（计算机科学与技术专业论文）网络广告机设计与实现.pdf

中文摘要 摘要 随着我国经济的快速发展，广告已经是商家、企事业部门宣传自己的主要手 段，利用广告机来发布广告已逐渐被人们普遍认同和接受。但是目前大多数公共 场所均采用的是单机广告机，其内容的周期更新比较长且更新过程需要较高人工 费用，而少数场所虽然采用流媒体技术，即通过网络在线实时播放，但其播放效 果常常受网络不良状况困扰，所以实现一种广告内容更新便捷、人工参与环节少、 播放效果好的广告机成为众多商家，企事业单位进行广告宣传新的重要选择。因 此在这种背景下，通过采用高效播放器和网络技术，实现远程广告内容更新和控 制播放是有意义的。 基于以上需求，本文结合网络广告机设计与分析工作展开论述。首先分析了 单机播放、流媒体播放和下载本地后播放各自技术特点，最终采用下载媒体文件 到广告机后本地播放的技术方案。然后结合硬件平台，对a r m l i n u x 嵌入式操作 系统进行了分析和移植。接下来介绍了网络广告机媒体播放器m p l a y e r 解码流程、 逻辑结构、音视频同步技术、代码结构和配置编译等。最后介绍了s s h 协议并将 其应用到实际的应用软件中。项目开发经过前期的选题、市场调研、技术分析等 阶段，现在已经进入试验阶段且运行测试效果良好。 关键词：网络广告机；m x 2 7 ；a r m lin u x 操作系统；m p ia y e r ；s s i - i 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n e s ee c o n o m y , a d v e r t i s e m e n th a sb e c o m eam a i n m e a n so fb r o a d c a s t i n gb u s i n e s sa n de n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n s p e o p l eh a sb e e ni n h a b i t e d i n t ot h i sk i n d o fb r o a d c a s t i n ga d v e r t i s e m e n t s t y l eb yu s i n ga d v e r t i s i n gm a c h i n e t e c h n o l o g y n o w d a on e ta d v e r t i s i n gm a c h i n ei sb e i n ga d o p t e di nm o s tp u b l i cp l a c e s ， i t sf l a wi st h a tu p d a t i n gc y c l e si sl o n ga n dl a b o rc o s ti sh i g h h o w e v e raf e wp u b l i c p l a c e su s es t r e a m i n gm e d i at e c h n o l o g yb ya d o p t i n gn e ts t y l e ，b u ti t se f f e c ti so f t e n a f f e c t e db yb a dn e tc o n d i t i o n s t h e r e f o r e ，i ti si m p o r t a n tf o rb u s i n e s st od e v e l o pan e w a d v e r t i s i n gm a c h i n et e c h n o l o g yt ou p d a t ea d v e r t i s i n gc o n t e n ta u t o m a t i c a l l y u n d e rt h i s c i r c u m s t a n c e ，i ti ss i g n i f i c a n tt or e a l i z er e m o t e l yu p d a t i n ga d v e r t i s e m e n tc o n t e n ta n d c o n t r o lb r o a d c a s t i n gt h r o u g hu s eo fh i g h - p e r f o r m a n c em e d i ap l a y e r sa n dn e t w o r k t e c h n o l o g y b a s e do nt h ea b o v er e q u i r e m e n t s ，t h i sa r t i c l ew i l lm a k ead i s c u s s i o nb yc o m b i n i n g w i t ht h ed e s i g na n da n a l y s i so fn e ta d v e r t i s i n gm a c h i n e f i r s to fa l l ，b ya n a l y s i n gt h