（物理电子学专业论文）嵌入式crt色度计关键技术的研究.pdf

摘要 本课题围绕嵌入式c r t 色度计进行系统设计和关键技术的研究与实现。在硬件方面对嵌 入式处理器、存储器、液晶屏、键盘、电源模块、前端测量模块的电路设计原理进行介绍。 软件方面在嵌入式c r t 色度计上成功地移植嵌入式操作系统u c i i n u x 第三版，并介绍了在 u c l i n u x 环境下的设备驱动、中断程序和上层应用程序的开发步骤，给出在嵌入式c r t 色度 计上的键盘设备驱动程序及中断程序实例。 本课题解决的关键技术有：嵌入式图形用户界面( g u i ) 和嵌入式数据库。在嵌入式图 形用户界面中，实现了g u i 的三层体系结构所要解决的问题，在核心层中把菜单对象、列表 框、复选框控件等都统一为g u i 元素，采取统一的对外接口，把6 u i 元素的外观与g u i 元素 的内部实现结合起来，从而实现图形算法简洁、快速、占用资源少的“轻量级”的g u i 。在 嵌入式数据库设计中，重点设计了在嵌入式系统中数据库的物理模式，采用数据压缩技术， 设计字段的存储结构、记录的存储结构、数据库文件的存储结构。 此外，详细阐述了嵌入式c r t 色度计的测色原理；移植闪存文件系统j f f s 2 ；详细阐述 的模数转换理论一技术，并对一器件a d 7 7 0 6 的上层应用进行编程。本文对开发嵌 入式仪器开发有着一定的参考意义，在g u i 和嵌入式数据库设计方面提出了创新的方法，对 从事图形编程接口与数据库方瘟的开发人员有所帮助。 关键词：u c l i n u x 嵌入式数据库g u i 一色度计 a b s t r a c t t h ise s s a yf o c u s e so nn o to n l yt h es y s t e md e s i g n ，b u ta l s ot h er e s e a r c ha n d c o m p l e t i o no ft h ek e yt e c h n o l o g y ，w h i c ha r eu s e db ye m b e d d e dc r tc o l o r i m e t e r i t g i v e ss o f t i ei n t r o d u c t i o n s ，i nh a r d w a r e ，t ot h ed e s i g n i n gp r i n c i p l e so ft h ee l e c t r i c c i r c u i t si ne m b e d d e dp r o c e s s o r ，s t o r a g e ，l c d ，k e y b o a r d ，p o w e rm o d e ，f r o n tm e a s u r i n g m o d e i ns o f t w a r e ，t h i sa r t i c l ep l a c e si n t e r p r e t a t i o no nt h e c o m p l e t i o no f t r a n s p l a n t i n ge m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m 。“u c l i n u xo ft h i r dy e n is o ni n t oe m b e d d e d c r tc o l o r i m e t e r i nt h ee n v i r o n m e n to fu c l i n u x t h es e t u pp r o c e d u r ei si n t r o d u c e d i nt h ed e v i c ed r i v e r ，i n t e r r u p t e dp r o g r a ma n da p p l i e dp r o g r a m ，a n dt h ea c t u a l e x a m p l e sa r ep r o v i d e df o rt h ek e y b o a r dd r i v e rp r o g r a mw i t he m b e d d e dc r tc o l o r i m e t e r a n di n t e r r u p t e dp r o g r a m t h e r ea r et w ok e yt e c h n o l o g i e ss e t t l e di nt h i sp a p e r ：o n ei se m b e d d e dg r a p h i c u s e ri n t e r f a c e ( g u i ) ，t h eo t h e ri se m b e d d e dd a t a b a s e i nt h ed e s i g no fg u i t h e p r o b l e m si n3l a y e r sa r c h i t e c t u r eo fg u ia r es o l v e d ：i nt h ec o r el a y e r ，t h em e n u ， l i s tf r a m e ，c h e c kb o x e sc o n t r o l l e ra n ds oo na r es e tt ob e c o m et h ee l e m e n t so fg u i ： w i t ht h ef i x e ds t r u c t u r eo fo u t p u t ，i tl i n k st h ea p p e a r a n c ew i t ht h ei n s i d eo fg u i e l e m e n t s ，w h i c hm a k eg u i “l e s sw e i g h t ”a n ds h o w s t h ea d v a n t a g e so fe a s yg r a p h i c a l g o r i t h m ，q u i c k n e s s ，t a k i n gu pl i t t l er e s o u r c e s i nt h ed e s i g no fe m b e d d e dd a t a b a s e 。 i tm a i n l yd e s i g n st h ep h y s i c a lm o d eo fe m b e d d e ds y s t e md a t a b a s e i nd e t a i l si ta d o p t s t h ed a t ac o m p r e s st e c h n i q u et od e s i g ns t o r a g es t r u c t u r e so fd e s i g n i n gf i e l d ，r e c o r d a n dd a t a b a s ef il e m o r e o v e r ，i te l a b o r a t e so nt h em e a s u r i n gc o l o rp r i n c i p l e sw i t h e m b e d d e dc r t c o l o r i m e t e ra n dt h et r a n s p l a n t i n gj f f s 2o ff l a s hf i l es y s t e m i ta l s oi l l u s t r a t e s t h ec o v e r s i o nt h e o r i e s ，f r o ma n a l o gt od i g i t a l 。一t e c h n i q u et op r o g r a m st h e a p p l i c a t i o no f 一aa d 7 7 0 6 t h i sa r t i c l ep r o v i d e sr e f e r e n c et ot h ee x p l o i t a t i o n o fe m b e d d e di n s t r u m e n t s ，p u t sf o r w a r di n n o v a t i v em e t h o d so n e m b e d d e dr e s e a r c h m e m b e r se n g a g e di ng r a p hp r o g r a mi n t e r f a c ea n dd a t a b a s e k e y w o r d s ：u c li n u xe m b e d d e dd a t a b a s eg u i 一a c o l o r i e t e r 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名： 日期： 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版；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。 作者签名： 日期： 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 第一章引言 1 1 课题研究的背景及意义【4 】【3 2 】【3 川 自从迅猛发展的计算机技术及微电子技术渗透到测量和仪器仪表技术领域，便使该领域 的面貌不断更新。相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器等微机化仪器，都无一例外地 利用计算机的软件和硬件优势，从而既增加了测量功能，又提高了技术性能。由于信号被采 集变换成数字形式后更多的分析和处理工作都由计算机来完成，所以，人们不再去关注仪 器与计算机之间的界限。近年来，新型微处理器的速度不断提高，采用流水线、r i s c 结构 和c a c h e 等先进技术又极大提高了计算机的数值处理能力和速度。在数据采集方面，数据 采集卡、仪表放大器、数字信号处理芯片等技术的不断升级和更新，也有效地加快了数据采 集的速度和效率。与计算机技术紧密结合，已是当今仪器与测控技术发展的主潮流。 