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移动业务终端b s p 与多媒体播放器的开发 摘要 移动业务终端是对移动营业厅的补充，在具有手机功能的同时， 也具有营业厅的部分功能，可部署在营业厅覆盖不到的地方。移动业 务终端采用了$ 3 c 2 4 1 0 嵌入式处理器和w i n d o w sc e n e t 嵌入式操 作系统。 在分析b o o t l o a d e r 已有功能的基础上，增加了对l c d 的支持， 使得系统启动时能够显示开机界面和启动进度；为了将数据保存到 n a n d f l a s h 中，增加了对n a n df l a s h 的分区功能，创建f a t 3 2 和 b i n f s 分区。配合h e 注册表让f a t 3 2 分区在w i n d o w sc e n e t 中以文件夹的形式显示出来，保存到该文件夹的文件断电后不会丢 失。 在$ 3 c 2 4 1 0 上根据w i n d o w sc e n e t 的驱动模型完成了开发板 新增设备的驱动开发，重点阐述了c h 4 5 2 键盘驱动的设计和实现。 针对键盘扫描控制芯片c h 4 5 2 和实时嵌入式系统的特点，提出了利 用定时器中断实现c h 4 5 2 键盘驱动的方法。在键盘中断服务程序中 启动定时器中断，通过定时器中断服务程序产生读取c h 4 5 2 按键代 码所需的同步串行通信的时钟信号，同时完成数据信号的接收与发 送。按键测试的结果和由示波器抓拍到的波形都表明该方法能够满足 系统对按键响应实时性和可靠性的要求。 多媒体播放器用于移动业务终端演示新业务。阐述了在w i n d o w s c e n e t 下利用d i r e c t s h o w 开发多媒体播放器的方法，并对其中关键 的部分进行了说明。在开发板上对多媒体播放器进行了测试，播放音 频文件时正常，播放视频文件时不够流畅，主要原因是所用的嵌入式 处理器对视频数据的处理能力不够，可行的解决办法是对所播放的视 频文件进行预处理，缩小图片和减少帧率。 关键词：嵌入式系统；w i n d o w sc e n e t ；$ 3 c 2 4 1 0 ；b s p ；多媒体播 放器 t h ed e v e l o p m e n to f t h eb s pa n dm u l t i m e d i ap l a y e r i nm o b i l es e r v i c et e r m i n a l a b s t r a c t am o b i l es e r v i c et e r m i n a l w h i c ho w n sa l lt h ef u n c t i o n so fam o b i l ep h o n ea n d t h ep a r tf u n c t i o n so fab u s i n e s sh a l l ，i sas u p p l e m e n to fam o b i l eb u s i n e s sh a l lb e c a u s e i tp a nb eu s e di nt h ec o u n t r y t h ed e v i c ei sm a d eu po fs 3 c 2 410a n dw i n d o w s c e n e t b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ee x i s t i n gf u n c t i o n so fb o o t l o a d e r ，l c di ss u p p o r t e d t od i s p l a yt h es t a r ti n t e r f a c ea n dt h eb o o t i n gp r o g r e s sw h e nt h ed e v i c ei st u r n e do n ； t h ef u n c t i o nt op a r t i t i o nan a n df l a s h , w h i c hc r e a t e saf a t 3 2 p a r t i t i o na n dab i i 正s p a r t i t i o n , i sa d d e dt os t o r ed a t ai nt h es t o r a g e t h ef a t 3 2p a r t i t i o ni sd i s p l a y e da sa f o l d e ri nw i n d o w sc e n e tt h r o u g hh i v e b a s e dr e g i s t r y t h ef i l e ss t o r e di nt h e f o l d e ra r en o tl o s ti nt h ec a s eo fp o w e ro f t b a s e do nt h ed r i v e rm o d e lo fw i n d o w sc e n e t ，t h ed e v e l o p m e n to ft h ed r i v