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面向行业手持设备的嵌入式Linux软件平台项目嵌入式Linux软件平台系统设计说明书编写者：CY版本说明日期版本号发布说明作者批准人签字岗位目 录1引言11.1编写目的11.2背景11.3基线11.4范围11.5定义11.6参考资料12总体设计12.1概述12.2设计思想32.3基本处理流程62.4产品的系统体系结构82.5功能需求与系统单元的关系102.6人工处理过程113系统主要数据结构说明113.1数据结构113.2数据结构与系统单元的关系164接口设计164.1外部接口164.2内部接口175运行设计175.1系统初始化175.2运行控制175.3运行结束176系统出错处理设计176.1出错信息176.2补救措施177系统维护设计187.1检测点的设计187.2检测专用模块的设计188尚待解决的问题18附录A：嵌入式中文字库关键技术和算法19glyph的矢量表示19计算转换系数scale20附录B: 嵌入式中文字库数据流程图21附录C ：全屏手写系统结构图22附录D：多媒体软件移植系统流程图231 引言1.1 编写目的本文档是为保证“面向行业手持设备的嵌入式linux软件平台”项目在整个开发过程中的完整性、可追溯性，并保证软件产品与面向行业手持设备的嵌入式Linux软件平台项目系统需求规格说明书保持一致性而编写的。预期读者为项目相关开发人员、项目管理人员和SCM、SQA人员、客户代表。1.2 背景项目名称：面向行业手持设备的嵌入式Linux软件平台用户： 无线手持通信设备厂商1.3 基线面向行业手持设备的嵌入式Linux软件平台项目系统需求规格说明书1.4 范围本软件结构设计说明书所涉及的内容范围包括总体的结构设计，系统单元的结构设计，系统主要数据结构说明，接口设计，运行设计，系统出错处理设计和维护设计。1.5 定义无。1.6 参考资料1) 面向行业手持设备的嵌入式Linux软件平台项目系统需求规格说明书面向行业手持设备的嵌入式Linux开发平台项目总体开发计划2) 本文件中引用的其他文献、资料以及软件开发标准。2 总体设计2.1 概述2.1.1 功能描述本产品要实现的功能包括：l 嵌入式Linux系统l 目标系统的软件开发环境l 对运行平台提供的各种接口，提供稳定的驱动程序l 基于QT/embedded的图形用户界面l 中文图形界面l 中英文手写输入、键盘输入l 多媒体播放器l 个人助理套件l 英汉词典l 浏览器l 面向交通、物流行业的应用编程接口本参考平台包括开发包和运行包。要求参考平台具备高度的可配置性，方便开发人员根据其需要在参考平台的基础上进行添加、裁减和上层开发，快速形成产品。2.1.2 运行环境开发平台的运行环境：推荐采用PIII650以上CPU，内存大于128M，硬盘空间大于4G；推荐完全安装普华Linux 3.0，并安装开发包和目标系统源代码。运行包硬件环境：硬件采用PXA250开发板，规格如下：l socketed processor for easy upgradesl 64 MBytes SDRAMl 32 MBytes Boot ROMl 32 MBytes Flash Memoryl 1 MByte SRAMl one Intel SA-1111 Companion Chip, which provides: one PCMCIA slot one Compact Flash slot one USB Host port PS/2 keyboard and mouse supportl Standard Microsystems LAN91C96* Ethernet controllerl touch-screen panel controllers: Philips UCB 1400* Burr Brown ADS7846*l audio CODECs with MIC, LINE IN, and HEADPHONE connectors: Philips UCB 1400 Cirrus CS4201*l Sharp LM8V31 LCD panel, with support for other LCD typesl one USB Client portl pulse width modulation controll one infrared (IrDA) transceiverl Full Function and Bluetooth UART serial portsl one slot for one Secure Digital memory card or MultiMediaCardl I2C bus communicationsl logic analyzer connectionsl one