基于ARM9的电子相册.doc

单片机技术课程设计说明书 基于AMR9的电子相册 系 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 指导教师： 专 业： 班 级： 完成时间： 1摘 要 是指可以在电脑上观赏的区别于CDVCD的静止图片的特殊文档，其内容不局限于摄影照片，也可以包括各种艺术创作图片。电子相册具有传统相册无法比拟的优越性：图、文、声、像并茂的表现手法，随意修改编辑的功能，快速的检索方式，永不褪色的恒久保存特性，以及廉价复制分发的优越手段。关键词 电子相册；C/GUI；C/OS-II；zn_FAT；ARM9 ABSTRACTElectronic albums means you can watch the difference on computers in CD/VCD still picture of special document, its content is not limited to photograph, may also include a variety of art creation pictures. Electronic albums with traditional albums incomparable advantages: drawing, text, voice, like articals expressional gimmick, revise editing functions, quick retrieval methods, the unfailing permanent preservation characteristics, and cheap copy distribution of the superior means.Key words electronic albums；C/GUI；C/OS-II；zn_FAT；ARM9 目 录1 设计任务及总体方案11.1 设计任务11.2 功能要求说明12 电子相册的硬件系统的设计22.1 TFT液晶及触摸屏电路22.2 SD卡电路33电子相册软件系统的设计43.1 使用单片机资源的情况43.2 软件系统各模块功能介绍53.3 软件系统程序流程框图84 仿真结果、使用说明及教学建议94.1 使用说明94.2 仿真结果94.3 设计体会104.4 教学建议10参考文献11致 谢12131 设计任务及总体方案1.1 设计任务将SD卡中的图片解码并在TFT彩屏上显示。1.2 功能要求说明（1）读取SD卡中的JPEG和BMP格式的图片。（2）列表显示图片信息，包括文件名、文件大小、文件修改日期。且支持中文字体。（3）通过触屏选择需要显示的图片，并且具备丄翻、下翻、返回功能键。1.3 设计总体方案及工作原理说明本设计采用S3C2440A 处理器 ，通过zn_FAT32文件系统读取SD卡中的图片文件，应用C/GUI提供的图片显示API(Application Program Interface)进行解码，最终以26万色模式在LCD彩屏上显示。方案框图如图1.1所示。图 1.1 系统总体框图2 电子相册的硬件系统的设计2.1 TFT液晶及触摸屏电路（1）TFT液晶电路TFT彩色显示器通过利用三种原色混合的原理显示不同的色彩：彩色面板中，每个像素都是由3个液晶单元格构成，其中每个单元格前面都分别有红色、绿色、蓝色的过滤片；光线经过过滤片的处理变成红色、绿色、蓝色，利用三原色的原理组合出不同的色彩。本次设计中TFT是主要的显示设备，液晶屏显示分辨率为320240，物理尺寸为3.5寸， 主要显示16位色色彩。 TFT接口如图2.1所示。VD0VD23：为数据总线，直接连接到2440的LCD控制器上。LCD_PWREN：为背光使能。VSYNC：帧（垂直）同步。HSYNC：帧（水平）同步。VCLK: LCD时钟。VDEN：数据有效使能。 图 2.1 液晶及触摸屏接口（2）触摸屏电路电阻触摸屏是由两层复合膜构成，一层为导电玻璃，另一层为导电薄膜,在两层导电层之间有许多细小的透明隔离点把他们绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，控制器侦测到这一接触点，ADC后计算出（X，Y）的坐标。本系统中触摸屏是主要的人机交互媒介。本次设计采用四线制电阻式触摸。接口如图2.1所示。2.2 SD卡电路SD卡是可靠数字存储卡，由MMC发展而来，他是为满足最新的视听类消费电子产品对安全、容量、性能等有特殊要求的环境而设计的。本系统中SD卡作为外储设备，通过PC机上下载的图片后，插入开发板SD卡插槽后由ARM读取。SD卡基于9针接口，最大可工作在25MHz。其中定义了两种可选择的总线协议，分别是SD和SPI。（1）SD总线：CLK：主机与卡之间的同步时钟。CMD：双向的命令/反馈信号。DAT0DAT3：4位双向的数据传输线。（2）SPI总线：CS：主机到卡芯片之间的片选信号。CLK：主机到卡芯片之间的同步信号。DataIn：主机到卡芯片之间的数据输入信号。DataOut：主机到卡芯片之间的数据输出信号。本系统采用了高速的SD总线方式，硬件接口如图2.2所示。图2.2 SD卡接口3 电子相册软件系统的设计3.1 使用单片机资源的情况本次设计采用了三星公司推出的16/32位RISC微处理器S3C2440A采用了ARM920T 的内核，0.13um 的CMOS 标准宏单元和存储器单元。