（计算机应用技术专业论文）基于stb7100的dvbt机顶盒软件系统的研究与实现.pdf

湖北工业大学硕士学位论文 摘要 电视走进我国普通家庭已有4 0 多年的历史，丰富多彩的电视节目和我国普通百 姓观看电视的习惯决定了电视机将在未来较长时间都所扮演重要地位，所以选取电 视机为中心，数字电视为线索来构建一个未来数字家庭系统，因其广泛性，实用性 等众多特点，所以此研究方向有着很好的科学研究价值，并可以得到其价值的体现。 数字家庭系统采用了层次的结构，其结构分别为底层硬件平台、操作系统层、 中间层以及应用程序层。底层硬件平台为整个数字家庭系统提供了可靠的物理连接， 操作系统是整个数字家庭系统软件部分运行的核心，其支撑了整个软件系统，而可 扩展的中间层则是数字家庭系统的关键所在，诠释了数字家庭系统的运行的功能。 我们使用模块化的设计方法是在系统中间件层中添加互联网引擎、数字电视引擎、 视频点播引擎和监控服务引擎等众多模块，因此将实现未来数字家庭的各种实用性 和娱乐性的功能。 使用数字信号观看电视较与使用模拟信号观看电视更加的稳定和清晰，并且能 扩展其他内容，所以使用数字信号是未来的趋势。而我国家庭之前都是用接受模拟 信号的模拟电视机，如果换成数字电视机将耗费大量的金钱，所以采用数字电视机 顶盒能够解决这个问题。在未来的数字家庭系统中，用户最为直接关联的也是他们 最为关心的是显示系统部分，所以让其图形界面能够清晰方便的使用，并且符合用 户的使用习惯，这样我们在设计中就要让用户就能以最简单直观的方式分清楚其选 项功能，比如用图片显示来表明其所象征的功能，从而能够在众多菜单中快速选取 自己所需要使用的功能。我们还使用了消息机制，其在软件系统中负责模块之间的 消息处理，用户对显示系统反应的同时也要求能够对消息机制进行安全的控制，达 到用户希望在对显示系统的操作时也能够准确无误的看到自己想要的达到的模块和 功能的目标。 本文的研究的平台是基于s t b 7 1 0 0 芯片的开发平台，操作系统是基于 l i n u x 2 6 1 7 内核的嵌入式操作系统s t l i n u x 。本文所讨论的s t b 7 1 0 0 机项盒，在设计 思想和实用性方面力图与国外西方发达社会先进的技术保持同步，该技术目前已经 在欧洲的许多国家得到了较为广泛的应用。 关键词：嵌入式系统，实时操作系统，数字视频广播，机顶盒 湖北工业大学硕士学位论文 _ _ 一m m m m m m m m m 一 a b s t r a c t t vs e ta n dt vp r o g r a mh a se n t e ri n t oo u rc o m m o np e o p l e 、sl i f e m o r et h a n4 0 y e a r s ，i t 、sv a r i e t yo ft e l e v i s i o np r o g r a m sa n dt h ew a t c h i n gt vh a b i to fo u rm o s tp e o p l e d e c i d e dt h a tt h et e l e v i s i o ns t i l lw i l lp l a yav e r yi m p o r t a n tr o l ei no u rd a i l yl i f ei nal o n g t i m ei nt h ef u t u r e ，s os e l e c t i n gt h es u b j e c tb a s e do nt h et v ，a n da r o u n db u i l d i n gaf u t u r e d i g i t a ls y s t e m s ，s h o u l db eh a v eah i g hs c i e n t i f i cr e s e a r c hv a l u eb e c a u s eo ft h e i re x t e n s i v e ， p r a c t i c a l ，a n dm a n yo t h e rf e a t u r e s ，a n dt h i sw i l lav e r yg o o dv a l u er e f l e c t i o n t h ef a m i l y d i g i t a ls y s t e mu s e s ah i e r a r c h i c a ls t r u c t u r ew h i c hi n c l u d e st h e u n d e r l y i n gh a r d w a r ep l a t f o r m ，o p e r a t i n gs y s t e ml a y e r ，m i d d l el a y e ra n da p p l i c a t i o nl a y e r t h eu n d e r l y i n gh a r d w a r ep l a t f o r mp r o v i d e sar e l i a b l ep h y s i c a lc o n n e c t i o nf