（计算机应用技术专业论文）嵌入式播放器开发包的设计与实现.pdf

_-，l鼍j，、i】1 _：r矗 叶，f，_，“， o譬每4疑爹，i哼 a t h e s i s f o r t h e d e g r e e o f m a s t e r i n c o m p u t e r a p p l i c a 6 0 n t e c h n o l o g y lili-i。ll14i131132ii6ll d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f e m b e d d e d p l a y e r d e v e l o p m e n tk i t b yh u a n gb o y o n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rw a n g j i a n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y d e c e m b e r2 0 0 7 l 盯“il t，i1-11 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。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谢 ：正 思0 学位论文作者签名：凿c 哆 日 期：7 d dg 。口砂 学位论文版权使用授权书 | | 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期 、f t凡1=， f _ 芗 -?jit 东北大学硕士学位论文摘要 嵌入式播放器开发包的设计与实现 摘要 嵌入式多媒体技术是目前国内外研究的热点，尤其是嵌入式播放器已经在许多产品 中使用。伴随着计算机软硬件技术的飞速发展，对嵌入式播放器软件的要求也越来越高。 现在流行的嵌入式播放器种类很多，并且都有各自的特点。但是他们又都具有一些共同 的缺点，比如媒体格式支持的单一性、不必要的大量重复代码、简单的用户体验等。 为了解决在嵌入式播放器软件中存在的问题，提高嵌入式播放器性能，简化开发流 程，本文在这方面做了一些工作。通过对当前流行的播放器软件的总结和多媒体开发包 d i r e c t s h o w 的分析，成功地设计了一种嵌入式多媒体播放器开发包p l a y e r t o o l 。 在p l a y e r t o o l 项目中，首先设计了原子、管道及原子端口等基本组件。这些组件是 p l a y e r t o o l 项目的基础，合理使用这些组件可以更好实现嵌入式播放器软件的开发。总 线系统是一种消息传递机制，是必不可少的。组件的搭配使用不能缺少消息的交互，总 线系统很好的解决了这个问题。由于多媒体数据格式的多样性，此项目必须具有良好的 灵活性和通用性，所以在p l a y e r t o o l 开发包中设计和实现了插件。插件的应用使应用程 序的升级更加容易。为了简化插件的使用，还设计了动态加载插件的方法。动态加载通 过原子的媒体检测识别机制实现了插件加载。多媒体处理中，视频与音频数据必须按照 严格的时间序列输出，因此在p l a y e r t o o l 项目中采用了时钟系统，保证程序的正常运行。 关键词：嵌入式系统；l i n u x ；播放器；组件；软件复用 _ i i - krl_llif， 毒 i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe m b e d d e dp l a y e rd e v e l o p m e n tk i t a b s t r a c t n o we m b e d d e dm u l t i m e d i at e c h n o l o g yi st h eh o tp o i n ti nt h ew o r l d ，s p e c i a l l ye m b e d d e d p l a y e rh a sb e e n u s e di nal o to fp r o d u c t s w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fc o m p u t e r ss o f t w a r e a n dh a r d w a r et e c h n o l o g y , t h er e q u i r e m e n to fe m b e d d e dp l a y e rs o f t w a r eb e c o m eh i g h e rt h a n b e f o r e t h e r ea r es o m ek i n d so fe m b e d d e dp l a y e r , t h e yh a v et h e i rf e a t u r e b u tt h e yh a v es o m e f a u l t yi nc o m m o n , s u c ha st h eo n e - t r a c ko fm u l t i m e d i ap a t t e r n ss u p p o r t e d ，l o t so fd u p l i c a t e c o d e s ，p o o ru s e re x p e r i e n c e ： i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m si ne m b e d d e dp l a y e rs o f