（计算机应用技术专业论文）基于嵌入式linux信息家电的实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第t 页 摘要 网络电台在这几年得到了迅猛发展，它通过i n t e m e t 而不是无线电波播送 它们的音频节目，如b b c 等。它的出现打破了传统无线电广播的地域限制与 频率限制。在p c 机上，用户可以通过专用软件来收听网络电台。在另一方面， 市场需要这样一种产品，它体积小、功耗低、可以携带、不用借助p c 就能够 收听网络电台。 针对这种情况，本文结合作者研发i - r a d i o ( i n t e m e tr a d i o ) 机的实践，以 及在嵌入式l i a u x 领域内的研究工作，主要论述基于嵌入式l i n u x 研发i - r a d i o 机的设计与实现。i - r a d i o 机作为信息家电( i n t e m e ta p p l i a n c e ) 的一种，可以 满足用户收听网络电台的需要。它不但是一个单独的产品，而且可以进一步集 成至i 其他信息家电产品之中。 本文介绍了i - r a d i o 机的项目背景与嵌入式l i n u x 的特点；对i - r a d i o 机进 行了需求分析与功能描述：讨论了i - r a d i o 机的设计原则、硬件与软件的工具 及平台选择等；重点讨论软件的设计与实现，如图形界面设计、数据结构设计、 音频解码设计、网络配置设计等：给出了部分关键技术和一些具体实现方法。 结合i - r a d i o 机开发实践，本文给出了创建嵌入式l i n u x 内核映像与l i n u x 根文件系统的方法；介绍了作者在工作期间，对串1 3 驱动程序与声卡驱动程序 的改进与优化，分析了修改串口驱动程序的控制台输出部分与声卡驱动程序的 控制设置部分的原因、方法与修改后的效果等。 本文得到了如下一些结果： ( 1 ) 提出了一个实际可行的“i - r a d i o 机”的系统分析设计方案： ( 2 ) 对嵌入式l i n u x 的图形界面进行了探索和编程实现； ( 3 ) 解决了对音频节目解码播放的连续性问题： ( 4 ) 构建了嵌入式l i n u x 的内核映像与根文件系统； ( 5 ) 修改了串e l 与声卡的驱动程序，更好地支持了所选择的硬件。 关键词：嵌入式系统；l i n u x ；信息家电 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，i n t e r a c tr a d i os t a t i o n sh a v eg r o w n q u i c k l y , w h i c hp l a ya u d i o p r o g r a m s v i ai n t e m e t t h e i rp r o g r a m sa r er e c e i v e dw i t hn e i t h e rz o n el i m i t a t i o n sn o r f r e q u e n c yl i m i t a t i o n s p e o p l e c a r ll i s t e nt ot h e s ep r o g r a m sw i mp c w h i c hh a s s p e c i a ls o f t w a r e i nt h eo t h e rh a n d ，s o m ep e o p l ew a n tt oh a v eo n ei n f o r m a t i o n p r o d u c t t ol i s t e nt oi n t e m e tr a d i os t a t i o n s o n l y b e f o r e t h er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n to fi - r a d i o ( i n t e m e tr a d i o ) m a c h i n e ，t h e r ei sn os u c hap r o d u c t s o r e s e a r c ho f i r a d i om a c h i n ew i l lm e e tt h en e e d so f t l l ec o n s u m e r s t h i s p a p e r i n t r o d u c e st h e i m p l e m e n t a t i o n o fi - r a d i om a c h i n eb a s e do n e m b e d d e dl i n u xa c c o r d i n gt om yw o r ki ni - r a d i om a c h i n e p r o j e c t a s a l li n t e m e t a p p l i a n c e ，i - r a d i om a c h i n e i sn o to n l yas i n g l ep r o d u c t ，b u ta l s oc a nb ei n t e g r a t e d i n t ot h eo t h