（计算机应用技术专业论文）嵌入式系统中的汉字手写输入开发.pdf

艇 j at h e s i ss u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g t h e d e v e l o p m e n to f c h i n e s ec h a r a c t e r sh a n d w r i t i n g b a s e do ne m b e d d e ds y s t e m m a j o r ： c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n i q u e c a n d i d a t e ：w a n g x i a ow e i s u p e r v i s o r ： r a nq u a na s s o c i a t ep r o f e s s o r w u h a ni n s t i t u t eo ft e c h n o l o g y w u h a n ，h u b e i4 3 0 0 7 4 ，p r c h i n aa p r i l ，2 0 1 0 5 舢1舢8 肌79舢7 舢1胂y 摘要 摘要 随着人们对汉字输入速度要求的提高，以往基于音码和编码的输入 方法不能很好的满足人们对信息快速交流或录入的需求，特别是现在很 多嵌入式设备小巧，而且都是以触摸屏来进行信号或汉字的输入，使得 鼠标、键盘等输入设备已无容身之所，人们已经习惯在触摸屏等硬件平 台上进行直观的汉字输入，因此，在嵌入式系统中进行手写汉字识别技 术研究，具有重要的理论意义和应用前景。 本文首先对手写识别的背景，发展状况和应用领域做了一个简单的 介绍，给出了手写识别系统研究中的困难和挑战以及各个章节的内容安 排，其次介绍了开发平台的搭建和配置。在了解试验环境和平台的基础 上详细介绍了触摸屏上汉字笔迹的输入与显示过程，然后进行了嵌入式 系统中的手写输入系统的开发与设计，其开发过程包括预处理、特征提 取、汉字库的建立和分类器设计四个大的基本步骤，每个阶段的处理好 坏都直接关系到最后汉字的识别率和识别速度。整个系统中涉及到各种 算法分析，例如坐标校准算法、滤波算法、平滑算法、归一化算法、特 征提取算法、分类器设计算法等等。最后通过汉字的输入与识别来验证 了整个汉字手写输入的开发。 关键词：触摸屏；特征提取；算法分析；汉字库 l 武汉工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h es p e e do fi n p u t t i n gc h i n e s ec h a r a c t e ri m p r o v e d ，t h em e t h o do f i n p u t t i n gb a s e do np h o n o l o g i c a lc o d i n ga n d c o d ec a l ln o tm e e tt h ed e m a n d so f s p e e d i n e s sc o m m u n i c a t i o no ri n p u t e s p e c i a l l y ，n o w a d a y sm a n ye m b e d d e d e q u i p m e n t sa r es m a l l ，a n dt h es i g n a l o rc h i n e s ec h a r a c t e ra l w a y si n p u t t h r o u g ht o u c hs c r e e n ，s os o m eo t h e rh a r d w a r ee q u i p m e n ts u c ha sm o u s e ， k e y b o a r da r ed e p r i v e d p e o p l eh a v e b e e na c c u s t o m e dt ot h ei n p u to fi n t u i t i v e c h i n e s ec h a r a c t e r s od o i n gt h er e s e a r c ho fh a n d w r i t t e nr e c o g n i t i o ni sf u l lo f t h e o r e t i c a lm e a n i n ga n dw i d e l ya p p l i e dp r o s p e c t f i r s t l y ，t h eb a c k g r o u n