t w a r e ，t oi m p r o v et h ep r o p e r t yo f e m b e d d e dp l a y e r , t os i m p l i f yt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s s ，t h i sp a p e rh a sd o n es o m er e s e a r c hi n t h i s a s p e c t b a s e d o nt h e a n a l y s i so ft h ep o p u l a rp l a y e r sa n dm u l t i m e d i as o f t w a r e d e v e l o p m e n tk i t sd i r c c t s h o w , a ne m b e d d e dm u l t i m e d i ap l a y e rd e v e l o p m e n tk i tn a m e d p l a y e r t o o li sd e s i g n e ds u c c e s s f u l l y i np l a y e r t o o lp r o j e c t ，f i r s t l yt h ee l e m e n t ，p i p e l i n e ，p o r ta n do t h e rb a s i cc o m p o n e n t sa l e d e s i g n e d t h e s ec o m p o n e n t sa r eb a s i so fp l a y e r t o o lp r o j e c t e m b e d d e dm u l t i m e d i ap l a y e r c a l lb eb e t t e rd e s i g n e dt h r o u g ht h er e a s o n a b l eu s eo ft h e s ec o m p o n e n t s b u ss y s t e mi sa m e s s a g i n gm e c h a n i s m ，a n di ti si n d i s p e n s a b l e t h e r ei sm e s s a g et r a n s f e r r i n gw h e nu s i n gt h e c o m p o n e n t st o g e t h e r , a n db u ss y s t e mh a s s o l v e dt h i sp r o b l e m a sm u l t i m e d i ad a t af o r m a t d i v e r s i t y , t h ep r o j e c tm u s th a v et h ef l e x i b i l i t ya n dt h eu t i l i z a t i o n , s o i n p l a y e r t o o l d e v e l o p m e n tk i tt h ep l u g i n sa r ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e d p l u g i nm a k ea p p l i c a t i o n u p g r a d e se a s y i no r d e rt os i m p l i f yt h eu s eo fp l u g - i n ，t h ed y n a m i cl o a d i n gm e t h o di sd e s i g n e d t h ed y n a m i cl o a d i n gm e t h o dm a k ep l u g - i nl o a d e db yt h em e d i at y p ed e t e c t i o n v i d e oa n d a u d i od a t am u s tb es t r i c t l yi na c c o r d a n c ew i mt h et i m es e q u e n c e ，s oi np l a y e r t o o lp r o j e c tt h e c l o c ks y s t e mh a sb e e na d o p t e dt oe n s u r et h ec o r r e c to p e r a t i o n k e yw o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m s ，l i n u x ，p l a y e r , c o m p o n e n t s ，s o f t w a r er e u s e i i i hftilll。j ，1，k詹li叠 一 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 目录 第1 章绪论1 1 1 引言1 1 2研究的背景与意义2 1 2 1 嵌入式多媒体播放器面临的问题2 1 2 2 p l a y e r t o o l 项目的目标3 1 3论文组织3 第2 章多媒体播放器研究5 2 1嵌入式系统分析5 2 1 1 嵌入式系统的发展历史5 2 1 2 嵌入式系统的定义和特点6 2 1 3 嵌入式系统的构成和分类7 2 1 4 嵌入式系统的应用前景8 2 1 5 嵌入式操作系统概述9 2 2播放器分析1o 2 2 1 媒体播放器( w i n d o w sm e d i ap l a y e r ) 10 2 2 2r e a l 系列播放器11 2 2 3 m p l a y e r 1 2 2 2 4 豪杰超级解霸1 3 2 2 5暴风影音13 2 3 小结。