e r s o ft h ep e r i p h e r a l sa d d e di nt h ed e v e l o p m e n tb o a r di sd o n ei n $ 3c 2 410 1 1 1 ed e s i g n a n dr e a l i z a t i o no ft h ec h 4 5 2k e y b o a r dd r i v e ri se s p e c i a l l ye x p o u n d e d i nv i e wo ft h e c h a r a c t e r i s t i c so fr t o sa n dc h 4 5 2 ak e y b o a r d s c a n n i n gc o n t r o l l e r , am e t h o dt o r e a l i z et h ek e y b o a r dd r i v e ro fc h 4 5 2t h r o u g ht i m ei n t e r r u p t i o ni ss e tf o r t h t h e k e y s 仃o k ec o d e sf r o mc h 4 5 2a r er e a dt h r o u g hs y n c h r o n o u ss e r i a lc o m m u n i c a t i o n w h o s ec l o c ks i g n a l sa r ep r o d u c e da n dw h o s ed a t as i g n a l sa r er e c e i v e do rs e n ti nt h e i s ro ft i m e ri n t e r r u p t i o nw h i c hi ss e ti nt h ek e y b o a r di s r b o t ht h ep r e s s k e yt e s t r e s u l t sa n dt h ew a v e f o r m sc a p t u r e db yo s c i l l o s c o p es h o wt h a tt h ek e y s t r o k er e s p o n s e s a r er e a l t i m ea n dr e l i a b l ea c c o r d i n gt ot h es y s t e mr e q u i r e m e n t s am u l t i m e d i ap l a y e ri su s e dt od e m o n s 仃a t en e ws e r v i c e s am e t h o dt od e v e l o p t h em u l t i m e d i ap l a y e ri nw i n d o w sc e n e tt h r o u g hd i r e c t s h o wi sd e s c r i b e da n dt h e k e yp o i n t sa r es h o w n t h et e s tr e s u l to ft h em u l t i m e d i ap l a y e ro nt h ed e v e l o p m e n t b o a r di st h a tp l a y i n ga u d i of i l e si sn o r m a lb u tp l a y i n gv i d e of i l e si sn o t t h em a i n r e a s o ni st h a tt h ee m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o ri sn o tp o w e r f u lt od e a lw i t hv i d e od a t a a d o a b l es o l u t i o ni st op r e p r o c e s sv i d e of i l e st or e d u c et h es i z eo fv i d e oi m a g e sa n dt h e p l a y i n gf r a m er a t e k e yw o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ；w i n d o w sc e n e t ；$ 3 c 2 4 10 ；b s p ；m u l t i m e d i a p l a y e r 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：i 甏炎日期：列矿乒多，多 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： e l 期：朋厂；肜 日期：f 弓，f g 1 1 课题背景和研究内容 第一章绪论 信息产业部在2 0 0 7 年6 月发布的一份统计报告显示，截至2 0 0 7 年6 月底国 内手机用户已达到5 0 8 亿，平均每月增加7 9 1 3 万用户，与2 0 0 6 年年底相比增 长0 4 7 亿。