其功耗极低，ARM920T 实现了MMU， AMBA BUS 和Harvard 高速缓冲体系结构构。Fclk 最高达 400MHz。本次使用了以下片上功能： 16KB的 I-Cache和16KBDCache/MMU 外部存储控制器(SDRAM 控制和片选逻辑) LCD 控制器 1 通道LCD 专用DMA 通道UART(IrDA1.0, 64字节Tx FIFO，和64字节Rx FIFO) SD卡接口：兼容SD 主接口协议1.0 版和MMC 卡协议2.11 兼容版。 定时器0 2通道ADC 触摸屏接口 PLL 片上时钟发生器3.2 软件系统各模块功能介绍3.2.1 C/GUI(emGUI)简介C/GUI是一种嵌入式应用中的图形支持系统。它设计用于为任何使用LCD图形显示的应用提供高效的独立于处理器及LCD控制器的图形用户接口，它适用单任务或是多任务系统环境, 并适用于任意LCD控制器和CPU下任何尺寸的真实显示或虚拟显示。它的设计架构是模块化的，由不同的模块中的不同层组成，由一个LCD驱动层来包含所有对LCD的具体图形操作。 C/GUI可以在任何的CPU上运行，因为它是100%的标准C代码编写的。UCGUI能够适应大多数的使用黑白或彩色LCD的应用，它提供非常好的允许处理灰度的颜管理。还提供一个可扩展的2D图形库及占用极少RAM的窗口管理体系。典型C/GUI框架图如图3.1所示。图 3.1 C/GUI框架图本系统中C/GUI作为不仅提供人机交互的界面包括按钮、滚动条、窗口同时也用来解码 JPEG、BMP文件显示。3.2.2 C/OS-II简介C/OS-II 是一种免费公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统，是专门为计算机的嵌入式应用设计的。其源码绝大部分代码是用C编写，CPU硬件相关部分是用汇编语言编写的。具有很强的移植性。用户只要有标准的ANSI的C交叉编译器，有汇编器、连接器等软件工具，就可以将C/OS-II嵌人到开发的产品中。C/OS-II 具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点，最小内核可编译至 2KB 。C/OS-II 已经移植到了几乎所有知名的CPU 上。 严格地说uC/OS-II只是一个实时操作系统内核，它仅仅包含了任务调度，任务管理，时间管理，内存管理和任务间的通信和同步等基本功能。没有提供输入输出管理，文件系统，网络等额外的服务。uC/OS-II目标是实现一个基于优先级调度的抢占式的实时内核，并在这个内核之上提供最基本的系统服务，如信号量，邮箱，消息队列，内存管理，中断管理等。uC/OS-II任务状态之间的切换如图3.2所示。图 3.2 uC/OS-II任务状态3.2.3 zn_Fat文件系统简介Zn-FAT 是由我国年轻的电子工程于振南于两年前开始研发，目前已基本成熟的8位机FS。修改后可移植到AVR、STM32、DSP、NIOSII等不同类型的处理器上，本系统将其移植到了32位的ARM9处理器上运行良好。zn-FAT提供了如图3.3所示的软件接口。图3.3 zn_FAT文件系统功能示意3.3 软件系统程序流程框图图 3.4 软件系统程序流程图4 仿真结果、使用说明及教学建议4.1 使用说明将互联网上的JPEG或者BMP图片下载到SD 卡中，开机后将会出现文件信息列表，点击触摸屏选择要显示的图片，通过点击丄翻或者下翻按钮实现切换图片显示，点击返回键返回到列表显示界面。4.2 仿真结果本系统采用Visual C+ 6.0仿真。（1）框架窗口控件创建仿真图如图4.1所示。图 4.1 框架窗口控件仿真图（2）列表框窗口控件创建如图4.2所示。图 4.2 列表窗口控件仿真图4.3 设计体会本次设计实现了JPEG和BMP图片的显示，相对以前只能显示单色的位图文件来说无疑是巨大的进步，这也极大地激发了我对单片机应用程序的编写的兴趣。这也是我首次使用GUI设计应用程序，让我领阅了GUI的强大功能，同时GUI的复杂性也让我感到自己的知识领域的局限，尤其是面向对象的消息机制。但我相信有了这次成功的经验对以后开发C/GUI应用程序会有很大的帮助，也为学习更加高级的GUI比如QT奠定了夯实的基础。此外让GUI和OS协调运行也是这次设计的一大特色，再加上文件系统，本系统基本上具备了嵌入式应用系统的所有特性。当然，本设计存在的缺陷也是很明显的。最主要的是在图片的显示速度上，应该有很大的优化余地。但，我相信随着我对ARM处理器的熟悉，对算法的深入学习这将很快被攻克。4.4 教学建议希望能有更多的机会实践复杂的单片机应用系统的设计，这些无疑更能提升应用能力。此外要提升我们的硬件电路设计能力。参考文献1 王黎明.ARM9嵌入式系统开发与实践M.北京：北京航空航天大学出版 2008.1590 Wang Liming, ARM9 embedded syterm develop andpractice.Beijing: Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2008.1590(in chinese)2 Jean J.Labrosse（美）著，邵贝贝 等译.嵌入式实时操作系统 u C / O S II. 北京：北京航天航空大学出版社 2003.1350 Jea