（信号与信息处理专业论文）便携式多媒体播放器软件平台的设计与实现.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 、 摘要 摘要 目前，嵌入式技术及其产品已得到广泛应用，将嵌入式系统应用于p m p ( p o r t a b l em e d i a p l a y e r ，便携式媒体播放器) ，充分发挥了嵌入式系统的功耗低、集成度高、可扩充能力强 等特点。本课题提出一种基于嵌入式u c l i n u x 操作系统的多媒体播放器的软件实现方案， 通过对嵌入式u c l i n u x 操作系统的分析和研究，将其移植到a d s p b f 5 6 1 双核处理器上。 本课题首先详细分析了a d s p b f 5 6 1e z k i tl i t e 开发板的体系结构，研究并完成嵌入 式u c l i n u x 操作系统在a d s p b f 5 6 1 处理器上移植的关键技术，包括交叉编译环境的建立、 引导装载程序u b o o t 的移植和配置、嵌入式u c l i n u x 内核及根文件系统的移植，在此基础 上实现了嵌入式u c l i n u x 到a d s p b f 5 6 1e z k i tl i t e 开发板的移植。然后进一步具体设计 了u c l i n u x 下添加驱动和应用程序的方法，着重完成了双核中b 核的引导驱动，为实现操 作系统对视频解码的控制提供保证。 为了在p m p 上实现视频播放，本课题在v i s u a ld s p + + 4 0 开发环境下实现了h 2 6 4 视 频解码程序a d s p b f 5 6 1e z k i tl i t e 开发板的移植，并且实现了一个集文本、音频文件处 理以及视频播放于一体的多媒体播放系统，还在此基础上实现了u c l i n u x 下h 2 6 4 视频解 码。 最后，对本课题所做的一系列工作进行总结，并指出所实现的便携式多媒体播放器需 要进一步解决和完善的问题。 关键词：嵌入式系统a d s p b f 5 6 1u - b o o tu c l i n u xh 2 6 4 解码 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t n o w a d a y s ，e m b e d d e dt e c h n o l o g ya n de m b e d d e dp r o d u c t i o n sa r ev e r yp o p u l a r a p p l y i n g e m b e d d e ds y s t e mi np o r t a b l em e d i ap l a y e r , t h e r ea r em a n ya d v a n t a g e ss u c ha sl o wp o w e gh i g h i n t e g r a t i o na n dh i 【曲e x p a n s i b i l i t y t h i st h e s i sa i m sa td e s i g n i n gam u l t i m e d i ap l a y e r ss o f t w a r e p l a t f o r mb a s e do nu c l i n u x ，w h i c hi so n ek i n do ft h ee m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m s t h em a i n w o r ko ft h i st h e s i si st o t r a n s p l a n tu c l i n u xt od u a l - c o r ed s pp r o c e s s o r - - a d s p - b f 5 6 1b y a n a l y z i n ga n dd o i n gr e s e a r c ho nu c l i n u x t h i st h e s i sa n a l y z e st h ea r c h i t e c t u r ea n dc h a r a c t e r i s t i c so fa d s p - - b f 5 61e z - k i tl i t eb o a r d i nd e t a i l t h ee m p h a s i so ft h es t u d yi st h ei m p o r t a n tt e c h n i q u e so ft r a n s p l a n t i n gu c l i n u xt o a d s p - b f 5 6 1 ，i n c l u d e i n gb u i l d i n gu pc r o s sc o m p l i e re n v i r o n m e n t ，p o r t i n ga n dc o n f i g u r i n g u - b o o ta n da l s op o r t i n ge m b e d d e du c l i n u xk e r n e la n dr o o tf i l es y s t e m s ot h a tu c l i n u