（计算机科学与技术专业论文）数码相框的设计与实现.pdf

中文摘要 摘要 数码相框( d i g i t a lp h o t of r a m e ) 是展示数码照片而非纸质照片的相框。随着 数码相机的发展，数码相框也逐渐的发展起来，它比普通的相框灵活，更有动感。 它可以从s d 卡或者其他的存储设备中获取相片，通过液晶屏显示出来，还可以方 便的切换照片，使照片的浏览更加生动，作为装饰品可以使家庭的摆设更有创意 和个性。但由于价格还比较昂贵以及东西方文化的不同，在西方十分流行的数码 相框，在中国还不是很普及，主要还是作为礼品相互赠送。但随着价格的下降， 宣传力度的加强，2 0 0 9 年数码相框市场有望进入快速发展的阶段。 本设计方案采用了i n t e lx s c a l ep x a 2 7 0 处理器作为主控制器，w i n c e 5 0 作为 操作系统。相片的存储设备使用s d 卡，可以十分方便的把数码相机中的s d 卡取 下来并在数码相框上播放，图片的显示是通过w i n c e 5 0 中的c o m 组件i l m a g e 实现的，该组件可以显示b m p 、g i f 、j p e g 等多种格式的图片，对不同像素图片 的支持也很灵活。在本方案中，处理器功能强大并且接口十分丰富，再加上有 w i n d o w sc e 操作系统作为应用程序与硬件的中问层，使得应用程序的开发比 较简便，功能的扩充也十分方便，只是价格有些昂贵。 本方案的开发实现了顺序并循环的读取s d 卡中的图片文件并在液晶屏上显 示出来。设计了6 个按键，可以通过按键一张一张的显示图片，也可以经过一定 的时间间隔自动的显示下一张图片。还实现了从上向下扩展、从中间向四周扩展、 同时显示4 张等大小相同图片等动态显示效果。可以在显示图片的同时播放背景 音乐，还可以通过带蓝牙的手机向本数码相框传输图片，由u s b 蓝牙适配器接收 图片。 关键词：数码相框；i i m a g e 组件；s d 卡；u s b 蓝牙适配器 英文摘要 a b s t r a c t d i g i t a lp h o t of l a m ei sap h o t of r a m et h a td i s p l a y sd i g i t a lp h o t o sr a t h e rt h a np a p e r p h o t o s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fd i g i t a lc a m e r a s ，d i g i t a lp h o t of r a m ea l s od e v e l o p e d g r a d u a l l y i ti sm o r ef l e x i b l ea n dm o r ed y n a m i ct h a na c o m m o nf l a m e i to b t a i n sp h o t o s f r o mt h es dc a r do ro t h e rs t o r a g ed e v i c e sa n dd i s p l a y sp h o t o st h r o u g hl c d i ti sv e r y c o n v e n i e n tt os w i t c hp h o t o s i ti sm o r ev i v i dt ob r o w s e rp h o t o s a sad e c o r a t i o no f h o u s e ，i ti sv e r yc r e a t i v ea n dp e r s o n a l i z e d h o w e v e r ，b e c a u s ep r i c e sa l es t i l la l i t t l eh i g h ， a sw e l la st h ed i f f e r e n tc u l t u r e sb e t w e e ne a s ta n dw e s t ，d i g i t a lp h o t of r a m ei sv e r y p o p u l a ri nt h ew e s t ，n o t i nc h i n a i ti sm a i m yu s e da sa 酉ri nc h i n a 。