在经历了一段用户增长的突飞猛进以后，中国城市移动电话迅速普 及，特别是在北京、上海等大城市甚至接近1 0 0 。 农村市场的增长正在成为移动通信新的增长点，中国移动2 0 0 7 年中期报告 显示，农村市场贡献了一半以上的新增用户。无独有偶，中国联通上半年新增用 户中农村用户也占了相当的比例。专家预计，农村市场将成为未来移动通信的主 要增长点。 在城市用户已趋饱和的情况下，如何争取广大农村地区的用户成为移动通信 运营商之间竞争的焦点。显然，不可能像城市一样在农村广建移动营业厅。本课 题研究的移动业务终端就是解决该问题的方法之一，它在具有手机功能的同时， 也具有营业厅的部分功能，例如业务演示、空中充值、选号开户等，可部署在营 业厅覆盖不到的地方。 课题小组负责完成移动业务终端软件和硬件的设计与实现，其中b s p 和多 媒体播放器的开发是本文的研究重点。通过开发移动业务终端熟悉嵌入式系统的 开发流程，掌握相关理论和技术，提高研发能力。 1 2 嵌入式系统 嵌入式系统是一个相对模糊的概念，目前国内一个普遍被人同的定义是：以 应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、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。 嵌入式系统多为实时系统。任何对外界的激励能够及时响应的系统就是实时 系统。若对外界的激励必须严格地在时限到来之前给出响应，不能有任何的延时， 称之为强实时系统或硬实时系统；如果对外界的激励给出的响应超过了时限，而 对任务的完成虽然有影响但是没有太严重的后果，则称之为软实时系统【l 】。 实时系统的正常工作状态不仅表现为对外部事件响应的正确性，同时也表现 为对事件处理的时间正确性，二者缺一不可。外部事件可分为两类，即同步事件 和异步事件。同步事件是周期性的，系统可以预见下一次同类事件发生的时刻； 异步事件是非周期性的，事件发生的时间是不可预测的。实时操作系统必须有能 力处理这两类事件【2 1 。 1 2 1 嵌入式处理器 嵌入式系统的硬件核心是嵌入式处理器。 一、嵌入式处理器的分类 1 、嵌入式微处理器 嵌入式微处理器采用“增强型 通用微处理器。由于嵌入式系统通常应用于 比较恶劣的环境中，因而嵌入式微处理器在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方 面的要求较通用的标准微处理器高。嵌入式处理器目前主要有p o w e r p c 、6 8 0 0 0 、 m i p s 、a r m 系列等。 2 、嵌入式微控制器 嵌入式微控制器又称单片机，它将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入 式微控制器一般以某种微处理器内核为核心，和嵌入式微处理器相比，微控制器 的单片化使应用系统的体积大大减小，从而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提 高。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。 通常，嵌入式微处理器可分为通用和半通用两类，比较有代表性的通用系列包括 8 0 5 1 、m c s 9 6 1 9 6 2 9 6 、c 1 6 6 1 6 7 、6 8 3 0 0 等。而比较有代表性的半通用系列， 如支持u s b 接口的m c u8 x c 9 3 0 9 3 l 、c 5 4 0 、c 5 4 1 。 3 、嵌入式d s p 处理器 在数字信号处理应用中，各种数字信号处理算法相当复杂，一般结构的处理 器无法实时地完成这些运算。由于d s p 处理器对系统结构和指令进行了特殊设 计，使其适合于实时地进行数字信号处理。在数字滤波、f f t 、频谱分析等方面， d s p 算法正大量进入嵌入式领域，d s p 应用正从在通用单片机中以普通指令实 现d s p 功能，过渡到采用嵌入式d s p 处理器。嵌入式d s p 处理器有两类。其一 是d s p 处理器经过单片化、e m c 改造、增加片上外设成为嵌入式d s p 处理器， t i 的t m s 3 2 0 c 2 0 0 0 c 5 0 0 0 属于此范畴；其二是在通用单片机或s o c 中增加d s p 协处理器，例如i n t e l 的m c s 2 9 6 。 4 、嵌入式片上系统 随着v l s i 设计的普及化和半导体工艺的迅速发展，可以在一块硅片上实现 一个更为复杂的系统，这就产生了s o c 技术。各种通用处理器内核将作为s o c 设计公司的标准库，和其他许多嵌入式系统外设一样，成为v l s i 设计中一种标 准的器件，用标准的v h d l 、v e r l o g 等硬件语言描述，存储在器件库中。用户只 需定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样 2 品。这样除某些无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或 几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简单，对于减小整个应用系统体积和功 耗、提高可靠性非常有利。