o rt h ee n t i r e d 蝤t a lh o m es y s t e m ，t h eo p e r a t i n gs y s t e mi st h ec o r ep a r tt ot h ee n t i r es o f t w a r es y s t e m a n di ts u p p o r t sa l lt h es o f t w a r es y s t e m a n dm i d d l es c a l a b l el a y e ri sk e yt ot h ef u n c t i o n o ft h ef a m i l yd i g i t a ls y s t e m w eu s et h em o d u l a rd e s i g na p p r o a c hi st h a tw ew i l la d d i n g t h ei n t e m e t ，d i g i t a lt ve n g i n e ，v i d e o - o n - d e m a n de n g i n e ，a n dm o n i t o r i n gs e r v i c ec n g i n e s ， a n dm a n yo t h e rm o d u l e so nt h em i d d l e w a r el a y e ri no r d e rt om a k ef a m i l yd i g i t a ls y s t e m m o r ep r a c t i c a la n de n t e r t a i n m e n t c o m p a r et ow a t c h i n gt h et vt h r o u g ha n a l o gs i g n a l s ，d i g i t a ls i g n a l sc a np r o v i d e d w i t hm o r es t a b l ea n dc l e a r e rp r o g r a m s ，a n dc a nb ee x t e n d e dt oo t h e rc o n t e n t s ，s ou s i n go f d i g i t a ls i g n a li st h et r e n do ft h ef u t u r e b u tm o s to fo u rf a m i l i e sa r eu s i n ga n a l o g t e l e v i s i o ns e t st h r o u g ha n a l o gt e l e v i s i o n ，i tw i l lc o s tal o to fm o n e yt oc h a n g e dt h es e t i i l t od i 西t a lt v ，s ou s i n gt h ed i g i t a lt v s e t - t o pb o xa b e t t e rs o l u t i o nf o r t h i sp r o b l e m i n t h ef u t u r ef a m i l yd i g i t a ls y s t e m ，t h eu s em a ym o s t l yl i n k e dt ot h es h o wp a r t so ft h e s y s t e ma n da l s oh a v eg r e a t e s tc o n c e r n st oi t s oi tm u s tp r o v i d e st h ec l e a ra n dc o n v e n i e n t g r a p h i c a li n t e r f a c et ou s e ，a n da l s of u l f i l lu s e r sh a b i t s ，t h a ti sm e a nw en e e dt ol e tt h eu s e h a v et h em o s ts i m p l e s ta n di n t u i t i v i s tw a yt od i s t i n g u i s ht h eo p t i o n sm e n u s u c ha st h e u s eo fp i c t u r e st os h o wt h es y m b o l i cf u n c t i o nw h i c hc a nq u i c k l ys e l e c tt h em e n ua m o n g m a n yo fk i n d sf u n c t i o n si no u rd e s i g nt h o u g h t w ea l s oh a du s e dt h en e w ss t a t em a c h i n e w h i c hr e s p o n s i b l ef o rm e s s a g e p r o c e s