：j 1 3 第3 章p l a y e r t o o l 的原理设计15 3 1多媒体开发包d i r e c t s h o w 。1 5 3 1 1 d i r e c t s h o w 简介1 5 3 1 2d i r e c t s h o w 原理16 3 2 插件18 3 3设计组件实体2 0 3 3 1 p l a y e r t o o l 开发包的组件分析2 0 3 3 2 原子2 0 hfl-fl 东北大学硕士学位论文 目录 3 4 3 5 3 6 3 7 第4 章 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 第5 章 5 1 5 2 5 3 3 3 3 方盒和管道j 2 4 3 3 4 原子端口和端口属性2 6 总线( b u s ) _ 2 9 缓冲区3 0 p l a y e r t o o l 开发包的实现原理3 0 d 、结3 2 p l a y e r t o o l 开发包的设计与实现3 3 原子组件的实现3 4 1 1 原子组件的架构一3 3 4 1 2 功能函数的实现。3 4 动态加载3 5 4 2 1m i m e 类型及使用3 5 4 2 2 媒体流类型检测3 7 4 2 3自动组建动态管道3 7 端口属性协商3 8 4 3 1 端口属性协商实例3 8 4 3 2固定端口属性。3 8 4 3 3 下游端口属性协商k 3 9 4 3 4 上游端口属性协商4 0 时钟系统4 0 4 4 1 时钟提供者4 0 4 4 2 从时钟4 1 接口z 1 1 4 5 1路径接口4 1 4 5 2 覆盖图接口。4 1 j 、结4 2 p l a y e r t o o l 平台及应用4 3 a r m 及l i n u x 平台4 3 5 1 1 硬件平台结构。4 3 5 1 2 软件平台结构。4 4 5 1 3 嵌入式l i n u x 研究4 5 5 1 4 嵌入式l i n u x 开发4 5 交叉编译环境的建立4 7 5 2 1交叉编译环境的建立步骤4 7 5 2 2 问题与解决方法4 9 g l i b 类库：4 9 v 11，gllj 东北大学硕士学位论文 目录 5 3 1 g l i b 类库的优点4 9 5 3 2g l i b 的交叉编译：5 0 5 4构建插件。5 1 5 4 1构建插件5 1 5 4 2 指定原子端口5 2 5 4 3 管理原子状态5 2 5 5播放器应用5 3 5 6 d 、结5 3 第6 章总结与展望5 5 6 1工作总结5 5 6 2后续展望：5 6 参考文献5 7 致谢5 9 v i -1痿童 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 电子数字计算机诞生于1 9 4 6 年，在此后三十多年里，计算机始终是实现数值计算 的大型昂贵设备。2 0 世纪7 0 年代微处理器的出现，使计算机出现了历史性变化。以微 处理器为核心的微型计算机有着体积小，可靠性高，价格便宜等优点。因此，把其嵌入 到一个对象体系中，实现智能化控制成为了顺理成章的事情。 为了区别与原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控 制的计算机系统，称作嵌入式计算机系统。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术 为基础，并以软硬件可裁剪，使用与应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严 格要求的专用计算机系统。它主要用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌 入式计算机系统一般有四个部分组成：嵌入式微处理器、嵌入式操作系统、外围硬件设 备以及用户的应用程序等。嵌入式系统诞生于微型机时代，他有着与通用计算机系统完 全不同的技术要求与技术发展方向。 当2 0 世纪末2 1 世纪初，计算机技术飞速发展，嵌入式系统则在另一条完全不同的 道路上发展。他动员了原有的传统电子系统领域的厂家和专业人士，接过起源于计算机 领域的嵌入式系统，承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务。 众所周知，嵌入式系统有3 个基本要烈i 】：“嵌入性 、“专用性”、与“计算机系统 。 其“嵌入性 表现在：由于是嵌入到对象系统中，所以必须满足对象系统的环境要求， 如物理环境、电器环境、成本等要求。其“专用性 表现在：软、硬件的裁剪性；满足 对象要求的最小软、硬件配置等。其“计算机系统 表现在：嵌入式系统必须是能满足 对象系统控制要求的计算机系统。 近几年来，嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算 机的外部设备中就包含5 1 0 个嵌入式微处理器。在制造工业、仪器、过程控制、通讯、 仪表、军事装备、汽车、船舶、航空航天、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用 领域。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各行业的具体应用 相结合后的产物。 目前，围绕嵌入式系统展开的研究与开发，已经成为计算机软硬件技术发展最活跃 的方向之一。