h o w e v e r ，w i t h t h ed e c l i n eo fp r i c ea n dt h es t r e n g t h e n i n go fp u b l i c i t y ，t h em a r k e to fd i g i t a lp h o t of r a m e i n2 0 0 9i se x p e c t e dt od e v e l o pr a p i d l y t h i sd e s i g nu s e si n t e lx s c a l ep x a 2 7 0p r o c e s s o ra st h em a i nc o n t r o l l e r ，w i n c e 5 0a st h eo p e r a t i n gs y s t e m a n ds dc a r da st h es t o r a g ed e v i c e i ti sv e r yc o n v e n i e n tt o d i s p l a yp h o t o sw i t ht h es dc a r di nad i g i t a lc a m e r a t h ep h o t o sa r ed i s p l a y e dt h r o u g h t h ei l m a g ew h i c hi sac o m p o n e n ti nw i n c e 5 0 t h ec o m p o n e n tc a nd i s p l a yb m p i m a g e s ，g i fi m a g e s ，j p e gi m a g e sa n ds oo n t h es u p p o r tf o rd i f f e r e n tp i x e l so ft h e p i c t u r e si s a l s ov e r yf l e x i b l e t h i sd e s i g nh a sav e r yp o w e r f u lp r o c e s s o ra n de n o u g h i n t e r f a c e s i ta l s oh a st h eo p e r a t i n gs y s t e mo fw i n c ea st h em i d d l el a y e rb e t w e e nt h e a p p l i c a t i o na n dh a r d w a r e i tm a k e st h ed e v e l o p m e n to fa p p l i c a t i o ns i m p l e ra n dt h e e x p a n s i o no ff u n c t i o n s m o r ec o n v e n i e n t b u tt h ep r i c ei sal i t t l eh i g h t h i sd e s i g ni m p l e m e n t st h er e a d i n go fp i c t u r ef i l e sf r o ms dc a r da n dd i s p l a y st h e p i c t u r e so nl c ds c r e e n i th a s6b u t t o n s y o uc a l ld i s p l a yap i c t u r ea f t e ra n o t h e r a u t o m a t i c a l l yo ru s i n gab u t t o n ，f r o mu pt od o w no rf r o mc e n t e rt ot h es u r r o u n d i n g y o u c a nd i s p l a y4s a m ep i c t u r e sw h i c hh a v et h es a m es i z ea tt h es a m et i m e y o uc a nd i s p l a y p i c t u r e sw i t hb a c k g r o u n dm u s i c y o uc a na l s os e n dap i c t u r et ot h i sd i g i t a lp h o t of r a m e w h i c hh a sau s bb l u e t o o t ha d a p t e rt h r o u g ham o b i l ep h o n ew i t hb l u e t o o t h k e y w o r d s ：d i g i t a lp h o t of r a m e ；l l m a g ec o m p o n e n t ；s dc a r d ；u s bb l u e t o o t h a d a p t e r 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， 撰写成博硕士学位论文 ：数码担框的遮让生实现= = 。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：缝 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。 不保密口( 请在以上方框内打“4 ) 论文作者签名：衔 ：凋冬讯 日期：2 印产月2 日 数码相框的设计与实现 第1 章绪论 1 1 课题来源及研究意义 数码相框最早出现在美国，是播放数码照片的新式相框。