expansion-card slot for custom developmentl isolatable processor core voltage for precise power measurementsl eight 7-segment LED digits, eight discrete LEDs, eight discrete switches, and twohexadecimal-encoding switches for use by application software2.2 设计思想2.2.1 系统构思本项目向用户提供参考平台包含开发包和运行包，在系统设计中因此也分为开发平台和运行平台,其中开发平台系统构思如图1所示,运行平台构思如图2所示。目标系统源码包PXA开发包PC环境目标系统交叉编译工具具具具目标系统下载工具Qpe源代码目标系统裁减工具目标系统打包工具目标系统远程调试工具PXA250的Linux核心和glibc库Bash源代码标准Linux系统图1 开发平台系统构思嵌入式GUI嵌入式矢量字库全屏手写识别输入法嵌入式多媒体套件嵌入式文本浏览器邮件客户端中文终端文件管理器基本库和扩展库支持（C库、网络、多媒体（IPP）、图形）音频I/O驱动LCD驱动网卡驱动触摸屏、键盘、鼠标驱动Linux核心USB驱动背光灯驱动串口驱动图2 运行平台系统构思2.2.2 关键技术与算法 关键技术：嵌入式Linux操作系统：主要是基于IntePXA 250 硬件平台进行嵌入式Linux系统优化，保证系统具备良好的可移植性和可扩展性，此过程主要涉及的技术包括：l 系统可剪裁可配置技术；l 支持无硬盘及闪存工作方式技术；l JFFS2 文件系统技术；l 支持随时直接关机；l 支持运行时核心模块动态加载机制；嵌入式图形用户界面：l 支持基于Framebuffer的GUI系统；l 支持GIF、JPEG、XPM、PNG、BMP等常用图像格式；l 提供易用的、可定制的、功能完善的人机交互界面；l 提供已预制的应用模块接口，提供对应用程序添加的扩展机制等；l 图形界面支持完整的中文机制及环境；l 为提高用户的开发效率，提供丰富的控件集和开发工具；面向行业类的应用编程接口库：l 提供具体行业的API函数的实现机制；l 实现不同系统平台间的通讯；l 使开发出的API函数能够让开发人员较方便地实现上层应用程序与底层硬件之间的通讯；嵌入式JAVA：l 嵌入式Java虚拟机；l 提供Java处理程序；l 支持Java applet和Java application；l 提供Java工具；l 提供Java运行环境；嵌入式中文信息处理子系统：l 全面的中文显示支持；l 提供多种中文输入法；l 嵌入式中文字体；l 支持嵌入式手写输入；本项目目的是提供系统平台，所以具体算法主要由合作厂商提供相关接口，本项目设计的主要算法有：l 基于IPP的多媒体编解码算法l 矢量字体的轮廓描绘、填充、平滑算法（算法分析见附录A）l 高效、准确的手写笔迹匹配识别算法2.2.3 关键数据结构无2.3 基本处理流程（1） 系统流程图开发平台系统流程如图3所示: 图3 开发平台系统流程图根据开发需要对参考平台进行配置根据配置对源代码进行编译链接库文件，形成可执行代码生成动态库或静态库判断是否需要裁减根据需要进行裁减按配置要求对相关文件进行打包判断是否需要打包写入目标系统YYNN运行平台系统流程图如图4所示.开发板加电初始化设备挂装文件系统加载busybox启动init进程加载图形界面（QPE）上层应用（记事本，媒体播放，关机等）退出运行环境关机图4 运行平台系统流程图（2） 数据流程图本项目提供系统平台，因此项目没有核心数据流程，相关模块的数据流程见附录B。2.4 产品的系统体系结构系统单元如下例表所示:单元名称标识符功能开发平台包kfptb交叉编译源代码，并打包下载到PXA开发板设备/接口驱动程序qdcx访问设备/接口的IO端口/寄存器/配置空间，进行设备检测和参数设定，并初始化设备。处理中断请求，完成数据读写操作检测错误和处理异常中软嵌入式Linux操作系统czxt嵌入式Linux核心、基本库和扩展库（C库、网络、多媒体、图形库）嵌入式中文GUIzwguiQPE图形环境（窗口管理、中文字库、中文手写）上层应用scyyQPE下的上层应用程序（包含个人助理套件、多媒体应用等）2.4.1 系统层次结构运行平台系统层次结构如图5所示：中软嵌入式Linux操作系统设备/接口驱动程序嵌入式中文GUI全屏中文手写嵌入式中文字库上层应用（关键是多媒体应用）图5 运行平台系统层次结构图2.4.2 系统单元设计开发平台：将现有的交叉编译工具、调试器、软件包下载工具等整合在一起，并增加裁减、打包工具。设备/接口驱动程序：在现有的相关驱动程序源代码基础上，对PS/2，USB, 以太网口，LCD以及音频口进行测试，并实现x86平台到PXA平台的移植。