e f e a t u r e so fn on e ta d v e r t i s i n gm a c h i n et e c h n o l o g y ，s t r e a m i n gm e d i at e c h n o l o g ya n d n a t i v ed o w n l o a d i n gp l a yt e c h n o l o g y , w ea d o p tt h i sk i n do fm e t h o dt h a tm e d i as e r v e r d o w n l o a da d v e r t i s i n gc o n t e n t st ot h en e ta d v e r t i s i n gm a c h i n ea n dt h e nb r o a d c a s t f o r a n o t h e r ，t h r o u g hc o m b i n i n g h a r d w a r ep l a t f o r m s ，t r a n s p l a n tt h ea r m l i n u xo p e r a t i n g s y s t e ma n d t h e ni n t r u d u c et h em e d i ap l a y e r st h el o g i c a ls t r u c t u r el a y e r , s y n c h r o n i z a t i o n t e c h n o l o g ya n a l y s i s ，c o d ew o r k i n gp r o c e s s ，c o n f i g u r a t i o n ，c o m p i l e r f i n a l l y ，t h i sa r t i c l e i n t r o d u c e ss s ha g r e e m e n ta n da p p l y si ti n t op r a c t i c ew o r k i n g t h r o u g he a r l i e rs t a g e s m a r k e tr e s e a r c h ，t e c h n o l o g ya n a l y s i s ，t h ea c t u a ls y s t e mh a sr e a c h e dt oap h a s eo f s y s t e mt e s t ，w h i c hh a v eag o o dt e s tr e s u l t s k e y w o r d s ： n e ta d v e r t i s i n gm a c h i n e ；m x 2 7 ；a r m l i n u x o p e r a t i n gs y s t e m ； m p l a y e r ；s s h 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文竺圆终亡鱼扭遮让皇塞现= = 。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或未公开发表 的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 珈寻 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密( 请在以上方框内打“，) 论文作者签名：易髟 喝醐 n 母 网络广告机设计与实现 第1 章绪论 1 1 项目来源及研究意义 广告的出现是商业发展的必然，而随着商业广告的发展又促进商业的兴旺。 近年来，国内广告业发展蒸蒸日上，先后出现了听觉媒体、视觉媒体、视听两用 媒体，其中视听媒体中广告机的出现，掀起了广告业历史性的新篇章。广告机具 有音视频播放功能、广告内容无限量播放、比起静态广告具有更大的视觉冲击力 等优点。 目前国内广告机业蓬勃发展，一方面是由于国民经济高速发展和综合国力增 强，提高了商业消费需求，为广告机的发展提供了契机。另一方面是由于广告机 硬件成本下降和嵌入式技术的飞速发展，提高了广告机的市场竞争力。 然而迄今为止我国市场上多数公共场所采用的是单机广告机，其具有更新广 告内容周期长且更新过程需较高人工费用等不足之处。而少数场所虽然是通过网 络采用流媒体技术，即通过网络在线实时播放，但其播放效果常常受网络不良状 况困扰，因此在这种背景下，通过采用高效播放器和网络技术，实现远程下载本 地播放是有意义的【1 】【2 】。 1 2 研究现状 目前现有条件下多数公共场所的广告机采用的是单机广告机，其顾名思义就 是不需要网络管理，从而实现播放功能，如深圳迈途科技有限公司的迈途c f 卡 广告机系统( 单机版) 【3 】【4 1 。单机广告机主要由t f t 液晶屏和广告机播放器组成。当 需要播放广告内容时，打开广告机开关，系统初始化后，便可自动的进行广告内 容播放。其存储在广告机播放器中的内容可以反复不断的播放，此方案足以体现 出广告机的根本用途。但此方案播放内容的更新周期会比较长，因为它主要是通 过c f 卡对广告内容进行更新。