基于ARM9的电子相册

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陈金辉指导教师王韧职称副教授专业自动化班级自本0801完成时间20101230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/OSII；ZN_FAT；ARM9ABSTRACTELECTRONICALBUMSMEANSYOUCANWATCHTHEDIFFERENCEONCOMPUTERSINCD/VCDSTILLPICTUREOFSPECIALDOCUMENT,ITSCONTENTISNOTLIMITEDTOPHOTOGRAPH,MAYALSOINCLUDEAVARIETYOFARTCREATIONPICTURESELECTRONICALBUMSWITHTRADITIONALALBUMSINCOMPARABLEADVANTAGESDRAWING,TEXT,VOICE,LIKEARTICALSEXPRESSIONALGIMMICK,REVISEEDITINGFUNCTIONS,QUICKRETRIEVALMETHODS,THEUNFAILINGPERMANENTPRESERVATIONCHARACTERISTICS,ANDCHEAPCOPYDISTRIBUTIONOFTHESUPERIORMEANSKEYWORDSELECTRONICALBUMS；C/GUI；C/OSII；ZN_FAT；ARM91目录1设计任务及总体方案111设计任务112功能要求说明12电子相册的硬件系统的设计221TFT液晶及触摸屏电路222SD卡电路33电子相册软件系统的设计431使用单片机资源的情况432软件系统各模块功能介绍533软件系统程序流程框图84仿真结果、使用说明及教学建议941使用说明942仿真结果943设计体会1044教学建议10参考文献11致谢1211设计任务及总体方案11设计任务将SD卡中的图片解码并在TFT彩屏上显示。12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。13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APIAPPLICATIONPROGRAMINTERFACE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11所示。2C/GUIS3C2440AZN_FATJPEG/BMP文件触摸屏SD存储卡LCDC/OSII图11系统总体框图2电子相册的硬件系统的设计21TFT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35寸，主要显示16位色色彩。TFT接口如图21所示。VD0VD23为数据总线，直接连接到2440的LCD控制器上。3LCD_PWREN为背光使能。VSYNC帧（垂直）同步。HSYNC帧（水平）同步。VCLKLCD时钟。VDEN数据有效使能。图21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21所示。22SD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。DAT0DAT34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22所示。4图22SD卡接口3电子相册软件系统的设计31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，013UM的CMOS标准宏单元和存储器单元。其功耗极低，ARM920T实现了MMU，AMBABUS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ICACHE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UARTIRDA10,64字节TXFIFO，和64字节RXFIFOSD卡接口兼容SD主接口协议10版和MMC卡协议211兼容版。定时器02通道ADC5触摸屏接口PLL片上时钟发生器32软件系统各模块功能介绍321C/GUIEMGUI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31所示。6输入设备触摸屏鼠标摇杆键盘应用程序LCD驱动位图字体位图转换器字体转换器LCDLCD控制器窗口管理控件/对话框存储设备抗锯齿资源基本GUI图31C/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。322C/OSII简介C/OSII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/OSII嵌人到开发的产品中。C/OSII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/OSII已经移植到了几乎所有知名的CPU上。严格地说UC/OSII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7系统，网络等额外的服务。UC/OSII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/OSII任务状态之间的切换如图32所示。图32UC/OSII任务状态323ZN_FAT文件系统简介ZNFAT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。ZNFAT提供了如图33所示的软件接口。挂起睡眠就绪运行中断OSMBOXPOSTQPSTOSOFRONTEMPSTOSTASKREUMEIMDLYRSUMEOSTETICKOSMBOXPENDQPENDOSMTASKSUSPENDOSIMEDLYTHMSOSTARTIINEXIOS_TASK_SW中断OSIINTEX任务占先OSTASKDELOSTASKDELOSTASKCREATEXOSTASKDEL8图33ZN_FAT文件系统功能示意33软件系统程序流程框图复制文件文件重命名读取数据打开文件获取总容量获取剩余容量关闭文件删除文件创建目录追加数据创建文件扇区读取接口扇区写入接口ZN_FAT驱动层接口层9列表显示用户选择了其中一列显示图片开始读取SD卡中的JPEG和BMP文件显示控制按钮显示下一张图片显示上一张图片有按键消息按下左键按下右键按下返回键更新选中项NNYY图34软件系统程序流程图4仿真结果、使用说明及教学建议1041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。42仿真结果本系统采用VISUALC60仿真。（1）框架窗口控件创建仿真图如图41所示。图41框架窗口控件仿真图（2）列表框窗口控件创建如图42所示。图42列表窗口控件仿真图43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11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。44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121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20081590WANGLIMING,ARM9EMBEDDEDSYTERMDEVELOPANDPRACTICEBEIJINGBEIJINGUNIVERSITYOFAERONAUTICSANDASTRONAUTICS,20081590INCHINESE2JEANJLABROSSE（美）著，邵贝贝等译嵌入式实时操作