市有线数字电视用户比例超过了5 0 。 2 0 1 0 我国计划全面实现数字高清广播电视，东部相对发达地区将普及数字高清电 视。2 0 1 5 年中国停止模拟广播电视的播出，数字高清广播电视推广将至中国中西部地 区例。 1 2 2 中国数字电视发展趋势 目前，我国处于模拟电视信号向数字电视信号过渡的阶段，老百姓家中有约4 亿台 模拟电视机。因此，数字电视有很大的潜在市场，存在巨大的商业利益。 与一些发达国家的数字电视发展水平相比，我国的数字电视尚处于起步阶段，2 0 0 8 年奥运会打开了中国数字时代的大门，随着地面数字电视的开播，将使中国的平板电视 产业走向真正的数字时代。 各个电视厂家都积极地参与数字电视的研发，推出自己的数字电视解决方案。 机顶盒加上一台模拟电视是比较流行的一种解决方案，但它不是真正意义上的数字 电视。 随着机卡分离技术的成熟和相关标准的制定，一个新的解决方案数字电视一体 机( i d t v ) 应运而生。在模拟电视和数字电视共存的阶段，i d t v 可满足接收模拟和数 字两种广播信号的需要1 4 1 ，被称为真正意义上的数字电视。i d t v 核心技术是将数字电 视的解码系统与模拟电视系统实现无缝拼接，通过相关的应用软件进行融合，使消费者 能够在模拟电视和数字电视模式间相互转化，真正实现了电视接收机从信道传输到信 源解码的全数字化【5 1 。 据( 2 0 0 8 年二季度中国平板电视城市消费需求状况调研报告最新调查显示，消费 者预期购买高清平板i d t v 比例占平板电视总量的1 5 以上。i d t v 是模拟电视向数字 电视过渡阶段数字电视发展的一个方向，存在很在的商业价值。 1 3id t v 软件设计 随着电视技术的发展，电视的功能也更加丰富，数字电视接收机更趋向一台多媒体 电脑，对它的操作也复杂了。这要求电视芯片的处理能力更强，电视芯片逐渐由原来的 8 0 5 1 系列逐渐地被a r m 、m i p s 等高性能芯片代替。与此同时，为了高效地利用电视 4 长安大学硕士学位论文 的硬件资源，很多数字电视芯片都运行自己的操作系统。 一款数字电视芯片推出到电视机的量产，主要做的工作就是电视解决方案设计和软 件的设计。方案设计属于前期的工作，软件的设计可以与其并行工作。方案设计定下来 之后，所做的工作主要就是软件的设计了。 在论文完成过程中，采用美国g e n e s i s 公司的d o u g l a sf l l l 0 6 x x 系列数字电视处理 芯片。该芯片的主c p u 为3 2 位的m i p s 芯片，m i p s 芯片对软件多线程有良好的支持。 在软件的设计过程，对嵌入式l i n u x 下多线程并发程序设计做了大量研究，并成功设计 出多线程并发数字电视软件。 1 4 数字电视o s d 设计的意义 不管数字电视给人们提供何种服务，它都需要给用户提供一个美观大方、操作简单、 友好的用户界面。而用户界面就是通过o s d ( o ns c r e e nd i s p l a y ) 实现的。 美观的界面能给人以视觉上的愉悦和享受，因此华丽的o s d 界面就成了电视的一 个卖点。o s d 界面设计比较复杂，该部分的代码量占整个软件的3 0 6 0 【6 】。很多工 程师不断地重复同样的工作，为不同型号的电视机编写o s d 代码。同时，调试不健壮 的o s d 程序也占用大量的调试时间，延长了电视研发周期，对电视量产和市场竞争力 造成了一定的影响。因此，o s d 设计就成了数字电视软件开发中的最关键的要素。 在研究过程中，采用g e n e s i so s dw o r k b e n c h 工具、m i c r o w i n d o w s 库和u w i n o s d 库， 成功的研究出一种机构化o s d 设计方法。做到了结构设计合理，层次分明，缩短了o s d 开发时间和数字电视软件开发周期，提高了代码的质量，从而加快了电视产品的上市。 1 5 论文完成的工作 本论文主要完成了以下工作： 1 对数字电视分类和优点进行了介绍，对中国数字电视的发展现状及趋势进行了详细 的分析，对数字电视软件和o s d 开发的意义进行了阐述。 2 基于面向高端市场i d t v 设计的实践，详细介绍了i d t v 软件结构以及实时操作系统 m o n t a v i s t al i n u x 平台的搭建。 3 对i d t v 软件系统多线程并发性进行了研究。分析了实时任务调度策略，对使用互 斥量和信号量进行多线程同步进行了论证，设计了i d t vc l 线程a p i 和混合线程模 型轻量级线程并进行了验证。 第一章绪论 4 分析了o s d 系统结构，详述了t i l e 和控件的关系，分析了m i c r o w i n d o w sg u i 的消 息机制，详细介绍了c h f a v o r i t e s m a n a g e r b u t t o n 控件的设计与实现，从o s d 需求分 析到设计规则以及最终的实现做了详细的介绍。 