近年来，随着3 c 技术( 消费类电子，计算机，通信) 趋向融合，嵌入式系统得到迅猛发展 和普及，嵌入式技术的研究与发展成为当前的一个热点话题。多种新型的嵌入式设备如信息 家电、手持设备、移动电话和p d a 等发展迅速，它们往往配置3 2 位的c p u ，相当数量的内 存和f l a s h ，支持多种输入设备，一般的还具各液晶显示屏。在硬件技术进步的基础上，随 着移动互联网、个人信息管理、移动办公、游戏和娱乐等应用的开发和普及，这些新型嵌入 式系统对图形用户界面( g u i ) 的需求将会越来越迫切。l i n u x 是当前流行的操作系统。首先， 它是源码开放的系统，可方便地进行载减和定制：其次，l i n u x 系统已经支持大多数嵌入式 系统上使用的芯片，如x 8 6 、s t r o n g a r m 、m i p s 和p o w e r p c ；最后，l i n u x 是免费的。使用 l i n u x 不需要支付昂贵的l i c e n s e 费用。以上特点决定了利用l i n u x 搭建嵌入式系统是可行、 合算且令人振奋的方案。然而，桌面l i n u x 上图形系统x - l i n d o w s y s t e m 采用了客户服务器 模式，x s e r v e r 和x c l i e n t 之间的通信协议是效率不高的x 协议，并且x 窗口太过臃肿和庞 大，所需系统资源过高，所以嵌入式l i n u x 系统迫切需要轻量级的g u i 。幸运的是，不少厂 家和开放源码组织已经提供了这样的g u i 如q t e m b e d d e d ，m i c r o w i n d o w s ，m i n i g u i 等。 尽管已具备了基本的轻量级g u i 系统，但由于f l a s h 磁盘空间，内存资源和功耗的限制，嵌 入式l i n u x 系统上的g u i 应用软件设计很大程度上不同于桌面系统应用软件的开发。比如， 应用程序的用户界面就需要精心定制，来方便用户在较小尺寸的屏幕上输入输出。同时，随 着嵌入式系统的发展，嵌入式数据库技术目前已经从研究领域向广泛的应用领域发展，各种 嵌入式数据库产品纷纷涌现。尤其是对数据处理和管理需求的不断提高，紧密结合各种智能 设备的嵌入式数据库技术已经得到了学术界、工业界、军事领域、民用部门等各方面的重视， 不断实用化。 智能化、数据宇化的仪器代替传统的仪器是必然趋势，本文所研究课题对传统仪器的关 键技术将增强嵌入式仪器的人机界面功能，增强现代仪器的数据库处理能力，对新一代的仪 器的发展和原有的仪器更新和改造都具有极大的意义和价值。 1 2 目前国内外研究现状 在整个仪器仪表工业中，各种各样的科学仪器作为高科技的领先产品，有其特殊而重要 的作用a 我们国家的仪器仪表行业整体综合技术水平达到国际2 0 世纪8 0 年代中期水平。微 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 电子技术和计算机技术在仪器仪表产品中普遍采用，约1 5 的产品实现了智能化，达到国际 g o 年代水平 3 0 的产品实现了数字化，达到国际2 0 世纪8 0 年代末期水平。 嵌入式g u i 技术，目前国外有t i n y x 、m i c r o w i n d o w s 、q t e m b e d d e d 、w i n d o w sc e 等 图形操作系统，国内比较成熟的图形系统软件m i n i g u i 。其中，m i c r o w i n d o w s 、qt e m b e d d e d 、 m i n i g u l 是开放源码的，有利于众多开发者的研发，m i n i g u i 已被国内众多嵌入式系统供应 用商所采用。 嵌入式数据库技术目前发展相对落后于g u i ，国外龙头数据库知名公司如s y b a s e 公司、 o r a c l e 公司、i b m 公司、b o r a l a n d 公司都有自己的嵌入式数据库的产品的。我国早在 1 9 9 9 - 2 0 0 0 年度8 6 3 计划就有规划”1 ，嵌入式数据库技术开发是( 项目号z d l 2 一o l 一2 ) 的当 时规划一个重点项目，如今科技部科技型中小企业技术创新基金管理中心( 2 0 0 5 年度科技 型中小企业技术创新基金若干重点项目指南中重点支持项目。”，可见我国嵌入式数据库技 术开发还处在研发阶段，还没有完全通用化的商业嵌入式数据库软件，在我国嵌入式系统中， 嵌入式数据库技术占有重要的地位，嵌入式数据库是嵌入式软件系统的一支的研究方向。 嵌入式c r t 色度计在国外已经有了比较好的发展，我国嵌入式c r t 色度计基本上从美国 ( 如k 1 e i nk - i k ) 和日本( 如c a 1 0 0 c a 一2 i o c a - 2 1 0 sl c d c c 一1 0 0 ) 进口，价格昂贵，大 多在5 万元以上，国内目前刚刚起步。跟国外还有差距，特别是基于3 2 位嵌入式系统的手 持式嵌入式c r t 色度计很少有产品报导。因此，本课题研究是很有意义的。 