e r p r o d u c t s t h i s p a p e rd e s c r i b e s t h ec a u s eo f - r a d i om a c h i n ep r o j e c t i n t r o d u c e s t h e s p e c i a la d v a n t a g e so fe m b e d d e dl i n u x ，a n a l y z e st h ef u n c t i o n so fi - r a d i om a c h i n e ， a n di n t r o d u c e st h ed e s i g no fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e i tm a i n l ye l a b o r a t e ss o f t w a r e d e s i g no f i - r a d i om a c h i n ei n c l u d i n gg u i ，d a t as t r u c t u r e ，a u d i od e c o d i n g ，n e t w o r k c o n f i g u r a t i o n e t c t h i sp a p e ra l s oi n t r o d u c e sc o n f i g u r a t i o no fl i n u xk e r n e la n d d e s i g no fl i n u x r o o tf i l es y s t e m ，w h i c ha r et h eb a s e so f e m b e d d e dl i n u x i nt h el a s tp a r t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e sm o d i f i c a t i o n so fd e v i c ed r i v e r s i ta l s o d e s c r i b e sw h ya n dh o wt om o d i f yt h ed e v i c ed r i v e r s a tl a s t ，i tg i v e st h er e s u l t so f m o d i f i c a t i o n s ， t h i s p a p e rg i v e ss o m e r e s u l t sa sf o l l o w s ： ( 1 ) ap r a c t i c a ls y s t e md e s i g no f “i r a d i om a c h i n e ”i sp r o v i d e d ； ( 2 ) g u io fl i n u xi se x p l o r e da n dr e a l i z e db yp r o g r a m m i n g ； ( 3 ) t h ec o n t i n u i t yo fa u d i od e c o d i n gi ss o l v e d ； ( 4 ) t h ek e r e e la n d r o o tf i l es y s t e mo f e m b e d d e dl i n u xa r eb u i l t ； ( 5 ) d e v i c ed r i v e ro fs e r i a lp o r ta n da u d i oc a r da r em o d i f i e d ，s oh a r d w a r ea r e b e s ts u p p o r t e d ， k e y w o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ；l i n u x ；i n t e m e ta p p l i a n c e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 引言 第王章绪论 随着i n t e m e t 在全球的普及，与i n t e m e t 相关的服务也迅速发展。网络电台 的出现就是其中的一釉。网络电台通过i n t e m e t 两不是无线电波传送它们的节 目，如b b c 通过i n t e m e t 在线实时播放新闻。全球现在已缀有许多不同语种、 不同风格的网络电台，它们以i n t e m e t 为载体，让全世界的i n t e m e t 用户可以通 过赫t e m e t 采收听它们实时撵敖的麓君。网络广播静出现努破了传统无线魄广 播的地域限制，能够为听众提供形式更新、内容更多的节目而不受光线电频率 的袋秘。 在p c 机上，现襁有很多可以收听网络电台的的软件，如r e a l p l a y , w i n d o w s m e d i ap l a y e r ，w i n 黼p 。x m m s 等。毽通道这种方式牧瞬瓣络电台，需要p e 机与w i n d o w s 或者l i n u x 操作系统以及大容照内存来支持，而且没有一个专用 的搜索与分类软件寒管理秘类繁多瓣网络电密信患，这使季馨翅户寻找网络溅套 非常不便。 