由于消费者有强烈的愿望 把自己的经历拍摄成影像并保存下来，因此数码相机在近些年飞速发展，解决了传统相 机的局限性。人们可以在p c 中保存大量的数码照片。但如何以更时尚、更美观、更生 动的方式浏览和展示照片，数码相框的出现满足了这一需求。 目前在中国，数码相框并没有被人们广泛熟知，一方面是由于很多中国人并没有在 家里或者是办公室摆放家人照片的习惯，另一方面也是由于数码相框价格还比较昂贵， 并且功能没有太多创新。但数码相框具有十分刚性的用户需求，再加上生产数码相框并 没有太高的技术要求，未来的市场和产业一定会十分壮大。 当前由于液晶屏的价格相对稳定，占生产成本的6 0 1 1 1 ，使数码相框的价格也很难 大幅下降，因此外观的时尚和功能上的创意就格外重要，高端的产品将会是未来的市场 主流。本数码相框方案正是定位在多功能并且可快速开发的角度上，采用了高性能、低 功耗的i n t e lx s c a l ep x a 2 7 0 处理器。它有十分丰富的接口，可以很方便的实现多种应用 的开发，再结合w 1 n c e 5 0 操作系统，使得对硬件的大量操作由操作系统来完成，应用 程序的开发更加方便和快速，可以使产品更加快速的推向市场。根据市场的反映，再进 行产品的调整，进而可以实现产品的客制化，使消费者选择想要的功能和外观，实现生 产的精细化，大大的提高了生产效率。 1 2 论文所做的工作及论文结构 1 2 1 论文所做的工作 1 ) 方案设计 本数码相框主控制器选择i n t e lx s a l ep x a 2 7 0 ，w i n c e 5 0 作为操作系统，使用s d 卡作为图片的存储设备，通过取出数码相机中的s d 卡并插入数码相框的s d 卡的插槽 即可播放图片，实现图片从上向下展开、从中央向四周展开，同时显示4 幅等大小相同 图片等动态效果，定时显示下一幅图片或者按键显示下一幅图片。还实现通过带蓝牙功 第1 章绪论 能的手机向数码相框发送图片，接收并显示此图片以及背景音乐的播放。一共设计了6 个按键，功能分别是循环显示下一张图片、开启和关闭定时显示图片、调整定时间隔、 播放背景音乐、切换背景音乐，通过动态效果显示图片。 2 ) 具体实现 首先搭建开发平台，本方案的硬件平台使用了基于p x a 2 7 0 处理器的嵌入式开发平 台并选择了1 g b 的s d 卡、u s b 蓝牙适配器以及u 盘，由于使用交叉编译的方式，在 连接好p c 机与开发板之间的线路后，先将b o o t l o a d e r 烧写进开发板，然后将通过 p l a t f o r m b u i l d e r5 0 定制好的w i n c e 内核n k b i n 烧写进开发板，然后便启动w i c n e 操 作系统。接着就使用e v c 来开发应用程序，在应用程序中实现对s d 卡插入的响应，从 s d 卡中顺序的读取图片文件并通过w i n c e5 0 中的c o m 组件i l m a g e 显示图片。对按 键的支持是通过将按键的物理地址映射到内存空间中，然后判断是哪个键按下并实现相 应的动作。音频的播放是通过d i r e c t s h o w 实现的，还可以进一步实现视频的播放。通过 蓝牙传输图片需要在w i n d o w sc e 内核中加载对u s b 蓝牙适配器的驱动。 1 2 2 论文结构 本论文共6 章 第1 章绪论。对论文的课题来源，研究意义以及所做的工作进行介绍。 第2 章数码相框需求分析。介绍了数码相框方案的背景及目的并且对数码相框 方案要实现的功能进行了分析。 第3 章数码相框方案概要设计。介绍了数码相框方案的硬件平台，软件环境( 包 括操作系统环境和应用编程环境) 以及方案的总体设计。 第4 章数码相框方案的具体实现。介绍了操作系统的订制、如何显示图片、图 片显示的动态效果、对s d 卡和按键的支持、音频的播放、通过蓝牙传输图片。 第5 章可扩展功能分析。对本方案可以扩展的功能进行分析。 第6 章总结与展望。对本文工作进行总结并对方案的发展进行展望。 1 3 本章小结 本章主要介绍了论文的课题来源及研究意义，论文所做的工作和论文结构。 数码相框的设计与实现 第2 章数码相框需求分析 2 1 数码相框方案背景及目的 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用系统 对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。数码相框就是一种嵌 入式系统。它是随着数码摄像和数字显示技术的进步而发展起来的一种用于显示存储在 数字媒体中的数码影像信息的终端设备。随着数码相机的流行，拍照手机的问世，人们 获得影像的能力大大提高，如何存储和分享大量的照片便成了问题。用传统的相册和相 框来保存和浏览照片显得很麻烦，于是数码相框应运而生。 目前中国的数码相框市场很小而且渗透率低，但高增长率仍然显示出它的强劲的发 展态势。不断增长的用户需求、越来越多的厂商参与竞争以及功能的推陈出新是中国数 码相框市场的主要推动力。