s i n gm o d u l e sa m o n gs o f t w a r es y s t e m t h eu s e rc a n n o to n l yr e s p o n s et ot h ed i s p l a ys y s t e ma n da l s oc a l ls e c u r ei n f o r m a t i o nc o n t r 0 1 i no r d e r t om e e tt h eg o a lt h a tt h eu s e re n a b l et or e a c ht h em o d u l eo rt h ef u n c t i o nt h a tt h e ye x a c t l y w a n tw h e nt h e yo p e r a t et h ed i s p l a ys y s t e m t l l i ss t u d yi sb a s e do nt h ep l a t f o r ms t b 7 1 0 0c h i pd e v e l o p m e n tp l a t f o r m ，o p e r a t i n g s y s t e mi s b a s e do nt h el i n u x 2 6 1 7c o r ee m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e ms t l j n u x t h e d e s i g ni d e a sa n di t sp r a c t i c a la s p e c t so fs t b 7 1 0 0s e t t o pb o x e st h a td i s c u s s e di nt h i s a r t i c l e ，a r et r y i n gt ok e e pp a c ew i t hw e s t e r nd e v e l o p e ds o c i e t ya n di t sf o r e i g na d v a n c e d t e c h n o l o g y 皿et e c h n o l o g yh a sw i d e l yu s e di nm a n ye u r o p ec o u n t r i e sc u r r e n t l y k e y w o r d s ：e m b e d e ds y s t e m ，r e a lt i m e o p e r a t i n gs y s t e m ，d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t i n g ，s e t t o p b o x 潮班j 案大学 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：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取 得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律结果e t 本人承担。 学位论黼张孙1 每吼1 年占日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、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电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权湖北工业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，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 指导教师签名： 倍列 i ! t 期：年月 日 湖北工业大学硕士学位论文 第1 章引言 在当今社会，信息化已经涉及到社会的每一个角落。然而，电视在当今人们 的生活中依旧扮演着重要的较色，人们通过电视来获得信息，特别是家庭生活中， 电视更是起着不可替代的作用。随着互联网技术，人工智能，生物技术，计算机 科技，数字技术以及人类社会文化的发展，字电视将继续飞速发展i l j 。数字电视的 优点很多，具体来说有节目内容丰富，画面清晰，音质优美，互动性强等特点。 数字广播电视的高质量节目，频谱资源的充分利用，新一代高清数字电视和数字 音频广播的工程应用以及多媒体交互式数据广播业务的使用都将成为广播电视发 展的必然趋势【2 1 。因此广播电视产业也进行着自己的革命，其中广播电视业由模拟 向数字化的全面过渡转换在当今看来已成为不可阻挡的趋势1 3 。 1 1 数字电视广播概况 当今社会，尊重用户的个性是大势所趋，数字电视也不例外，用户希望根据 自己的爱好来定制电视节目，并拥有丰富的电视节目，来能与其他的信息服务有 所结合，由此可以看出未来广播电视发展必然有数字电视的一席之位。