s o c 可分为通用和专用两类，通用s o c 如m o t o r o l a 的m c o r e ，以及某些a r m 系列器件，如e c h e l o n 和m o t o r o l a 联合研制的n e u r o n 芯片等：专用s o c 一般专用于某个或某类系统中，如p h i l i p s 的s m a r t x a ，它将 x a 单片机内核和支持超过2 0 4 8 位复杂r s a 算法的c c u 单元制作在一块硅片 上，形成一个可加载j a v a 或c 语言的专用s o c ，可用于互联网安全方面。 二、典型的嵌入式处理器 1 、8 0 5 l 经典的位嵌入式微控制器，成本低、可靠性高。 2 、a r m 体积小、功耗低、性能高、成本低；1 6 位的t h u m b 指令集和3 2 位的a r m 指令集；全球合作伙伴众多。 3 、m i p s 属于高性能、高处理能力的高端嵌入式处理器，目前其成本价格和开发工具 价格很贵。 4 、p o w c r p c 其架构特点是可伸缩必好，方便灵活。应用范围非常广泛，从高端的工作站、 服务器到桌面计算机系统，从消费类电子产品到大型通信设备，都有其应用产品。 5 、x 8 6 源于i n t c l 架构的8 0 8 0 ，其c p u 处理能力强，适用于高端应用领域。 6 、6 8 k c o l d f i r e 主要用于对实时性和可靠性要求较高的工业控制领域。 1 2 2 嵌入式操作系统 嵌入式操作系统负责嵌入式系统全部软硬件资源的分配、调度、控制、协调， 它能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功斛3 1 。 一、嵌入式操作系统的特点【4 1 l 、可定制性 因为嵌入式系统工程环境的要求，嵌入式操作系统一般需要提供可添加或可 裁剪的内核及其它功能，能够让用户根据需要自行进行配置。 2 、可移植性 因为目前的嵌入式微处理器很多，每种微处理器都有其市场，所以嵌入式操 作系统要支持尽可能多的微处理器，这样才能使用户具有硬件选择的灵活性，这 对于微处理器厂商、嵌入式操作系统厂商、用户来说都是一件好事。为了做到操 作系统的可移植性，操作系统在硬件支持方面通常采用硬件抽象层( h a l ) 和板 级支持包( b s p ) 的结构设计。 3 、实时性 实时性是嵌入式系统环境的现实要求。不满足一定的实时性，嵌入式操作系 统就无法应用到一些环境中去。当然，实时性是相对而言的，有的嵌入式环境有 实时性要求，但时间要求并不是特别的高，而且大多数嵌入式环境都是如此。所 以，有的嵌入式操作系统在设计时，目标就设在满足基本的实时性要求，而不强 求特别高的实时性。 4 、低资源占有性 低资源占有性也是嵌入式系统的要求。相对其它计算机而言，嵌入式设备一 般都配置少量的r a m 、频率较低的微处理器、很小的非易失存储空间。系统资 源少的特点决定了嵌入式操作系统必须尽可能地减小资源占有率。 二、嵌入式操作系统的种类 一般情况下，嵌入式操作系统可以分为两类，一类是面向控制、通信等领域 的实时操作系统，如w i n d r i v e r 公司的v x w o r k s 、i s i 的p s o s 、q n x 系统软件 公司的q n x 、a t i 的n u c l e u s 等；另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统， 这类产品包括个人数字助理( p d a ) 、移动电话、机顶盒、电子书、w e b p h o n e 等。 1 、非实时操作系统 早期的嵌入式系统中没有操作系统的概念，程序员编写嵌入式程序通常直接 面对裸机。在这种情况下，通常把嵌入式程序分成两部分，即前台程序和后台程 序。在程序运行时，后台程序检查每个任务是否具备运行条件，通过一定的调度 算法来完成相应的操作。对于实时性要求特别严格的操作通常由中断来完成，仅 在中断服务程序中标记事件的发生，不再做任何工作就退出中断，经过后台程序 的调度，转由前台程序完成事件的处理，这样就不会造成在中断服务程序中因处 理费时的事件而影响后续的中断。 由于这类系统结构简单，几乎不需要r a m r o m 的额外开销，因而在简单 的嵌入式应用中被广泛使用。 2 、实时操作系统 实时多任务操作系统是指具有实时性、能支持实时控制系统工作的操作系 统。其首要任务是调度切可利用的资源完成实时控制任务，其次才着眼于提高 计算机系统的使用效率，重要特点是要满足对时间的限制和要求。实时操作系统 具有如下功能：任务管理( 多任务和基于优先级的任务调度) 、任务间同步和通信 ( 信号量等) 、存储器优化管理、实时时钟服务、中断管理服务。实时操作系统具 4 有如下特点：规模小，中断被屏蔽的时间很短，中断处理时间短，任务切换快。 实时操作系统可分为可抢占型和不可抢占型两类。对于基于优先级的系统而 言，可抢占型实时操作系统是指内核可以抢占正在运行任务的c p u 使用权并将 使用权交给进入就绪态的优先级更高的任务。不可抢占型实时操作系统使用某种 算法决定让某个任务运行后，就把c p u 的控制权完全交给了该任务，直到它主 动将c p u 控制权还回来。 