i - r a d i o ( i n t e m e tr a d i o ) j 3 l 矮弱是番港s t a r l i t e 公弱成都磷发中心濒研发匏项 目，目的就怒为了让人们不用p c 机而是使用i - r m i o 机即可接入i n t e m e t 收听 网络广播电螽。l _ r a d i o 机可以方便携带与移动，可以上网，功耗小，操作j 棠 方便。 i - r a d i o 帆作为信息家电( i n t e m e ta p p l i a n c e ) 的一种，以嵌入式微处理器为硬 件平台，以嵌入式l i n u x 操作系统为支撑，给用户提供了功能完善、操作方便 的接口。 叛后论述在不弓| 起混淆豹缝方，孀“i - r a d i o ”米代替“i - r a d i o 祝”。 1 2 嵌入式系统概述 骨么是嵌入式系统( e m b e d d e ds y s t e m ) ? 根据英鬻电机工程师傍会( i e e ) 的定义所做的翻译：“嵌入式系统为控制、监视或辅助设各、机器甚至是工厂操 嚣辫交通必警鞭壹毳i f 究垒攀位论文 第2 翼 _ - _ _ _ 。_ _ _ _ - - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 。- _ - - - 。_ _ _ 。_ _ - _ _ 。_ _ _ m _ - 。一一 佟弱装嚣”。它其蚕下戮西令特援； 1 ，遐紫执纷季参定劝携。 2 。娃徽戆艟砖羚疆装鬓稳戏梭心。 3 ，严格的时廖与稳定性要求。 4 ，全自动操穆循环。 嵌入浅系统憝电脑软律舄强张靛练会棒，也筲致涵藏弑械或其宅韵辩耩装 甏。熬个综合体谈谤辩霞的强予漾怼某释特殊功缝。嵌入式曩统的絮构霹分成 五个邦努：处理瓣、内存、输入冬输出、擦佟系统与应瓣款释。 ，2 。1 嵌入式惑统豹避或 嵌入式系统攀嚣经融入了蔑瓣豹生灞，熬了我们在爨黎生戆孛磷黻罄裂的 袈毫产暴、王照与攀攀痰耀鹣产瀑之势，喜孥多大瀣魄蕊系统，事实土也是枣谗 谗多多夺魏嵌入筑系统群缝或。墩入式累统戆缮旗包疆了疆髂与较 孛技术，在 现今裂传技术大蘸进涉的情撼下，软件部分援两有羞极丈静空间，成为嵌入式 系绕串最蘧要筑黪。臻蘸敷瘸较广魏撒入残暴缝有绩憋家奄、避髅产赫、工 数控制嚣、攀土魄藏( p d a ) 等。 。 戳p d a 为铡，不论是在软孛 方嚣还是在疆襻方藏，蒸统设诗者必须设法怒 p d a 傲得人性化弗嚣易于携带以满足消费者酾需求。其中除了硬件必须做褥精 麓省惑、辨壳荧躐夕卜，软徉受嚣簧稳定离效势蕊程牟代褥少。这萋掰强调黪妖 夸楚搬嵌入式潦 警系统与运行在其上豹窿褥獠序。 2 。2 穰入式系统豹发煞趋势 寨泉麴嵌入袋拳统将翦麓软疆豢统整台、s o c 设诗、瘴翔程黟戮发璐敦内 容鼹势这几个方露来靛展。 i 鬃筑：嵌入式撵幸罄豢绕 姆p c 撵箨系绫( 魏w i n d o w s ) 辐磁羧，嵌入式操俘豢装曩宋燮求全熊， 攫磐须越够依据蘸统浚诗趣格，誉效率建发箨爨硬件的遴雾缝支，使褥产鑫达 到蛙魃铃掺拢的健证，大多数熬系统会要求囊是动完成掰浚爨酌工撵，捌翔王 厂或燕鼹野懿蓉缝。豫了藤本谯嵌入式顿竣享京溅名粒v x w o r k s 、锵蠼、n u c l e u s 等等之外，新必瓣皇簧竞争产最包括p a l mo s 、w i n d o w s c e 、l i n u x 等。其中 霹凑交避大学硕士研究生学位论文第3 页 e m b e d d e dl i n u x 操律系统盘予具有怒费授权豹特往，已经受许多大公司采豫， 如i b m 、s o n y 等。 2 整会建芯凳：s o c + 嵌入式产品所黼的处理器及芯片较p c 骚求体积小、散热佳、省电，因此 多采瓣蔫整合度静s o c 蔻箕处理器蔹心。 网前在许多的电子产品歼发市场常常可以听到s o c 这个名词。简单地说， s a c 藏是s y s t e mo nc h i p ，麟井上系统，s a c 嵌入式系统擞处理嚣怒一耱魄踌 系统，它将许多功能抉做在一个芯片上，比如说结合微处理器核心( 如a r m r i s c 、m t p sr i s c 、d s p 或冀宅鳇微处理嚣棱心) 帮遥蘧搂霹单元( 如u s b 、 g p r s 通信接口、g s m 通信接口、i e e e1 3 9 4 、蓝牙模块) 等等。遮些单元以 往舔整依照各单元的凌骰墩一个令独立戆处理蕊靖，眈懿一个蓝努模块，耱 结台了蓝矛按日芯片和嵌入式系统微处理器，做在一个电路板上。 s o c 带来的好处是：利用改变内部工作瞧压来降低芯片功耗；减少芯片对 外警脚数来麓纯制造过程；溅少矫瓣驱动接口单元及电路扳之闻瀚信号传递， 可以加快微处理器数据处理的速度；内嵌的线路可以避免外部电路檄在信号传 递对掰造成麴系统予抗。 3 。应用软件 嵌入式系统鹃瘦弱较昝帮努兔羯户壤豹瘟蘑软释及服务器端豹熬台较释， 服务器端的软件可能以l i n u x 或者w i n d o w s 操作系统为核心。并搭配各种数据 摩系统。熏户端壶予各种产燕繁多，再秀发静较锌瞧穗簿臻赧。除了霖本备释 平台专属的威用软件之外，现在有许多利用j a v a 跨平台程序开发的软件加入这 令辫寮，软佟鹃释类变撂更多。 