就目前的 市场来说，由于数字电视的价位普遍偏高还无法在普通人的生活中普及，且将还 会长期处于此种状况，为了让用户体验到数字电视带来的乐趣又让消费控制在用 户的承担能力之内，现在阶段的解决办法就是通在电视机上过加装一个数字电视 机项盒，将数字电视广播的节目通过模拟电视机顶盒来显示。这样一来，不仅节 约花费，而且节目的选择也会更多【4 1 。数字电视的传输手段主要有有线电视、s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ，同步数字传输体系) 、卫星、地面发射掣引。 1 1 1 数字电视广播机顶盒的功能 数字机顶盒和普通数字电视一样可以接收到数字信号，这是它最基本的功能。 然后在此基础上能够具有交互式的应用功能【6 1 。在当前用户的强烈需求之下，目 前市场上已经有非常多品种的机顶盒，且在这些机顶盒中融合了大量的高新技术 阴。就当前的形式来看，许多方便用户的服务都是基于数字视频、数字信息和交互 应用来开发的【引。数字电视的基本结构如图1 1 。 湖北工业大学硕士学位论文 视频输入视频处理 视频压缩 显示终端 压缩编码 骼码发字 解码 h 数射解 复 字机 调 调 解 音频输入音频处理 用 调 谐 信 调 音频压缩 压缩编码 器 呻 器 复 解码- 1 功放 码 道 l 数解 用 数据输入 器 字码 数据压缩 数据输出数据处理 解码 压缩编码 - i ； 数字电视综合接收解码器( i r d ) ； i -i i i i 一i 图1 1 数字电视系统结构图 1 1 2 目前数字电视的广播的发展方向 目前在我国许多地方都采用电视机顶盒来发展数字电视节目，但是目前在我 国的推广情况还只是一般，其中我国的网络环境和机顶盒的价位等多方面的因素 有关【9 l 。 但是随着数字电视机顶盒的功能逐渐完善，网络资源等其他条件的随着社会 的发展而逐渐提高，各个机顶盒的生产厂家也不断压低机顶盒的成本，普及数字 电视、娱乐和数据等信息服务就越来越近。 1 2 数字电视的发展方向 数字电视是电视节目的录制，编辑，播出之际，发射，接收所有数字编码与 数字传输技术的新一代电视技术【9 1 ，要模拟电视信号后，量化编码的数字信号， 然后处理，存储，传输，使用数字技术比模拟技术向更高水平的性能和更多功能【1 0 l 。 采用数字电视信号技术来传输电视节目比以往使用的模拟电视技术具有很多 特点和优势： 1 多功能复用，它使得频谱资源的利用率得到提高。传统模拟电视使用6 - 8 m 带宽只传输一套节目，而使用数字技术则可以传输6 8 套节目，使得资源利用率得 到成倍的增加。 2 湖北工业大学硕士学位论文 2 数字技术使得传输信号的抗干扰能力增强。模拟电视的信号在过长距离传 输或多次复制后会产生严重的失真，信噪比下降，清晰度变低；而数字技术有很 强的纠错能力，信号基本上能够保持不变，从而对清晰度等量化指标可以得到保 证。 3 互联网的发展使电视成为信息终端，其功能得到丰富化。采用数字技术， 有大量的信息资源能够通过电视传播给观众，最终可以让用户能够方便的使用各 种信息和娱乐工具，比如图文电视、通过电视进行网络浏览、视频点播、网络游 戏等 1 1 - 1 2 。 到目前为止，数字电视在世界范围内还没有统一的标准，所以各国特别是发 达国家都在积极发展自己的数字电视标准，以成为未来数字电视的领航者【1 3 】。 而我国在这一场未来数字电视的竞争中自然是勇争一流，且可以给我国的普 通百姓带来实质性的收益。数字信号的逐渐普及和应用，全球数字电视机顶盒市 场成为了一个高度竞争的市场，消费电子、家电和i t 产业等企业也开始机顶盒的 研发制造，比美国的软件巨头微软公司早在1 9 9 7 年就已经提出类似机顶盒的计划 “维纳斯”计划，中国的盛大公司也极力进入“盒子”事业，种种迹象表明，各 企业之间的竞争也愈演愈烈，趋于白热化i 孤】。因为现在的竞争主要是机顶盒的竞 争，而它侧重于对软件功能的需求，所以有自己自主开发的应用软件的公司才能 在这场商业竞争中出去优势的地位，因此，软件研发在数字电视机顶盒产品设 计起着举足轻重的作用 1 3 课题研究的背景、意义和主要内容 1 3 1 课题研究的背景 数字电视在图像质量方面，电视频道数量方面都得到了提高，并且减少传输成 本，各种增值服务中也有较好的表现。随着视频和音频数据流与通信的结合，增 强型电视，交互式，都将使数字电视的接收有着大量的互动元素，例如电子节目 指南，游戏，股票信息和视频点播等1 1 4 l 。在数字电视必将取代模拟电视的大潮流 之下，很多功能也必将通过机顶盒来实现。本课题在这样的背景下，以意法半导 体公司( s t m i c r o e l e c t r o n i c s ，s t ) 的强大技术支持为支撑，开发该软件系统，掌握 了机顶盒软件系统的核心技术，提高了产品在市场中的竞争力。 1 3 2 课题研究的意义 2 1 世纪是信息快速发展的世纪，是一个以数字家庭研究为热点话题的信息社 会。在欧洲和美国，智能家居，数字家庭已经有了长足的发展，自从世界上第一 3 湖北工业大学硕士学位论文 个智能建筑于1 9 8 4 年在美国的康涅狄格州剥茧后，北美，欧洲，澳洲和东南亚等 经济较发达的国家，都相继发明适应本国的智能家居程序。