1 3 本课题所做的工作 1 介绍基于嵌入式c r t 色度计在硬件系统设计； 2 嵌入式操作系统的升级与移植；阐述u c l i n u x 环境下开发设备驱动程序、中断程 序、应用程序的一般步骤，并给出在嵌入式c r t 色度计上的键盘设备驱动程序、中断 程序的实例； 3 详细阐述色度测色原理，介绍光电积分测色探头的原理和实现、嵌入式c r t 色度 计的原理和实现： 4 图形用户界面( g u i ) 研究和实现，目前可以在目标机上脱机运行；嵌入式数据库 的设计： 2 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 第二章仪器的基本原理 嵌入式c r t 色度计的理论基础是色度学理论色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测 量的理论与技术的科学，是以物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科领域为基础 的综合性科学。在工业生产、科学技术和文化事业中广泛用到颜色科学。彩色电视、彩色摄 影、彩色印刷、染料和涂料、纺织、造纸、交通、照明技术等方面都涉及到颜色测量。色度 学建立一套颜色标准，建立色度坐标，建立色度测量原理，用色度坐标来标定颜色。 2 1 颜色匹配及色度坐标的建立阿 定义：把两个颜色调节到视觉上相同或相等的方法叫做颜色匹配。 颜色匹配方法有： 1 传统配色利用颜色转盘。通常用红( r ) 、绿( g ) 、蓝( b ) 三种颜色和一黑颜色四块 圆盘，每一圆盘由中心至边缘剪一直缝，彼此交叉叠放，可以改变各红( r ) 、绿( g ) 、蓝( b ) 及黑颜色面积的比例，当转盘高速旋转时，便可产生一种颜色，当这种颜色与待匹配颜色相 同时，便实现了颜色匹配，此时r 、g 、b 所占面积的量就叫做待匹配颜色的三刺激值，我们 把用来产生混合色的r 、g 、b 也叫做三原色。 2 更加精密的颜色匹配实验是用颜色光实现的，用不同的颜色光照射在白色屏幕的同 一位置上，光线经屏幕反射而达到混合，混合后的光线作用在视网膜上便产生新的颜色。调 节三原色灯光的强度比例，便产生不同的颜色，三原色的强度比例就是匹配某种颜色的三刺 激值。 颜色方程 ( c ) - - = r ( r ) + g ( g ) + b ( b )2 - 1 “；”代表匹配，即视觉上相等 在以上两种配色实验中，当被匹配颜色很饱和时，那么红、绿、蓝三原色实现不了匹配， 这时，需将三原色中的某一原色按适当数量加到被匹配颜色中去，才能实现匹配。 此时的颜色方程为： ( c ) + b ( b ) = - - r ( r ) + g ( g ) ( 假设b ( b ) 被加在被匹配的颜色中) 也可以写为： ( c ) - - = r ( r ) + g ( g ) 一b ( b ) 2 2 为了匹配相等能量( 简称等能) 光谱色三原色数据量叫做光谱三刺激值，记作r ，g 占表示，匹配波长x 的等能光谱色( c 、) 的颜色方程为 ( c 。) 三；( r ) + 虿( g ) + 石( b ) 若光谱三刺澈值i ，一g 一b 中云为负值，贼方程为： ( cx ) s i ( r ) + ；( g ) 一石( b ) 2 3 那么任何一种可见光谱的颜色，都能由红( r ) 、绿( g ) 、蓝( b ) 三原色相加混合出来。 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 2 21 9 3 1c i e - x y z 标准 该标准是在莱特三原色匹配光谱色实验和吉尔德三原色匹配光谱色实验的基础上，将他 们两人所使用的三原色转换成7 0 0 n t o ( r ) 、5 4 6 1 r i m ( g ) 和4 3 5 8 r i m ( b ) 三原色，并将三原色 的单位调整到相等数量相加匹配出等能白色( e 光源) 这样的相同的条件下，实验结果是以 等能光谱色来测量三刺激值的，根据r ，g ，b 值，按，= 二了，g = 坠j 计算( r ，g ) ，+ g + d r + g + b 值，并绘图，就得到如下r g b 系统色度图”1 ( 图2 1 ) ： 受 捌陬 啊i 醅 蛳嘛 恁 d - l j - _ 1”越n ；7 图2 i r g b 系统色度图 光谱轨迹很大一部分的都是负值，计算起来不方便，又不容易理解，在此图的基础上构 造假想的三原色( x ) 、( y ) 、( z ) 对上图作三条辅助线，交点分别为x 、y 、z 分别代表假想 的红原色( x ) 、绿原色( y ) 、蓝原色( z ) 。 这样x y z 形成的虚线三角形包含了整个光谱轨迹，新系统中的色度都为正值，并规定， ( x ) 和( z ) 亮度为0 ，x z 线规定为无亮度线，y 即代表色度，也代表亮度。根据下列转换 关系， rx ( 旯) = y ( a ) = l z ( a ) = 0 4 9 0 0 0 r 取) + 0 3 1 0 0 0 9 ( x ) + 0 2 0 0 0 0 b ( x ) 0 6 6 6 9 7 r ( x ) + 1 1 3 2 4 0 9 ( k ) + 1 2 0 0 6 3 b ( l ) o17697rot)+0812409(x)+001063b(九) 0 6 6 6 9 7 r ( 九) + 1 13 2 4 0 9 ( x ) + 1 2 0 0 6 3 b ( x ) ! ：! ! 