xi s t r a n s p l a n t e dt o a d s p - b f 5 61e z - k i tl i t eb o a r d f u r t h e r m o r e ，t h ed r i v e ra n da p p l i c a t i o n p r o g r a m sa r ed e v e l o p e df o ru c l i n u x a tl a s t ，c o r eb d r i v e ri sa l s oa d d e di nu c l i n u x ，w h i c hc a n p r o v i d et h ec o n t r o lf u n c t i o no fv i d e od e c o d i n g i no r d e rt op l a yv i d e oo np o r t a b l em e d i ap l a y e r , t h i st h e s i sd e s i g n sam e t h o dt ot r a n s p l a n t h 2 6 4v i d e od e c o d i n gi n t oa d s p b f 5 61e z - k i tl i t eb o a r di nv i s u a ld s p 抖4 0d e v e l o p i n g e n v i r o n m e n t ，a n da c h i e v e sa nm u l t i m e d i as y s t e mw h i c hc o u l dd e a lw i t ht e x t ，a u d i oa n dv i d e o f i l e s t h e nh 2 6 4v i d e od e c o d i n gp r o g r a mi sp o r t e da n da p p l i e di nu c l i n u x t h ee n do ft h i st h e s i ss u m m a r i z e st h ec o n c l u s i o n so ft o t a lw o r k a n dg i v e ss o m e s u g g e s t i o n so ff u r t h e rr e s e a r c ha b o u tp o r t a b l em e d i ap l a y e r k e yw o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m a d s p - b f 5 6 1u b o o tu c l i n u xh 2 6 4d e c o d i n g 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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 含为获得南京邮电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。 研究生签名：逸窒 日期： 塑翌：兰! 罗 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研妄生始达生导师始笙坦吼竺：兰，厂 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 便携式多媒体播放器，简称p m p ( p o r t a b l em e d i ap l a y e r ) ，是近两年发展起来的一种手 持多媒体播放设备，大部分都具备m p e g 4 视频的解码能力，同时支持m p 3 等音频格式的 解码功能，因此已经成为继m p 3 后消费类电子产品的一个新热点。便携式多媒体播放器在 功能方面有很大的灵活性，除了具有观看视频的功能之外，还支持音乐播放、图片浏览。 用户可以通过u s b 接口传输资料或者下载影音文档到其上进行播放。其自带l c d 显示屏， 可满足移动用户随时随地播放电影的需求。 1 1 研究背景 便携式多媒体播放器是m p 3 播放器的一种必然的延伸，随着人们对随身视听要求的不 断提高，传统的只能播放音频的m p 3 随身听必将被便携式多媒体播放器所取代。作为当今 消费类电子领域的新兴产品，p m p 具有非常广阔的市场前景。 1 1 1研究目的和实际意义 便携式多媒体播放器的优点很多，除了能够直接播放高品质的视频和音频之外，还可 以浏览图片以及作为移动硬盘、数字银行使用。现在我们所见到的p m p ，大多数都带有专 业的视频功能，并具备非常齐全的视频输入、输出端口，因此它们携带的视频文件能够在 很多场合中播放。采用微硬盘技术的便携式多媒体播放器既可以播放音频文件也可以播放 视频文件，并且随着数字技术的发展，通过便携式数字视频设备进行图像以及视频传输的 应用越来越广泛，用户通过p m p 可以从有线电视网络、模拟或数字的地面电视台、d v d 录 像机、数字摄影机或互联网等处下载各种格式的视频文件、图片、音乐甚至游戏，并通过 彩色l c d 显示屏或t v 播放出来。 随着当今社会人们旅游、出差、户外活动日益增加，以p m p 为代表的便携式设备正 以更多的功能以及更低的功耗成为生活必备品，是未来多媒体手持设备的必然发展趋势。 