美国智能家居行业的 专业顾问公司p a r k s 的统计资料显示：1 9 9 5 年，美国一个家庭安装家庭自动化设 ， 备的平均费用在七千到九千美元之间。预计在今后的4 年内，家庭自动化市场的 年平均增长率约为8 。 数字电视有着清晰的画面，增值服务，数据和传播音频和视频数据流的混合和 加强互动电视，在接收设备可以有很多的互动应用，例如电子节目指南，如电子 节目指南和视频点播。e p g 能够进行节目预报，使用户获得下一时段的节目信息 或者未来7 天内的电视节目指南，从而可以准确了解到自己想要观看的节目播放 时间信息而不用像从前一样守候在电视机旁。 该课题的完成将为今后进一步研究中国和世界的数字电视地面广播技术提供 基础和一些有益的经验，而且产品及时投入市场将产生效益。 1 3 3 本文的主要内容 论文的主要内容如下： 第1 章是本论文的引言部分，主要对课题的研究背景、地面数字视频广播的 历史、现状和趋势、研究意义以及相关知识进行了介绍； 第2 章先先介绍了本数字机顶盒软件系统的层次结构，然后对各个层次继续 进行了深入的研究，包括硬件层和操作系统层的介绍； 第3 章先介绍了系统的移植； 第4 章分析和实现软件系统的各个主要的应用模块； 第5 章分析机顶盒的测试方法，并对测试结果进行分析； 第6 章对全文进行总结。 4 湖北工业大学硕士学位论文 第2 章s t b 7 1 0 0 机顶盒软件系统研究 2 1 软件层次结构 软件结构层次主要分三层：驱动层( s r c 目录下的各驱动) 、中间层( d r a g o n 中的d b a s e 、f r o n t e n d 、s h a r e d 、t u n e r e n g i n e 、u s i f 、m l _ g f x 中封装的函数) 和应用 层( m l _ g f x 中的具体绘制和对其它中间层函数的调用) 。 软件结构层次设计见图2 1 。 应用层 a p i 层 驱动及操作 系统层 j 应用程序( p e a c o c k ) 1 j l m o d u l ea p l ( d r a g o n ) 核心模块( s t a p i ) 1r j l s t l i n u x ( 嵌入式系统) 底层驱动资源模块 1r 图2 1 软件层次图 项目的主要工作集中在应用层和m o d u l ea p i 。其中，封装的a p i 主要包括画 点、线、框( 可带各种前景色和背景色) ，画中英文字( 可增减和更换字体) ，画位 图，字库的封装，d b a s e 中e p g 等等。 2 2 嵌入式处理器s t b 7 1o o 简介 s t 7 1 0 0 是一款意法半导体公司开发的一款功能强大的芯片，它可以说是专门 为音视频的解析说设计的。能够非常完美的耦合到我们开发的系统中来。该系统 平台有功能强大的数字电视解码芯片处理器，能够进行音视频的解码，同时作为 5 湖北工业大学硕士学位论文 系统控制器。该芯片支持标清和高清两路显示，支持d v d 、s v c d 子画面，前端 接口兼容d v d 、v c d 、s v c d ，支持串口、并口、u s b 2 0 和s a t a 接口，硬件 t s 解复用器支持串并输入。 s t b 7 1 0 0 功能结构如图2 2 所示。 s h 4 2 0 2 中央p 刊 i6 k 指令c a c h e p 2 = = 爿 仁剖，s t 2 3 1 q 】 处理器核b 剖 3 2 k 数据c a c h ei # ：爿 e 刮t s 流前端接口i 岩 e = = = 爿时钟发生器l c 刊数字视频输入i = = 爿 仁= = 刮存储器接口1 刮瓣裂雾i 一 剖亲薯鬈蚓 仁刮外设i 仁 图2 2s t b 7 1 0 0 芯片功能结构 3s t l i n u x 操作系统简介 s t l i n u x 由s t 公司的研发部门开发，是一款可以用于机顶盒嵌入式开发的系 统，对s t 7 1 0 0 有着比较好的兼容性。该系统对s t 7 1 0 0 兼容的最大优势包含一系 列设备驱动，举例来说有i d e 驱动，视频驱动，1 2 c 驱动等。 该系统从普通l i n u x 系统转化而来，做了一下裁剪： 修改阻塞时间，将阻塞时间缩短；老版本l i n u x 所采用的事件处理方式是非抢 占式的，在新版本中也做了修改；在普通的l i n u x 系统中调度原则是非常公平的， 而在我们这个系统中却不需要这样，需要一定得优先级。 s t l i n u x 对l i n u x 内核做了一些改动，兼容l i n u x 系统本身所具有的实时能力。 由于该系统对实时性的要求特别高，s t l i n u x 所采用的时间片比普通的l i n u x 操作系统的时间片的时间更短。 2 4 本章小结 本章设计了以s t l i n u x 为基础的s t b 7 1 0 0 方案的软件系统。首先设计整个 软件系统的层次结构，并分析了项目的软件工作在系统中的位置。然后介绍该项 目中所用到的硬件设备和相关软件驱动。以及所用嵌入式操作系统的介绍，从而 对整个软件系统有了更全面的理解。 6 第3 章引导程序的配置和移植 如果要具体的实现系统的各个功能，还有颂工作是必须要做的那就是要 将s t l i n u x 在上编译好后上传到嵌入式的系统中并运行起来。