4 服务 嵌入式产瑟一般髓涟赛揍豢或走入家拦叟淫，羧其髂积主要求轻薄蠖夺、 造型及颜色个住化、输入自然化、输出多媒体化以更加吸引消费者；另一方面 由予嵌入式产品可以- q 网络结合，爨以与网终服务提供者或瞧子亵务嫂者擞曩 结合，如嵌入式产品涟上网络的入嗣网站及其内容冒能由厂商负责提供。 强前在这一方霹的发展簿渐渐受燕视的倾彝，如枣恧上个人工佟室陆续设 计一婺p d a 专用的嵌入式系统，信意产业鄢瓣有嵌入式系统鑫验室部门专门研 究此炎软件技术。从技术方礅看，此类技术殴经成熟，但设计者需要徽电脑架 梅、较律与疆佟系统、操终系统、d s p 等背景知识。 琶塞茎塑态兰璧主壁塞兰望簦鎏塞 。：萋! 蒌 1 3 嵌入戏l i n u x 的特点 嵌入式l i n u x ( e m b e d e dl i n u x ) 是指对l i n u x 经过小型忧裁剪后，能够爨化 在露镶器芯片或攀冀凝孛，应建予特定嵌入忒场合熬专用l i n u x 攥终系统。彀 入式l i n u x 的开发釉研究怒目前操作系统领域的一个热点。与其它的嵌入式操 作系统撩眈，l i n u x 其有一些猛将魏优势。 酋先，l i n u x 系统是层次结构盥内核完企开放。l i n u x 魑由很多体积小盥性 能离熬蠹孩释系统缝或。在内棱鼗码完全嚣放鳃黎挺下，不弼领域耧不嚣漂次 的闻户可以裰据自融的应堵需要对内核进行改造，在低成本的前提下，设计和 开发爨真正满足自蠢器要的嵌入式系统。 其次，强大静潮络支持场麓。l i n u x 支持所有标准i n t e r n e t 协议，并且w 以 利耀l i n u x 鹣鼹终协议援将其嚣发成恣嵌入袋熬t c p s p 霹络蛰议棱。 第三，l i n u x 其餐一整套工具链，易于建立嵌入式系统瀚交叉歼发琢凌。 第理，l i n u x 具蠢广泛的硬传支持特性。l i n u x 最遥霉使耀熬徽处理器是i n t e l x 聪蕊片家族，毽它簿襻缝逡嚣予m o t o r o l a 公霹静6 8 k 系魏c p u 帮i b m 、a p p l e 、 m o t o r o l a 公司的p o w e r p cc p u 以及i n t e t 公司的s t r o n ga r mc p u 等处理嚣系 统，这意味蓑嵌入式l i n u x 将具有广泛豹应掰藏景。 由于l i n u x 具有对各种设备的广泛支持性，因此。它能方便地遮用于机顶 盒、p d a 、攀羔龟藏、w a p 零撬、罨蜉撬懿及工监控裁等餐辘镶怠产最孛。强 此，众多l i n u x 厂商把发展的重点放在嵌入试应用领域也就不足为奇了。 1 4 信息家电 随着数字化迸褪的日益加深，人们的家展生活越来越明显地印上了“黼络” 躬洛颦，最突氆静表现就是，家电拜始走蠢数字强、鼹终张。壤敦煎先箍爨鼹 络互渤电视，随后，1 n t e l 、a o l 等也宣布嶷持基予互动电视的网络应用。遮 标恚整基于信息家亳煞网络垒活已藏为世赛筏懿灞流。在串蘑，普避器嚣受翳 工作敬入、教育程度镩因素的翻约，无力购蹒电脑或不能充分地运用电脑，这 恰戆隽功能强大、徐辏逶孛、楚单荔惩浆信息家龟撵供了蠹鲟夔发溪藩景。歪 是在这样一个臀景趋势下，傣惠家毫产品在我国纷纷闯世：联惩豹“窳易”、“般 易”起鼹室电脑，t c l 豹“网视通”，硅谷学人翡罐b 媒体电藏”以及海尔懿“蔸龙 器南窝瀵犬攀磺士聚突生攀擒谂文繁5 蓑 系列”等，举驻牧举。毒传统玎戢密毫产赫裰魄，傣悫家晦缝谯祭奄赫、暾攘 襄漠费类毫予产瀑豹特缝子囊，使家邀其商嫠惑获彀、糖王、健遴等众多 动戆，势缝缓在家藏孛扮演麓“象纛髂怠娱鼹串惑”瓣燕怨。 骞婆绩塞家邀熬露上翳的球辖，疆予臻途单一，赝跬凄戆逮哥缝撩辩翥隈； 褥贯终一些髂惑家魄，窀镪黪产燕意经怒瀵蹩瓣些瓣上瓣、教蠢、鼹公、媛廷 凝囊一定器求，瞧叉爨予篆耱爨强誉想憋买p c 髂蜚逶塞纛餍户，阂熄这类僖 息家瑰产燕谯往其蠢禁黧p c 的动舔。与p c 糖魄，镶患塞窀蕻骞嚣好豹安弼牲， 遮也是蘩慰家魄产晶区掰予傣统l t 产燕躲一大特色。 1 5 本入承搀的主要王 乍 我参瓣了香港s t a r t i t e 成熬磷发审心i - r a d i o 璞誉缀熬磷发王惟，n 4 n 震 共投滚3 0 0 万人褥瑙。伟为生要较静辑发a 嫌，我期硬结礤发入昃尊其恁软件 磷发入员一遒共闲台佟，认冀完成该项瓣。在先盾参加鹣香港家电鼹与荧匿控 鬻壤麓籁家逛震主，均受劐客户裁广泛关注。 i - r a d i o 热主骚动髓怒不借麓p c 枫，懑遗e t h e r n e t 蠛纛m o d e m 连上i n t e m e t ， 势浚孵i n t e m e t 主众多筑瓣终逛螽节鞲。 i - r a d i o 磺器选麓b l u e e a tl i n u x 佟凳嵌入鹫：搽偿蕊统，邋瘸e p 粥1 2 为谶入 式c p u 。蔑妻要突戚了虢下z 俸； 1 辩熬个系统憋辕髂数攥缝穗赫设计等察嚣。 2 辩艇p 3 滚嬲络毫裔节蘑静鬓婚搐拔。 3 ，躅澎势嚣瓣设诗与实溪。 4 ，枣黯等声卡驱动程净鹣修浚。 s + 嵌入式l i n u x 熬絮掏。 觳丽零论文在讨论系统整体缝稔熬基础土，童燮讨瓷这居方鬻豹痊察。搏 对裁瓣与跛动避静讨谂。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章i r a d i o 功能描述 2 1l - r a d i o 产生背景 i - r a d i o 是为了满足收听网络电台节目的需要而出现的。