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 2 研究的背景与意义 伴随着嵌入式系统的迅猛发展，对多媒体播放功能的要求也越来越多。然而，嵌入 式系统在多媒体播放功能上，还是比较落后。在各种桌面系统中，都有很多功能强大的 播放器软件的存在。由于嵌入式系统发展的较晚，在多媒体播放器的设计上还不完善。 p l a y e r t o o l 就是为了解决现在嵌入式多媒体问题而设计的。 1 2 1 嵌入式多媒体播放器面临的问题 在此简单介绍一些嵌入式多媒体播放器面临的问题 2 1 。通过问题的分析，有助于得 f l p l a y e r t o o l 项目的设计目标。 ( 1 ) 大量重复的代码 由于嵌入式系统的平台兼容性差，这使得每个开发者各自为政，创建了许多各具风 格播放器，这些播放器基本是由类似的代码组成。开发者为了实现播放器，必须从最基 础的工作做起。如果有可运行的共享库存在，会大量的简化开发者的工作量，减少代码 的重复使用。 ( 2 ) 媒体格式支持的单一性 一个典型的m p e g 播放器只会播放m p e g 格式的音频和视频文件。大多数播放器对 多媒体格式的支持都是有限的。这时为了适应需求的变化，如果要加入对其他数据格式 的支持，现在最好的选择就是要做非常多的修改工作。这样的播放器不具有很广的应用 范围。 因此需要提供一个方法，提高播放器软件的通用性。 ( 3 ) 没有统一的接口机制 典型的多媒体播放器为每一种数据格式创建一个接口，但是他们的实现机制不一 样。两个播放器就会用两种方法，因此解码器不能互相交换。这样的接口系统不能满足 应用程序的特殊要求。缺少统一的接口实现机制也阻碍了开发通用的插件库。没有人会 为每种接口机制定制共享库，这是不可能完成的工作。 但是p l a y e r t o o l 采用了统一的插件机制为开发者提供了统一的接口机制，并且保证 插件具有广泛的应用范围和很容易的与其他插件协同工作。p l a y e r t o o l 提供的结构框架 具用很好的扩展性，能满足开发者的要求。 ( 4 ) 简单的用户体验 由于存在以上提到的问题，程序的开发者不得不花费大量的时间编写自己的插件机 制，功能函数等工作。不幸的是，由于工作量巨大，开发者不能尽善尽美，开发出来使 用程序，会有很多的缺陷，因此，最终的使用者不会得到最好的使用体验。 2 气，僻；毒 _ ； 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 嵌入式系统已经变得越来越重要。随着嵌入式系统在功能方面的扩展，嵌入式多媒 体应用也会有更好的发展前景。可以使嵌入式播放器像在桌面系统中的播放器一样，具 有更好的使用性能。 1 2 2 p l a y e r t o o l 项目的目标 为了解决嵌入式播放器在开发中的问题，简化开发过程，本文设计并实现了嵌入式 播放器开发包p l a y e r t o o l 。 下面开始阐述p l a y e r t o o l 项目的设计目标： ( 1 ) 简洁并且功能强大 p l a y e r t o o l 系统会提供一个简洁的接口。 对于应用程序的设计者，当创建多媒体管道时，可以使用一组功能强大的工具，而 不用从基础的代码写起。在编写插件的过程中，设计者可以使用简单的a p i 函数。有了 a p i 函数，所有人设计的插件都有很好的可移植性。 ( 2 ) 面向对象性 p l a y e r t o o l 使用t g l i b 对象库。熟悉g l i b 库的开发者都会很容易学习使用p l a y e r t o o l 。 由于应用了面向对象的特性，p l a y e r t o o l 在设计的一开始就具有良好的性能，这些会在 以后的介绍中有更深刻的体会。 ( 3 ) 可扩展性 开发设计p l a y e r t o o l 的新插件都可以随意使用核心库的函数接口。 所有插件都可以动态加载和独立的升级。 ( 4 ) 允许使用插件库 插件作为共享库在运行时加载。由于插件的属性都在插件的内部实行，因此不需要 ( 事实上也做不到) 为插件的安装提供任何头文件。特别值得注意的是插件是完全独立 的。插件的属性可以在运行时获取。 ( 5 ) 透明性 p l a y e r t o o l 的主框架对媒体数据的类型一无所知，他只把数据看作字节流，并且只 包括基本的原子。p l a y e r t o o l 的主框架可以执行基本的功能。插件可以扩展主框架的功 能，提供处理媒体数据的方法。 1 3 论文组织 论文的具体章节安排如下。 第一章引言； 第二章多媒体播放器介绍； - 3 - 东北大学硕士学位论文笫1 章绪论 第三章p l a y e r t o o l 的基本原理； 第四章p l a y e r t o o l 开发包的设计与实现； 第五章p l a y e r t o o l 平台及应用； 第六章总结与展望； 参考文献； 致谢。 4 、 l 4 毒 东北大学硕士学位论文第2 章多媒体播放器研究 第2 章多媒体播放器研究 多媒体应用技术首先是在桌面系统中发展起来的，播放器软件的发展也是如此。因 此有必要介绍几种比较重要的系列多媒体播放器。在这些播放器软件中，多数都存在嵌 入式版本，这些嵌入式版本的软件占据了很重要的地位，并且很好的继承了他们在桌面 系统里的优点。因此，对这几个系列的多媒体播放器的了解，会帮助理解嵌入式领域中 播放器软件的优缺点，更重要的是，在嵌入式领域中，许多播放器软件的设计思想都来 源于桌面系统的多媒体播放器。所以，本章会对这些多媒体播放器做出简单的介绍。由 于本项目应用于嵌入式系统中，因此首先介绍嵌入式系统的概况。 