这一项工作的第 一步就是完成系统的引导。本章就将介绍s t l i n u x 系统的移植工作。 3 1b o o t , l o a d e r 的作用 要想嵌入式l i n u x 能够在系统上电后正常引导启动，和商用专用r t o s 一样， 需要编写特定的b s p ( b o a r ds u p p o r tp a c k a g e ) ，即l i n u x 系统的b o o f l o a d e r ，这相当 于编写p c 的b i o s 程序。b o o f l o a d e r 的移植也是进行嵌入式l i n u x 内核移植之前所 做的重要工作之一i 斗”l 。嵌入式系统中典型的分区结构如图3 1 所示 b o o tp a r a m e t e s i 图3 l b o o l l o a d e r 结构蹦 对于计算机系统来说，从开机上电到操作系统启动需要一个引导过程。嵌入式 l i n u x 系统同样离不开引导程序。 b o o t l o a d e r 是系统加电后运行的第一段代码。对于嵌入式系统来说起着非常重要 的作用。b o o t l o a d e r 是在操作系统运行之前执行的一段小程序。通过这段小程序，我 们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射表，从而建立适当的系统软硬件环境， 为最终调用操作系统内核做好准备。 对于嵌入式系统，b o o t l o a d e r 是基于特定硬件平台来实现的。因此t 几乎不可能 为所有的嵌入式系统建立一个通用的b o o t l o a d c r ，不同的处理器架构都有不同的 b o o t l o a d e r 。b o o t l o a d c r 不但依赖于c p u 的体系结构，而且依赖于嵌入式系统板级设 备的配置。对于2 块不同的嵌入式板而言，即使它们使用同一种处理器，要想让运 行在一块板子上的b o o t l o a d e r 程序也能运行在另一块板子上一般也都需要修改 b o o t l o a d 材的源程芹。 反过来，大部分b o o f l o a d c r 仍然具有很多共性，某些b o o t l o a d e r 也能够支持多 种体系结构的嵌入式系统。例如，u b o o l 就同时支持p o w c r f c 、a r m 、m i p s 和x 8 6 等体系结构，支持的板子有上百种。通常，它们都能够自动从存储介质上启动，部 湖北工业大学硕士学位论文 能够引导操作系统启动，并且大部分都可以支持串口和以太网接口。从操作系统的 角度看，b o o t l o a d e r 的总目标就是正确地调用内核来执行。b o o t l o a d e r 的启动过程可 以分为单阶段( s i n g l e s t a g e ) 、多阶段( m , u l t i s t a g e ) 两种，通常多阶段的b o o t l o a d e r 能提供更为复杂的功能以及更好的可移植性。从固态存储设备上启动的b o o t l o a d e r 大多都是两阶段的启动过程，分为s t a g e l 和s t a g e 2 两大部分。依赖于c p u 体系结构 的代码，l l - , 女a 设备初始化代码等，通常都放在s t g a e l 中，而且通常都用汇编语言来 实现，以达到短小精悍的目的。而s t a g e 2 则通常用c 语言来实现，这样可以实现复 杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。 3 2u b o o t 的配置和移植 u b o o t ，全称u n i v e r s a lb o o tl o a d e r ，是遵循g p l 条款的开放源码项目。从 f a d s r o m 、8 x x r o m 、p p c b o o t 逐步发展演化而来。其源码目录、编译形式与 l i n u x 内核很相似，事实上，不少u b o o t 源码就是相应的l i n u x 内核源程序的简 化，尤其是一些设备的驱动程序，这从u b o o t 源码的注释中能体现这一点。但是 u b o o t 不仅仅支持嵌入式l i n u x 系统的引导，当前，它还支持n e t b s d ，v x w o r k s ， q n x ，r t e m s ，a r t o s ，l y n x o s 嵌入式操作系统。其目前要支持的目标操作系统是 o p e n b s d ，n e t b s d ，f r e e b s d ，4 4 b s d ，l i n u x ，s v r 4 ，e s i x ，s o l a r i s , i r i x ，s c o ，d e l l ， n c r ，v x w o r k s ，l y n x o s ，p s o s ，q n x , r t e m s ，a r t o s 。