在更新广告短片过程中，管理人员需要对每一台 不同地理位置的广告机进行单独更新，其效率较低且需付出较多的人工费用。 第1 章绪论 有些部门场所通过网络对广告机采用流媒体技术，其技术原理采用流式传输 方式通过i n t e r n e t 实时播放多媒体广告【5 1 ，如广州锐目数码科技有限公司的 a m s 一$ 9 4 5 h d 高清网络广告机采用了流媒体技术1 6 。网络广告机管理员把连续的 广告影像和声音信息经过压缩处理后放在流媒体服务器上，通过网络操作广告机 一边下载一边播放，这种技术方法不需要很大的存储空间，减少网络广告机硬件成 本，且易管理，但是这种技术方法对网络通畅性要求较高，可能会由于网络故障 等原因，导致播放广告内容播放时不连续甚至广告内容不能播放，造成商家不必 要的损失，这种技术方案应用在极个别网络效果极好的场所还是不错的，但不太 适合多数公共场所应用。 1 3 论文所做工作和论文结构 1 3 1 论文所做工作 本文详细分析了单机播放和流媒体在线实时播放两种技术各自特点，并综合 采用两种技术各自优点，最终采用网络下载广告本地播放和流媒体相结合的技术 方式，设计了一套网络广告机系统的实施方案，进而从软硬件两个方面对网络广 告机系统进行设计。 根据系统设计要求，通过硬件选型，性能对比，选取飞思卡尔公司m x 2 7 芯 片作为本系统微处理器，结合网络控制器和存储器等外围器件的使用，完成了网 络广告机硬件系统设计。在软件设计方面，结合硬件平台选型结果，对a r m l i n u x 嵌入式操作系统，媒体播放器m p l a y e r 进行了移植。同时对网络通信协议s s h 做 以介绍并将其应用于o p e n s s h 软件中。 1 3 2 论文结构 论文共分6 章。 第l 章绪论。介绍了项目来源及研究意义，并分析了目前市场上类似项 目的技术现状。同时，叙述了论文所做的工作及论文的结构。 网络广告机设计与实现 第2 章系统设计概述。本章节主要介绍了网络广告机系统设计方案，对 系统功能、实体构成、系统原理图做以介绍。最后又对网络广告机硬件平台和软 件系统选型做以简要介绍。 第3 章系统硬件设计。本章对网络广告机中嵌入式处理器及它的外围设 备如存储器、网络控制器、j t a g 接口及液晶显示屏从原理和电路图加以说明和 分析。通过对网络广告机的硬件选型，保证了网络广告机整体系统效果的高效性。 第4 章系统软件设计。本章从操作系统选型、交叉环境编译、引导程序 加载、内核移植、文件系统选型到网络驱动都做了详细的介绍。通过移植一套稳 定，有具体针对性的操作系统，为之后应用软件的运行提供了稳定的平台。 第5 章应用软件设计。本章选择m p l a y e r 做为网络广告机上的媒体播放 器，并对该播放器的工作流程、逻辑结构、代码结构及音视频同步问题进行了分 析。除此之外，还对s s h 网络通信协议进行了详细的分析并对其应用工具软件做 以介绍，帮助系统完成了不同广告内容播放次数、播放时长、播放起始和结束时 间等设置。 第6 章结论。对该系统设计所完成的任务进行了总结，并做了展望。 1 4 本章小节 本章介绍了网络广告机系统的相关背景和研究意义，并对市场上现有的几种 广告机技术方案进行了说明和比较，最后对论文中所研究的主要工作和论文结构 做了简要介绍。 第2 章系统设计概述 第2 章系统设计概述 21 系统特性和功能 论文中设计的网络广告机应具有播放效果好，支持多种音视频格式等特点。 利用媒体服务器上管理软件，管理人员坐在管s e e 心，就可以实现远程控制网络 广告机檑放预计该系统可达到如下主要功能【7 。： ( 1 ) 广告片源本地发f l i 。 ( 2 ) 支持网络更新片源。 ( 3 ) 实现选播、跳播、轮播、循环播、停止、暂停等播放设臂。 ( 4 ) 具有边播放边下载和单纯播放两种工作模式。 f 5 ) 支持7 * 2 4 小时玎机工作环境。 22 实体构成 如图2 i 所示，在实际应用场合中，每台嘲绍广告机都通过集线器连接至媒体 服务器上，由媒体服务器上的管理软件统一控制分布在不同场所的网络广告机的 播放情况。该网络广告机系统采用当前流行的嵌入式开发平台实现媒体服务器 采用高端p c 机，除存储商家要求播放的广告短片外，还具有媒体文件下载作用l l 。 目2 1 实体构成 f i g2ie n t i t y c o n s l z u c t i o n 网络广告机设计与实现 媒体服务器硬件要求： ( 1 ) 处理器：双核2 0 g h z 以上 ( 2 ) 内存：2 g 以上 ( 3 ) 硬盘：3 0 0 g 以上( 媒体文件所在磁盘需要预留较大硬盘空间) ( 4 ) 操作系统：w i n d o w sx p 操作系统 2 。3 系统原理图 由图2 2 所示，该结构原理图包括网络广告机硬件模块和软件模块。硬件模 块方面，由d m 9 0 0 0 网络控制器接收由媒体服务器传送过来的广告短片，并将接 收后的广告短片存到存储器中。之后，处理器m x 2 7 可以直接控制播放存储器中 的广告短片，即商家要求播放的广告内容，将其显示到液晶显示屏上。