竺竺! 尘! ：! ! ! ! ! 堡盟! ：! ! ! 旦! 皇盟 0 6 6 6 9 7 r ( x ) + 1 1 3 2 4 0 9 ( a , ) + 1 2 0 0 6 3 b ( k 、 2 5 同时得到了此种系统下的色坐标： xy z 2 j f ；雨y 2 x + y + z ，2 。1 一x y 2 6 根据( 2 5 ) 式可得到目前通用的c i e l 9 3 1 色度图( 图2 2 ) ，我们的色度测量也是基于 此色度图。 4 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 图2 。2c i e l 9 3 1 色度图 在1 9 3 1 c i e - x y z 系统中，用于匹配等能光谱刺激的( x ) 、( y ) 、( z ) 三原色数量，叫做 “c i e l 9 3 1 标准色度观察者颜色匹配函数”，简称“c i e l 9 3 1 标准观察者”。 c i e l 9 3 1 标准色度观察者光谱三刺激值；，一y ，j 中，规定歹 ) 与明视觉光谱光效 率函数一致，即；( a ) = y ( 五) ，因此，从c i e l 9 3 1 色度图中的光谱轨迹色度坐标 x ( 五) ，y ( 兄) ，z ( 五) 和光谱效率函数矿( a ) 可以求出光谱三刺激值： 如) 2 器嘲 伽哪) _ ( 铲器 c i e1 9 3 1 标准观察者光谱三刺激值曲线见图2 3 ： 2 0 1 5 】0 0 5 0 波长n m 图2 3c l e l 9 3 1 标准观察者光谱兰刺激值曲线 在此曲线中存在如下关系： 7 8 0 7 8 旦_ i x ( a ) d ( 五) = i y ( a ) d ( z ) = l z ( a ) d ( 兄) 3 ；o痈3 南 它表明一个等能光谱的白光( e 光源) 是由相同数量的x ，y ，z 组成的 2 7 s 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 2 3 颜色测量原理 若有两个颜色光，1 段设：第一个光的颜色方程：( c ) t = r ( r ) 十g ( g ) ，+ b ( b ) - ，第二个光 的颜色方程：( c ) z - - - - - - r ( r ) z + g ( g ) z + b ( b ) z ，则两个颜色光的混合光的颜色方程： ( c ) ； r ( r ) 一r ( r ) ： + g ( g ) ，+ g ( g ) ： + b ( b ) 、+ b ( b ) ： 这就是颜色相加原理，按照这个原理，可以得出，一个任意光源的三刺激值等于匹配该 光源各波长光谱色的三刺激值各自之和，公式表示如下： rr = r ( x ) a z i g = g ( z ) a z l b _ b 从 2 - b 对一个光源的光谱，用特定的三原色光匹配每一波长的光谱色，所需的三刺激值比例是 不同的，但是对任何光源，匹配同波长的光谱色的三刺激值比例关系是固定的，只是在改变 光源时t 由于光源的光谱功率分布不同需要对匹配各个波长光谱色的的固定三刺激值分别 乘以不同的因数。 因此，我们就得到一种测量颜色的方法，即已知标准观察者的光谱的三刺激值r ( ” g ( ”t6 ( 的，就可以此来计算光谱功率分布不同的光源的三刺激值和色度坐标。计算方法 是：将待测光的光谱功率分布s ( ) 按波长加权光谱三刺激值，得出每一波长的三刺激值， 即 r ( ) = 船( ”r ( ”， g ( ) = k s ( ”g ( ”， b ( ) = 四( 柚b ( u 并代入( 2 8 ) 式得出该待测光的三刺激值： r r = k s ( z ) ；( z ) a z g = 硒( ”i ( ”九 l b - 艺s ( ”6 ( u 九 写成积分形式如下： rr 2 r s ( ) f ( 丑) d ( 卫) 1g = j 时( z ) i ( 。) d ( z ) lk lb 2f r s ( 2 ) 百( 丑) d ( 土) 2 9 2 1 0 6 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 同理，对于1 9 3 1c i e x y z 系统中待测光的三刺激值对应公式如下： rx = 七p ( a ) ；( 五) z 。3 8 0 h m ，。 y = k p ( 旯) 歹( ) 。= ，。3 8 0 了 lz = tz 妒( x ) 7 ( x ) a x 2 1 1 写成积分形式如下： x 2k p ( ) ；( 旯) d ( a ) 3 8 0 7 8 0 y 2k p ( 旯) 歹( 旯) d ( 丑) 3 8 0 7 8 0 z 2k p ( 兄) j ( 丑) d ( a ) 2 12 其中；( 2 ) 、歹m ) 、 ；( 丑) 为c i e 所规定的光谱三刺激值，待测量未知量是颜色刺 激函数p ( ) ： 对于光源色，p ( 兄) = s ( ) ： 对于透射物，9 ( = t ( a ) s ( a ) ； 对于反射物，妒( 五) = p ( z ) s ( 五) 。 