作为当今消费类电子领域的新兴产品，p m p 具有非常广阔的市场前景。根据权威机构预测， p m p 增长速度将保持在每年2 0 0 左右，到2 0 0 8 年，市场规模将达百亿元人民币【。事实 己经证明便携式多媒体播放器具有巨大的市场潜力，将成为未来数字消费的新热点。 本课题研究的目的是要设计出一种适合中、低端应用的便携式多媒体播放器平台，这 是一个嵌入式系统。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及 应用软件系统等组成，是目前i t 业中研究最广的分支之一。对嵌入式系统的研究具有十分 南京邮电大学硕上研究生学位论文第一章绪论 重要的实际意义，因为嵌入式系统的应用非常广泛，主要表现在： ( 1 ) 应用于家电市场：包括机顶盒、数字电视、可视电话、家庭网络等信息家电； ( 2 ) 应用于工业市场：包括工业控制设备仪器等； ( 3 ) 应用于商用市场：包括掌上电脑、瘦客户机、p o s 终端等； ( 4 ) 应用于通信市场：包括w a p 手机、无线p d a 等。 1 1 2 国内外研究现状 p m p 最早于2 0 0 3 年进入我国，是法国爱可视公司的产品。从那时起，许多国内知名品 牌厂商开始研究生产国产p m p 。随着国产品牌的迅速发展，以及2 0 0 4 年下半年韩国、我国 台湾省等国家及地区的厂商纷纷加入p m p 市场，2 0 0 5 年p m p 在我国得到了极大的发展。不 仅p m p 产品的品牌和机型繁多，而且网络媒体、传统广告等资讯平台的受关注度也越来越 大，p m p 逐渐开始为广大消费者所熟悉。 目前投入p m p 开发的厂商，国外以最早投入p m p 市场的法国爱可视为主，另外有韩国 的s a m s u n g 、i r i v e r 及l g 电子；日本的s o n y 、s e i k o e p s o m 新加坡的c r e a t i v e 、p h i l i p s ；中 国台湾地区则有微星、大同、中环、明基、永祥顺、掌宝、劲永等。其中只有掌宝及永祥 顺是专业的p m p 开发厂商，其它皆为多产品线的i t 厂家，p m p 仅为它们其中的一种消费性 电子产品【2 1 。 目前嵌入式多媒体播放器的内部结构，比较普遍的解决方案有以下几种【3 】： ( 1 ) t id m 3 2 0 d s p 多媒体处理器 利用d m 3 2 0 d s p 进行音视频的编解码处理，a r m 处理器负责系统处理及提供外围设备 接口。t i 方案支持的媒体类型非常丰富，提供多种最流行的录制压缩及播放格式，包括 m p e g 一4s p 、m p e g 一4a s p 、m p e g - 1 、m p e g - 2 、d i v x 、w m v 、w m a v 9 、q u i c k t i m e6 、 h 2 6 4 、a a c l c 、m p 3 等。该多媒体处理器具有录制和播放功能，编解码能力强，更具备 录制和播放双工同时进行的功能。 优点：支持的媒体类型丰富，编解码能力强；具有录制电视或d v d 的能力。 缺点：必须配合a r m 处理器，成本不占优势，功耗较大；不支持网络视频格式r m 、 r m v b ；有限的软件解决方案，需要客户做大量的软件编程工作。 ( 2 )i n t e lp x a 2 7 x 嵌入式处理器 i n t e l 公司于2 0 0 3 年底推出了p x a 2 7 x 嵌入式处理器，频率范围为3 1 2 m h z 到6 2 4 m h z 。此 # l - i n t e l 又推出了2 7 0 0 g 多媒体加速芯片，大大增强了p 屹7 0 的媒体处理能力，而且极大降 低了系统功耗。由于具有游戏、摄像等功能，p x a 2 7 0 力h 入了w i r e l e s sm m x 技术，大大提 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 升了多媒体处理能力；同时p x a 2 7 0 还加入了s p e e d s t e p 动态电源管理技术，s p e e d s t e p 技术 可以将p x a 2 7 0 的主频在2 6 m h z - 6 2 4 m h z 之间自由调节。也就是说，在系统完全空闲时， p x a 2 7 0 可以运行在2 6 m h z 的主频下，此时它的功耗将低于0 1 m a 。 优点：目前p x a 2 7 0 可支持m p e g 1 、m p e g 2 、m p e g 4 、x v i d 、a v i 、w m v 9 等格 式，可通过软件升级支持未来媒体类型；接口丰富，可支持s d 、m s 、c f 等；支持最大4 0 0 万像素摄像头；支持动态电源管理，功耗低。 缺点：成本较高，需要外部d s p 。 ( 3 ) a d i 公司b l a c k f i n 系列多媒体处理器 a d i 公司b l a c k f i n 系列的d s p 可以支持多声道音频和v g a d 1 视频的多媒体应用处理。 b l a c k f i n 系y i j d s p 能解码各种不同的数字媒体格式，包括m p 3 、w i n d o w sm e d i aa u d i o9 、 w a v 、a i f f 与a a c 文件、m p e g 2 、m p e g 4 及w i n d o w sm e d i av i d e o9 等。 