未来数码相框的应用将是多元化，而多元化中网络应用最为 重要【2 1 。2 0 0 7 年数码相框产品的全球销量是1 0 0 0 万台【3 1 。中国数码相框的出货量将会 在2 0 0 9 年超过1 0 0 万台，其市场转折点将会出现在2 0 1 0 年，2 0 11 达到4 0 4 4 万斜4 】【5 】。 目前我国内地已经有一些城市开展了无线城市的建设，众多的嵌入式设备将实现互联， 随着终端和服务走向融合，这种业务模式将使消费者十分方便的使用产品所附加的网络 服务，如图片的网络更新以及异地好友共享等。 本数码相框方案正是基于未来产品多元化，不断变化的应用需求而设计的。高性能 的处理器，丰富的外设接口使得功能扩展十分方便，再加上w i n d o wc e 操作系统的 支持，使得多线程应用程序，网络应用程序的开发更加自如，对各种外围设备有比较完 善的驱动，可以更快速的实现功能扩展。未来数码相框有可能成为家庭中除了电视机， 电脑之外的新的信息平台，本方案迎合了这种趋势，尽管价格有些昂贵。目前市场上的 数码相框鱼目混珠，良莠不齐，选购一款称心如意的产品首先要关注屏幕的显示性能， 如亮度是否可以调整，可视角度有多大，宽高比是多少。还有数码相框所支持的存储设 备，可以播放的图片文件格式，是否具有背景音乐，视频播放等功能，以及是否具有蓝 牙，w i - f i 等联网功能。相信数码相框这种时尚的电子消费品一定会逐渐的被大众所接 受，产生越来越多的有趣的创意，使人们的生活更加丰富多彩。 第2 章数码相框需求分析 2 2 数码相框方案功能分析 2 2 1 图片显示 图片显示是数码相框最基本的功能。现在低端的数码相框就仅仅提供了图片显示的 功能。数码相框最核心的卖点就是数码照片的展现。本数码相框并没有设计菜单，而是 插入s d 存储卡后直接顺序的播放图片，并且图片为全屏显示。对图片的文件格式也有 广泛的支持，如b m p 格式，j p e g 格式，g i f 格式等。对不同像素的图片也有很好的支 持，使得对不同的数码相机拍摄的图片都有很好的显示效果。对图片没有过多的限制使 得本方案更容易被消费者所接收。 2 2 2 显示的动态效果 数码相框区别于普通相框的一个很重要的特点就是可以更加生动的显示图片，成为 家庭装饰的一个亮点，如果只是静态的显示图片，就显得十分单调，没有动感。本方案 实现了从上向下展开图片，从中央向四周展开图片，同时显示四幅等大小相同图片等效 果。显示方式的丰富多彩使得数码相框对消费者更有吸引力，是打动消费者的很重要的 手段。 2 2 3 存储设备的支持 数码相机虽然给人们带来了极大的便利，人们可以拍摄大量的照片而不必频繁的更 换胶卷，但同时数码相机也带来了一些问题，如大量的数码照片的存储问题。目前大多 数数码相机都采用s d 存储卡作为存储设备。因此本方案也采用s d 卡作为存储设备， 将数码相机的s d 卡取下来插入数码相框的s d 卡插槽便可以直接播放图片，没有转储 的操作，使用户使用起来十分方便。同时，背景音乐使用u 盘作为存储介质，将音乐文 件存放在u 盘中，插入数码相框的u s b 插槽，可以通过按键来控制背景音乐的播放。 2 2 4 按键切换图片 本方案实现了6 个按键，其中的一个按键是顺序并循环的播放下一张图片，使数码 相框可以固定的显示某一张图片，未来还可以在本方案的基础上设计一个操作界面，并 数码相框的设计与实现 且使用触摸屏代替按键，或者使用红外线遥控器来操作数码相框，这样就使用户的操作 更简便，更有趣。 2 2 5 定时自动切换图片 本方案中有一个按键被设计为定时自动切换图片的开启和关闭按钮。图片的自动切 换是数码相框的基本功能，若总是由用户按键来切换图片，有些繁琐，而且作为家庭中 时尚的装饰，自动的切换图片十分生动，给房间带来了活力。同时，还可以在切换的同 时增加动态效果，使显示更加美观。定时时间可以通过按键来调整，使用户可以根据自 己的视觉感受来设定合适的时间问隔。 2 2 6 背景音乐 在图片播放的过程中，若能加入背景音乐将会更有动感，在视觉和听觉上都有美的 享受。音频的播放虽然是数码相框的附属功能，但它对产品有很高的附加值，迎合了消 费者的心理。在欣赏家人照片的同时欣赏温馨的音乐是十分美妙的组合。还可以进一步 的实现视频播放的功能，提高的产品的价值，作为吸引消费者的手段十分有效，并且也 符合数码相框功能多元化发展的趋势。 2 2 7 通过蓝牙传输图片 未来的嵌入式产品将越来越智能化、网络化。无线网络的发展使得数码相框可以通 过网络更新图片，还可以与家人或者好友异地的分享图片，使得数码相框成为无线网络 终端中的一员。云计算的发展，使得终端越来越简单，随着移动互联网的发展，作为移 动终端的手机将发生巨大的变革，数码相框也将有显著的变化。目前很多手机都有拍照 以及蓝牙传输的功能，通过蓝牙将手机中的图片传输到数码相框中并显示出来具有十足 的卖点。因此本方案通过u s b 蓝牙适配器实现从手机到数码相框的图片传输，并且将 接收到的图片自动的插入到原有图片的显示序列当中。 