5 对i d t v 软件编译和下载运行进行了分析。编写了i d t v m a k e 工具，探讨了m a k e f i l e 文件的编写，对n f s 服务的配置、目标程序的下载和软件的自动运行进行介绍。 6 对软件系统进行了单元测试和系统测试，对使用宏跟踪调试程序进行了详细的介绍。 6 长安大学硕士学位论文 第二章 id t v 软硬件系统设计 2 1id t v 硬件系统设计 2 1 1 图像处理芯片选择 在数字电视产业巨大市场的吸引下，各大多媒体影像处理芯片公司都积极地推出基 于自己的视频处理芯片的完整的数字电视方案。主要有欧洲的s t ，美国的t r i d e n t 、 g e n e s i s 、p i x e lw o r k s ，台湾的m o r n i n gs t a r 、m t k 等。其中t r i d e n t 、g e n e s i s 凭借专业 视频领域的优势占据了中高端市场很大的份额。 i d t v 系统要求支持广泛接口，输入、处理和输出高清信号，因此定位在高端产品， 考虑到性价比我们选择美国g e n e s i s 公司d o u g l a sf l l l 0 6 x x 系列芯片，该芯片以单一芯 片提供了数字及模拟电视广播解码和电视视频处理等功能。 d o u g l a s 系列芯片是美国g e n e s i s 公司为i d t v 解决方案推出的一款单芯片影像处理 芯片，该芯片能满足数字电视d v b 、a t s c 和d t m b 标准和模拟电视n t s c 和p a l 制 式的市场需求【刀。 d o u g l a s 系列芯片包括一个单通道硬件m p e g 2 解码器和一个p i p ( p i c t u r e i n - p i c t u r e ) 通道，灵活的模拟前端一个完整的f a r o u d j a 3 d 视频解码器，高性能符合工业标准 的3 2 位m i p s4 k e e 处理器，多标准的模拟音频解码器，数字音频解码器和后端处理器， 三个可编程的多媒体处理引擎( m p e ) ，先迸的2 d 图形引擎，完全支持h d c p 的 h d m l l 3 d v i 接收器和一个统一的d d r 存储器控制器。d o u g l a s 系列芯片也包括一个 十分灵活和统一的视频扩展接口。为了增强主通道和p i p 通道的视频质量，d o u g l a s 的 全部采用1 0 位视频处理器。d o u g l a s 系列芯片还包括下一代f a r o u d j ad c d i 影院视频格 式转换、画质增强和降噪技术。图2 1 为d o u g l a s 系列芯片的结构图。 7 第一章i d t t 较趔件系统改计 圈2 1d o u g l a s 系列芯片结构固 2 12i d t v 硬件系统结构 i d t v 系统采用美国g e n e s i sd o u g l a sf l l l 0 6 2 0 图像处理芯片。高频头采用 s h a r p 6 0 6 0 ，信道解调芯片采用凌汛公司l g s 一8 9 1 3 芯片。l g s - 8 9 1 3 是一款符合国家地 面数字电视传输标准的信道解调芯片，该芯片设计用于地面数字电视广橘接收。液晶屏 采用l gl c l 7 1 w 0 3 液晶屏。 数字电视图像信号数据量很大，图像数据的存取要求快速、准确。因此采用2 个 h y 5 1 2 m b i t 的d d r 4 0 0d r a m 内存，读写频率2 0 0 m h z 。 由于系统应用比较复杂，软件系统占用空间也比较大且运行在嵌入式l i n u x 系统上。 因此，f l a s h 选用3 2 mn o rf l a s h ，用来存储操作系统、应用软件、驱动和o s d 图片。圈 2 2 为i d t v 系统结构圈。 长安大学顺j 学位论丘 2 2i d t v 软件体系结构 图2 2i d w 系统结构图 自从上世纪“软件危机”以来，软件体系结构引起了软件开发人员的足够重视。一 个良好的体系结构是决定一个软件成败的关键因素。 i d r v 软件体系结构采用纵横结合型层次模型，这种层次型体系结构具有可理解性、 可适应性和可重用性。在i d t v 软件分层体系结构中，上层模块使用下层模块提供的服 务，同时下层模块给上层模块提供服务；而同一层模块间的联系也比较密切，通过传送 消息进行通讯。 图2 3 是i d t v 软件体系结构层次图。 l k c l h o s m ；t o c h 图2 3i d t v 软件体系结构层次圈 第二章i d t v 软硬件系统设计 下面对不同层实现的功能进行说明： 1 芯片级硬件驱动层 硬件驱动层是与硬件联系最紧密的软件层，主要为各个硬件模块提供驱动程序。