2 1 嵌入式系统分析 随着数字信息技术和网络技术高速发展的后p c ( p o s t p c ) 时代的到来，嵌入式系 统已经被广泛应用于移动计算平台( p d a 、掌上计算机) 、信息家电( 数字电视、机顶 盒、网络设备) 、无线通信设备( 智能手机、股票接收设备) 、工业商业控制( 智能工控 设备、p o s a t m 机) 、电子商务平台以及军事应用等诸多领域。嵌入式市场非常广泛。 目前嵌入式系统全球每年带来的工业产值已超过了1 万亿美元【3 1 。基于嵌入式系统的各 种设备已经成为我们生话中不可缺少的一部分。可以说2 1 世纪是嵌入式的世纪。 2 1 1 嵌入式系统的发展历史 电子数字计算机诞生于1 9 4 6 年，在其后漫长的发展历史进程中，计算机始终是供 养在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。直到2 0 世纪7 0 年代，微处理器的 出现，计算机才出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、 高可靠性特点，迅速走出机房；基于高速数值解计算能力的微型机，表现出的智能化水 平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的 智能化控制。例如，将微型计算机经电气加固、机械加固，并配置各种外围接口电路， 安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统。这样一来，计算机便失去了原 来的形态与通用的计算机功能。为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系 中，实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统诞 生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去。 嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，然而，微型计算机的体积、价位、可靠性 都无法满足广大对象系统的嵌入式应用要求，因此，嵌入式系统必须走独立的发展道路。 这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展 - 5 - 东北大学硕士学位论文 第2 章多媒体播放器研究 的单片机时代。在探索单片机的发展道路时，有过两种模式【4 】，即“模式”与“创新 模式 。 “模式”本质上是通用计算机直接芯片化的模式，它将通用计算机系统中的基本 单元进行裁剪后，集成在一个芯片上，构成单片微型计算机；“创新模式”则完全按嵌 入式应用要求设计全新的，满足嵌入式应用要求的体系结构、微处理器、指令系统、总 线方式、管理模式等。i n t e l 公司的m c s 4 8 、m c s 5 1 就是按照创新模式发展起来的单 片形态的嵌入式系统( 单片微型计算机) 。m c s 5 1 是在m c s 4 8 探索基础上，进行全面 完善的嵌入式系统。历史证明，“创新模式 是嵌入式系统独立发展的正确道路，m c s 5 1 的体系结构也因此成为单片嵌入式系统的典型结构体系。单片机诞生于2 0 世纪7 0 年代 末，经历了s c m 、m c u 、s o c 三大阶段。s c m 即单片微型计算机( s i n g l ec h i p m i c r o c o m p u t e r ) 阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新 模式”获得成功，奠定了s c m 与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统 独立发展道路上，i n t e l 公司功不可没。 m c u 即微型控制器( m i c r oc o n t r o l l e r 删t ) 阶段，主要的技术发展方向是：不断 扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能 化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展m c u 的重任不可避免地 落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，i n t e l 逐渐淡出m c u 的发展也有其客观因 素。在发展m c u 方面，最著名的厂家当数p h i l i p s 公司。 单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向m c u 阶段发展的重要因素，就是寻求应 用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了s o c 化趋势。随着 微电子技术、i c 设计、e d a 工具的发展，基于s o c 的单片机应用系统设计会有较大的 发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微型控制器延伸到单片应用 系统。 嵌入式系统的未来将向多媒体化和网络化方向发展，特别是与i n t e m e t 和无线网络 的结合；在智能化方面，基于知识的嵌入式系统也将是一个发展方向；此外，嵌入式系 统的硬件系统体积越来越小，性能越来越高，功能越来越强，移动性也将越来越灵活。 2 1 2 嵌入式系统的定义和特点 关于嵌入式系统目前还没有一个统一的定义。