d ，d e v e l o p m e n t ，a n da p p l i c a t i o n r e a l mo f h a n d - w r i t t e n r e c o g n i t i o n w i l lb e s i m p l yi n t r o d u c e d ；d i f f i c u l t i e s ，t h e c h a l l e n g e si nt h ec o u r s eo fr e s e a r c h i n gh a n d w r i t t e nr e c o g n i t i o ns y s t e ma n d t h ea r r a n g e m e n to fe a c hc h a p t e r sc o n t e n tw i l lb ep u tf o r w a r d s e c o n d l y , t h e c o n s t r u c t i o na n dc o n f i g u r a t i o no fe x p e r i m e n tp l a t f o r mw i l lb ei n t r o d u c e d a n dt h ei n t r o d u c t i o no ft h ep r o c e s so fi n p u t t i n ga n dd e m o n s t r a t i n g h a n d w r i t i n go nt o u c hs c r e e ni sb a s e do nt h ek n o w l e d g eo f t h ep l a t f o r ma n d e n v i r o n m e n to fe x p e r i m e n t t h i r d l y , t h ed e v e l o p m e n ta n dd e s i g no fc h i n e s e c h a r a c t e rh a n d w r i t i n ga r ed o n ew h i c hb a s e do ne m b e d d e ds y s t e m s a n dt h e f o u rb a s i cp r o c e d u r e so fd e v e l o p m e n ta r ea sf o l l o w s ：p r e p r o e e s s i n g 、c h a r a c t e r e x t r a c t i n g 、t h ef o u n d a t i o no fc h i n e s ec h a r a c t e rl i b r a r ya n dt h ed e s i g no f c l a s s i f i e r t h et r e a t m e n to fe a c hp h a s ei sg o o do rb a dw i l le v e n t u a l l y i n f l u e n c et h er e c o g n i t i o nr a t ea n ds p e e do fc h i n e s ec h a r a c t e r s o m ek i n d so f a l g o r i t h m sw i l lb ei n v o l v e di nt h ew h o l es y s t e m ，s u c ha s ，t h ea l g o r i t h mo f c o o r d i n a t ec a l i b r a t i o n ，f i l t e r i n g ，s m o o t h i n g ，n o r m a l i z a t i o n ，c h a r a c t e r e x t r a c t i n ga n dt h ed e s i g no fc l a s s i f i e r ，e t c f i n a l l y ，t h ee x p l o i to ft h ei n p u to f c h i n e s ec h a r a c t e rw i l lb ev e r i f i e db yi n p u t t i n ga n dr e c o g n i z i n gc h i n e s e 武汉工程大学硕士学位论文 c h a r a c t e r k e y w o r d s ：t o u c hs c r e e n ；c h a r a c t e re x t r a c t i n g ；a n a l y s e o fa l g o r i t h m ； c h i n e s ec h a r a c t e rl i b r a r y i v 目录 目录 摘 要i a b s t r a c t i i i 目 录v 第l 章绪论l 1 1 课题背景及意义。