优点：在信号处理和控制功能的集成和分割方面能够为用户提供最高的性能和最大的 设计灵活性，能够满足多功能的数字消费类产品在性能及功耗方面的要求。这些新型 b l a c k f i n 系列处理器支持嵌入式操作系统，例女l ：i l i n u x 、t h r e a d x 和n u c l e u s 。b l a c k f i n 系列处 理器内的视频优化功能能够实现完全可编程的d 1 v g a 实时视频和多通道音频处理，而没 有专门硬件或异构双内核解决方案的复杂性或不灵活性。使用这种可编程的b l a c k _ f i n 处理 器，能使用户开发的产品快速投放市场，并且很容易支持新兴的多媒体格式，例如， m p e g 4 ，h 2 6 4 和w i n d o w sm e d i a ，音频播放可达3 5 d , 时。 缺点：b l a c l d i n 系列处理器与早期的a d s p 2 1 x x 定点系列芯片在代码上不兼容，客户 群需要较长时间才能从旧平台转移到更具吸引力的新平台。 可以看出，上述几种解决方案均存在各自的优缺点，本课题就要选择一个合适的解决 方案，在一个相对普及的操作系统平台上，开发一款代码结构简单，功能相对较强，开放 源代码的，同时接口简单，便于日后升级的便携式多媒体播放器。 由于p m p 产品的研发难度较大，目前市面上的大多数p m p 产品为国外或台湾设计。国 内进行p m p 方案设计的公司，如南京东集公司，采用的是i n t e l 嵌入式处理器p x a 2 5 5 方案。 而t id m 3 2 0 方案，主要依靠t i 合作伙伴美 i n g e n i e n t 公司推广【4 j 。从长远来看，低功耗、 低成本、易于使用是未来主流p m p 产品需要具备的特性；从应用的广泛性来看，p m p 会逐 步取代便携式d v d 和固定娱乐设备。 1 2 嵌入式系统概述 本课题设计的便携式多媒体播放器平台是一个嵌入式系统。嵌入式系统的定义如下： 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 它是种以应用为中心，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功 耗等综合性严格要求的专用计算机系统【5 1 。与传统的通用计算机、数字产品相比，利用嵌 入式系统技术开发的产品，其硬件和软件具有低功耗、实时性、软硬件高度结合、有多种 通信接口、生命周期长、系统内核小等特点。 1 2 1嵌入式系统的结构 任何嵌入式系统都包括硬件和软件两个方面。硬件包括微处理器、存储器、v o 端口和 图形控制器等。软件包括操作系统软件和应用软件，应用软件控制着嵌入式系统的运作和 行为，而操作系统则为应用程序提供必要的底层支持，是连接计算机硬件与应用软件的系 统程序。但在嵌入式系统开发中它们的区别不是绝对明显的，有时候嵌入式系统的开发者 可能要做操作系统和应用编程两方面的工作。一般情况下，嵌入式系统的结构可分为3 个 部分，如图1 1 所示。 应用软件 操作系统 硬件平台 图l l 嵌入式系统结构 在嵌入式系统中，具体的应用将决定对硬件和软件的需求，嵌入式系统的硬件和软件 都有着各自的特性，必须高效率地设计，保留和嵌入式应用紧密相关的功能，去除其他冗 余的功能，这样就能以最小的系统、最低的成本去实现嵌入式应用的特殊要求，这样的产 品才有竞争力。嵌入式系统硬件在价格、功能、体积、重量、功耗等方面都有着严格的限 制。嵌入式系统的软件开发由于是针对具体硬件平台进行的，因此要求开发人员必须具备 相关的硬件知识：嵌入式系统中软件运行空间有限，因此软件代码要求高效率和高可靠性； 为了提高执行速度和系统的可靠性，软件一般会固化在目标板的f l a s h 或者r o m 中。 1 2 2 嵌入式系统的特点 由嵌入式系统的定义可见，嵌入式系统具有以下特点【6 】： 。 ( 1 ) 系统内核小 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置，系统资源相对有限，所以内核较之传统 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 的操作系统要小得多。比如e n e a 公司的o s e 分布式系统，内核只有5 k b 。 ( 2 ) 专用性强 嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件 进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化不断进 行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统 相结合，这种修改和通用软件的“升级 是完全不同的。 ( 3 )系统精简 嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过 于复杂，这样一方面有利于控制系统成本，同时也有利于实现系统安全。 ( 4 )高实时性 操作系统软件的实时性是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固化存储，以提高速 度。软件代码要求高质量和高可靠性。 ( 5 ) 使用多任务的操作系统 嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。嵌入式系统的应用 程序可以没有操作系统而直接在芯片上运行，但是为了合理地调度多任务，利用系统资源、 系统函数以及专家库函数接口，用户必须自行选配r t o s ( r e a l - t i m eo p e r a t i n gs y s t e m ) 开 发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。 ( 6 ) 嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境 由于嵌入式系统本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后用户通常也不能对其中 的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和相应的开发环境才能进行开发，这些工具和 环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开 发时往往有宿主机和目标机的概念，宿主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机， 开发时需要交替结合进行。 嵌入式技术的研究、开发及广泛应用己经受到社会各界的广泛关注，而将嵌入式系统 应用于便携式多媒体播放器充分发挥了嵌入式系统的低功耗、集成度高、可扩充能力强等 特点，可以达到集处理文本、语音、图像等各种功能于一身的效果。随着嵌入式系统广泛 应用于手机、p d a 等消费类电子，如何在这些个人设备中加入各种多媒体功能己经成为研 究的重点。 1 3 本文主要工作及章节安排 本课题是利用a d i 公司推出的a d s p b f 5 6 1e z k i tl i t e 开发板实现便携式多媒体播 气 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 放器。p m p 可以实现的功能很多，如音乐播放和录制、视频播放和录制、照片浏览等。视 频播放是p m p 一个最重要并且最能体现其性能的功能，本课题主要介绍p m p 上视频播放 功能的实现。 本论文的工作主要有以下几点： ( 1 ) 研究a d s p b f 5 6 1e z k i tl i t e 开发板，着重研究a d s p b f 5 6 1 处理器的结构。 ( 2 ) 研究u c l i n u x 操作系统，了解其总体框架及基本特点，研究其内核机制和启动过程。 ( 3 ) u c l i n u x 系统移植。建立交叉编译环境，在a d s p b f 5 6 1e z k i tl i t e 开发板上成功 移植u b o o t 作为引导加载程序。通过u b o o t 力h 载内核及根文件系统的映像文件，将u c l i n u x 移植到b f 5 6 1 板上并且固化虱 f l a s h 中，完成操作系统的启动。在此基础上具体介绍 u c l i n u x 下添加驱动和应用程序的方法，完成b 核的引导驱动，为实现操作系统对视频解码 的控制提供保证。 ( 4 ) 在v i s u a ld s p + + 4 o 环境中进行应用程序的开发，将符合h 2 6 4 标准的图像解码程 序移植到b f 5 6 1 上，实现对标准h 2 6 4 码流的正确解码。研究b f 5 6 1 的双核工作机制，通 过a 核控制b 核实现基本播放功能，然后将视频解码程序移植到u c l i n u x 操作系统下。 本论文的具体章节安排如下： 第一章：绪论。介绍便携式多媒体播放器的研究目的和实际意义，从便携式多媒体播 放器引出了嵌入式系统，对其结构以及特点做出简单的论述，最后说明本课题的主要工作 及论文章节安排。 第二章：便携式多媒体播放器工作平台。对a d s p b f 5 6 1 双核处理器结构和u c l i n u x 操作系统做出具体的介绍，研究它们各自的基本特点，为之后章节的内容做了一定铺垫。 第三章：b f 5 6 1 上u c l i n u x 系统的移植。简要介绍本课题的开发环境，全面分析嵌入 式u c l i n u x 操作系统的启动过程，包括引导加载程序u b o o t 、内核的配置和编译，实现 u c l i n u x 在b f 5 6 1 上的移植，在此基础上具体介绍u c l i n u x 下添加驱动和应用程序的方法。 第四章：基本播放功能的实现。在研究h 2 6 4 视频解码的基本原理以及a d s p b f 5 6 1 双核处理器工作机制的基础上，完成h 2 6 4 视频解码程序在b f 5 6 1 上的移植、实现解码后 图像在l c d 上的显示、a 核控制b 核的方式完成多媒体播放功能，并且实现u c l i n u x 下 h 2 6 4 视频解码。 第五章：结束语。论文的最后对全文工作做出总结，并提出系统进一步完善需要做的 工作。 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章便携式多媒体播放器工作平台 第二章便携式多媒体播放器工作平台 2 1总体结构 实现便携式多媒体播放器需要综合考虑硬件和软件两方面的因素。