s ( ) 为照明体或光源相对光谱功率分布函数，t ( a ) 物体的光谱透射率，p ( 兄) 为物体的反射率，x 为调整系数， k ： ! ! 12 一1 321 万磊 p ( z ) 灭 ) z i 一1 叽 m 只要测定光源的相对光谱功率分布s ( 丑) 、光谱反射率p ( z ) 、光谱透射率t ( 五) ， 就能根据上述方程计算出相对应的光源色、反射色、透射色的三刺激值和色度坐标，从而准 确标定颜色。 颜色测量有目视法、分光法和光电积分法三种嵌入式c r t 色度计采用光电积分法。 2 4 嵌入式c r t 色度计的原理嘲嘲 嵌入式c r t 色度计硬件系统包括光电积分测色探头、3 通道a d 转换电路、3 2 位嵌入式 处理器等数据采集部件。 7 ，f、 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 2 4 1 光电积分测色探头原理 该测色探头关键是把探测器的光谱响应曲线分别匹配成1 9 3 1c i e 标准色度观察者的光 谱三刺激值曲线( 图2 3 ) ，在整个可见光谱区问内进行一次性的积分测量，得到测量目标 的颜色三刺激值x 、y 、z 。光电积分测色探头一般用三个或四个探测器，四个探测器把各自 的光谱灵敏度修正成xu ( 丑) ，xr ( 五) ，y ( 五) 、z ( 旯) 四种形状，分别称作r s ，r r ，g ，b 探测器； 三个探测器分两种情况，一种是将三个探测器的曲线分别修正成；( a ) 、歹( 丑) 、：( ) 的形 状，另一种是将曲线分别修a e , 成x 。( 五) 、_ y ( 五) 、z ( 丑) 的形状，认为( ) 和z ( 旯) 的曲线 形状是相同的。由光电积分测色探头的三个或四个探测器的输出值，得出待测色的三刺激值 和色度坐标。 实际应用中通常是以滤光片覆盖于探测器上的方法来实现，滤光片可用多种方法实现， 滤光片应该满足以下条件( 称之为卢瑟条件) ： t i ( 护器一( 驴器，叫分器 z 其中，t 。( 五) 、t ，( ) 和t ，( a ) 为覆盖在探测器上的有色玻璃的光谱透射率。 则通过光电探测器的三刺激值为： 三 7 8 07 9 0 f p ( a ) - ( 兄) d ( a ) = c ，f 妒( a ) s ( t ，( a ) d ( 丑) 3 8 03 8 0 7 8 0 7 8 0 p ( 五) 一( 五) d ( 丑) = c ，p ( 旯) s ( 五) t ，( z ) d ( 五) 3 8 03 8 0 7 8 07 8 0 p ( a ) 三( z ) d ( 五) = c 。p ( ) s ( 五) t 。( a ) d ( 兄) 2 1 5 3 8 03 8 0 在实际中应用中，由于；( 兄) 的短波部分；。( 丑) 与j ( z ) 曲线具有相似的形状，在实际 i x ( a y ( 五) 应用中t 令机( z ) 2kz ( 4 ) ，则x = 篙 _ 一= o 1 6 7 2 - 1 6 l z ( 兄) d ( 3 8 0 刺激值x = x - + x r _ l + o 1 6 7 z ，经过这样近似处理，光电积分测色仪器就可以进行颜色测量。 测得x 、y 、z 后，就可求得色度坐标( x ，y ，z ) 、均匀颜色空间色品坐标( u 、v ) ，基准 白场误差( 用j n o 表示) 、相关色温( t 、m p c d ) 以及亮度( y ) 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 2 4 2c r t 的色度分析与计算 c i e l 9 3 1 一x y z 系统色度坐标( x ，y ，z ) 由公式( 2 - 6 ) 可得出 c i e l 9 6 0 均匀度空间色度坐标( u 、v ) ： 。： 竺 ，： 堕 一2 x + 1 2 y + 3 2 x + 1 2 y + 3 基准白场误差( 用刚辨率差j n d 表示) c = 相关色温： t e = 6 6 9 a 一7 7 4 a 3 + o 3 6 6 a 2 7 0 4 7 a + 5 6 5 2 2 4 3 仪器定标 2 1 7 2 一1 8 其中一：x - = _ 0 了3 2 9 2 - 1 9 0 1 8 7 嵌入式c r t 色度计的色度测量实质是相对测量，且光电探测器的光谱响应修正总会有 定偏差，为准确地测得c r t 色度坐标，必须用标准光源( 标准白场) 来校准嵌入式c r t 色度 计，这里采用已知色度坐标( x a ，y 。，z o ) 的标准光源对仪器进行定标，通过定标得到色温校 正系数 卜丛专学型 k 庐百o 1 6 7 z o g o 卜n 。静 ：啪 上式中：r o ，g o ，b 0 是仪器对标准光源的实测值，利用定标软件按( 2 1 9 ) 式可计算出色温校 正系数k ，i ( b ，k 日并存入闪存内，以后的实际测量中，仪器能自动调用这组参数来修正测量值， 并由以下( 2 2 1 ) 式求得被测目标的三刺激值x 、y 、z ，进而求得色度坐标。 ( x2 kr r r 七b y = g l z = k b2 2 1 其中，r r ，b ，g 探测器实测的值。 