l 1 2 发展概况及现状3 1 2 1 发展历史概况3 1 2 2 现状4 1 3 研究的困难与挑战5 1 3 1 研究的难点5 1 3 2 汉字特点6 1 4 手写识别的应用领域7 1 5 论文结构及章节安排一8 第2 章嵌入式系统实验环境搭建与配置。9 2 1a r m 处理器9 2 1 1 $ 3 c 2 4 1 0 x 处理器结构9 2 1 2 $ 3 c 2 4 1 0 x 处理器系统管理9 2 1 3j x a l t m 9 - 2 4 1 0 硬件资源分配1 0 2 2 实验平台的搭建1 2 2 2 1 硬件平台连接1 2 2 2 。2 超级终端设置13 2 3 试验环境的配置1 5 2 4 工程编译与调试2 3 2 4 1 工程编译2 3 2 4 2 工程调试2 3 第3 章笔迹的输入与显示2 5 3 1 触摸屏坐标的获取2 5 3 2 坐标校准3 3 3 3 笔迹的显示3 5 3 3 1l c d ( l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ) 3 5 3 3 2l c d 的显示3 7 第4 章嵌入式系统中的手写识别3 9 4 1 预处理4 0 4 1 1 信息获取4 0 4 1 2 滤波算法原理4 l 4 1 3 平滑算法原理4 3 4 1 4 归一化。1 4 4 2 结构特征提取4 6 4 2 1 结构化识别原理一4 7 4 2 2 笔段特征提取4 8 4 2 3 笔画的识别5 3 4 3 汉字库5 5 4 3 1 汉字内码与区位码转换5 5 4 3 2 汉字库的建立5 5 v 武汉工程大学硕士学位论文 4 4 分类器设计5 8 第5 章实验验证6 l 5 1 工程编译6 l 5 2 结果验证6 3 第6 章总结6 7 参考文献6 9 攻读硕士学位期间发表的论文。7 3 致谢。7 5 v i 第l 章绪论 随着人类社会步入信息化时代，各个国家和民族的发展很大程度上 取决于信息产业的发展速度，使得与信息相关的事业和产业发展都受到 社会的广泛关注，特别是作为人类信息交流平台的文字，吸引了众多人 的目光，与文字相关识别技术的发展速度也成为信息最重要最集中的体 现。在研究难度方面，以汉字识别技术的研究最为困难，这不仅是由于 汉字所固有的特点所决定，而且与人的主观输入所关联，汉字识别技术 的缓慢发展在一定程度上阻碍了国家的进步和发展。这使得开发一套识 别率高，识别速度快的汉字识别系统迫在眉睫。下面就针对汉字手写识 别相关的问题做一个简单的回顾和介绍。 1 1 课题背景及意义 汉字作为中华民族的瑰宝，已有数千年的历史，它是我国灿烂文化 形成和发展的一个伟大见证，对我们认知和学习这个社会都发挥着极为 重要的作用。然而，在如今这个高速信息化、产业化的社会里，由于汉 字的非字母化和非拼音化，使得如何快速高效的进行汉字录入，已经成 为人际交互的一个瓶颈。围绕这个问题，人们提出了很多的解决方案。 首先是汉字编码方案的出现，使得熟记编码进行键盘录入，曾经一度成 为汉字输入的唯一模式，但是汉字编码，无论是音码还是形码，对于一 般人来说，都存在或多或少的问题，比如说音码虽然好掌握，但是对于 一些发音不准的人来说，输入就会出错，而且读音相似的字太多，效率 低下，不会读音的字也就无法输入了；形码虽然可以高速输入，但也仅 仅只是适用于有稿输入，对于无稿录入人员来说也存在不便，而且形码 都没有一定的规范和标准，种类多，大都需要系统的记录各种拆分方案， 学习起来非常困难。此外，不管是音码还是形码输入，都是基于键盘的， 但是现如今大量嵌入式设备的涌现，使得各个领域的很多产品都袖珍到 武汉工程大学硕士学位论文 容不下键盘的程度，如掌上电脑p d a ，三载机，学习机等等，编码也就 无用武之地了。 此外，在我们的社会中，每天都有数以亿计的汉字需要手工输入和 处理，并且随着信息交流的不断强化，这种需求逐年猛增。无论是办公， 还是日常生活，都需要将汉字转变为计算机内部可以识别保存的形式， 方便信息的传输和交流。试想如果这么庞大的工作量以人工输入来完成， 工作效率显然低下，远远不能满足人们对高质量、高速度汉字信息处理 的需求，因此，一种新的汉字输入方法( 汉字的机器识别) 被迫切呼吁， 该工程也被赋予了广泛的实用价值和应用前景。 随着计算机的普及和计算机技术的飞速发展，一种完全以平常的习 惯为输入方式的汉字输入方法联机手写汉字识别诞生了。