硬 件驱动层通过读写各个模块的专用寄存器实现对硬件设备的控制和管理，同时为接口程 序服务。在此层中，主要包括g p i o 驱动、串口驱动、1 2 c 驱动、视频处理驱动、视频 前端和后端驱动、音频输入输出驱动、v c r 输出驱动等模块。 2 b s p ( b o a r ds u p p o r tp a c k a g e ) 层 b s p 层包括外部设备驱动模块，a t v 服务模块、p e ( p r c s e n t a t i o ne n g i n e ) 模块和 m i c r o w i n d o w s 图形库模块。外部设备驱动模块有t u n n e r d e m o d 驱动和依赖开发板的其 他设备驱动。 3 i d l v 引擎 b s p 和应用程序层之间的接口程序，该层由应用程序层的函数直接调用。该层给用 户接口提供高层控制的a p i ，这些a p l 分别支持d v b 、n t s c 和d m b t 三种标准。i d t v 引擎处理所有数字电视和模拟电视控制部分，该层包括源选择模块、频道扫描和锁定模 块、主频道列表和喜爱节目列表模块、频道选择模块、父控模块、音频解码和控制模块、 射频解码和控制模块、系统设置模块、不同标准处理模块。 4 o s d 层 o s d 贯穿整个数字电视应用和增值业务的主线，所有的增值业务及数字电视控制都 是通过o s d 界面展现在用户面前的。该层是电视软件设计中的重要环节，也是最容易 出问题的环节。 5 应用程序层 电视机有关的所有上层功能的实现都在这层完成。 6 c l ( c o m p a t i b l el a y e r ) o sa p i 层 支持所有常见的操作系统原语，如线程、互斥量和信号、内存管理、定时器、调试 和追踪等。 在分层设计中，应该注意到应用程序层不应该涉及到那些直接对寄存器进行读、写 操作的函数，以及对通信( u a r t 和1 2 c ) 进行处理的函数；而驱动层不应该涉及到任 何变量、消息和应用程序层的函数。所以，这种分层结构对于电视机控制软件的开发是 很有好处的，给软件工程师的工作带来很大的便利，如果系统的芯片或外部器件有了改 变，只需修改硬件驱动层的程序；如果系统的功能需求有了改变，相应的只需修改应用 1 0 长安大学硕士学位论文 程序层的部分。 本文主要介绍c lo sa p i 设计、应用层并发程序设计、o s d 界面设计和软件的测试 与调试。 2 3m o n t a vis t alin u x 平台及系统开发环境 2 3 1m o n t a v i s t al l n u xr t o s i d t v 是一个典型的实时系统，它具有多任务和复杂的处理，因此要选用一款实时 操作系统来支撑实时应用软件运行。下面介绍m o n t a v i s t al i n u x 嵌入式实时操作系统。 m o n t a v i s t a 软件公司是一个世界领先的智能设备和相应基础部件的系统软件供应 商。随着嵌入式应用复杂程度的日益增长，嵌入式系统设计既要面对技术，又要面对成 本和上市时间带来的巨大压力。m o n t a v i s t al i n u xp r o f e s s i o n a le d i t i o n 无疑是面对紧迫的 产品上市时间和有限的开发经费的嵌入式系统开发者的理想选择。 m o n t a v i s t al i n u x 可以满足各种嵌入式应用的实时响应要求。它的主要特点有： 1 m o n t a v i s t al i n u x 具有快速响应的实时性能。通过引入o ( 1 ) 调度、高分辨率时钟 ( h r t ，h i g hr e s o l u t i o nt i m e r s ) 、高速实时域( f r d ，f a s tr e a l t i m ed o m a i n ) 函数 库等多种技术来达到实时性的最佳表现。 2 m o n t a v i s t al i n u x 在单一的操作系统上同时支持多线程、多进程和多处理器，支持标 准i e e e1 0 0 3 1 bp o s i xa p i ，f r d 使用新n p t l l 9 ( n a t i v ep o s i xt h r e a dl i b r a r y ) 提 供一个线程中断上下文，保持最高级别的实时中断响应。 3 m o n t a v i s t al i n u x 具有内建的内存保护机制有效阻止运行错误。 4 m o n t a v i s t al i n u x 增强i o 支持，支持u s b2 0h o s t 、串口、以太网、热插拔( h o tp l u g ) 。 