目前最常用的定义是：嵌入式系统 ( e m b e d d e ds y s t e m ) 是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适 用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它可 以用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。 从嵌入式系统的发展历史和定义中我们可以看出嵌入式系统与一般的通用计算机 - 6 - 0；，kf卉 东北大学硕士学位论文 第2 章多媒体播放器研究 系统是不同的。嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点： ( 1 ) 嵌入式系统通常是面向特定应用的，嵌入式c p u 与通用型的最大不同就是嵌入 式c p u 大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成 度高等特点，能够把通用c p u 中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于 嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，与网络的耦合也越来越紧密。 ( 2 ) 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体 应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、 不断创新的知识集成系统。 ( 3 ) 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在 同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争 力 ( 4 ) 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步 进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期【5 】。 ( 5 ) 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯 片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中【6 】。 ( 6 ) 嵌入式系统本身不具备在其上进一步独立开发的能力，即使设计完成以后用户 通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开 发。 ( 7 ) 嵌入式系统应用于国民经济的各个领域，其种类繁多，形式多样。 2 1 3 嵌入式系统的构成和分类 嵌入式一般由嵌入式处理器、嵌入式外围硬件设备、嵌入式操作系统以及嵌入式应 用程序软件等四个部分组成。 ( 1 ) 嵌入式处理器 。 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。嵌入式处理器与通用处理器的最大不同之 处是嵌入式c p u 大多数工作在为特定用户群设计的系统中。它通常把通用c p u 中许多 由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，并具有高 效率、高可靠性等特征。 嵌入式处理器可以分为底端的嵌入式微控制器( m i c r oc o n t r o l l e ru n i t ，m c u ) ，芯 片内部集成了r o m 、r a m 、总线、定时器计数器、a d 、d a 等各种必要功能和外设， 与嵌入式微处理器相比，嵌入式控制的最大特点就是单片化，体积大大减少，使得成本 和功耗下降，而可靠性、技术保密性获得提高。比较有代表性的如m c s 5 1 、p 5 1 x a 、 6 8 k 系列和a v r 系列 7 1 。 _ 7 - 东北大学硕士学位论文第2 章多媒体播放器研究 中高端的嵌入式微处理器( e m b e d d e dm i c r op r o c e s s o ru n i t ，e m p u ) 、常用于计算 机通讯领域的嵌入式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 ) 和高集成 度的嵌入式片上系统( s y s t e mo nc h i p ，s o c ) 。 ( 2 ) 嵌入式外围硬件设备 嵌入式外围设备是指在一个嵌入式硬件系统中，除了中心控制部件( m c u ，e m p u ， e d s p ，s o c ) 以外的完成存储、通信、保护、调试、显示等辅助功能的其它部件。外 围设备按功能可以分为下三类。 ( 1 ) 存储器类型：静态易失型存储器( r a m ，s r a m ) 、动态存储器( d r a m ) 、非 易失型存储器( r o m ，e p r o m ，e e p r o m ，f l a s h ) 。其中，f l a s h ( 闪存) 以可擦 写次数多，存储速度快，容量大及价格便宜等优点在嵌入式领域得到广泛的应用。 ( 2 ) 接口类型：目前存在的所有接口在嵌入式领域中都有广泛的应用，但是以下的 几种接口应用最为广泛，包括r s 2 3 2 接口( 串口) 、i r d a ( 红外线接口) 、s p i ( 串行 外围设备接口 、1 2 c ( 现场总线待定) 、u s b ( 通用串行接口) 、e t h e m e t ( 以太网接口) 和普通的并口。 ( 3 ) 显示类型：c r t ，l c d 和触摸屏等外围显示设备。 