这种汉字识别 方法首先把要输入的汉字通过手写板或其它的介质进行输入，通过手写 板来记录笔尖运动的轨迹，然后按时间进行采样，最后发送到计算机， 并由相关的计算机软件进行识别，并将识别信息保存到计算机内部。 联机手写汉字输入，改变了以前需要记忆音码、汉字编码拆分和以 键盘作为唯一输入方式的缺点，特别适合普通人使用，但是这种输入方 式还有待人们的考验，具体来说就是要在保证识别率的基础上，对使用 者的限制要小。就目前的发展来看，这一技术虽然广，但还没有成熟， 特别是对自然书写的识别率还没有达到实用的要求。由于汉字种类多， 字形结构复杂，书写人各种不同的书写风格差异等等使得汉字的识别率 不是很高，识别也比较困难，正因为如此，使得对汉字的书写规则也有 了很多的限制，没有真正达到自由输入。目前，汉字识别还不能很好的 满足需求，还需要进一步的开发和完善，存在很大的发展空间。各个领 域都需要开发出一套适时性强，能够满足识别精度，存储需求，识别速 度等条件的产品，使得识别率大大提高，能够满足社会上的各种需求。 汉字识另l j ( c h i n e s ec h a r a c t e rr e c o g n i t i o n ) 作为模式识别的一个分支，简 单来说就是用相关的软件技术对汉字进行特征的抽取，然后跟存放在机 第1 章绪论 器内部的汉字字库进行比较判别，将汉字自动转换成某种代码如国际区 位码的一种技术。通俗地说，汉字识别就是指用计算机自动识别印在纸 上或写在手写板( 或别的介质上) 的汉字。根据应用情况的不同，汉字识别 技术可以分为印刷体识别和手写体识别技术【l 】。印刷体汉字识另 ( p r i n t e d c h i n e s ec h a r a c t e r sr e c o g n i t i o n ) 是识别已印刷在纸上的各种印刷体汉字。而 手写体识别按照识别对象的不同又可以分为脱机( o f f - l i n e ) 和联机( o n 1 i n e ) 两种。脱机手写体识别是通过扫描仪或摄像机将写在纸上的字符转化为 计算机能处理的信号，它处理的是二维的汉字点阵图像；而联机手写体 识别则通过专用的数字板或数字仪实时地采集书写信号，它是以人工方 式实时的进行汉字输入，通过数字板把笔画转变为一维的电信号，而最 终输入到计算机的是一组记录笔尖运动轨迹的坐标序列，这组序列反映 了汉字笔画数目，走向，笔段，书写速度等信息。由于手写体汉字变形 较大和结构上不确定性大，故从识别技术的难度来说，手写体识别的难 度高于印刷体识别。 1 2 发展概况及现状 1 2 1 发展历史概况 我国对汉字识别技术的研究起始于八十年代初，其发展主要经历了 三个阶段： 第一阶段是识别方法探索阶段【2 】( 1 9 7 9 1 9 8 5 年) ，这一阶段主要是 在对数字、英文、符号识别研究的基础上，对汉字识别方法进行了相关 的探索，提出了一些关于汉字的算法和识别方案，也成功研制了初级的 模拟识别系统，如清华多字体印刷汉字识别系统和沈阳印刷汉字识别系 统，但是这些成果没有正式转化为产品。标志性成果为1 9 8 5 年的第一个 印刷体汉字识别系统通过鉴定。这个阶段漫长，成果不多，但孕育了下 一阶段的丰硕果实。 武汉工程大学硕士学位论文 第二阶段为汉字识别系统研制阶段【2 】( 1 9 8 6 1 9 8 8 ) ，这一阶段汉字识 别技术蓬勃发展，印刷体汉字识别技术也在这一时期成熟。1 9 8 6 年第一 个联机手写汉字识别系统也通过鉴定。这些系统识别率达到了实用要求， 可识别楷体、黑、仿宋、宋等字体，识别速度达到了1 0 - 1 4 字秒，但由 于印刷体文字模糊、笔画粘连、黑白不均等因素的影响，使得这些系统 对文字形状变化的适应性和鲁棒性差，对用户的实际文本识别率也大打 折扣。但这却为汉字识别系统走向实用化打下了坚实的基础。 第三阶段是印刷体和联机手写汉字识别走向实用化阶段( 1 9 8 9 以 后) 。19 8 9 年第一个脱机手写汉字识别系统通过鉴定标志着汉字o c r 技 术的成果开始走向市场，走上实用化的阶段。这一阶段推出了很多汉字 识别的新算法和新技术，印刷体汉字识别也有了四五个系统，如清华大 学的t h o c r ，国家智能计算机研究开发中心的n c o c r 等，这些系统 识别率高达9 9 识别速度也达到2 0 4 0 字秒，可以识别常用的4 0 0 0 多个不同体、不同号的汉字，而且它们对笔顺无限制或少限制，有一定 的连笔识别能力。 1 2 2 现状 虽然我国手写汉字识别技术相对起步较晚，但是已经达到了国际先 进水平。目前，我国汉字识别研究非常活跃，很多产品已进入市场。