可抢占型实时操作系统的实时性好，优先级高的任务只要具备了运行的条 件，或者说进入了就绪态，就可以立即运行。但是，如果任务之间抢占c p u 控 制权处理不好，会导致系统崩溃、死机等严重后果。 三、常见嵌入式操作系统 1 、v x w o r k s 它具有高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域 占有重要地位。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、 航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中。 2 、p a l mo s 在p d a 市场上，它是全球最知名、使用人数最多的p d a 操作系统。它的一 个最大的特点就是省电以及系统资源开销少，而且它采用了开放式架构。 3 、嵌入式l i n u x 它是一种开放源代码、软实时、多任务的嵌入式操作系统。它是免费的，没 有其他商业性嵌入式操作系统需要的许可证费用，并得到许多i t 巨头的支持， 因而具有很强的市场竞争力。 4 、w i n d o w sc e n e t w i n d o w sc e n e t 是微软专门针对嵌入式产品领域开发的嵌入式操作系统， 它具有多线程、多任务、完全抢占式的特点。 1 2 3 嵌入系统开发流程 嵌入式系统设计是使用一组硬件和软件来完成所需功能的过程，所以在嵌入 式产品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结合、相互协调的【5 1 。嵌入式 系统的开发流程如图1 1 所示。 l 、系统总体设计 2 、系统功能划分及软硬件设计 3 、主处理器及基本接u 器件选择 4 、嵌入式操作系统选择 5 、开发环境选择 是 是 图1 1 嵌入式系统的开发流程【6 】 6 否 1 3 论文的结构 本论文探讨了基于$ 3 c 2 4 1 0 和w i n d o w sc e n e t 的移动业务终端b s p 和多 媒体播放器的开发过程，结构如下： 第一章给出了课题背景和研究内容，阐述了嵌入式系统的组成、特点和开发 流程。 第二章介绍了移动业务终端系统总体方案的选择和整个系统的功能模块。 第三章介绍b s p 的概念、组成和开发环境。 第四章分析了b o o t l o a d e r 的结构和功能，实现了开机界面和数据的永久保 存。 第五章在分析开发c h 4 5 2 键盘驱动所面临的难点之后，提出了利用定时器 中断实现c h 4 5 2 键盘驱动的方法，并给出了c h 4 5 2 键盘驱动的测试结果。 第六章给出了在w i n d o w sc e n e t 利用d i r e c t s h o w 开发多媒体播放器的方 法，并在开发板上对多媒体播放器的性能进行了测试和分析。 第七章对所研究的内容进行总结。 7 第二章系统方案选择 2 1 嵌入式系统的选择 选择嵌入式处理器要在功能、成本和开发时间上找到结合点。成熟的硬件、 低廉的成本以及良好的技术售后服务成为考虑的重点。根据需求说明书的要求， 最终选择了三星的$ 3 c 2 4 1 0 。 选择嵌入式操作系统主要考虑成本和开发难度两个方面。本产品是人机交互 的操作终端，对操作系统内核的实时性没有太高要求，因此，从界面交互性、应 用扩展的难易性、技术支持和资料的普及性考虑，w i n d o w sc e n e t 是个不错的 选择。w i n d o w sc e n e t 是一整套操作系统解决方案，包含了g u i 、通信协议栈、 多媒体编解码器等等多种开发资源，并且每套的l i c e n s e 费用最低大约为3 美金， 成本相对较低。所以选择w i n d o w sc e n e t 作为该终端的操作系统。 2 1 1s 3 c 2 4 1 0 $ 3 c 2 4 1 0 是韩国三星公司的一款基于a r m 9 2 0 t 内核的1 6 3 2 位r i s c 嵌 入式微处理器，支持w i n d o w sc e n e t 和l i n u x 操作系统，主要面向手持设备以 及高性价比，低功耗的应用。运行的频率可以达到2 0 3 m h z 。a r m 9 2 0 t 核由 a r m 9 t d m i 、存储管理单元( m m u ) 和高速缓存三部分组成。其中m m u 可以 管理虚拟内存，高速缓存由独立的1 6 k b 指令和1 6 k b 数据两部分组成。 一、a r m 微处理器的特点 采用r i s c 架构的a r m 微处理器一般具有如下特点： 1 、体积小，低功耗，低成本扁性能； 2 、支持t h u m b ( 1 6 位) 和a r m ( 3 2 位) 双指令集； 3 、大量使用寄存器，指令执行速度更快； 4 、大多数数据操作都在寄存器中完成； 5 、寻址方式灵活简单，执行效率高； 6 、指令长度固定。 