这是u b o o t 中u n i v e r s a l 的一层含义，另外一层含义则是u b o o t 除了支持p o w e r p c 系列的处理器外，还能 支持m i p s 、x 8 6 、a r m 、n i o s 、x s c a l e 等诸多常用系列的处理器。这两个特点 正是u b o o t 项目的开发目标，即支持尽可能多的嵌入式处理器和嵌入式操作系统。 就目前来看，u b o o t 对p o w e r p c 系列处理器支持最为丰富，对l i n u x 的支持最完 善。其它系列的处理器和操作系统基本是在2 0 0 2 年1 1 月p p c b o o t 改名为u b o o t 后逐步扩充的。从p p c b o o t 向u b o o t 的顺利过渡，很大程度上归功于u b o o t 的维护人德国d e n x 软件工程中心w r o l f g a n gd e n k 以下简称w d 】本人精湛专业水 平和持着不懈的努力。当前，u b o o t 项目正在他的领军之下，众多有志于开放源 码b o o tl o a d e r 移植工作的嵌入式开发人员正如火如茶地将各个不同系列嵌入 式处理器的移植工作不断展开和深入，以支持更多的嵌入式操作系统的装载与引 导。本课题平台所使用的操作系统和采用的c p u 都支持u b o o t 的引导。 u b o o t 有以下的优点： 开放源码； 支持多种嵌入式操作系统内核，如l i n u x 、n e t b s d ，v x w o r k s ，q n x ， r t e m s ，a r t o s ，l y n x o s ： 支持多个处理器系列，如p o w e r p c 、a r m 、x 8 6 、m i p s 、x s c a l e ； 8 湖北工业大学硕士学位论文 较高的可靠性和稳定性； 较高的可靠性和稳定性； 高度灵活的功能设置，适合u b o o t 调试、操作系统不同引导要求、 产品发布等； 丰富的设备驱动源码，如串口、以太网、s d r a m 、f l a s h 、l c d 、 n v r a m 、e e p r o m 、r t c 、键盘等： 较为丰富的开发调试文档与强大的网络技术支持； u b o o t 主要目录结构为： b o a r d 目标板相关文件，主要包含s d r a m 、f l a s h 驱动； 宰c o m m o n 独立于处理器体系结构的通用代码，如内存大小探测与故障 检测； c p u 与处理器相关的文件。如m p c 8 x x 子目录下含串口、网口、l c d 驱 动及中断初始化等文件； 幸d r i v e r 通用设备驱动，如c f if l a s h 驱动( 目前对i n t e lf l a s h 支 持较好) d o cu b o o t 的说明文档； e x a m p l e s 可在u b o o t 下运行的示例程序；如h e l l o _ w o r l d c ，t i m e r c ： 掌i n c l u d eu b o o t 头文件；尤其c o n f i g s 子目录下与目标板相关的配置头 文件是移植过程中经常要修改的文件： 宰l i b x x x 处理器体系相关的文件，如l i b _ _ p p c ，l i b a r m 目录分别包含与p o w e r p c 、a r m 体系结构相关的文件； 宰n e t 与网络功能相关的文件目录，如b o o t p ，n f s ，t f t p ： p o s t 上电自检文件目录。尚有待于进一步完善； r t cr t c 驱动程序： 曩t o o l s 用于创建u b o o ts r e c o r d 和b i n 镜像文件的工具； u b o o t 所支持的主要功能有： 系统引导支持n f s 挂载、r a m d i s k ( 压, 缩或非压缩) 形式的根文件系统 q 湖北工业大学硕士学位论文 车支持n f s 挂载、从f l a s h 中引导压缩或非压缩系统内核； 宰基本辅助功能强大的操作系统接口功能；可灵活设置、传递多个关键 参数给操作系统，适合系统在不同开发阶段的调试要求与产品发布，尤 l i n u x 支持最为强劲； 宰支持目标板环境参数多种存储方式，如f l a s h 、n v r a m 、e e p r o m ； 宰c r c 3 2 校验，可校验f l a s h 中内核、r a m d i s k 镜像文件是否完好； 事设备驱动串口、s d r a m 、f l a s h 、以太网、l c d 、n v r a m 、e e p r o m 、键盘、u s b 、p c m c i a 、p c i 、r t c 等驱动支持； 上电自检功能s d r a m 、f l a s h 大小自动检测；s d r a m 故障检测； c p u 型号； 幸特殊功能x i p 内核引导； 本课题对u b o o t 的移植即是对u b o o t 目录中的相关配置文件按我们的要求 进行适当的修改，如果函数开发板相关，就要往底层的b o a r d s t i 7 1 0 0 目录中去实 现，如果与平台相关就要到c p u s t 2 3 1 、s h 4 一l x x 、s h 4 2 x x 等目录下去实现。