眼 下印刷体汉字识别系统对实际文本的识别率一般达9 4 9 8 ，识别速度为 每秒5 l o 个字；联机手写汉字识别系统的识别率最高达9 5 ；脱机非特 定人手写汉字识别率最高达8 5 ，速度l 字秒；脱机特定人手写汉字识 别率达8 5 9 3 。速度3 5 字秒。其中，前两个系统已经达到实用化要 求。但是，在o c r 技术研究发展上，特别是汉字o c r 技术的实用性和 被广大用户采纳接受方面，还有不少问题需要进一步解决，主要包括三 个方面： ( 1 ) 识别系统总体性能进一步提高。提高识别率和系统的鲁棒性：利 第1 章绪论 用自然语言理解知识进行识别后处理，降低汉字的误识率等等。 ( 2 ) 充分利用i n t e m e t 网络上的资源及计算能力，提高系统的性能，使 用户能够更方便地协同工作。 ( 3 ) 扩大o c r ( o p t i c a lc h a r a c t e rr e c o g n i t i o n ) 核心技术的应用范围，开 发更多的应用系统，并将研究成果迅速转化为产品，提高软件的商品化 水平。 总之，我国印刷体汉字识别和联机手写汉字识别已进入实用阶段， 其技术水平和当前世界最高水平并驾齐驱。但国内技术人才应该充分发 挥对汉字文化的认识和了解，把这个充满浓厚文化特色的技术课题掌握 在自己手中。 1 3 研究的困难与挑战 这几年，手写体汉字识别正向实用化艰难地前进。今后对汉字识别 的研究仍是手写体汉字识别的一个重要课题。由于手写汉字输入的开发 需要运用到各方面的知识，所以在开发的过程中，难度较大，并且需要 对汉字特征，图像处理，模式识别等各个专业知识都要有很深入的研究， 特别现在对于嵌入式系统中的手写识别开发，对硬件更需要深入的了解。 1 3 1 研究的难点 目前的汉字识别技术对于工整书写的汉字识别率高，达到了实用水 平，但是，对自然书写的汉字识别率却显得不尽如人意，这也是联机手 写汉字识别技术的难点。具体的来说有以下四个方面： 1 笔顺问题 对于不同的人，书写习惯不同，笔画的书写顺序也不尽相同，例如 “女 字，正规的书写方法应该是撇折，撇，最后横，有些人却先写横， 然后撇折，撇，所以对汉字的识别，单纯的通过串匹配的方法很难达到 理想的识别效果，必须同时采用其它的方法进行识别，这也增加了汉字 武汉工程大学硕士学位论文 匹配的难度和时间开销。 2 连笔问题 现如今，一方面为了节省时间，另一方面为了追求艺术效果，人们 在写字时都喜欢写连笔字，有些字体甚至脱离了基本的框架。虽然连笔 具有实用和艺术价值，但是对于汉字的结构识别而言，连笔不仅加大了 笔画的种类，难以归纳，同时也加深了笔段提取的难度，因为连笔都会 引起笔段冗余，造成笔段基本结构的变形和方向涣散，难以进行特征的 提取，这也对于汉字的结构识别提出了更高层次的要求。 3 相似字问题 汉字字库量大，种类繁多，也存在很多的相似字，难以区分，比如 最常见的“已 和“己 、“千 和“干、“人 和“入”等等都只存在 一些细微的差别，由于手写输入的变形，这些微小的差别很有可能被识 别软件所湮灭，如何提取有用的特征进行微小差别的识别，这也是一个 研究的重点和难点。 4 鲁棒性问题 鲁棒性【3 】也称为抗干扰能力，这对于联机手写识别的性能测试有非常 重要的意义。在手写录入的时候，字体笔画的变形和断裂，连笔所引起 的冗余，字体的大小和位置变动对汉字特征的提取、识别都会有很大的 影响，造成识别错误，这也是传统的结构识别方法抗干扰能力差的原因。 为了保证识别率，提高识别的性能，加强汉字识别系统的鲁棒性也成为 整个识别系统设计得重要环节。 此外，在识别过程中，为了保证识别率和识别速度，汉字如何输入， 笔迹如何显示，汉字特征如何提取，汉字库如何建立等等都是工作的重 点和难点，这也是本文将要解决的问题。 1 3 2 汉字特点 在嵌入式系统手写识别开发过程中，汉字固有的特点很大程度上也 第1 章绪论 影响着整个系统的开发，特别是对特征的提取和识别率。其固有的特点 主要表现在： 1 汉字类别多【4 】，常用的汉字就约3 0 0 0 , - - 4 0 0 0 个，在标准汉字库 g b 2 31 2 中，第一级汉字都有3 7 5 5 个，总的汉字达6 7 6 3 个。根据地区和 区域的不同，汉字的类别就更多了，所以汉字的识别属于大类别的识别 问题，其种类的繁多也必定会降低汉字识别的识别速率和系统实时性。 2 汉字字形结构复杂。汉字是一种结构性非常强的文字，每个字都有 固定的笔画组成。一个字可以由单个或多个字根组成，按照字根的位置， 汉字字形又可以分为如独体型、上下型、左右型、内外型和混合型等【5 1 。 3 汉字集合中相似字较多，上一小节中已经有所描述，这里就不再具 体展开了。 4 不同人的书写风格造成不同的字形变化，具体表现在：基本笔画横 不平，竖不直，折线变成弧等；笔画不规范，连笔严重；笔画之间，字 根之间结构变化等等。 