2 3 本章小结 本章主要介绍了数码相框方案的背景及目的，并且对数码相框方案的显示、存储、 无线传输等功能进行了分析，通过这些功能满足一定的用户需求。 第3 章数码相框方案概要设计 第3 章数码相框方案概要设计 3 1 数码相框方案硬件平台 本方案采用的是基于p x a 2 7 0 高性能处理器的嵌入式系统开发平台，包括一些集成 的芯片以及必要的接口，通过进一步扩展，实现了一个完整的，适合于多种多样应用领 域的嵌入式参考设计和实验系统。 该平台由模块板x s b a s e 2 7 0 m o d u l e 和接口底板x s b a s e 2 7 0 e d r 组成。x s b a s e 2 7 0 m o d u l e 是采用p x a 2 7 0 处理器的丌发平台，可独立使用，简称模块板。x s b a s e 2 7 0 e d r 是与x s b a s e 2 7 0 m o d u l e 配套使用的接口扩展板，通过2 个1 2 0 p i n 的接插件与 x s b a s e 2 7 0 m o d u l e 板连接并一起工作，不可独立使用。m o d u l e 板有最小系统运行所需 要的硬件，包括c p u 、f l a s h 、s d r a m 、c p l d 等。接5 v 的外接电源即可单独上电 运行工作，m o d u l e 板上配置了j t a g 口，串口等。可分别完成程序的下载，调试工作。 功能板为e d r 板，包括各类功能接口，详细的功能接口如表3 1 、表3 2 所示。 表3 1m o d u l e 板硬件参数 t a b 3 1h a r d w a r ep a r a m e t e r so fm o d u l eb o a r d 处理器 i n t e lx s c a l ep x a 2 7 05 2 0 m h z s d r a m6 4 m b f l a s h3 2 m b 电源管理 l p 3 9 7 l 以太网 l a n 9 l c l1 3 a u d i ou c b1 4 0 0 b e 液晶屏 s h a r p8 ”t f t6 4 0 4 8 0 r $ 2 3 2l 触摸屏8 ”四线式触摸屏，u c b l 4 0 0 b e 控制 扩展接口 2 个1 2 0 p i n 接口，把所有总线信号引出 j t a g 接口 2 0 p i n 数码相框的设计与实现 表3 2e d r 板硬件参数 t a b 3 2h a r d w a r ep a r a m e t e r so fe d rb o a r d 红外 1 实时时钟 i 订c 4 5 1 3 c f 可接人容量c f 卡，8 0 2 1 l b 无线c f 网卡 m m c s d 1 ( 兼容m m c 卡和s d 卡) s i m 支持智能卡应用 以太网接口1 ( 与m o d u l e 板上共用同一个网络控制器) 串口 1 个r s 4 8 5 接口，2 个r s 2 3 2 接口，1 个全功能串口 a u d i ol i n ei n o u t 门m i c u s b h o s t2 u s bc l i e n tl 摄像头接口1 ( 外接带摄像头模块的小板才能使用摄像头功能) l e d8 七段数码管 4 键盘 4 4 c a n 总线接口 l 步进电机 l 直流电机 1 喇叭 2 1 2 0 p i n 扩展接口主板控制、数据，地址总线扩展 g p s g p r s g s m g p s g p r s g s m 模块扩展接口 i n t e lp x a 2 7 x 处理器家族提供了工业领先的多媒体性能，低功耗能力，丰富的外设 集成，以及第二代内存堆叠。还采用了w i r e l e s sm x x 和s p e e ds t e p 两项i n t d 专有技术， 进一步将高性能计算和动态电源管理技术相结合 6 1 。它是应用于高性能、低功耗、可移 动手持设备的集成的片上系统的微处理器家族。家族成员包括。 1 ) i n t e lp x a 2 7 0 处理器：1 3 x1 3 m m v f b g a 封装 第3 章数码相框方案概要设计 2 ) i n t e lp x a 2 7 1 处理器：带有3 2 m bf l a s h 以及3 2 m b 低功耗的s d r a m 3 ) i n t e lp x a 2 7 2 处理器：带有6 4 m bf l a s h i n t e lp x a 2 7 x 应用于典型系统的结构如图3 1 所示【7 1 。 差- c d 图3 1 处理器结构框图 f i g 3 1s t r u c t u r eo fp r o c e s s o r 本方案硬件平台使用了p x a 2 7 0 处理器，3 2 m b 的f l a s h 以及6 4 m b 的s d r a m ，外 围模块使用了l c d 控制器来驱动液晶屏，s d 卡控制器来驱动s d 存储卡，u s b 控制器 8 数码相框的设计与实现 来驱动u s b 蓝牙适配器，以及i o 线来连接按键。