在此之前，虽然 p c 机里有众多的软件来收听流格式电台节目，但这需要较贵的硬件与软件为基 础平台。p c 机的功耗体积也比较大，这不便于只希望收听网络电台节目的人群 的需要。即使是在p c 机上，由于搜索功能的欠缺，许多人事实上不知道如何 去寻找自己喜欢的网络电台。 2 2 流媒体 2 2 1 概述 流媒体简单来说就是应用流技术在网络上传输的多媒体文件或数据，而流 技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放上网站服务器，让用户一 边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件下载到自己机器后才可以收 听观看的网络传输技术。流式传输服务与那种在每个请求和响应中只传送固定 长度的服务不同，它能提供一种连续的、任意长度的数据流。数据流在长度上 没有限制，在传送时间上也没有限制。对大多数情况来说，流在理论上是无限 的一发送者可以没完没了地提供数据。 流式传输被典型地应用于传送音频与视频实况。在发送端，由摄像机或话 筒提供连续信号，这些信号经数字化后发送到i n t e r n e t 。在接收端，数字流被 转换回模拟信号并加以播放。由于数据是连续产生的，只要摄像机或者话筒还 在工作，流就不会结束。 通过流媒体技术提供直播或点播服务有多种不同的解决方案。目前互联网 所使用的流媒体技术，以r e a ln e t w o r k s 公司的r e a l m e d i a ( 简称r e a l 格式) 、 微软公司的w i n d o w sm e d i a ( 简称w m a 格式) 和a p p l e 公司的q u i c k t i m e 为主流， 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 其中应用最为广泛的是r e a l m e d i a 。据国外研究机构统计，在家庭用户方面， r e a l m e d i a 目前有1 7 0 0 万用户，w i n d o w sm e d i a 有1 5 1 0 万用户，q u i c k t i m e 有 7 3 0 万用户。在商业市场占有率方面，w i n d o w sm e d i a 有1 2 2 0 万用户，r e a l m e d i a 有l1 6 0 万用户，q u i c k t i m e 只有5 0 0 万用户。另外还有一种架设方法最简单的 m p 3 流媒体服务系统，但只能够播放声音。 网络电台只需要传输音频数据即可。i r a d i o 可以播放r e a l 格式、帅a 格 式、m p 3 流格式网络电台，本论文仅讨论m p 3 流。 2 2 2m p 3 m p 3 问世以前，p c 用户多半使用一种名为w a v 的格式，用以录制、下载及 播放高品质的声音文件。w a v 格式的声音信息所需要的空间非常大，仅录制两 分钟c d 音质的歌曲，就会占用约2 0 m b 的硬盘空间。换言之，假定一张c d 包含 1 0 首歌曲，每首歌5 分钟，全部转换成w a v 格式的声音后，就要用去5 0 0 m b 的 空间。正是由于容量太大，所以在目前的网络带宽条件下从网上下载颇不现实。 一个名为m o v i n gp i c t u r ee x p r e s sg r o u p 的研发组织，开发了m p e g 标准， 把w a v 格式中的绝大多数人听不到的声音数据去掉，让文件大小大为减小。m p 3 是m p e gla u d i ol a y e r3 的缩写，其中的l a y e r3 指的是“一次性编码法 ( e n t r o p ye n c o d i n g ) 技术，这一技术能将声音文件中多余的部分尽可能地除去。 m p 3 可以1 2 ：1 的比例压缩c d 音乐，音质几乎不变。 2 2 3 流式m p 3 i n t e r n e t 上有众多电台或者网站提供m p 3 在线收听服务( 可以是m p 3 文件 或者实时播音) 。这就是所谓“流式m p 3 ”( s t r e a m i n gm p 3 ) 方式。这种方式的 技术基础名为s h o u t c a s t 技术，所以我们也把提供此类服务的电台称为 s h o u t c a s t 服务器。 以前网上实时媒体播放技术，一直都是r e a l p l a y e r ( 前身r e a l a u d i o ) 的天 下。到访者在网站上只需按下链接，即可以收听歌曲或电台广播，成为大众传 媒在互联网上一种不可多得的宣传工具。后来以开发w i n a m p ( m p 3 播放程序) 而 闻名的n u l l s o f t ，推出了s h o u t c a s t ，为商业广播网站提供了另一类选择。 s h o u t c a s t 容许使用者利用w i n a m p 播放程序来制作自己的广播网站，不需 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 要具备高带宽设备，不需要高速网络就可以达到高品质播放效果。 流式m p 3 提供听众即时的满足。