因此，为了保证识别率和识别速度，就要求汉字的输入者尽量书写 工整，少连笔，当然对汉字手写识别的开发也要进一步的改进和完善。 1 4 手写识别的应用领域 汉字识别是一个新兴的产业，它在各个领域都有极大的市场潜力， 主要应用于日常生活，办公自动化，嵌入式设备等等，产业覆盖面广。 汉字识别最直接的用途就是汉字输入，它能很好的满足那些需要对 大量汉字进行录入的单位，如印刷厂，报社，杂志出版社等，很大程度 上降低了汉字录入时间和人力支出，提高了单位效率。此外，汉字识别 还广泛应用于邮政，证券，银行，保安等部f - i t 6 1 。 在嵌入式领域中，汉字手写识别应用更为广泛，因为嵌入式产品绝 大部分都设计简洁，规格小，属于便携式产品，一般都没有足够的空间 来进行键盘的输入设计，而是利用触摸屏或手写板来进行汉字输入，例 武汉工程大学硕士学位论文 如手机，p d a ，g p s 导航设备等等都运用到嵌入式手写汉字识别技术。 此外，汉字手写识别还运用于各种信息终端、数据终端，智能移动终端 等嵌入式产品中。 1 5 论文结构及章节安排 本文首先介绍a r m 处理器的体系结构和硬件资源的分配，讲解了如 何对实验环境进行搭建与配置，然后根据嵌入式系统中的硬件资源，提 出了在触摸屏上进行汉字笔迹的输入和显示方法，再结合相关的一些汉 字识别技术，提出了嵌入式系统中汉字识别的设计与实现，并给出了相 关的设计和实现方法，最后通过实验验证了设计成果。全文内容安排如 下： 第一章概述了汉字手写识别研究的背景意义、历史发展和应用领域 等，说明了论文研究的难点。第二章介绍了a r m 的体系结构和汉字识别 环境的配置与搭建。第三章提出了在触摸屏上进行汉字笔迹的输入与显 示，以及触摸屏与液晶屏之间的坐标变换公式，实现了笔画在触摸屏上 的输入和液晶上的显示功能，为下一步的汉字识别做好了准备工作。第 四章给出了具体嵌入式系统中汉字识别的方法和实现过程，包括汉字的 预处理，特征提取，分类，识别，汉字库的建立等，完成了对汉字识别 的整体设计与实现。第五章对本文所研究的汉字识别系统进行了编译和 实验验证。第六章对论文的主要工作进行了总结，提出了以后对该系统 的进一步深入研究的方案和对未来汉字识别技术的展望。 第2 章嵌入式系统实验环境搭建与配置 第2 章嵌入式系统实验环境搭建与配置 2 1a r m 处理器 a r m 公司开发了很多系列微处理器核，其中以a r m 7 系列、a r m 9 系列、a r m 9 e 系列、a r m l 0 系列、s e c u r c o r e 系列应用最为广泛【刀。 本文所选用的实验环境就是j x a r m 9 2 4 1 0 的实验箱，它的微处理器为 $ 3 c 2 4 1 0 x ，是一款由s a m s u n ge l e c t r o n i c sc o l t d 为手持设备设计的低 功耗、高度集成的微处理器。芯片中集成了1 6 k b 指令c a c h e 、1 6 k b 数 据c a c h e 、m m u 、外部存储器控制器、l c d 控制器( s t n 和呵) 、 n a n df l a s h 控制器、4 个d m a 通道、3 通道u a r t 、1 个1 2 c 总线控 制器、1 个i i s 总线控制器，以及4 通道p w m 定时器和一个内部定时 器、通用i o 口、实时时钟、8 通道1 0 位a d c 和触摸屏接口、u s b 主、 u s b 从、s d m m c 卡接口等部件以降低系统总成本和减少外围器件。 2 1 1 $ 3 c 2 4 1 0 x 处理器结构 1 a r m 9 2 0 t 核，1 6 3 2 位r i s c 结构和a r m 精简指令集； 2 a r mm m u ，支持w i n c e 、e p o c 3 2 和l i n u x 等操作系统； 3 指令c a c h e 、数据c a c h e 、写缓冲； 4 支持a r m 调试结构，片上i c e 支持j t a g 调试方式； 5 内置先进微控制器总线接口( a m b a ) 。 