开发端使用p c 机+ w i n d o w sx p 操作 系统，在p c 机上定制内核，开发应用程序，并通过交叉编译的方式下载到开发板上调 试，调试成功后，将操作系统内核，应用程序烧写到开发板的f l a s h 中，此后开发板 便可独立运行并执行相应的操作。 3 2 数码相框方案软件环境 3 2 1 操作系统环境 本方案采用了微软的嵌入式操作系统w i n d o w sc e n e t5 0 。该操作系统是可以 同时执行多任务的操作系统，具有十分灵活的电源管理功能，包括睡眠唤醒模式，使用 了对象存储技术，包括文件系统、注册表及数据库，同时还有很多高性能、高效率的操 作系统特性，包括按需换页、共享存储、交叉处理同步、支持大容量堆等，还具有良好 的通信能力和相当出色的图形用户界面【8 1 。 w i n d o w sc e n e t 提供了一个集成丌发环境p l a t f o r mb u i l d e r ，通过这个工具可以 方便地根据不同的硬件，定制、裁剪出符合不同系统要求的操作系统。w i n d o w s n e t 集成了丰富的设备驱动程序，但并不能完全满足用户的需求，因此可以通过p l a t f o r m b u i l d e r 来进行相应的驱动开发。定制好操作系统内核后，可以通过p b 导出s d k ，并将 此s d k 安装到其他的开发环境中，如应用程序开发环境e v c ，然后在e v c 中开发应用 程序【8 1 。 由于w i n d o w sc e n e t 具有多任务、实时性、模块化及可伸缩性、强大的通信能 力等特点。因此w i n d o w sc e n e t 在嵌入式系统的诸多领域都有广泛的应用，如信息 家电领域、移动计算领域，工业控制领域等。嵌入式操作系统的特点是可移植、可裁剪、 可定制。为了提高系统的可移植性，嵌入式操作系统通常采用硬件抽象层( h a r d w a r e a b s t r a c t i o nl a y e r ，h a l ) 和b s p ( b o a r ds u p p o r tp a c k a g e ) 的底层结构设计。h a l 提供 了与设备无关的特性，屏蔽了不同平台硬件的差异，向操作系统的上层提供了一套统一 的接口，b s p 保证了嵌入式操作系统可以在新推出的微处理器硬件平台上运行， w i n d o w sc e n e t 操作系统就是采用了h a l 和b s p 底层结构设计思想。基于 w i n d o w sc e n e t 的产品开发流程大致可分为6 个阶段【引。 第3 章数码相框方案概要设计 1 ) 硬件设计 2 ) 选定b s p 3 ) 获取驱动程序 4 ) 裁剪内核 5 ) 导出s d k 6 ) 开发应用程序 w i n d o w sc e n e t 操作系统的设计借鉴了w i n d o w s2 0 0 0 x p 操作系统的设计。 从体系结构上，它即具有分层结构的特点，又具有微内核结构的特点【8 1 。 1 ) 分层模型 操作系统的分层模型的主要特点就是将操作系统的功能模块按功能的调用次序分 为若干层。各层之间只能单向依赖或单向调用，使功能模块之间的调用关系更加清晰。 w i n d o w sc e n e t 的分层设计如图3 2 所示。 i n t e m e ta p p l i c a t i o n s m f c ，a t l ，c o m d c o m ，n e t c o m m ，g w e s ，s t o r a g e c o r e d l l ，s c h e d u l e ，m e m o r y ，d e v i c e b s p s ，c s p s ，d r i v e r s 硬件 应用集成层 应用开发层 应用支持库 操作系统层 o e m 适配层 硬件层 图3 2w i n d o wc e n e t 的分层模型图 f i g 3 2h i e r a r c h i c a lm o d e ld i a g r a mo fw i n d o wc e n e t 2 ) 组件模型 w i n d o w sc e n e t 操作系统组件模型如图3 3 所示。 数码相框的设计与实现 图3 3w i n d o w sc e n e t 组件模型图 f i g 3 3c o m p o n e n tm o d e ld i a g r a mo fw i n d o w sc e n e t 3 2 2 应用编程环境 在w i n d o w sc e n e t 产品开发中，有两个十分关键的部分。一个是内核定制，一 个是应用程序的开发。微软提供了内核定制工具p l a t f o r mb u i l d e r 和应用程序开发工具 e m b e d d e dv i s u a lc + + 【8 1 8 。 