软件模块 方面，媒体服务器上安装w i n d o w sx p 操作系统和客户管理软件，而网络广告 机上安装的是a r m l i n u x 操作系统，基于此操作系统，可以通过媒体服务器上客 户管理软件控制网络广告机上的媒体播放器，从而播放出高效清晰的广告内容 【l 。 嗍络，“告机媒体服务器 图2 2 系统原理图 f i g 2 2d i a g r a mo fs y s t e mt h e o r y 第2 章系统设计概述 2 4 系统硬件平台 网络广告机主机由核心板和底板组成，核心板上集成有飞思卡尔公司的 m x 2 7 处理器，一片1 2 8 m 的d d r a m ，一片6 4 m 的n o rf l a s h 。而底板上带 有网络接口，其网络通信主要由d m 9 0 0 0 网络控制器来实现，经优化后最大传输 速度可达1 0 0 m b s ，底板还外带c f 插槽，可随意扩展相应的存储空间。除此之 外，通过m x 2 7 内的s s f a c 9 7 接口外接a c 9 7 声卡w m 9 7 1 2 ，为网络广告机提 供高质量的播放音效。具体详细网络广告机主机板参数见表2 1 所示。 表2 1 主机板外同器件规格表 t a b 2 is p e c i f i c a t i o nt a b l eo fm a i n b o a r dp e r i p h e r a l 接u 板尺寸1 4 0 m m * 8 3 m m * 15 核心扳尺寸 6 4 m m * 4 0 m m * 8 m m c p i i f r e e s e a l em x 2 7 n o rf l a s h 6 4 m c f 卡3 2 g 网u 1 个l o m 1 0 0 m 自适应嘲口 j t a g 1 个j t a g 接口 电源1 个6 v 直流电源接口 2 5 系统软件平台 为了避免开发工作的大量重复，提高开发效率，同时也为了确保系统能够稳 定的运行，目前相继出现了各种各样的针对嵌入式开发平台的操作系统，它们为 开发人员提供了一些系统接口函数，由开发人员自行调用，这样就给开发人员的 网络广告机设计与实现 开发工作带来了极大的方便，可以将主要精力放在功能软件的开发上。同时一个 好的操作系统也可以给整个系统的安全性带来保证，所以选择一个适合项目的操 作系统是十分必要的。 现在普遍使用的嵌入式操作系统主要有以下几种：v x w o r k s 、w i n d o w s c e 、 u c o s i i 、l i n u x 等，每种操作系统都具有在相关领域的优势。 v x w o r k s 操作系统是美国w i n d r i v e r 公司推出的一种嵌入式操作系统，它具 有高性能的内核和友好的用户开发环境，功能强大，应用广泛。多家著名的公司， 如c i s c o ，s y s t e m ，3 c o m ，h p ，l u c e n t 等都是v x w o r k s 的主要用户，但是在 使用v x w o r k s 操作系统的时候需要支付昂贵的费用【1 2 】。 w i n d o w s c e 是微软公司推出的嵌入式操作系统。w i n d o w s c e 是一个实时操 作系统，开发人员也可以对设备进行定制，但是在w i n d o w s c e 中，基本的内核 与文件系统配置就占用4 0 0 k 内存空间，如果添加通信支持功能以后，最小的内 在要求也增加到8 0 0 k b 。该操作系统的最大缺点是实时性不好，是软实时操作系 统【1 3 1 。 u c o s i i 操作系统是由美国人j e a nj l a b r o s s e 开发的实时操作系统。它的特 点是内核精简，占用存储空间少。u c o s i i 其实只是一个实时操作系统的内核， 完全核心代码只有8 3 k ，所占用的r a m 也只有几k b ，它只包含了进程调试， 时钟管理，内存管理和进程的通信与同步等基本功能，而没有包括i o 管理，文 件系统，网络管理等额外的模块【1 4 1 。 l i n u x 操作系统具有广泛的硬件支持特性，其内核完全是开放的。不同领域 和不同层次的用户可以根据自己的应用需要很容易地对内核进行改造，在低成本 的前提下，设计和开发出真正满足自己需要的嵌入式系统【1 5 】。l i n u x 还提供了强 大的网络功能，它支持标准因特网协议，并且可以利用l i n u x 的网络协议栈将其 开发成为嵌入式的t c p i p 网络协议栈。 由于l i n u x 丌放源码，所以嵌入式l i n u x 的种类也有很多，例如u c l i n u x 、 r t l i n u x 、a r m l i n u x 等，因为本系统所用的处理器是基于a r m 9 2 6 e j s 核的 第2 章系统设计概述 m x 2 7 ，具有m m u 单元且需要强大的网络功能，所以我们选择了支持m m u 和 网络协议栈的a r m l i n u x 作为操作系统。 2 6 本章小节 本章节主要介绍了网络广告机系统设计方案，对系统功能、实体构成、系统 原理图做以介绍。最后又对网络广告机硬件平台和软件系统选型做以简要介绍。 8 网络广告机设计与实现 第3 章系统硬件设计 系统整体设计确定后，就要根据各部分硬件具体需求进行硬件选型和设计。 