2 1 2 $ 3 c 2 4 1 0 x 处理器系统管理 1 支持大端( b i ge n d i a n ) 小端( l i t t l ee n d i a n ) 模式； 2 地址空间：每个b a n k1 2 8 m b ( 一共1 g b ) ，每个b a n k 支持8 1 6 3 2 位数据总线编程； 3 8 个内存b a n k ：6 个用于r o m a 、s r a m 和其它，2 个用于 武汉工程大学硕士学位论文 r o m a s r a m s d r a m ： 4 1 个起始地址和大小可编程的b a n k ( 7 ) 和7 个起始地址固定的 b a n k ( o 6 ) ： 5 所有内存b a n k 可编程寻址周期； 6 支持s d r a m 自动刷新模式； 7 支持多种类型r o m a 启动，包括：n o r n a n df l a s h 、e e p r o m 在盔 号手o 2 1 3j x a r m 9 2 4 1 0 硬件资源分配 j x a r m 9 2 4 1 0 目标处理器采用三星的$ 3 c 2 4 1 0 x 处理器，其系统 的硬件部分包括：基本模块、调试模块、通讯模块、人机交互模块、a d 、 d a 模块、工业控制模块、d e c f s d 瓜n 厦c 接口模块、g p r s 模块、 g p s 模块【引。开发平台采用武汉创维特信息技术有限公司的a d t 集成 开发环境( 简称a d ti d e ) ，嵌入式开发的所有过程都可以在该环境下 完成。a d ti d e 采用了一个通用的界面，可以非常方便的进行工程管理、 编辑、编译、链接和调试。 1 地址空间分配以及片选信号定义【8 1 如下表2 1 所示 表2 - 1j x a r m 9 2 4 1 0 地址空伺分配表 地址区间 说明数据宽度( 位)读写 f l a s h 存储器地址： o x 0 0 0 0 0 0 0 0 叫奴o o1f j f f 盯3 2洲 t e 2 8 f 1 2 8 ：1 6 m 字节宰2 0 xl0 0 c 0 0 0 0 0 xl0 0 c 0 0 f fi d e 读写地址空间8 1 6i v w o x 2 8 0 0 0 0 0 0并口控制寄存器8w o x 2 8 0 0 0 0 0 0并口状态寄存器8 r 0 x 2 8 0 0 0 0 0 2并口数据缓存器8洲 0 x 2 8 0 0 0 0 0 4控制寄存器08w o x 2 8 0 0 0 0 0 6控制寄存器18w o x 2 8 0 8 0 0 0 0 控制寄存器2 8w s d r a m 存储器地址空间： 0 x 3 0 0 0 0 0 0 0h y 5 7 v 5 6 1 6 2 0 ：3 2 m 字节 3 2洲 宰2 第2 章嵌入式系统实验环境搭建与配置 2 外部中断分配如下表2 - 2 所示 表2 - 2j x a r m 9 2 4 1 0 外部中断分配表 中断口说明 i n t o i d e 中断 i n t l扩充口中断 d 兀2 中断测试 i n t 3 中断测试 i n t 4 网口中断 i n t 5c a n 中断 i n t 7 p s 2 键盘中断 t 8 p s 2 鼠标中断 3 a d 端口分配如下表2 - 3 所示 表2 - 3j x a l 瑚9 2 4 1 0a d 端口分配表 a d 口说明备注 心o a d 采集口测试0用于a d 测试 a i n l a d 采集口测试i用于a ，d 测试 心5 采集触摸屏的y 坐标用于触摸屏 心7 采集触摸屏的x 坐标用于触摸屏 4 r a m 空间组织 存储空间的定制是嵌入式系统开发的一个特色，我们可以根据自己 的需要自行规定内存的使用。在a r m 9 2 4 1 0 系统中，s d r a m 地址范围 从0 x 3 0 0 0 0 0 0 0 - 0 x 3 3 f f t t f f 共6 4 m b y t e s 。在不同的程序中，s d r a m 空间 范围被分配成不同的区域用于不同的用途，下表2 4 是程序块所用的一 个默认分配方式，它的代码空间和数据空间分配如下所示： 表2 - 4 用户程序s d r a m 空间分配表 开始地址结束地址用途 o x 3 0 0 0 0 0 0 00 x 3 3 i f 0 0 0 0 程序区 0 x 3 3 i f 0 0 0 00 x 3 3f f 8 0 0 0 栈 0 x 3 3 脚o0 x 3 3 脚 中断向量表 5 f l a s h 空间组织 f l a s h 地址范围从o x 0 0 0 0 0 0 0 0 一o x o l f f f f f f 共4 m b y t e s 。