2 4 4a d 转换 a d 转换器件器件采用a d 器件公司的a d 7 7 0 6 ，该芯片应用于低频测量，具有3 路a d 模 数转换通道a 该器件接受直接来自光电探测器件的低电平的输入信号，然后产生串行的数字 9 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 输出。通过轮流向通信寄存器中写不同的控制字来实现3 路通道轮流采集从而实现上宏观上 的3 路同时采集。通过a d 转换就得到了1 6 位精度的三刺激值，经过嵌入式3 2 位处理器进 行数据处理，可得出色度坐标( x ，y ，z ) 、均匀颜色空间色品坐标( u 、v ) ，基准白场误差( 用 j n d 表示) 、相关色温( t 、m p c d ) 以及亮度( y ) 。 a d 7 7 0 6 采用先进的一转换技术实现了1 6 位无丢失代码性能，具体采集理论基础和 a d 7 7 0 6 的编程在第四章将详细介绍。 2 4 5 嵌入式c r t 色度计的主机部件一嵌入式3 2 位处理 器 嵌入式3 2 位处理器6 8 e z 3 2 8 是嵌入式c r t 色度计的核心部件，它控制对色度信号的数 据采集、数据处理：接受键盘信息：控制l c d 显示；实现网络功能、实现串口功能。它是核 心部件，没有它，就无法运行与传统仪器有着本质区别的嵌入式操作系统，从而。我们下面 所要研究的嵌入式数据库、图形界面编程等关键技术就没有最基本的物质基础。 1 0 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 第三章嵌入式c r t 色度计的系统设计 嵌入式c r t 色度计是基于嵌入式系统的，嵌入式c r t 色度计的系统设计包括两部分： 一部分是嵌入式硬件系统的设计，另外一部分是嵌入式软件系统的设计。嵌入式硬件系统设 计主要是围绕嵌入式处理器及其必备的接口器件( 主存储器、外存储器等) 进行设计，成为 能够运行嵌入式操作系统的基本硬件系统，在此基础上，对特定应用所需要的硬件进行裁剪。 嵌入式软件系统的设计主要是针对硬件平台进行操作系统的移植、内核裁剪、驱动程序编程 和应用程序编程。 3 1 嵌入式c r t 色度计硬件系统设计 嵌入式c r t 色度计基本的硬件系统有：摩托罗拉龙珠系列3 2 位嵌入式处理器6 8 e z 3 2 8 、 4 m 字节主存储器、2 m 字节闪存、前端测量模块( a d 器件、光电积分测色探头) 、液晶显 示模块、键盘接口模块、网络接口模块、电源模块，其中嵌入式处理器、主存储器、闪存构 成了计算机的基本构件。嵌入式c r t 色度计的硬件框图如图3 1 。 图3 1 嵌入式c r t 色度计的硬件框图 3 1 1 嵌入式c r t 色度计的核心部件嵌入式处理器m c 6 8 e z 3 2 8 的基本结构 m c 6 8 e z 3 2 8 是m o t o r o l a 龙珠( d r a g o n b a l l ) 系列的第二代产品1 ，利用该m p u 设计 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 嵌入式产品可咀有效节省时间、功耗、成本、板空间、管脚数量和编程的步骤。m c 6 8 e z 3 2 8 系统结构方框图见图3 2 。 图3 2m c 6 8 e z 3 2 8 方框图 m c 6 8 e z 3 2 8 不单单是一个c p u ，它是m c f s e c 0 0 0 内核( 一般意义上的3 2 位处理器) 、智 能外设模块和典型的系统接口逻辑的组合。m c 6 8 e z 3 2 8 的系统结构包括以下部分： e c 0 0 0 内核 内核是m c 6 8 0 0 03 2 位处理器体系结构的升级，主要特点有：低功耗，采用静态h c m o s ( 高速互补金属氧化物半导体) 工艺；3 2 位地址线，1 6 位数据线；1 6 个3 2 位的数据和地 址寄存器；5 6 个功能强劲的指令类型有效支持高级开发语言；1 4 种寻址方式，5 种主要 数据类型：7 级中断控制。与其它m c 6 8 0 0 0 家族的成员完全代码兼容。 片选逻辑和总线接口 共四组八个片选信号，片选信号c s a o 作为启动地址的片选，用于连接r o m 或者f l a s h 。 片选信号c s c 0 、c s c l 和c s d o 、c s d i 可编程为d r a m 专用的片选信号，内部有完整的d r a m 控制模块。总线接口信号主要有：数据总线1 6 条，地址总线2 4 条，以及控制信号和专用的 控制信号，如l c d 、s p i 、u a r t 等。大多总线信号都与通用的i o 口复用，可通过设置内部寄 存器选择口的功能。 中断控制 支持1 8 种边沿或者电平中断，分为7 个中断优先级并允许中断嵌套。中断7 具有最高 1 2 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 优先权。中断向量为每中断级一个，中断处理过程和x 8 6 非常类似。用户中断可自己定义在 特定空间。 并行通用i o 端口 共有7 个多功能可设置的并行端口，分为两种类型：通用端口和中断端口( p o r td ) 。 所有端口都可以设置内部上拉或者下拉。