主要包括微控制器选择，f l a s h 和s d r a m 选择，网络控制器的选择，j t a g 接 口电路分析，显示屏的选择等等，本章将针对这些问题进行具体的讨论。 3 1 嵌入式处理器 3 1 1 嵌入式处理器和a r m 技术介绍 嵌入式系统核心部件是各种类型的嵌入式处理器，目前据不完全统计，全世 界嵌入式处理器品种总量已经超过1 0 0 0 多种。现在几乎每个半导体制造商都生产 嵌入式处理器，越来越多的公司有自己的处理器设计部门。根据使用场合的不同， 嵌入式处理器可以分成下面几类： ( 1 ) 嵌入式微处理器r ( e m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o ru n i t ，e m p u ) ( 2 ) 嵌入式微控制器( m i c r o c o m r o l l e ru n i t ，m c u ) ( 3 ) 嵌入式d s p 处理器( e m b e d d e dd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ，e d s p ) ( 4 ) 嵌入式片上系统( s y s t e mo nc h i p ) 嵌入式微处理器在实际应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，该 电路板上只保留嵌入式应用有关的功能，这样做可大幅度减小系统体积和降低功 耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能和标准微处理 器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面都做了各种增强。 和工业控制计算机处理器相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、 可靠性强的优点。嵌入式微处理器目前主要有x 8 6 、a r m 、p o w e r p c 、m i p s 系 列掣1 6 1 9 1 。 嵌入式微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一 般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。微控制器的最大特点是单片化， 体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。 第3 章系统硬件设计 嵌入式d s p 处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令 算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、f f t 、谱分析等各种仪器上d s p 获得了 大规模的应用。d s p 的理论算法在7 0 年代就已经出现，但是由于专门的d s p 处 理器还未出现，所以这种理论算法只能通过m p u 等由分立元件实现。1 9 8 2 年世 晃上诞生了首枚d s p 芯片。在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。d s p 的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。 嵌入式片上系统就是一种电路系统，它结合了许多功能区块，将功能做在一 个芯片上，像是a r mr i s c 、m i p sr i s c 、d s p 或是其他的微处理器核心，加上 通信的接口单元，像通用串行端口( u s b ) 、t c p i p 通信单元、g p r s 通信接口、 g s m 通信接口、i e e e l3 9 4 、蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依照各单元 的功能做成一个个独立的处理芯片，而现在都集成到一块芯片上，所以说片上系 统将来必定会成为嵌入式发展的主流芯片。 3 1 2 系统处理器需求分析与选型 为网络广告机选择处理器芯片时需要考虑以下几个因素： ( 1 ) 性能指标和扩展效果。处理器必须有足够强的性能来支持音视频解码播 放功能，另外还要考虑该处理器将来需要扩展芯片时的性能，如d m a 控制器、 中断控制器、串行设备以及时钟芯片等。 ( 2 ) 技术及开发工具的支持。良好的芯片厂商的技术支持以及开发工具的支 持对网络广告机产品开发有着重要的影响，可以有效地降低产品开发难度，提高 开发成功率，加快产品上市进度。 ( 3 ) 成本和功耗的考虑。处理器成本在整个网络广告机中处于首位，对成本 敏感的嵌入式产品来说有着非常重要的意义。好的网络广告机不仅具有好的播放 效果，而且整体系统耗电量少，因此，选择一款低功耗处理器也是设计网络广告 机的重要选择。 本论文对网络广告机整体性能需求进行分析后，决定选用飞思卡尔公司的 m x 2 7 嵌入式微处理器【2 0 乏2 1 ，飞思卡尔公司是全球领先的半导体公司，为汽车、 消费电子、工业控制、网络和无线市场设计并制造嵌入式半导体产品。