5 文件系统支持e k t2 3 ，j f f s ，j f f s 2 ，x f s ，c r a m f s ，n f s v 3 ，y a f f s ，x i a 等。 从图2 4 中也可以看出，由于引入了实时操作系统，系统软件的复杂度明显提高， 软件体系不再是一个单纯的层次模型。 2 3 2m ip s 集成开发环境 d o u g l a s 系列芯片主c p u 为3 2 位的m i p s ，在论文的研究过程，系统的编译、调试 采用m i p si d e 。该集成开发环境包括：m o n t a v i s t a 和f s 2 调试包。 m o n t a v i s t a 是一个高度集成的系统开发环境，它提供了： 1 c y g w i n 环境和m i p s 交叉编译工具； 第二章 i d t v 软硬件系统设计 2 具有软件的性能分析能力，内存分析以及实时跟踪； 3 丰富的l i n u x 系统应用包，可被用于快速构建平台映像； 4 自动m a k e f i l e 生成工具； 5 开发主机多操作系统支持r e dh a tl i n u x9 0 、m a n d r a k el i n u x8 1 、s u s el i n u x9 0 、 s u ns o l a r i s8 0 、m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 0 x p 。 该环境集成了m o n t a v i s t a 3 0 和m o n t a v i s t a 4 0 两个版本，二者都提供了支持 气 m o n t a v i s t al i n u x 的c y g w i n 环境和m i p s 交叉编译工具，不同的是前者支持基于l i n u x 2 4 内核的b o g a r t 、c h a p l i n 和d o u g l a s 软件编译，后者支持基于l i n u x2 6 内核的b o g a r t 、 c h a p l i n 和d o u g l a s 软件编译。 f s 2 公司是m i p s 科技的全资子公司。f s 2 调试包，支持f s 2 仿真器对b o g a r t 、 c h a p l i n 和d o u g l a s 芯片的系统排错、调试和程序追踪。 2 3 3m o n t a v i s t ak i n u x 平台搭建 数字电视目标板通过j t a g 口与f s 2 连接，f s 2 仿真器通过串口与p c 相连。图2 4 为p c 与目标板连线示意图。 在开发调试中，通过f s 2 和串口把u b o o t 、k e r n e l 和文件系统下载到目标板上的f l a s h 中。 图2 4p c 与目标板连线示意图 本文完成过程中采用3 2 m 的n o rf l a s h ，分为2 5 6 个扇区，分别存储u b o o t 、k e r n e l 、 文件系统等，表4 1 列出了f l a s h 的分配情况。 1 2 长安大学唰 学位论文 表4 1f l a s h 分配一览 i m a g e 。n a m e s e c t o r s l i k ee i ( 4 m b )0 3 l o x b e 0 0 0 0 0 0 一o x b e 4 0 0 0 0 0 j f f s 2 i m a g e ( 5 m b ) 3 2 - 7 l 0 x b e 4 0 0 c 0 0 一o x b e 9 0 0 0 0 0 a p p l i c a t i o nj f f s 2 ( p r i m a r y a p p $ m b ) 7 2 - 1 3 5o x b c s m 0 0 0 0 一o x b f l 0 0 0 0 0 a p p l i c a t i o nj f f s 2 ( s e c o n d a r y a p p8 m b ) 0 x b f l 0 0 0 0 0 0 x b t 珈0 0 0 0 c h a n n e td a t a b a s e ( 3 m b ) 2 0 0 之2 3o x b f 9 0 0 0 0 0 0 x b f c 0 0 0 0 0 u b o o t ( i m b ) 2 2 4 - 2 3 lo x b f c 0 0 0 0 0 一o x b f d 0 0 0 0 0 s p l a s h s c r e e n ( t 1 o x b f d 0 0 0 0 0 0 x b m l o o o o r a w p a r t i t i o n 0 2 m b ) o x b e 0 0 0 伽oo x b m 【f t f r 下面介绍平台搭建的步骤： 1 按图2 5 把硬件连接好，给系统上电，准备好平台映像文件。 