在完 成对文件的修改后，执行如下命令即可得到相关的映像文件。 在本s t 的所有嵌入式平台的调试中，都要使用s tm i c r oc o n n e c t e r 仿真器， 本平台的u b o o t 配置、移植的具体操作如下： 将文件下载到仿真器。 将u b o o t 的b i n 文件下载到开发板的r a m 存储器中。 然后即可进行对u b o o t 参数的修改，依次对平台上的网卡的m a c 地址、 地址、子网掩码、网关等进行修改。然后在主机上将生成的u b o o t b i n 文件复制到 n f s 的输出目录中。接着将此文件通过n f s 下载到开发板的r a m 中，在从r a m 中下载到f l a s h 中。例如设置网卡参数的部分命令如下： s t b 7 1 0 0r e f s e ti p a d d r1 9 21 6 81 0 13 1 l 一 1 湖北工业大学硕士学位论文 设置完成后，要对修改进行保存。 3 - 3 本章小结 本章详细介绍了系统的移植，具体介绍b o o t l o a d e r 的移植 1 1 湖北工业大学硕士学位论文 第4 章机顶盒软件系统的主要应用模块的实现 机顶盒软件系统的应用模块的设计和实现，是本课题软件部分的主要工作， 本章结合作者在项目中的工作，介绍了数字电视业务主要应用模块的设计、实现 方法和流程。 4 1 g 的设计和用户交互的实现 在做好各种初始化的工作之后，g u i 的设计成了软件开发的基础，各个功能 的实现都要通过图形界面来与用户交互。为了实现各数字电视功能，就必须要实 现与用户的交互，能够根据用户的意愿来切换的其想要观看的模块。本节主要介 绍g u i 的设计和用户交互的实现。 4 1 1g ui 模块分析 g u i 是g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e 的简称，即图形用户接口，通常人机交互图 形化用户界面设计经常读做“g o o e e ”，准确来说g u i 就是屏幕产品的视觉体验 和互动操作部分【4 9 1 。 g u i 是一种结合计算机科学、美学、心理学、行为学，及各商业领域需求分 析的人机系统工程，注重将人，机，环境三者形成一个整体，然后进行总体设计。 纵观国际相关产业在图形化用户界面设计方面的发展现状，许多国际知名公 司也早意识到g u i 在产品方面产生的强大功能，因此在公司内部设立了相关部门 专门从事g u i 的研究与设计，同业间也成立了若干机构，以互相交流g u i 设计 理论与经验为目的。随着中国r r 产业，移动通讯产业，家电产业的迅猛发展， 在产品的人机交互界面设计水平发展上日显滞后，这对于提高产业综合素质，提 升与国际同等业者的竞争能力等等方面无疑起了制约的作用。 在系统的基础上，设计将机顶盒g u l 分成这样几个层次，如图4 1 所示。 1 2 湖北工业大学硕士学位论文 s t a t em a c h i n e ， t f m 0 d u l “对应各个菜单界面， t l & s i cc l a s s ( c b i t m 叩“l i i s i ) t i m l g f x i 图4 1g u i 层次 4 1 2mi _ g f x 图形接口的封装 在整个g u i 模块中，m l _ g f x 为用户或者是其他底层驱动提供了一套图形接 口，其中包含了画圆、画点、画线、画矩阵等的函数。并且封装了绘图函数以及 字库的封装。 首先来看画线函数具体设计： d r a w l i n e ( i n txl ，i n ty l ，i n tx 2 ，i n ty 2 ) 按照比例画图，注意c 语言中，浮点数强制转换的时候，小数点后面的数字 全部丢掉，所以必须加0 5 来四舍五入 v o i dd r a w _ l i n e ( i n tx l ，i n ty l ，i n tx 2 ，i n ty 2 ) i n t d x = x 2 一x l ； i n td y = y 2 一y l ； f l o a tm = d y d x ； f o r ( i n tx = x l ；x s u b 术d x ，2 = 2 童d y d x d s u b ：- a b - 1 = d y d x - 1 = d s u b 宰d x 掌2 = 2 木d y 一2 幸d x d s u b = a b = d y d x - - d s u b 宰d x 宰2 = 2 宰d y v o i db r e n e n h a m l ( i n tx l ，i n ty l ，i n tx 2 ，i n ty 2 ) 1 5 湖北工业大学硕士学位论文 i n ts l o p e ； ， i n td x ，d y ，i n c e ，i n c n e ，d ，x ，y ； r e v e r s el i n e sw h e r ex l x 2 i f ( x l x 2 ) b r e s e n h a m l ( x 2 ，y 2 ，x l ，y 1 ) ； r e t u r n ； d x = x 2 一x