目前的嵌入式系统中使用的处理器除了高端的3 2 ，6 4 位处理器外，大量使用的是8 位和1 6 位的单片机。由于嵌入式系统的应用集中在中、底端产品商，高端产品的系统 对芯片数量的需求相对少一些。但是随着集成电路技术的进步，3 2 位处理器的性价比越 来越高，目前大量用于手持移动通信设备和个人数字助理等数字化产品的a r m 微处理 是其中的代表。 按照嵌入式系统的结构形式，嵌入式系统可以分为三种： ( 1 ) 芯片级嵌入式系统：即微控制器，俗称单片机，如m c s 一5 1 、a v r 和s t r o n ga r m r i s c 等。 ( 2 ) 模板级嵌入式系统：利用8 ，1 6 ，3 2 位微处理器组成的单板机，如基于各种总 线的i n t e l x 8 6 、m o t o r o l a6 8 k 等c p u 板级产品。 ( 3 ) 系统级嵌入式系统工业p c 机与p c 兼容得嵌入式p c 。 2 1 4 嵌入式系统的应用前景 嵌入式计算机系统源于6 0 年代，最早出现在武器控制中，后来用于军事指挥控制 和通讯系统【引。目前基于嵌入式系统的产品已经渗入到社会生活的各个角落，应用广泛。 按照用途可以分为行业和消费两个部分。 表2 1 为嵌入式系统在各个相关领域的应用情况。 - 8 一 -；，薯謦露。嘻 东北大学硕士学位论文 第2 章多媒体播放器研究 表2 1 嵌入式系统在各个领域中的应用 t a b l e2 1t h ec u r r e n tu s a g es t a t u so fe m b e d d e ds y s t e m si nv a r i o u sf i e l d s 应用领域实例 家用市场 通讯市场 工业市场 办公市场 运输市场 商业金融市场 建筑市场 机顶盒、掌上电脑、数码相机、数字电视、家庭网关、智能 家用电器 电话交换机、卫星和全球定位系统( g p s ) 、数据交换设备、 移动电话 制造工厂、污水处理系统、自动化工厂、控制系统开发、计 算机辅助制造系统、能源控制系统、机器人系统 电话系统、传真系统、复印机、计时系统、照相机和摄像机 航空、铁路、公路运输系统，交通指挥系统、售票系统、 雷达系统等 自动售货机、信用卡系统、安全系统 电力供应、供热通风系统、保安系统、楼宇管理系统、车库 和火警控制系统等 由表2 1 中可见，嵌入式系统在传统的工业控制和商业管理领域，家庭消费领域以及 医疗保健，娱乐，军事等领域都有广泛的应用空间。 嵌入式系统通过对传统设备进行数字化改造而身价倍增。嵌入式软件已经成为信息 产业中的一个新的增长点。随着信息与网络时代的到来，嵌入式系统成为了最具发展潜 力的方向之一。 ， 2 1 5 嵌入式操作系统概述 正如在通用计算机系统中一样，嵌入式系统中也需要一个操作系统来对系统资源进 行管理并且提供对上层应用程序提供支持。在早期的嵌入式系统中由于应用对象相对简 单硬件设备的复杂化程度底，主要是是用于工业控制等领域，所以操作系统相对而言也 比较简单 9 1 。伴随着数字化时代和后p c 时代的到来，嵌入式系统的应用对象日益多样 化和复杂化而且各种硬件设备集成度和复杂化的程度不断提高，应用的领域从个人数字 化消费电子产品如m p 3 ，p d a ，手机到网络家电，智能家电，车载电子设备到航空航天以 及军事领域，这样就对嵌入式操作系统提出了更高的要求，使其能够满足应用的需要。 嵌入式操作系统e o s ( e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ) 是一种用途广泛的系统软件， 过去它主要应用于工业控制和国防系统领域【l o l 。e o s 负责嵌入系统的全部软、硬件资源 的分配、调度作业控制、协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸 某些模块来达到系统所要求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的e o s 产品系列。 随着i n t e m e t 技术的发展、信息家电的普及应用及e o s 的微型化和专业化，e o s 开始从 9 东北大学硕士学位论文第2 章多媒体播放器研究 单一的简单的功能向高专业化的强功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、 硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。e o s 是相 对于一般操作系统而言的，它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步 机制、中断处理、文件处理等外，还有以下特点： 可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。 强实时性。e o s 实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。 统一的接口。提供各种设备驱动接口。 操作方便、简单、提供友好的图形g u i ，图形界面，追求易学易用。 提供强大的网络功能，支持t c p i p 协议及其它协议，提供t c p 加d p 佃p p p 协议 支持及统一的m a c 访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。 强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预，这就要 负责系统管理的e o s 具有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接