p l a t f o r mb u i l d e r 是微软提供的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 下，开发人员可以通过交互式的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 mb u i l d e r 来进行驱动程序 开发和应用程序项目的开发。p l a t f o r mb u i l d e r 提供了以下主要开发特性【8 】。 1 ) 平台开发向导和b s p 开发向导 2 ) 基础配置和特性目录 3 ) 自动依赖性检查 4 ) 为驱动程序开发提供基本的测试工具集w i n d o w sc e n e tt e s tk i t 第3 章数码相框方案概要设计 5 ) 内核调试器 6 ) 导出向导和导出s d k 向导 7 ) 远程工具和仿真器 8 ) 应用程序调试器 9 ) 提供了对n e t 平台精简框架的支持 深刻理解w i n d o w sc e n e t 的重要组件及系统提供的可选特性，并灵活运用 p l a t f o r mb u i l d e r 的配置文件( r e g ，b i b ，d a t ，d b ) 是定制适合目标平台的w i n d o w s c e n e t 操作系统的关键【8 1 。 编写在w i n d o w sc e n e t 下运行的应用程序，需要使用专门用于w i n d o w s c e n e t 的开发工具，目前应用最广泛的是e v c 。e v c 开发和w i n d o w s 下的v c 开发 在界面、语法和开发流程上基本是一样的，但也有一些不同之处，e v c 编程都是对特定 目标硬件的编程，运行w i n d o w sc e n e t 的机器通常比台式计算机的资源贫乏得多， 所以编程时首先要明确目标硬件的特点和要求，比如有的嵌入式系统没有显示器，则编 程中就不需要进行显示信息；有的嵌入式系统对内存限制较大，则编程中对内存的使用 要格外注意；不同的系统使用不同的c p u 等。有以下几方面需要特别注意【8 1 。 1 ) 内存管理 2 ) 电源管理 3 ) 用户界面 e v c 编程环境提供了模拟器来仿真目标硬件进行调试。一般e v c 开发人员都是先 在模拟器中将应用程序界面设计好，然后加入对特定硬件操作的功能到实际的硬件平台 上进行调试，这样就加快了开发速度。由于w i n d o w sc e n e t 是3 2 位操作系统，它 不支持任何1 6 位函数，所以e v c 编程是w i n 3 2 编程。w i n d o w sc e n e ta p i 与w i n 3 2 a p i 也不完全相同。w i n d o w sc e n e t 支持w i n 3 2a p i 中的绝大部分函数，但有些是 不支持的。支持w i n 3 2a p iu i ，并针对典型w i n d o w sc e 设备较小的显示大小进行了改 制【9 1 。同时它又扩充了一些特定的w i n d o w sc e n e t 函数，只在w i n d o w sc e n e t 下可以使用。w i n d o w sc e n e t 是u n i c o d e 环境。本地文本格式是u n i c o d e 。虽然e v c 编程与v c 编程有许多不同，但它依然是w i n d o w s 编程。w i n d o w s 下v c 开发的对类、 数码相框的设计与实现 c o m a t l 的使用、程序的调试方法、开发流程等编程经验都可应用于e v c 的编程【引。 3 3 数码相框方案总体设计 3 3 1 硬件设计 本数码相框方案采用了主控制器j j u 夕b 围模块的结构。主控制器采用i n t e lp x a 2 7 0 处 理器。图片的显示使用液晶屏。f l a s h 用于存储定制的内核及应用程序。s d r a m 用于 操作系统及应用程序的运行空间。s d 卡作为图片的存储器。用u s b 蓝牙适配器实现通 过蓝牙将手机的图片传输到数码相框中，并用按键控制应用程序的运行。整个硬件的结 构如图3 4 所示。 图3 4 硬件结构图 f i g 3 4h a r d w a r es t r u c t r u ed i a g r a m 3 3 2 软件设计 本方案根据对用户需求的分析，设计了图片显示、显示的动念效果、背景音乐、视 频播放以及通过蓝牙传输图片等功能，这些功能可以满足用户的基本需求。应用程序的 整体功能结构如图3 5 所示。 第3 章数码相框方案概要设计 图3 5 功能结构图 f i g 3 5f u n c t i o ns t r u c t u r ed i a g r a m 本方案的应用程序采用e v c 开发，没有设计用户界面，插入s d 卡后，应用程序读 取s d 卡中的第一张图片并显示出来，然后通过按键的操作实现对应用程序的控制，包 括通过操作按键显示下一张图片、定时显示下一张图片、音频的播放、还有动态效果的 开启等。整个应用程序的操作流程如图3 6 所示。 