2 打开f $ 2 控肯怡配置窗口进行配置，见圉2 5 ，完成后，进入命令提示行。打开p c 机存放平台映像的文件夹。在f s 2 命令提示行输入如下命令1 0 l ： d 吖m i p s r e s e t $ o u i c e d d r _ a s i c 0 8 _ i n i t t c l l o a db i n0 x 8 0 2 0 0 0 0 0 p c0 x 9 0 2 0 0 0 0 0 9 0 陵伊一鞫1 离= 嚣： 一生10 峻妻! j 型叫i 畦- 三! ! “二m “! 。j。! 19 l c 州* 8 s 8rd 呐哪l 。p 。1 “i l c 女。忡e 口e 邱c - h i h p “ i l o _ 辨w “射p o h d i q p i 蓬= = = 3 |蜂鱼曼景舅景寰鼻景景勇募黑蚓 e 三：一二二! ! 型0 第二章i d t v 软硬件系统设计 3 打开超级终端，看至i j u b o o t 代码从d r a m 开始执行。敲击回车键，终止自动启动。在 超级终端的提示行“g e n e s i s # 输入f l i n f o ，这确保检测3 2 m f l a s h 的完整性。运行 e r a s ea l l 命令，查处f l a s h 的所有扇斟1 1 1 。 4 在f s 2 命令提示行依次输入下面三行命令： l o a db i n0 x 8 0 4 0 0 0 0 0 l o a db i n0 x 8 0 6 0 0 0 0 0 l o a db i n0 x 8 0 a 0 0 0 0 0t ，u i m a g en a m e 6 执行完上面的每一条命令后，在超级终端命令提示行输, h 。e p b 格式命令u 2 1 。s t a r ta d d r 为映像在d d rd r a m 中的起始地址，d e s ta d d r 为 映像在f l a s h 中存放的首地址，s i z e 为映像所占的内存控件大小。依次执行下面命令： g e n e s i s 撑e p b0 x 8 0 4 0 0 0 0 0o x b f c 0 0 0 0 0u b o o t r o m i m a g e s i z e g e n e s i s 群c p b0 x 8 0 6 0 0 0 0 0 0 x b e 4 0 0 0 0 0j f f s 2 一i m a g e s i z e g e n e s i s 群c p b0 x 8 0 a 0 0 0 0 00 x b e 0 0 0 0 0 0u i m a g e s i z e 7 重启目标板，在超级终端就会显示启动信息。当u b o o t 弓i 导k e r n e l 进入l i n u x 操作系统 后，在命令提示行显示一个l o g i n ，键入r o o t ，进) l l i n u x 系统。 通过上述七步操作，m o n t a v i s t al i n u x 平台就搭建好了。 本章小结 本章首先介绍i d t v 的主处理芯片d o u g l a sf l l l 0 6 2 0 的主要特性和功能，然后介绍 了i d t v 的硬件系统结构。 接下来对软件系统及i d t v 软件系统纵横层次模型做了介绍。其中对软件的各个层 次实现的功能进行了详细的分析和介绍。 最后介绍了m o n t a v i s t al i n u x 平台及系统开发环境，对m o n t a v i s t al i n u x 的优越性 进行了分析，并详细介绍了m o n t a v i s t al i n u x 平台的搭建步骤。 1 4 长安大学硕士学位论文 第三章 id t v 软件系统多线程并发性研究 i d t v 是一个典型的实时系统，它可以分解为不同的任务。这些任务由外部事件或 系统事件所激发的，具有结构上的内在联系。任务间合作、协调共同完成某个控制任务。 为每个任务编写一个程序，这种程序的执行方式有两种：一种是顺序执行，一种是并发 执行。 顺序执行具有封闭性，程序一旦运行，其结果不受外界因素的影响。这种运行方式 存在很大的缺陷，事件的处理需要排队等待，紧急事件得不到及时响应，严重影响系统 的实时响应能力【1 3 1 。 并发执行它可以提高系统的吞吐率，具有良好的响应速度。高优先级的任务可以中 断正在执行的低优先级的任务，从而解决了顺序执行带来的问题。本章主要对i d t v 软 件系统多线程并发性进行了研究。 3 1 i d t v 应用分解和调度 3 1 1 id t v 应用分解 把一个实时问题分解为多个任务，可以加快执行速度，有效地利用系统的资源。但 是，过度的分解，将使系统存在大量的任务，并且经常进行任务的切换。任务间还要进 行很多的同步和互斥控制，这势必增加大量的系统服务工作，降低系统的速度和有效性， 达不到用并发来提高系统响应速度的目的。 因此，