二、a r m 9 微处理器系列 a r m 9 系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能，具有以下 特点： 1 、5 级整数流水线，指令执行效率更高； 2 、1 1 m i p s 的哈佛结构； 3 、支持3 2 位a r m 指令集和1 6 位t h u m b 指令集； 9 4 、支持3 2 位的高速a m b a 总线接口； 5 、包含m m u ，支持w i n d o w sc e n e t 、l i n u x 、p a l mo s 等多种主流嵌入 式操作系统； 6 、m p u 支持实时操作系统； 7 、支持数据c a c h e 和指令c a c h e ，具有更高的指令和数据处理能力。 a r m 9 系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、 高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。a r m 9 系列微处理器包含a r m 9 2 0 t 、 a r m 9 2 2 t 和a r m 9 4 0 t 三种类型，以适用于不同的应用场合。 三、a r m 的编程模型【6 l l 、a r m 微处理器的工作状态 从编程的角度看，a r m 微处理器的工作状态一般有两种，并可在两种状态 之间切换。第一种为a r m 状态，此时处理器执行3 2 位的字对齐的a r m 指令； 第二种为t h u m b 状态，此时处理器执行1 6 位的、半字对齐的t h u m b 指令。 当a r m 微处理器执行3 2 位的a r m 指令集时，工作在a r m 状态；当a r m 微处理器执行1 6 位的t h u m b 指令集时，工作在t h u m b 状态。在程序的执行过 程中，微处理器可以随时在两种工作状态之间切换，并且，处理器工作状态的转 变并不影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。 a r m 微处理器在开始执行代码时，应该处于a r m 状态。 2 、a r m 体系结构的存储器格式 a r m 体系结构将存储器看作是从零地址开始的字节的线性组合。从零字节 到三字节放置第一个存储的字数据，从第四个字节到第七个字节放置第二个存储 的字数据，依次排列。作为3 2 位的微处理器，a r m 体系结构所支持的最大寻址 空间为4 g b 。 a r m 体系结构可以用两种方法存储字数据，称之为大端模式和小端模式。 在大端模式中，字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高 地址中；小端模式与大端模式相反，低地址中存放的是字数据的低字节，高地址 中存放的是字数据的高字节。 3 、指令长度及数据类型 a r m 微处理器的指令长度可以是3 2 位( 在a r m 状态下) ，也可以为1 6 位( 在t h u m b 状态下) 。 a r m 微处理器支持字节( 8 位) 、半字( 1 6 位) 、字( 3 2 位) 三种数据类 型，其中，字需要4 字节对齐( 地址的低两位为0 ) 、半字需要2 字节对齐( 地 址的最低位为o ) 。 4 、处理器运行模式 l o a r m 微处理器支持7 种运行模式，分别为： 用户模式( u s r ) ：a r m 处理器正常的程序执行状态 快速中断模式( f i q ) ：用于高速数据传输或通道处理 外部中断模式( i r q ) ：用于通用的中断处理 管理模式( s v c ) ：操作系统使用的保护模式 数据访问终止模式( a b 0 当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于 虚拟存储及存储保护 夺系统模式( s y s ) ：运行具有特权的操作系统任务 未定义指令中止模式( u n d ) ：当未定义的指令执行时进入该模式，可 用于支持硬件协处理器的软件仿真 除用户模式以外，其余的所有6 种模式称之为非用户模式，或特权模式；其 中除去用户模式和系统模式以外的5 种又称为异常模式，常用于处理中断或异 常，以及需要访问受保护的系统资源等情况。 5 、寄存器 a r m 微处理器共有3 7 个3 2 位寄存器，其中3 1 个为通用寄存器，6 个为状 态寄存器。但是这些寄存器是不能被同时访问的，具体哪些寄存器是可访问的取 决于微处理器的工作状态及具体的运行模式。但在任何时候，通用寄存器r 1 4 - - r 0 、程序计数器p c 、一个或两个状态寄存器都是可访问的。 寄存器r 1 3 在a r m 指令中常用作堆栈指针，r 1 4 称作子程序连接寄存器或 连接寄存器l r ，当执行b l 子程序调用指令时，r 1 4 保存返回地址。寄存器r 1 5 用作程序计数器( p c ) 。寄存器r 1 6 用作c p s r ( c u r r e n tp r o g r a ms t a t u sr e g i s t e r ， 当前程序状态寄存器) ，c p s r 可在任何运行模式下被访问，它包括条件标志位、 中断禁止位、当前处理器运行模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。 2 1 2w i n d o w sc e n e t 一、操作系统特性 微软的w i n d o w sc e n e t 是一个3 2 位的、紧凑和高效的、可扩展的操作系 统，适用于各种嵌入式系统和产品。