其空间组织 如下表2 5 所示： 武汉工程大学硕士学位论文 表2 - 5f l a s h 空间分配表 开始地址结束地址用途 o x 0 0 0 0 0 0 0 00 x 0 0 0 4 0 0 0 0b o o t l o a d e r ( u - b o o t ) 代码 0 x 0 0 0 4 0 0 0 00 x 0 0 0 8 0 0 0 0u - b o o t 环境变量 o x 0 0 0 8 0 0 0 00 x 0 0 1 0 0 0 0 0 用户程序区 o x 0 0 1 0 0 0 0 0o x 0 0 2 0 0 0 0 0 l i n u x 内核映像文件z i m a g e l i n u xr a m d i s k 映像文件 0 x 0 0 2 0 0 0 0 00 x 0 0 6 0 0 0 0 0 r a m d i s k g z 0 x 0 0 6 0 0 0 0 00 x 0 1 0 8 0 0 0 0 用户程序数据区 0 x o l 0 8 0 0 0 00 x o l 8 0 0 0 0 0j f f s 2 c ra 伍s 0 x 0 18 0 0 0 0 00 x 0 1 麟 用户程序数据区 2 2 实验平台的搭建 2 2 1 硬件平台连接 嵌入式系统的汉字手写输入开发硬件平台包括笔记本一台， 图2 - 1 硬件平台示意图 第2 章嵌入式系统实验环境搭建与配置 2 2 2 超级终端设置 1 、运行w i n d o w s 操作系统下的超级终端9 1 ( h y p “n i n a l ) 应用程 序，如下图2 2 所示，新建一个终端通信，取名为j x a r m 9 2 4 1 0 。单击 “确定”按钮。 图2 吃新建超级终端 2 、选择终端连接串口，如串口l ，具体设置如下图2 3 所示。 图2 - 3 串口选择 3 、通信格式和协议的设置如下图2 4 所示 武汉工程大学硕士学位论文 图2 - 4 通信协议和格式设置 4 、设置完成超级终端后，使用串口连接线连接设定的计算机串口 与j x a r m 9 2 4 1 0 3 的串口o ，将j x a r m 9 2 4 1 0 上电，看超级终端中是 否有打印信息，如果有，则表示配置正确，其正确配置如下图2 5 a 所示。 若配置错误( 如每秒位数选择错误) ，打印信息将出现乱码，如下图2 5 b 图2 - 5 超级终端连接打印信息 第2 章嵌入式系统实验环境搭建与配置 2 3 试验环境的配置 由于嵌入式系统的可定制性，使得嵌入式系统的设置变得比较复 杂，通过设置可以明确地定义软件的代码组织、数据组织、规定程序入 1 2 1 等。选择菜单“p r o j e c t 的“s e t t i n g 子菜单，如图2 - 6 ，这是一个包含多 页的对话框，我们可以对工程的各个部分进行相应的设置，操作步骤如 下： 图2 6a d ti d e 工程设置对话框 1 g e n e r a l 设置 g e n e r a l 页包括调试器的选择以及回复缺省配置参数功能，如图2 - 6 所示。在d e b u g g e rd e v i c e 下拉式列表中选择调试设备。它提供了三个版 本的调试设备，软件仿真版本( s o f t s i m ) 、并口a r m 7 调试设备 a r m 7 l p t 以及并口a r m 9 调试设备a r m 9 l p t 。对于具体硬件调试设 备还需要进一步选择通讯端口。通过按钮r e s e tc o n f i g 可以将当前选择 的配置方案复位到缺省配置。 2 d e b u g 设置 a “d o w n l o a dc a s e ”选项为用户提供了两种下载调试文件的途径。 “b u i l dc a s e 编译设置方案 和“c u s t o m i z e dc a s e 客户配置方案 。在前一种 武汉工程大学硕士学位论文 方案中，集成调试环境将选择当前工程的输出文件( e l f 文件) 为程序 下载文件和调试信息文件，此时，“c u s t o m i z e dc a s e 以及“e n d i a n ”中的选 项均不可设置。如果选择客户配置方案，则上述选项可以由用户进行设 置。具体配置如下图2 7 所示。 图2 7a l y ri d e 工程设置d e b u g 页对话框 b “d o w n l o a dv e r i f y 选项用于设置程序下载到目标板后是否进行 校验。 c “d o w n l o a d e df i l e 选项用于设置下载到目标板的程序文件名。它 只有在“d o w n l o a dc a s e 设置为“c u s t o m i z e dc a s e 客户配置方案 时可编 辑。 d “t oa d d r e s s 选项用于设置程序下载到目标板地址，支持十进制 和十六进制编辑，如“1 2 3 4 5 6 ”或“0 x 0 2 0 0 0 0 0 0 。它只有在“d o w n l o a dc a s e 设置为c u s t o m i z e dc a s e 客户配置方案时才可以编辑。 e “e n d i a n ”用于设置处理器当前所支持的存储区字节排列方式是 b i ge n d i a n 还是l i t t l ee n d