中软嵌入式Linux操作系统：使用开发平台提供的交叉编译工具编译基于PXA平台的嵌入式Linux核心和基本库以及启动程序，并使用开发平台的相关工具下载到开发板上。嵌入式中文GUI：开放源码的图形环境QPE的修改和汉化（另包括全屏中文手写单元和嵌入式中文字库单元），然后交叉编译修改后的QPE源码并下载到开发板上（全屏中文手写流程图见附录C）上层应用：修改一些已有源码的应用并交叉编译下载到开发板上，关键是实现一个基于Intel IPP的多媒体播放器，主要方法是在分析QPE多媒体软件底层接口的基础上，移植替换底层解码库。(多媒体解码流程图见附录D)2.5 功能需求与系统单元的关系开发平台：l 可以在PC机上交叉编译PXA的应用程序l 可对生成的PXA目标代码进行裁减l 可对生成的系统进行打包集成l 可以将软件包下载到PXA开发板，并写入Flashl 提供minicom，可通过串口进行调试l 可在PXA开发板上通过gdb/gdbserver调试二进制代码设备/接口驱动程序：l 能使用PS2接口的键盘和鼠标l 能通过USB口使用外接设备l 能使用10M 以太网接口l 能使用LCD和触摸屏l 能使用外接的音频输入输出设备中软嵌入式Linux操作系统：l 在开发板上Linux核心正常启动l 在开发板上能使用Linux基本指令嵌入式中文GUI：l 完善稳定的QPE图形界面l 全面汉化处理l 手写识别率高l 中文字体美观、清晰l 字符显示能够无级缩放上层应用：l 嵌入式中文套件l 邮件客户端l 多媒体应用软件（能正常播放MPEG4和MP3文件，多媒体文件播放流畅，播放速率至少达到25帧/秒）2.6 人工处理过程开发平台：根据目标系统需求，修改配置文件或Makefile软件的配置、编译过程，包括configure、make、make install等软件裁剪、打包和下载过程。运行平台：无。3 系统主要数据结构说明 3.1 数据结构本项目主要是提供一个系统平台，因此没有全局的数据结构，系统单元的数据结构如下：a)嵌入式中文字库主要数据结构FT_Outline_typedef struct FT_Outline_ short n_contours; /* number of contours in glyph */ short n_points; /* number of points in the glyph */ FT_Vector* points; /* the outlines points */ char* tags; /* the points flags */ short* contours; /* the contour end points */ int flags; /* outline masks */ FT_Outline;n_contours：表示在一个glyph outline中所有的字形轮廓的数目n_points：表示在一个glyph outline的矢量表示中，所有坐标点的数目。Points：一个指向有n_points 个FT_Vector元素的数组的指针，给出了outlines 点坐标Tags：一个指向有n_points 个char元素的数组的指针，给出每个outline point的类型。Contours: 一个n_contours 个短整型元素的数组，给出了每个contour的结束点的索引。Flags：一系列bit flags用来表示outline的特征。b)全屏中文手写主要数据结构class QMatcher /识别库标准接口类public:QMatcher (); /初始化virtual QMatcher();/析构virtual void setType();/设置识别类型virtual void setSpeed();/设置识别速度virtual unsigned long getType();/获得识别类型virtual short getSpeed();/获得识别速度virtual int Recognize();/识别处理virtual struct rangelist *TypeRange();/获得识别类型表列;struct Q_PACKED QIMPenGlyphLink/每个点的坐标结构 signed char dx; signed char dy;class QIMPenStroke/记录每一个笔画中的各个点public: QIMPenStroke();/初始化 void clear();/清空 bool isEmpty();/判断是否为空int length();/返回点的个数 const QArray &chain();/返回各个点QPoint startingPoint();/返回开始点void beginInput( QPoint p );/开始记录 bool addPoint( QPoint p );/把点加入links数组void