它拥有多线程、多任务、完全抢占式优先级 的操作系统环境，专门面向只有有限资源的硬件系统；同时，它的模块化设计方 式使得系统开发人员和应用开发人员能够根据多种多样的产品来定制它。可以选 择、组合和配置w i n d o w sc e n e t 的模块和组件来创建用户版的操作系统，例如 客户电子设备、专用工业控制器以及嵌入式通信设备等。w i n d o w sc e n e t 直接 支持多类硬件外围设备，如键盘、鼠标、触摸屏、串口、u s b 。 w i n d o w sc e n e t 的图形用户界面相当出色，其操作界面虽来源于微软的桌 面w i n d o w s 操作系统，但它是基于w i n 3 2a p i 重新开发的、新型的信息设备平 台，具有模块化、结构化以及与处理器无关等特点。 w i n d o w sc e n e t 通常可以分为四个层次： l 、引导加载程序，即通常所说的b o o t l o a d e r 程序； 2 、设备驱动，用于上层应用程序与底层硬件进行数据交互； 3 、w i n d o w sc e n e t 内核； 4 、用户应用程序。 其中，引导加载程序是系统加电后运行的第一段程序，通常存放于目标平台 的非易失存储介质中，如r o m 或f l a s h 。通过这段程序，系统可以初始化硬件 设备，建立内存空间映射图，以便为最终调用操作系统内核做好准备。因此， b o o t l o a d e r 的好坏关系到整个系统能否正常启动。另外，设备驱动对于嵌入式系 统来说至关重要，它直接关系到硬件设备能否正常运行，故开发设备驱动时应严 格遵循w i n d o w sc e n e t 的驱动模型。 二、开发环境 在w i n d o w sc e n e t 产品开发中，有两个非常重要的方面，一个是内核定制， 一个是应用程序的开发。微软在这两个方面都提供了良好的开发工具，就是内核 定制工具p l a t f o r n lb u i l d e r ( 简称p b ) 和e m b e d d e dv i s u a lc + + ( 简称e v c ) 。 w i n d o w sc e n e t 目前常用的版本有4 0 、4 2 、5 0 和6 0 ，这里选用4 2 的 版本，对应的开发工具是p l a f f o r i l lb u i l d e r4 2 ，它包括集成开发环境、平台生成 器、s d k 导出器、调试器、远程实用工具、仿真器等。开发人员通过它可以根 据实际的需要完成w i n d o w sc e n e t 内核的定制、编译和调试。 1 、p l a t f o r mb u i l d e r p l a t f o r mb u i l d e r 是微软提供给w i n d o w sc e n e t 开发人员进行基于 w i n d o w sc e n e t 平台下嵌入式操作系统定制的集成开发环境。它提供了所有进 行设计、创建、编译、测试和调试w i n d o w sc e n e t 操作系统平台的工具。它运 行在桌面w i n d o w s 操作系统下，开发人员可以通过交互式环境来设计和定制内 核，选择系统特性，然后进行编译和调试；同时，开发人员还可以利用p l a t f o r m b u i l d e r 来进行驱动程序开发和应用程序的开发。p l a t f o r mb u i l d e r 的强大功能已 使其成为w i n d o w sc e n e t 平台下嵌入式操作系统开发和定制的必备工具。 2 、e m b e d d e dv i s u a lc + + e m b e d d e dv i s u a lc + + 工具软件为创建用于w i n d o w sc e n e t 设备的应用程 序和系统组件建立了一套完整的桌面开发环境，提供模拟器进行开发和调试。 1 2 2 2 开发板的选择 为了加快开发速度，提高开发效率，选择了一款满足上述要求的开发板，即 北京蓝海微芯科技发展有限公司的l i d 2 4 1 0 d v k - i 开发板。该开发板采用核心 板+ 底板的模式，核心板为6 层，底板为4 层。核心板接口采用d i m m - - 2 0 0 标 准连接器。核心板和底板的布局和走线经过专业人士精心设计，工作非常可靠， 可稳定运行在2 0 3 m h z 。外设非常丰富，功能强大，适用于各种手持设备、消费 电子和工业控制设各的开发 8 1 。u 1 1 2 4 1 0 d v k - i 开发板外形如图2 1 所示。 l 、 夺 夺 夺 图2 1l i d - 2 4 1 0 d v k - i 开发板外形图 硬件资源包括： 中央处理器 c p u ：三星s 3 c 2 4 1 0 a ，主频2 0 3 m h z 外部存储器 s d r a m ：6 4 m b n a n df 1 a s h ：6 4 m b 串口 两个异步串行口，波特率高达1 1 5 2 0 0 b p s 。 夺网络接u 一个1 0 m 网1 3 ，采用c s 8 9 0 0 a ，带联接和传输指示灯 令u s b 接口 两个u s b i 1h o s t 接口； 一个u s b i 1d e v i c e 接口。 