数码相框的设计与实现 图3 6 操作流程图 f i g 3 6f l o wc h a r to f o p e r a t i o n 3 4 本章小结 本章主要介绍了本数码相框方案的硬件平台( 重点介绍了处理器) 以及软件环境( 包 括操作系统环境以及应用编程环境) ，还对本方案进行了整体的设计，其中包括硬件的 结构框图，软件的功能图以及流程图。 第4 章数码相框方案具体实现 第4 章数码相框方案具体实现 41 操作系统的定制 嵌入式系统的硬件平台各异，处理器的种类有很多，所以嵌入式操作系统需要针对 特定的平台进行定制，生成特定的内核。w i n d o w s c e n e t 操作系统的定制需要用集 成丌发环境p b ，生成操作系统内核的步骤如下。 1 1 安装x s b a s e 2 7 0 b s p 包( 板级支持包) ，b s p 包包括e b o o t ( b o o t l o a d e r ) 、 o a l 适配层、设备驱动和些配置文件等。如图41 所示。 w e l c o n l et ot h ee m d o o r e m d o o rs y s t e mx s b a s e 2 7 0 i m p o r tw i z a l d 日i m 口o f f w l 2 d w d n 5 c 怕o rs v q 2 0o n v wd e v d 州n e n t 咐，t 5 t a i 帅c _ l 亡k n e 、ii oc 啉r a m e le 0e ，t t h e i f t w b o d 丘困 习 数码相框的啦汁与实现 一兰 圈4 2 安装b s p 完成 f i 9 42 c o m p l e t i o no f i n s t a l l i n g b s p 2 1 创建新的工程并选择新安装的b s p ，如图43 所示。 幽4 3 创建l 程 f i 9 43 c r e a t i o no f p 咖e c t 第4 章数码相框方案具体实现 然后根掘系统需求添加组件，完成内核的配簧，要注意内核的大小。 3 1 内核配霄完成后，就丌始编译内核，最后生成n kb i n ，然后可以将n kb i n 下载 到硬件平台上，以便在新的平台上运行。编译选项如图4 4 所d i 。 幽44 编译选项 f i 9 44 0 p t i o n s o f c o m p i l e r 4 ) 使用j f l a s h 命令烧写e b o o t 。e b o o t 与p b 有很好的兼容性”3 。用j t a g 线将p c 机与开发平台连接在起然后运行j t l a s h m mp x a 2 7 0e b o o tn b 0 ，并用超级终端观察e b o o t 数码相榧的设计，实现 的输出信息，如图45 所示。 ic ：、n i d 们b 、o ，日t n 3 2 、c 】 图45 烧弓e b o o t f i 9 45 d o w n l o a d e b o o t 5 、配置e b o o t ，然后就可以在p b 中通过e t h e m e t 方式下载内核镜像n kb i n 到开发 扳。如果下载的是d e b u g 版本，内核下载后会启动，如果下载的足r e l e a s e 版本， 镜像文件会被j 入f l a s h 中，然后再启动，如图4 6 所示。 第4 章数码相框方案具体实现 ”_ m _ 口】1 1 d 1 0 0 一喜- o 日宙 f 一| l i r d ：f i a s h n r i t o 1 t l n at of l a s hi l i 盯0 f l a s h w r i t o v 日r i f v i n 9t h ed a w r i i t e n 【of l 皓h l | | i m 0 ：r i a s h w r i i o f l a s hd r o g r l j m e ds u c 雌s s f ii v i l d o 帆i o dg u _ c e s s f u l t j p i gl o - _ a o 口a tu x 8 6 6 0 x 0 8 0i 口1 1 v s i c d l0 h 1 0 1 日帅i 1 6 0 te b b t c m oj u h p i h g l g o te b b 6 一c 帅一c 0 h f 眦r , d o 雌c ek o r n e lf o r a r h lt h u x be i l a b l e d ib u i ho nj 岫2 42 舯l j ld t l 8 2 5 舶 l p r o c e s s o r t v o e e l lr e v i s i 曲一i | |曲t = f f f f 5 帅0 印 廿= 8 6 6 0 5 a 舶l_spi r a = f f f f 2 8 0 0s du n d e f = f f f f c s g oo e m a de s s t a b l e p f fr f c k cl i 1 0 e m l o c o 1 r o lu r d jc o 曲b h l o i t i t |