endInput();/某个笔画结束protected:QArray links;/某个笔画的各个点的坐标;typedef QList QIMPenStrokeList;/一个字的所有笔画c）多媒体软件移植主要数据结构(1) mp3解码所用到的结构typedef struct /*/1. ippsUnpackFrameHeader_MP3 */IppMP3FrameHeader FrameHdr; /* MP3 帧头信息*/Ipp8u HdrBufHDR_BUF_SIZE;/* MP3帧头缓冲区*/Ipp8u *pHdrBuf;/* MP3帧头缓冲区指针*/* 2. ippsUnpackSideInfo_MP3 */IppMP3SideInfo SideInfoMAX_GRANMAX_CHAN;/* MP3 side信息表 */* 3. ippsUnpackScaleFactors_MP3_1u8s */ Ipp8s ScaleFactorMAX_CHAN*IPP_MP3_SF_BUF_LEN;/* mp3 scalefactors 信息表*/int ScfsiMAX_CHAN*SCF_BANDS;/* Scalefactor 信息选择表 */*4. ippsHuffmanDecode_MP3_1u32s */Ipp32s IsXrMAX_CHAN*IPP_MP3_GRANULE_LEN;/* Huffman 解码缓冲区和 IMDCT流缓冲区 */int NonZeroBoundMAX_CHAN;/* Non-zero bounds on Huffman IMDCT coefficient set for each channel */* 5. ippsReQuantize_MP3_32s_I */ Ipp32s RequantBufIPP_MP3_GRANULE_LEN;/* Work space buffer required by requantization primitive */* 6. ippsMDCTInv_MP3_32s */Ipp32s XsMAX_CHAN*IPP_MP3_GRANULE_LEN;/* IMDCT 输出/PQMF 输入缓冲区 */Ipp32s OverlapAddBufMAX_CHAN*IPP_MP3_GRANULE_LEN;/* Overlap-add buffer required by IMDCT primitive */int PreviousIMDCTMAX_CHAN;/* Number of IMDCTs computed on previous granule/frame */* 7. ippsSynthPQMF_MP3_32s16s */Ipp32s PQMF_V_BufMAX_CHAN*IPP_MP3_V_BUF_LEN;/* V buffer - used by fast DCT-based algorithm for synthesis PQMF bank */int PQMF_V_IndxMAX_CHAN;/* Index used by the PQMF for internal maintainence of the V buffer */* Main Data Decoding Buffer */Ipp8u MainDataBufMAIN_DATA_BUF_SIZE;/* 数据区解码缓冲区*/ int MainDataEnd;/* 数据区指针 */* Application Interface Parameters */int Channels;/* 通道数量 */int pcmLen;/* pcm 输出缓冲长度 */ MP3DecoderState;(2) mpeg4解码所用到的结构/* 视频属性结构 */typedef enum IPP_VIDEO_LUMINANCE,/* 亮度 */IPP_VIDEO_CHROMINANCE,/* 色度 */IPP_VIDEO_ALPHA/* Alpha component */ IppVideoComponent;/* Macroblock Types */typedef enum IPP_VIDEO_INTER= 0,/* P picture or P-VOP */IPP_VIDEO_INTER_Q= 1,/* P picture or P-VOP */IPP_VIDEO_INTER4V= 2,/* P picture or P-VOP */IPP_VIDEO_INTRA= 3,/* I and P picture, or I- and P-VOP */IPP_VIDEO_INTRA_Q= 4,/* I and P picture, or I- and P-VOP */IPP_VIDEO_INTER4V_Q= 5,/* P picture or