音频接口 采用i i s 接口芯片u d a l 3 4 1 ，一路立体声音频输出接口可接耳机或音箱； 支持录音，板子自带驻机体话筒可直接录音，另有一路话筒输入接口可 接麦克风。 存储卡接口 一个s d 卡接口，可支持1 g 的s d 卡； 一个i d e 接口( 接口信号均加了7 4 l v t h l 6 2 2 4 5 驱动) ，可直接挂接硬盘。 l c d 和触摸屏接口 1 ) 板上集成了4 线电阻式触摸屏接口的相关电路； 2 ) 一个5 0 芯l c d 接1 2 1 引出了l c d 控制器的全部信号，并且这些信号 引脚都加了7 4 l v t h l 6 2 2 4 5 驱动，所以l c d 输出更加稳定可靠； 3 ) 支持黑白、4 级灰度、1 6 级灰度、2 5 6 色、“k 色、真彩色t f t 液晶 屏，尺寸从3 5 英寸到1 2 1 英寸，屏幕分辨率可达到1 0 2 4 x 7 6 8 ； 4 1 标准配置为三星2 5 6 k 色2 4 0 x 3 2 0 3 5 英寸t f t 液晶屏，带触摸屏； 5 ) 板上引出一个5 v 电源输出接1 2 1 ，可为大尺寸t f t 液晶屏的背光模块 供电。 时钟源 内部实时时钟( 带有后备锂电池) 。 复位电路 一个复位按键，并采用专用复位芯片进行复位，稳定可靠。 调试及下载接口 一个2 0 芯m u l t i - - i c e 标准j t a g 接口，支持a d s l 2 等调试。 电源接口 5 v 电源供电，带电源开关和指示灯。 其他 八个小按键； 一个蜂鸣器( 带使能控制的短路块) ； 一个5 0 芯2 毫米问距双排标准连接器用作扩展口，引出了地址线、数 据线、读写、片选、中断、i o 口、a d c 、5 v 和3 3 v 电源、地等用户 扩展可能用到的信号。 2 、支持的操作系统 1 4 w i n d o w sc e n e t4 2 l i n u x 3 、软件资源 4 、1 ) a d s l 2 安装程序( 评估版) ； 2 ) 烧写f l a s h 的工具软件； 3 ) 串口工具软件s s c o m 3 2 e x e 、d n w e x e 、t r i p e x e ； 4 ) u s bd e v i c e 接口驱动程序； 5 ) b i o s 源代码( a d s l 2 项目文件) ； 6 ) w i n d o w sc e n e t4 2 下支持$ 3 c 2 4 1 0 的b s p ； 7 ) 已经编译好并可在l i d 2 4 1 0 d v k - i 上运行的w i n d o w sc e n e t4 2 内 核，基于蓝海微芯提供的b s p ： 8 ) s a m s u n g 半导体网站关于s 3 c 2 4 1 0 的全部资料和参考代码； 9 ) 核心板和底板电路原理图( p d f 格式) ； 1 0 ) 开发板使用手册( p d f 格式) ； 1 1 ) 开发板上所用到的全部芯片手册、资料； 1 2 ) a d s 使用、d n w 串口使用和超级终端配置的一些多媒体演示； 2 3 系统框架 根据需求说明书所设计的移动业务终端软硬件平台如图2 2 和图2 3 所 示。由此可见整个系统的开发分为三个部分：硬件开发、b s p 开发和应用程序开 发。其中b s p 的开发与硬件紧密相关，对于开发板已有的经测试满足要求的驱 动不用重复开发，如u s b 驱动、s d 卡驱动、串口驱动、触摸屏驱动；对于开发 板已有的但不满足要求的部分必须进行改造，如b o o t l o a d e r 、l c d 驱动；对于 开发板没有的驱动就必须自己开发，如专用键盘驱动、l c m 驱动。 图2 2 移动业务终端的硬件平台 系 多 语 孓 电 计 电 输 应 应用层 统 浏媒 打音 话 时源 入 用 设 览体 宝计管 法程 置 器播 印通 孓 簿 费 理 序 放 话 用户接口w i n d o wc e n e t 应用程序 应用和服务开发 操作系统层 j ，r l，j 0 7 u ，_ w i n d o w sc e n e t c o r e d l lg w e s 多媒体技术通信和网络服务对象存储 核 心设备管理器 o a l 模块i c o m 驱动 音频驱动 l c m 驱动 设 o e m 层 l 配置文件| u s b 驱动 专用键盘驱动j l c d 驱动 备 驱 厂引导程序ll 读卡器驱动i s d 卡驱动 触摸屏驱动动 硬件层 图2 3 移动业务终端的软件平台 1 6 3 1b s p 结构 第三章b s p 和开发环境 w i n d o w sc e n e t 的b s p 是为操作系统能够在硬件平台上正常运行而提供 支持的软件实现。一个典型的w i n d o w sc e n e t 的b s p 包括b o o t l o a d e r 、o a l ， 设备驱动和系统镜像的配置文件四个组成部分。其中o a l 和设备驱动是最重要 的两个部分。b s p 的组成如图3 1 所示。 硬件 图3 1b s p 结构图 从b s p 的结构，一般将w i n d o w sc e n e t 系统下的b s p 开发分成三个模块 进行： 令b o o t l o a d e r 模块：创建w i n d o w sc e n e t 下系统的引导程序，下载映