飞思卡尔 网络广告机设计与实现 公司利用先进技术开发制造的各种产品遍及集成电路产业的所有领域，包括微处 理器芯片制造、集成电路研究和开发、集成电路制造、软件开发等等。 m x 2 7 芯片是基于a r m 9 2 6 核的多媒体微处理器，带有m m u ( m e m o r y m a n a g e m e n tu n i t ) 功能，其主频可达4 0 0 m h z ，适合于对成本和功耗敏感的需求。 同时它还采用了a m b a ( a d v a n c e dm i c r o c o n t r o lb u sa r c h i t e c t u r e ) 的新型总线结构， 实现了m m u 、a m b ab u s 、h a r v a r d 的高速缓冲体系结构。m x 2 7 既是一个功能 强大的应用处理器，同时又是一个功能强劲的视频编解码处理器，它支持多方网 络视频会议和多种视频格式编解码，它可以3 0 帧秒的速度对视频内容进行编解 码处理，提供了更高的灵活性和更强大的多媒体处理能力。综上所述，m x 2 7 处 理器主要包含以下功能： ( 1 ) 特有的视频c o d e c 能力 ( 2 ) 强大的图像处理能力 ( 3 ) 最优化的网络传输控制 ( 4 ) 强大的电源管理系统 ( 5 ) 丰富的外设接口 3 2 存储器的选择 随着嵌人式系统在移动设备中越来越广泛的应用，f l a s h 存储器已经逐步取 代其他半导体存储元件，成为嵌入式系统中主要数据和程序的载体。f l a s h 存储 器又称闪存，是一种可在线多次擦除的非易失性存储器，即掉电后数据不会丢失， 现在市场上主要的非易失闪存芯片是n o r 和n a n df l a s h 2 3 】【2 4 1 。n o rf l a s h 特点是芯片内执行( x i p ，e x e c u t ei np l a c e ) ，它可以按照字节访问，所以存放在n o r f l a s h 里的应用程序可以直接在n o rf l a s h 内运行，不必再把应用程序代码读 到s d r a m 中，基于f l a s h 的这一物理特性，本系统选用s t 公司的m 2 9 w 1 6 0 2 s n o rf l a s h 做为启动代码存储器，其传输率高且容量高达6 4 m ，是做为网络广 告机引导系统加载程序存放空间的理想选择。 该系统采用c f 卡做为存储广告媒体文件的存储器。c f ( c o m p a c tf l a s h ) 卡 是目前应用最为广泛的存储卡，由于它不带驱动器，也没有其它的移动部件，因 第3 章系统硬件设计 此，极少出现机械故障，使存储的数据更加安全。c f 卡的使用寿命也非常长，即 使用上1 0 0 多年也可以保证数据完好无损，而且c f 卡耗电量小，只有普通硬盘 的5 。与其它存储卡相比，容量大是c f 卡的另一个优势，目前主流产品已经达 到3 2 g b 标准。另外它还具备速度快、价格便宜等优点。 该系统中，在液晶屏播放分辨率高达1 9 2 0 x1 0 8 0 p 下，a v i ，m p e 9 4 ，a s f 格式 媒体文件每播放1 分钟约占1 7 m ，8 m 和1 1 m 存储空间，以a v i 格式媒体文件为 例，连续播放广告短片1 小时，约占1 g 存储空间，而按管理员每天更新一次广 告内容来计算，全天播放内容不重复的话，所需总容量最多不超过2 4 g ，故采用 宇瞻p h o t os t e n op r oi i i2 6 6 x 2 6 】【2 7 】的3 2 gc f 卡来做为网络广告机的存储器，为系 统提供尽可能多的存储空间来保障最大容量媒体广告播放。 s d r a m 采用三星公司的k 4 s 5 6 1 6 3 2 c 芯片【2 8 】，这是一种常用的s d r a m 芯 片，其时钟频率1 2 5 m ，数据宽度1 6 位，容量1 2 8 m b i t ，工作电压为3 3 v ，封装 为5 4 脚t s o p ，兼容t t l 接口，支持自动刷新。 3 3 网络控制器的选择 在嵌入式系统中，和网络的结合已经成为嵌入式系统发展的必然。而在网络 广告机系统中，网络控制器是与媒体服务器进行通信及调试的基础，因此为了保 障网络通信的流畅和系统的稳定，最终选择d m 9 0 0 0 网络控制器。 3 3 1 以太网控制器d m 9 0 0 0 主要特点 d m 9 0 0 0 是d a v i c o m 公司推出的一种高度集成、功能强大、引脚少、性价 比高的单片快速以太网控制芯片，非常适用于嵌入式系统设计。d m 9 0 0 0 具有一 个通用的微处理器接口，内部集成了1 6 k bs r a m ( 其中1 3 k b 用作接收缓冲区， 3 k b 作为发送缓冲区) ，对内部存储器访问支持8 位和1 6 位数据接口以适用于 不同的微处理器，内部集成了一个1 0 1 0 0 m 自适应p h y ，可以连接到3 类、4 类、 5 类的1 0 m 无屏蔽双绞线和5 类的1 0 0 m 无屏蔽双绞线。d m 9 0 0 0 体积小，只有 4 8 个引脚，有利于缩小p c b 面积，它完全支持i e e e 8 0 2 3 u 规格，还支持i e e e 8 0 2 3 x 全双工流控制。