P-VOP(H.263)*/IPP_VIDEO_DIRECT= 6,/* B picture or B-VOP (MPEG-4 only) */IPP_VIDEO_INTERPOLATE= 7,/* B picture or B-VOP */IPP_VIDEO_BACKWARD= 8,/* B picture or B-VOP */IPP_VIDEO_FORWARD= 9/* B picture or B-VOP */ IppMacroblockType;/* 矢量动作结构 */typedef struct _IppMotionVector Ipp16sdx;Ipp16sdy; IppMotionVector;/* 透明状态结构 */enum IPP_VIDEO_TRANSPARENT= 0,IPP_VIDEO_PARTIAL= 1,IPP_VIDEO_OPAQUE= 2;3.2 数据结构与系统单元的关系嵌入式中文字库单元，在对矢量字库的处理中，数据结构FT_Outline_中描述了字形轮廓的矢量表示，按照设置的字体格式，对字形轮廓的矢量表示的进行转换，并以此生成位图，输出显示字符。全屏中文手写单元，在鼠标输入过程中，利用数据结构QIMPenStroke记录每一个笔画中的各个点，利用Qmatcher识别引擎作为调用识别库标准接口，在手写识别程序和识别库之间进行数据交换，并产生候选字列表。多媒体软件移植单元，主要通过这些数据结构在解码过程来描述媒体文件，并在最后通过数据结构返回上层软件。4 接口设计4.1 外部接口4.1.1 用户接口开发平台：采用命令行方式与用户交互信息。运行平台：用户通过手写输入或者虚拟终端同开发板交互信息。4.1.2 其它外部接口开发平台：硬件接口：通过串口、并口、网口与开发板通讯。软件接口：通过minicom、ftp、telnet与运行环境交互信息。运行平台：嵌入式GUI：TrollTech公司。中英文手写输入：清华文通。嵌入式中文字库：长沙东文4.2 内部接口运行平台系统单元接口如6所示：上层应用QPE中文图形环境全屏中文手写嵌入式中文字库设备驱动中软嵌入式Linux核心图6 运行平台系统单元接口5 运行设计5.1 系统初始化加电复位，核心引导，执行初始化脚本，建立基本运行环境，启动图形界面。5.2 运行控制无5.3 运行结束退出系统，关闭电源。6 系统出错处理设计6.1 出错信息本项目可能出错的信息有:运行平台系统启动失败，某设备不支持等。（x86平台图形界面和应用编程中出现的错误由开发人员根据实际情况修改调试，在此不做预测）6.2 补救措施根据出错信息重新交叉编译Linux核心源码，写入目标系统运行。7 系统维护设计7.1 检测点的设计无7.2 检测专用模块的设计无8 尚待解决的问题无附录A：嵌入式中文字库关键技术和算法glyph的矢量表示Glyph image的矢量表示被称为outline，outline是一系列封闭的路径称之为contours组成，每个contours划定了一个glyph的外部和内部区域，它是由线段和贝塞尔曲线组成。Contours是由一系列的points来表示，通过control points来定义曲线的弧是二次还是三次的贝塞尔曲线。因此，每一个point都对应一个tag标志，说明其是normal还是control point。每一个contour对应下列四种情况：图一图二图三图四由三个数组来进行描述：points数组包含了contours所有的点，tags数组包含了与每一个point相对应的flag，contours数组包含了一个contour结束点的索引。n_points是outline所有的点数，n_contours是outline包含的contours的数量。Tag可以为以下的三种value：FT_Curve_Tag_On：表示其所对应的point在曲线上，两个连续的FT_Curve_Tag_On的point表示一个直线段。如图一所示。FT_Curve_Tag_Conic：表示其所对应的point不在曲线上，但是一个control point，在两个FT_Curve_Tag_On的point中间有一个FT_Curve_Tag_Conic的point表示了一段二次贝塞尔曲线，如图二所示。FT_Curve_Tag_Cubic：也表示所对应的point是一个control point，在两个FT_Curve_Tag_On的point中间有两个FT_Curve_Tag_ Cubic的points表示了一段三次贝塞尔曲线，如图三所示。如果在两个FT_Curve_Tag_On的point中间有两个FT_Curve_Tag_ Conic的points，则会在两个off points的中间加上一个虚拟的point，形成两个二次的贝塞尔曲线。如图四所示。计算转换系数scale设char_width为设置的字体大小，horz_re