这些端口与某些特定的控制信号管脚复用，通过内 部寄存器编程选择。 串行外设接口( s p i ) 仅s p i 主模式，用于和外部设备( 如e e p r o m ，a d c 等) 通信，使用三线或者四线系统 和m c 6 8 0 5 和m c 6 8 h c l l 的s p i 完全兼容。 l c d 控制器 共享系统的d r a m ，其起始地址在寄存器l s s a 中设定，不单独配备显示存储器；可支持 单色6 4 0 x 5 1 2 像素和3 2 0 x 2 4 0 灰度显示；硬件光标；d 驵a 方式刷新显示；8 比特的p w m 用于 调节对比度；共支持1 6 个灰度级，每次可通过寄存器l g p “r 来选用其中的4 级。 d r a w 控制器 支持零等待状态操作，支持列优先刷新周期和自刷新方式d r e w ，支持8 或者1 6 字节端 口d r a m ，快页和e d 0 模式，可编程刷新率，最大支持两块芯片，每块最多4 m 字节，可支持 多种大小和组织方式的d r a m 。 b o o t s t r a p 方式 该模式用来初始化目标系统并用u a r t 控制器下载程序或者数据到目标系统的r a m 。程 序一经下载就可执行以便提供一个简单的调试环境或者用于更改f 1 s h 中的内容。该模式可 以接受执行命令来执行存在r a m 中的程序，并提供8 字节长的指令缓冲，用于6 8 0 0 0 指令的 存储和执行。 毗6 8 e z 3 2 8 的内存映射及片选机制 m c 6 8 e z 3 2 8 系统内存映射：前5 1 2 m ( 0 一o x l f f f f f f f ) 空间可由用户自定义，可以将自己扩 展的设备( 用户可将自己的d r a m 和f l a s h 映射至该区域中的任意位置) 映射该地址空间。 o x f f f c 0 0 0 0 一o x f f f d f f f f 处为仿真监控程序专用区；o x f f f f f o o o - o x f f f f f e f f 为各种寄存器 的地址；o x f f f f f f 0 0 为系统内嵌的b o o t l o a d e r 程序的起始地址，系统进入b o o t s t r a p 模式 后，首先执行该段程序通过r s 2 3 2 接口与宿主机建立联系以后，用户对系统进行开发和调 试。 m c 6 8 e z 3 2 8 有8 个可编程片选信号，分为4 组：即c s a 1 ：0 、c s b 1 ：o 、c s c 1 ：0 c s d 1 1 ：o ，它们映射的空间可通过配置相应的片选基址寄存器( c s g b a c s g b d ) 及片选 寄存器( c s a - c s d ) 来决定。c s a o 比较特殊，它是启动设备( 通常为f l a s h ) 的片选，在 n o r m a l ( i e 常) 模式下系统上电或复位后，它缺省覆盖了m c 6 8 e z 3 2 8 除内部寄存器和m i u ( q 真) 空间外的整个存储器空间，其它片选则一概无效，这种状态一直延续到配置了寄存器 c s g b a 及c s a ( 通常在代码段开始处) 并使c s a 中的e n ( 使能) 位有效以后，此后，c s a o 的有效空间就是启动f l a s h 的地址空间。c c s c o c s c l 和d 鲑1 c s d o c s d i 片选通常 嵌入式c r t 色度计关键技术的研究 用作d r a m 的行地址选通信号r a s o 、r a s l 和列地址选通信号c a s o 、c a s l 。 3 1 2 存储器模块 存储器模块设计包括d r a m ( 主存) 设计、f l a s h ( 闪存) 设计和d r a m 控制器设置。基 本系统外围存储器包括主存储器( 内存) 和闪存( 相当于p c 机的硬盘) ： 主存：一片4 m 1 6 位数据宽度的e d o d r a m ( 实际上只能用其中的4 m 字节，因为m c 6 8 e z 3 2 8 不能支持大于删的e d od r a m ) ，占用c s c 0 c s c l 闪存：两片单电源擦写5 1 2 k x l 6 位数据宽度的f l a s h ，共2 m 字节，占用片选c s a o c s a l 。 第一片用来存放u c l i n u x 内核和一个精简的文件系统( r o m d i s k r o mf s ) ，把应用程序放在 第二片f l a s h 上，增减或修改应用程序时只需重写第二片f l a s h ，而无需修改第一片f l a s h 。 f l a s h 和d r 埘的a o 地址线直接选中字地址，而不是字节地址，具体做法是将f l a s h 的a o 接m c 6 8 e z 3 2 8 的a 1 ，f l a s h 的a l 接m c 6 8 e z 3 2 8 的a 2 ，以此类推。 存储器采用d r a m 、f l a s h 、i o 、网络控制芯片统一编址的形式，分配地址及片选见表3 1 。 表3 i 内存片选分配 地址空间片选介质大小 o x 0 0 0 0 0 0 0 0 一o x 0 0 3 f f f f f