d m 9 0 0 0 功耗非常低，单电源3 3 v 工作，i o 端口支持3 3 v 到 网络广告机设计与实现 5 v 的容差。总体来说，d m 9 0 0 0 是一款功能强大的市场占有率较高的网络控制器 【2 9 1 【3 0 1 o 3 3 2 基于m x 2 7 与d m 9 0 0 0 网络接口设计与实现 d m 9 0 0 0 具有一个通用的微处理器接口，可与m x 2 7 无缝连接，其硬件连接 如图3 1 所示。 r- s d o - s d e e c k 【5-$ d s $ d 1 5眦s p r o m c m d e e d i o i n t i o r d m 9 0 0 0 a l o w c s h t x o + n 蝌 i 7 x i t m 哐 a u t o - m d i x r x ht r a n s f o r m e r 网 r x k i 7 , 2 图3 1d m 9 0 0 0 连接m x 2 7 引脚图 f i g 3 1d m 9 0 0 0a n dm x 2 7l e a dp i nd i a g r a m 系统中d m 9 0 0 0 数据总线宽度采用1 6 位模式，数据线s d 0 一s d l 5 与m x 2 7 数据线低1 6 位d o d 1 5 连接。为了对d m 9 0 0 0 进行复位，复位引脚p w r s t 上的 复位信号至少保持2 0 m s ，p w r s t 与处理器的复位信号r e s e t 同为低电平有效， 因此可将这两个引脚相连，这样在系统上电复位处理器的同时，也对网络控制器 进行复位。d m 9 0 0 0 的i o 读信号线i o r 、写信号线i o w 分别与m x 2 7 的读信号 线r d 、写信号线w r 相连，片选信号c s 与处理器的片选信号c s 相连，读写信 号与片选信号都是低电平有效【3 1 1 。 第3 章系统硬件设计 3 4j t a g 接口电路设计 当在l i n u x 服务器上通过交叉编译环境移植好操作系统需要的引导程序 u - b o o t 之后，要把其下载到网络广告机中的n o r f l a s h 中，用来起到系统启动 时引导加载操作系统的作用。本系统中下载系统引导程序u b o o t 是通过j t a g 来 实现的。 j t a g ( j o i n tt e s ta c t i o ng r o u p ，联合测试行动小组) 是一种国际标准测试协议， 主要用于芯片内部测试，现在多数的高级器件都支持j t a g 协议，如a r m 、d s p 、 f p g a 器件等。标准的j t a g 接口是4 线：t m s 、t c k 、t d i 、t d o ，分别为模 式选择、时钟、数据输入和数据输出【3 2 】。 j t a g 最初是用来对芯片进行测试的，其基本原理是在器件内部定义一个 t a p ( t e s ta c c e s sp o r t ，测试访问接口) 通过专用的j t a g 测试工具对内部节点进行 测试。j t a g 测试允许多个器件通过j t a g 接口串联在一起，形成j t a g 链，能 实现对各个器件分别测试，现在j t a g 接口常用于i s p ( i n s y s t e mp r o g r a m m a b l e ， 在线编程) ，对f l a s h 等器件进行编程。m x 2 7 与j t a g 传输主要接口引脚定义 见表3 1 所示，m x 2 7 与j t a g 接口原理图如图3 2 所示。 表3 1j t a g 引脚描述表 t a b 3 1j t a gp i nd e s c i - i p t i o nt a b l e 信号信号说明 n t r s t 测试复位输入信号 t d i 数据输入 t m s 模式选择 t c k 时钟 t d o数据输出 n r e s e t目标系统复位信号 网络广告机设计与实现 图3 2j t a g 接口原理图 f i g 3 2j t a gi m e r f a c i n gs c h e m a t i cd i a g r a m 3 5 液晶显示屏与系统接口设计 3 5 1 液晶显示屏选择 为了能够播放出清晰的广告内容从而给人留下深刻的广告印象，好的显示屏 对网络广告机播放效果有很大的作用。显示屏的材质有多种，l c d 的材质常见的 主要有三种：s t n 、u f b 、t f t 。s t n 的主要缺点是色彩表现不足不鲜明，可视 角有限，反应速度慢，有严重的残像问题。对于要求大屏幕高清晰度动态显示的 多媒体播放器这类设备，s t n 是无法满足的。t f t 则完全克服了这种缺陷，t f t 液晶显示屏的特点是亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳。u f b 跟s t n 有 很大相似之处，它的播放效果一般，性价比不高，因此t i 玎屏是比较理想的选择。 