通过s h o u t c a s t 的支持，w i n d o w s 用户只 要有n u l l s o f t 的w i n a m p 播放软件、适当的外挂程序和网络连接。l i n u x 用户 只要安装了x m m s ，就可播放高品质的m p 3 编码声音了。从h o w a r ds t e r n 秀到 b e a s t i eb o y s 的广播电台，s h o u t c a s t 流式广播台在网络上非常普及。 2 2 4m p 3 服务系统 网络电台甚至是个人在网络上流式播送自己的m p 3 声音，需要组建m p 3 服 务系统。 可以采用如下的步骤来组建m p 3 服务系统：用w i n a m p 将m p 3 文件或即时收 音( 需要外挂程序) 内容送给p c 上已经装好的s h o u t c a s t 服务器。然后，服务 器会将声音通过网络的t c p i p 协议，送达听众的耳中；它也可以把一些关于电 台的资讯送到s h o u t c a s t 服务器的目录中。 开始必须下载并安装适用于w i n a m p 的s h o u t c a s td s p 外挂程序( 在音乐传 到s h o u t c a s t 服务器前，用以处理w i n a m p 的输出数据) 、s h o u t c a s tl i v e 输入 外挂程序( 用于现场直播) 以及s h o u t c a s t 服务器软件。注意要先安装w i n a m p 及s h o u t c a s t 服务器软件，再安装其它外挂程序。 使用s h o u t c a s t 的服务器软件与w i n a m p 插件构建的流媒体服务系统，实际 上是一套基于w i n a m p 客户端和h t t p 文件传输协议的流媒体系统，它由音源、 s h o u t c a s ts e r v e r 和w i n a m p 三部分组成。音源可以是任何w i n a m p 能够播放的 文件，也可以是从声卡采集的内容，通过w i n a m p 插件s h o u t c a s td s pp l u g i n 把正在播放的音乐或者采集的数据实时传送到s h o u t c a s ts e r v e r 上。s h o u t c a s t s e r v e r ，全称为s h o u t c a s td i s t r i b u t e dn e t w o r ka u d i os e r v e r ( d n a s ) ，它 负责把接收到的音频数据以流媒体的传输方式传送给连接到服务器上的用户客 户端，用户客户端可以实时接收s h o u t c a s ts e r v e r 传输的流媒体，达到收听网 上广播的目的。 2 3i - r a d i o 总体功能描述 i - r a d i o 的基本功能是不需要使用p c 机即能够播放网络电台。从功能上分 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 它包括五个子系统，包括网络、电台搜索、音频解码、配置和存储。 2 3 1 网络功能 网络功能包括支持通过e t h e m e t 或者m o d e m 进行上网连接，支持t c p f l p 协议。用户可以根据实际情况选择上网方式。系统会自动通过i n t e m e t 读取网 络电台信息，并实时地对电台节目进行播放。 2 3 2 电台搜索功能 由于i n t e m e t 上的网络电台种类多、数量大、风格各异，同时每天均有不 同数量的电台出现或者消失，需要设计搜索模块对电台的信息进行及时收集与 统计，搜索全球最新加入的网络电台信息。系统必须支持对用户感兴趣的电台 的模糊查询。 2 3 3 音频解码功能 支持m p 3 流电台的解码与播放，通过m o d e m 拨号上网时能够支持小于 5 2 k b p s 传输率的流播放：在带宽允许下，通过e n t l i e m e t 上网能够支持高达 1 2 8 k b p s 传输率的流播放。 2 3 4 配置功能 能正确地进行网络参数的设置，使i - r a d i o 机可以上网。包括i p 地址及掩 码设置、网关设置、拨号上网参数设置、d n s 设置、代理设置等。 2 3 5 存储功能 存储用户最喜欢的或者最新收听的电台信息，存储用户对系统进行修改后 的系统配置参数、修改后的脚本等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 2 41 r a d i o 的性能指标描述 可即时收听整个互联网的广播电台。 声音播放要连续，不能够出现声音的大幅度失真。 网络配置简单、正确、可靠。 拨号上网简单、方便。 对网络电台的种类按五大洲、风格等预分类，易于用户选择。 提供给用户智能搜索电台的方式，支持模糊查询。 人机界面应该友好，易于操作。 系统功耗低，功率不超过3 0 w 。 系统稳定，软件易于升级。 价格适中，大约在8 5 美元台左右。 造型美观，小巧，精致，外观尺寸为4 1 0 m m x 2 4 9 m m x1 7 4 m m 。 