通过对便携式多媒 体播放器功能的需求分析，同时综合考虑速度、功耗、体积、可靠性、成本等因素，本课 题选择a d i 公司的双核处理器a d s p b f 5 6 1 作为硬件的核心部件。在软件设计和开发方案 上，由于a d s p b f 5 6 1 是没有m m u ( m e m o 巧m a j l a g e m e n tu n i t ，内存管理单元) 的c p u ， 所以采用针对没有m m u 的嵌入式处理器设计的u c l i n u x 作为操作系统。 根据嵌入式系统结构的3 个部分，本课题采用模块化分层实现的方式设计便携式多媒 体播放器，总体结构如图2 1 所示。模块化的实现方式可以保证各模块之间相互独立，尽 量不对其它模块产生影响。图中最底层的a d s p b f 5 6 1e z k i t l i t e 开发板是该系统中的 硬件部分，包括a d s p b f 5 6 1 处理器、f l a s h 、网口、串口、j t a g 、电源和l c d 显示屏 等。第二层是u c l i n u x 操作系统层，包括操作系统的引导加载程序u b o o t 、嵌入式u c l i n u x 内核及根文件系统的映像、各种驱动程序及应用程序等。其中u b o o t 类似p c 机的b i o s ， 主要负责加载内核，然后将内核及根文件系统的映像烧写到f l a s h 中。利用u b o o t 中一 些特有的环境变量和命令可以在开发板重新启动后把内核映像从f l a s h 拷贝到s d r a m ， 实现操作系统的自启动，所以尽管它在系统启动期间的执行时间很短，但却是非常重要的 系统部分。便携式多媒体播放器结构的最上层是应用程序的开发，主要是实现h 2 6 4 视频 解码程序在b f 5 6 1 上的移植和解码后图像的送显，根据b f 5 6 1 的双核工作机制实现a 核 对b 核基本播放功能的控制。 h 2 6 4 视频解码 u c l i n u ) 【操作系统 a d s p b f 5 6l 图2 1 便携式多媒体播放器总体结构 本课题需要做操作系统和应用编程两方面的工作，即实现图中便携式多媒体播放器结 构的上两层，实现嵌入式u c l i n u x 操作系统以及h 2 6 4 的视频解码程序在a d s p b f 5 6 1 e z k i tl i t e 开发板上的运行。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章便携式多媒体播放器工作平台 2 2 a d s p b f 5 6 i 处理器结构 b l a c k f i n 系列处理器是美国a d i 公司基于由a d i 和i n t e l 公司联合开发的m s a ( m i c r o s i g n a la r c h i t e c t u r e ，微信号体系) 结构的嵌入式处理器，具有高性能和低功耗等特点，单 内核产品处理速度可高达7 5 6 m h z 的性能，并且提供低至0 8 v 的功耗性能，是一类专为 满足当今嵌入式音频、视频和通信应用的计算要求和功耗约束条件而设计的新型1 6 3 2 位 嵌入式处理器。b l a c k f i n 处理器的主要优点如下i7 j ( 1 ) 融合了常用的d s p 和c p u 指令，可作为一个1 0 0 的d s p 和c p u 使用，减少了应 用中对多个处理器的需求，降低了系统生产成本； ( 2 ) 优异的电源管理功能，显著延长便携式应用中电池的使用寿命； ( 3 ) 可以与众多常用外设无缝连接，简化设计； ( 4 ) 缩减开发周期，加快上市时间，减少投资决策的风险。 b l a c k f i n 系列处理器有：b f 5 3 1 、b f 5 3 2 、b f 5 3 3 、b f 5 3 5 、b f 5 3 7 和b f 5 6 1 等。本课题 采用a d i 公司的双核处理器a d s p b f 5 6 1 作为整个系统的核心。 2 2 1a d s p b f 5 6 1 处理器简介 b l a c k f i nd s p 内核采用a d i 与i n t e l 共同开发的m s a 体系结构，它将通用微处理器和数字 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微处理器的控制 功能，同时又拥有d s p 的高处理能力。b l a c k f i n 处理器就是通过把信号处理模块( 如乘累 加器m a c 和视频运算器a l u ) 和典型的微处理器功能( 如操作模式和内存管理单元) 结合 起来【8 1 ，才能够在一个复杂的系统中同时完成d s p 和系统控制两种任务。 a d s p b f 5 6 1 处理器拥有两个独立的b l a c l d i nd s p 内核，运算速度高达6 0 0 m h z 。 a d s p b f 5 6 1 处理器拥有两套乘法器和算术逻辑单元，专门的视频处理硬件单元和视频处 理指令，丰富的d m a 通道，内嵌3 2 8 kb y t e s 超高速l 1s r a m 和高速的l 2s r a m ；具有接口 丰富、性能优良、价格便宜的特点以及强大的多媒体数据处理能力；a d s p b f 5 6 1 集成了 一套通用的数字图像处理外围设备，为数字图像处理和多媒体应用创建了一个完整的系统 级片上解决方案。