由于网络广告机系统对液晶显示屏的分辨率、点距、对比度、响应时间等方 面要求较高，所以选择北京优色液晶科技有限公司生产的m c t g 2 2 d n c w4 2 英 寸t f t 液晶显示屏【3 3 1 ，其支持7 2 0 p 高清输出，该液晶显示屏的主要电气特性为： 点距：0 2 6 4 m i n x 0 2 6 4 m m 分辨率：1 9 2 0 x 1 0 8 0 p 第3 章系统硬件设计 亮度：1 0 0 0 c d m 2 对比度：2 0 0 0 ：l 响应时间：2 m s 显示模式：v g a ，s v g a ，x g a 功率： 4 0 w 待机功率：5 w 电压：( 9 0 2 4 0 v ) - d c12 v 通过以上列出的参数可知，该款液晶显示器不仅能够满足播放效果清晰的要 求，而且在节能方面也有很大的优势，该款液晶显示屏的引脚描述如表3 2 所示。 表3 2 液晶显示屏引脚描述表 t a b 3 2l c d p i nd e s c r i p t i o nt a b l e 引脚号 符号 电平特性目录功能 l f r h l驱动液晶的交流信号 2y d h l 扫描开始 3 l p h l 数据娃示锁定脉冲 4 x s c l肌数据娃示移动脉冲 5d i s p h ，l开关显示屏 6 v d d 5 o v 高电平 7 v s s o v地 8 v d d h + 2 3 v l c d 电压输入 9 u d 3 肌 数据第7 位 i o u d 2 肌数据第6 位 l lu d i肌 数据第5 位 1 2u d o肌 数据第4 位 1 3 l d 3肌 数据第3 位 1 4 l d 2h l 数据第2 位 1 5 l d l肌数据第l 位 1 6 l d o肌数据第o 位 网络广告机设计与实现 3 5 2m x 2 7 与l c d 接口设计 l c d 接口信号包括： v f r a m e ：l c d 控制器和l c d 驱动器之间的帧同步信号，它通知l c d 屏新的一 桢的显示，l c d 控制器在一个完整的帧显示后发出v f r a m e 信号。 v l i n e ：l c d 控制器和l c d 驱动器之间的行同步信号。l c d 驱动器通过它来将 水平移位寄存器中的内容显示到l c d 屏上。l c d 控制器在一整行数据全部传输到 l c d 驱动器后，发出v l i n e 信号。 v c l k ：l c d 控制器和l c d 驱动器之间的像素时钟信号。l c d 控制器在v c l k 的 上升沿发送数据，在v c l k 的下降沿时对数据采集。 v m l c d 驱动器所使用的交流信号。l c d 驱动器使用v m 来改变用于打开或者 关闭像素的行和列电压的极性，信号在每一帧被触发。 v d 3 ：0 以及v de 7 ：4 ：l c d 像素数据输入口中。v d 3 ：o 用于4 8 位的单扫描 或双扫描时的高4 位数据输入，v d 7 ：4 用于8 位的单扫描或双扫描时的低4 位数 据输入。 m x 2 7 兼容l c d 接口标准，其接口设计引脚对应关系如图3 3 所示。 f r a m ey d v l i n e l p v c l k x s c l v m f r v d 7 d 7 v d 6 d 6 v d 5 d 5 v d 4 d 4 v d 3 d 3 v d 2 d 2 v d l d l v d 0 d o 图3 3 显示屏接口电路图 f i g 3 3c i r c u i td i a g r a mo fl c di n t e r f a c e 第3 章系统硬件设计 3 6 本章小节 本章主要对网络广告机的硬件部分做了详细的介绍。主要对嵌入式处理器及 它的外围设备如存储器、内存、网络控制器、j t a g 接口做以介绍，同时对液晶 显示屏控制芯片的引脚图和接口连接电路图进行了说明和分析。通过对网络广告 机的硬件设备进行选型，保证了网络广告机整体系统效果的高效性。 网络广告机设计与实现 第4 章系统软件设计 本章详细介绍了网络广告机系统软件的设计方案，主要工作内容有嵌入式操 作系统a r m l i n u x 的选型、交叉编译环境建立、b o o t l o a d e x 移植、操作系统移植、 文件系统建立、网络控制器d m 9 0 0 0 技术分析。 4 1 交叉编译环境 如图4 1 所示，在进行嵌入式系统开发时，内核的编译、文件系统的建立、 应用程序的开发都是通过开发平台上远程登陆访问窗口在l i n u x 服务器平台上操 作完成的，而这个过程是在开发平台上通过登陆l i n u x 服务器通过身份验证后才 允许的。当结束编译操作后，将l i n u x 服务器上刚编译好的文件通过j t a g 口烧写 到目标板上去。也就是说编译是在l i n u x 服务器上进行的，而执行的却是在目标 平台上，因此需要在l i n u x 服务器上建立交叉编译环境，才能把需要运行的源程 序编译成可在目标平台上运行的二进制可执行文件【3 4 】【3 5 】。 l i n u x 务器开发平台目标机平台 图4 1 交叉开发环境 f i g 。4 1a c r o s s s t e pd e v e l o pe n v i r o n m e n t 4 1 1a r m 交叉编译环境组成 这套a r m 交叉编译环境由一套用于编译、汇