2 5 设计l - r a d i o 所需要的关键技术 i - r a d i o 项目的实旖，所需要的关键技术主要有：构建嵌入式l i n u x 内核映 像、脚本程序与文件系统；m p 3 流电台音频解码；应用程序数据结构设计；界 面设计；修改设备驱动程序对硬件更好地支持等等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第l l 页 第3 章i - r a d i o 平台与工具选择 3 1 平台与工具选择原则 嵌入式系统的平台与工具选择包括硬件平台的选择与软件相关平台的选 择。硬件平台的选择包括c p u 的选择、d s p 的选择、各种i 0 硬件的选择。软 件平台的选择包括嵌入式操作系统的选择、图形界面软件的选择、开发主机类 型的选择等等。在设计i r a d i o 时，选择平台与工具应该遵循如下一些原则。 1 高效原则。开发一种产品的一个重要目的是要进入市场，为了尽快完成 产品的开发设计与生产，所选择的平台应该保证产品周期能够尽可能短，以便 产品及早地进入市场。 2 易用原则。开发平台的操作应简单易用，必须能使一个具有嵌入式系统 开发经验的开发人员能够在很短的时间内掌握使用方法，然后接受、运用它们。 3 开放原则。如果一个系统的设计与开发完全是从头开始，这势必影响开 发的时间与进度要求，如果有一些共用的方法与代码可以借鉴，开发过程将会 事半功倍。 4 价廉原则。这是任何领域的共同要求，前提是必须“质优”。 5 功耗小的原则。作为嵌入式产品与信息家电，必须保证产品的耗电量小， 不能够选择大功率器件。 6 体积小的原则。产品应该在满足功能的前提下尽可能小，以便于用户携 带与移动。 3 2 硬件平台选择 嵌入式系统的硬件部分决定了嵌入式系统的先天功能，如运算能力以及扩 充功能等等。一个好的嵌入式系统都需要先设计完整的硬件规划才能够达到所 需要的功能条件。嵌入式微处理器有许多产品，如p o w e r p c 系列、a r m 系列、 i n t e l 系列芯片等。 i - r a d i o 的c p u 应该尽可能选用s o c 型的c p u ，以达到功耗低、体积小的 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 2 页 目的，应该具有音频支持、串e 1 支持、l c d 接口，还应该有键盘接1 2 等，由予 需要对m p 3 音频解码，c p u 也必须提供相应的支持。 i - r a d i o 选用集成了a r m 7 2 0 t 的e p 7 3 1 2 为c p u 来构架硬件平台。 3 2 1 a r m 7 2 0 t 简介 a r m 公司是一家提供r j s c 架构嵌入式系统微处理器的公司，位于英国， 由a c o r n 、苹果电脑及v l s i 公司联合出资，成立于1 9 9 0 年1 1 月。主要是开 发及设计1 6 位或是3 2 位的嵌入式系统微处理器，并且将它所开发的技术授权 给其它的半导体制造公司进行a r m 微处理器的制造。 a r m 7 2 0 t 是a r m 7 处理器系列成员之一。a r m 7 2 0 t 是将a r m 7 t d m i 核与8k bc a c h e 、写缓冲和存储器管理单元( m m u ，m e m o r ym a n a g e m e n tu n i t ) 集成进一个芯片的通用3 2 位微处理器。 a r m 7 t d m i 核同时支持3 2 位指令集与1 6 位t h u m b 压缩指令集，支持核 调试，支持增强型乘法器，与以前处理器相比性能更高，产生全6 4 位结果。它 还支持j t a g ( 联合测试行动组j o i n t t e s ta c t i o ng r o u p ) 及嵌入式i c e ( 在线仿 真器i n c i r c u i te m u l a t o r ) 。它的时钟频率可编程为1 8 、3 6 、4 9 和7 4m h z ，极 低能耗，在7 4 m h z 下为9 0 m w 3 2 2e p 7 3 1 2 处理器体系结构 i - r a d i o 项目选用7e p 7 3 1 2 为c p u 。e p 7 3 1 2 是为了极端低能耗应用而设 计的，既支持流行的m p 3 标准，也支持诸如m i c r o s o f ta u d i o 等快速涌现的互 联网音频压缩标准的数字音频解码器片上系统( s o c ) 。e p 7 3 1 2 在7 4 m h z 下运 行时，其性能与基于1 0 0 m h zi n t e l 芯片的个人计算机基本相同。 e p 7 3 1 2 的a r m 核提供了一个优秀的数字信号处理器所能够提供的处理 能力。因此，互联网音频处理仅占该芯片5 0 的处理能力。 e p 7 31 2 具有以下一些主要功能块： a l t m 7 2 0 t 处理器。 d a i ( 数字音频接口) 可以直接与c d 音质的d a c 和编译码器相连。 中断控制器。 l c d 控制器。1 6 级灰度，每像素可编程为1 、2 或4 位。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 3 页 内存控制器。内存可以与高达6 个独立的扩展段接口，每个扩展段有 2 5 6 m b ，且等待状态可编程。 4 8 k 字节的片上s r a m ，可以在l c d 控制器和通用应用之间共享。 2 个u a r t ( 1 6 5 5 0 类型) ，支持到1 1 5 2k b i t s 的位率。 