b l a c k f i n 处理器为嵌入式信号处理方面的应用提供了世界领先的电源管理 和低功耗性能，具有动态功率管理的特点，对于便携式应用来说，这相当于延长了电池的 寿命。 在系统配置方面，a d s p b f 5 6 1 有1 个j t a g 调试口；1 个全双工的通用异步接收发送端 口：u a i 玎；s p i 兼容端口；2 个双通道全双工同步串行接口：s p o r t ，用来完成串行和多 处理器的通信工作；2 个1 6 通道d m a 控制器和1 个内部存储器d m a 控制器；2 个并行v i d e o 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章便携式多媒体播放器二r 作平台 i op p i # b 围接口单元，支持i t u r6 5 6 视频数据格式，可以同时处理视频的输入和输出；2 个“看门狗定时器。 b l a c k f i n 处理器采用改进的哈佛结构和分级的存储器结构【1 0 ，1 1 1 。l e v e l1 ( l 1 ) 存储器 一般以全速运行，没有或只有很少的延迟。l e v e l2 ( l 2 ) 是另一级存储器，分布在片内或 片外，对它的访问会耗费多个处理器周期。在l 1 级，指令存储器只存放指令，2 个数据存 储器存放数据，一个专用的临时数据存储器存放堆栈和局部变量信息。在l 2 级，采用统一 的存储空间，可以存放指令和数据 9 1 。l 1 是内核中性能最高、最重要的存储器，l 2 存储器 提供额外的存储能力，性能较低，此外，l 1 指令存储器的一半和l 1 数据存储器的一半可配 置成静态r a m 或c a c h e 。 2 2 2a d s pb f 5 6 1e z k i tl i t e 开发板 a d s p b f 5 6 1e z k i tl i t e 是a d i 公司推出的基于a d s p b f 5 6 1 处理器的开发平台。 a d s p b f 5 6 1 是双核结构，支持专用的媒体流指令，并配合外围器件如音频编解码器 t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 、电视编码器a d v 7 1 7 1 、电视解码器a d v 7 1 8 1 b 等，可以应用于多种嵌入 式多媒体解决方案。a d s p b f 5 6 1 特色是可以实现一个d s p 内核运行操作系统，另一个d s p 内核可以运行视频编码。应用开发人员既可以方便的开发使用d s p ，又能够享受操作系统 带来的便利。 本课题中a d s p b f 5 6 1e z k i t 开发板的硬件配置及性能指标如下： ( 1 )c p u a d s p b f 5 61 ；双核；主频：6 0 0 m h z ；16 位嵌入式处理器。 ( 2 ) 存储器 f l a s h ：8 m ； s d r a m ：6 4 m ； n a n df l a s h ：3 2 m 。 ( 3 ) 音频 t l v 3 2 0 a i c 2 3b 音频c o d e c ； 支持立体声录音、放音，采样率高达9 6 k h z ，可同时对输入输出信号增益做动态调整： 音频输入：l i n ei n ，m i c ： 音频输出：l i n eo u t ，h e a d p h o n e 。 ( 4 3 视频 视频编码：a d v 7 1 7 1 通过1 2 c 总线实现控制； q 堕室塑皇奎堂婴主堕壅竺兰垡堡奎 兰三雯堡堡茎童堡堡塑鏊墅三堡! 鱼 视频解码：a d v 7 18 1 b 通过1 2 c 总线实现控制。 ( 5 ) c m o ss e n s o r 通过s c c b 总线进行控制，可输出符合i t u r6 5 6 标准的数字视频信号。 ( 6 ) l c d 显示屏 3 2 0 2 4 0 t f t 真彩l c d 带触摸屏及带触摸屏控制器t s c 2 2 0 0 。 ( 7 ) u s b u s bc l i e n t ：p h i l i pi s p l5 8 2u s b 控制器，符合u s b 2 0 标准； u s bh o s t ：p h i l i pi s p l l 6 1u s b 控制器，符合u s b l 1 标准，提供了2 个u s b1 1 h o s t 设备。 ( 8 ) 以太网控制器 1 0b a s e t 以太网控制器。 ( 9 )串行接口 一个r s 2 3 2 串行接口。 ( 1 0 ) j t a g 调试接口 通过仿真器与p c 机相连，实现j t a g 硬件调试功能。 ( 1 1 ) 其它 8 个可编程l e d 指示灯；4 个可编程的多功能按键。 开发板体系结构如图2 3 所示。为了便于分析和研究，可以把开发板分为六大模块：存 储模块、音视频处理模块、网络通信模块、串口控制模块、j t a g 调试模块和处理器核心模 块。 ( 1 )存储模块指外部存储器件，包括f l a s h 和s d r a m ，在本课题6 0 f l a s h 主要用于引 导加载程序u b o o t 、u c l i n u x i 内核及根文件系统的映像等文件的存储。可以直接运行u b o o t 的相关初始化代码，并且将操作系统的内核及文件系统映像文件固化其中，使得操作系统 u c l i n u x 可以通过u b o o t 的引导实现自启动；s d r a m 则提供加载器、调试代码及应用程序 的运行空间，另外还可以用作u b o o t 矛i 映像文件下载至i j f l a s h 的转储介质。 ( 2 ) 音视频模块用于音视频的编解码处理和信息传输。音频模块提供了t l v 3 2 0 a i c 2 3 b c o d e c 作为音频输入、输出设备，其数字音频输入、输出端口与a d s p b f 5 6 1 的s p o r t 0 连 接。视频模块提供两个视频输入设备和两个视频输出设备。视频输入设备包括a d v 7 1 8 1 b 视频解码芯片和c o m ss e n s o r ；视频输出设备包括a d v 7 1 7 1 解码芯片和分辨率为3 2 0 2 4 0 的t f t l c d 显示屏。所有的视频设备都连接在a d s p b f 5 6 1 的p p i 端口上，其中视频输入设 备与a d s p b f 5 6 1 的p p l 0 连接；视频输出设备与a d s p b f 5 6 1 的p p l l 连接。 1 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章便携式多媒体播放器工作平台 ( 3 ) 网络通信模块主要包括1 0b a s e t 以太网控制器。在如今的网络通信时代，网络传 输必不可少。本课题利用u b o o t 提供映像的t f t p 下载方法，通过网络通信模块将u c l i n u x l 为核 及根文件系统的映像传输到存储模块中，和串口传输相比可以大大加快文件传输的速度。 ( 4 )串1 ：3 模块包括一个r s 2 3 2 串行接口，在开发阶段串1 5 1 通信是一种非常重要并且行之 有效的调试方法。串口用于目标板和人之间的信息交互，开发者通过串口连接开发板和宿 主机，通过打开宿主机的超级终端来观察开发板中操作系统的运行，从而指导开发者进行 操作系统的编译和调试工作。 图2 3 b f 5 6 1e z k i t 开发板体系结构框图 ( 5 ) j t a g 模块由两块控制芯片a d g 7 7 4 a 和j t a g 头组成。在操作系统的开发中，j t a g 模块配合仿真器完成u b 0 0 t 到s d 删的下载；在应用程序的开发中，j t a g 模块配合处理 器核心模块完成视频解码程序的移植和调试。 处理器核心模块详见2 2 1 节。 2 3 嵌入式操作系统 2 3 1嵌入式操作系统的选择 目前正在开发的嵌入式系统中，标准l i n u x 是9 0 年代以来逐渐成熟的一个开放源码的 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章便携式多媒体播放器工作平台 操作系统，现在已经成为嵌入式操作系统的理想选择，很多课题都选择标准l i n u x 作为嵌 入式操作系统。但是，由于嵌入式应用涵盖的领域极为广泛，特点可能极不相同，所以标 准l i n u x 并不适合于一切嵌入式应用场合。9 0 年代末各种操作系统相继推出，在嵌入式领 域得到了广泛的关注，这些操作系统各有特点，一般都是适用于一些特定的应用。 下面介绍几种典型的嵌入式操作系鲥1 2 ，1 3 】： ( 1 ) w i n d o w sc e m i c r o s o f tw i n d o w sc e 是w i n d o w s 家族中的成员，专门设计给掌上电脑所使用的嵌入 式系统环境。w i n d o w sc e 是3 2 位的多任务操作系统，经过压缩可以移植，能够开发多种 企业和客户类设备，模块化设计允许其对从掌上电脑到专用工业控制器的用户电子设备进 行定制。由于是微软公司的“维纳斯计划 核心，包含了i n t e m e te x p l o r e r 的版本，可以和 i n t e r n e t 实现连接、同步交换信息。如果开发者熟悉w i n d o w s 开发环境，可以基于w i n d o w s c e 开发出很好的应用程序。该操作系统的基本内核需要至少2 0 0 k 的r o m 。 ( 2 ) v x w o r k s v x w o r k s 操作系统是美国w i n d r i v e r 公司于1 9 8 3 年开发研制的一种高性能的嵌入式实 时操作系统( r t o s ) ，包括了操作系统本身及其集成开发环境。v x w o r k s 拥有良好的持续 发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，因此在嵌入式实时操作系统领域占据 一席之地。v x w o r k s 以良好的可靠性和实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等 高精度技术及实时性要求极高的领域中，是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有 率最高的系统，但是该操作系统的使用需要支付昂贵的费用。 ( 3 ) p a l m o s p a l mo s 是p a l m 公司开发的一种专门为掌上设备设计的3 2 位操作系统，在p d a 和掌 上电脑市场上占有很大的市场份额。其操作界面采用触控方式，差不多所有的控制选项都 排列在屏幕上，使用触控笔即可进行所有的操作。该操作系统具有开放的操作系统程序应 用接口，开发者可以根据需要自行开发所需要的应用程序。但是p a l mo s 运行在一个抢占