2 7 位的通用i o ，可以多路复用以便在需要时提供额外的功能。 片上的启动r o m ，已经固化了用于串行加载的启动代码。 两个1 6 位的通用定时计数器。 完全的j t a g 边界扫描和嵌入式i c e 支持。 3 3 软件平台选择 i r a d i o 需要强大的功能支持，如进程与线程的控制、t c p i p 等网络协议 的支持、图形的支持以及音频解码的实时性要求等，这最好有操作系统来进行 管理。因而，嵌入式操作系统的选择至关重要。在选择嵌入式操作系统时，可 以遵循以下原则。总的来说，就是“做加法还是做减法”的问题。 市场进入时间。制定产品时间表与选择操作系统有关系，实际产品和一般 演示是不同的。目前w i n d o w s 程序员可能是人力资源最丰富的，现成资源最多 的也就可能是w i n c e 。使用w i n c e 能够很快进入市场，因为w i n c e + x 8 6 做产品 实际上是在做减法，去掉你不要的功能，能很快出产品，但伴随的可能是成本 高( 例如，i r a d i o 项目如果选用w i n c e ，则每台产品需要支付1 5 美元) ，核心 竞争力差。而某些高效的操作系统可能由于编程人员缺乏，或由于这方面的技 术积累不够，影响开发进度。 可移植性。在进行嵌入式软件开发时，可移植性是要重点考虑的问题。良 好的软件移植性应该比较好，可以在不同平台、不同系统上运行，跟操作系统 无关。软件的通用性和软件的性能通常是矛盾的。即通用以损失某些特定情况 下的优化性能为代价。 可利用资源。产品开发不同于学术课题研究，它是以快速、低成本、高质 量地推出适合用户需求的产品为目的的。集中精力研发出产品的特色，其它功 能尽量由操作系统附加或采用第三方产品，因此操作系统的可利用资源对于选 型是一个重要参考条件。l i n u x 和w i n c e 都有大量的资源可以利用，这是它们 被看好的重要原因。其它有些实时操作系统由于比较封闭，开发时可以利用的 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 资源比较少，因此多数功能需要自己独立开发。从而影响开发进度。 系统定制能力。信息产品不同于传统p c 的w i n t e l 结构的单纯性，用户的 需求是千差万别的，硬件平台也都不一样，所以对系统的定制能力提出了要求。 要分析产品是否对系统底层有改动的需求，这种改动是否伴随着产品特色? l i n u x 由于其源代码开放的天生魅力，在定制能力方面具有优势。 成本。成本是所有产品不得不考虑的问题。操作系统的选择会对成本有什 么影响呢? l i n u x 免费，w i n c e 等商业系统需要支付许可证使用费，但这都不是 问题的答案。成本是需要综合权衡以后进行考虑的，选择某一系统可能会对其 它一系列的因素产生影响，如对硬件设备的选型、人员投入、以及公司管理和 与其它合作伙伴的共同开发之间的沟通等许多方面的影响。 中文内核支持。国内产品需要对中文的支持。由于操作系统多数是采用西 文方式，是否支持双字节编码方式，是否遵循g b k ，g b l 8 0 3 0 等各种国家标准， 是否支持中文输入与处理，是否提供第三方中文输入接口是针对国内用户的嵌 入式产品的必需考虑的重要因素。 上面提到用w i n c e + x 8 6 出产品是减法，这实际上就是所谓p c 家电化；另 外一种做法是加法，利用家电行业的硬件解决方案( 绝大部分是非x 8 6 的) 加 以改进。加上嵌入式操作系统，再加上应用软件。这是所谓家电p c 化的做法， 这种加法的优势是成本低，特色突出，缺点是产品研发难度大( 需要深入了解 硬件和操作系统) 。如果选择这种做法，l i n u x 是一个好选择，它让你能够深入 到系统底层。 i - r a d i o 选用b l u e c a tl i n u x3 1 做为嵌入式操作系统，开发主机为安装了 w i n d o w s 操作系统的p c 机( 包含基于w i n d o w s 的b l u e c a tl i n u x 开发环境) 。 3 3 1b iu e c a tl i n u x 介绍 l i n u x 操作系统以其开放的源代码、高稳定性和安全性的特点已成为非常 流行的系统平台了。它可以进行多种应用程序的开发，但是不支持嵌入式实时 应用程序的开发。为了填补其应用的不足，l y n x 公司为其开发了专用于嵌入式 实时领域的应用开发产品b l u e c a tl i n u x ，更加完善了l i n u x 操作系统的开发能 力。 b l u e c a tl i n u x 3 1 以l i n u x2 2 1 2 内核为基础。支持以l i n u x 作为开发主机 的交叉开发( c r o s s d e v e l o p m e n t ) 环境，也支持以w i n d o w s 作为开发主机的交 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 叉开发环境。当前支持的硬件平台包括x 8 6 、a r m 和p o w e r p c 等系列。 b l u e c a tl i n u x 的开发环境是一个完整的开发、调试及服务体系。为嵌入式 实时应用程序的开发提供了品种繁多的开发工具和性能分析工具。例如：交叉 编辑器g c c 佗+