基于Blackfin處理器的嵌入式數碼相框設計

摘要：介紹了匯聚式處理器Blackfin的基本功能，給出了以Blackfin為嵌入式系統硬件平臺，并采用uClinux操作系統和其中集成的大量硬件驅動(dòng)程序來(lái)設計具有互聯(lián)網(wǎng)WiFi無(wú)線(xiàn)連接、電子郵件發(fā)送、RSS新聞閱讀、即時(shí)照片分享、全觸摸操作等功能的嵌入式數碼相框的設計方案。
關(guān)鍵詞：嵌入式處理器；Blackfin；uCLinux；數碼相框

當今的嵌入式應用已經(jīng)無(wú)處不在，無(wú)論是消費電子、通信終端，還是系統設備、工業(yè)控制、汽車(chē)電子系統或航空航天，都無(wú)處不見(jiàn)嵌入式應用的身影?，F在，全球每年生產(chǎn)數十億顆微處理器，其中大部分都被廣泛應用于各類(lèi)嵌入式系統。
目前，在嵌入式系統硬件平臺方面，各種微控制器以及數字信號處理器(DSP)產(chǎn)品，無(wú)論從品牌、功能特性方面，還是針對目標應用的成本、處理能力、功耗要求、集成度、開(kāi)發(fā)周期、技術(shù)難度等具體要求，都可以精心選擇出最具綜合優(yōu)勢的硬件核心平臺。而在嵌入式操作系統方面，無(wú)論是開(kāi)放源代碼的Linux陣營(yíng)的各種商業(yè)版本或免費版本，還是WinCE、vxWorks等“重量級”平臺，抑或針對特定應用優(yōu)化的Windows Mobile、Symbian、Android等，也同樣可以方便地選擇一款最佳的操作系統軟件平臺。
嵌入式系統的設計過(guò)程實(shí)際上就是一個(gè)軟硬件聯(lián)合協(xié)同開(kāi)發(fā)的過(guò)程。在進(jìn)行軟硬件平臺選擇評估時(shí)，單純地離開(kāi)硬件去評估操作系統或離開(kāi)操作系統評估硬件平臺都有失偏頗，特別是對于很多非通用處理器來(lái)說(shuō)尤其如此。當前很多嵌入式硬件平臺都提供有針對目標應用優(yōu)化的操作系統及軟件模塊資源，一些商業(yè)化的操作系統也針對主流的硬件平臺進(jìn)行了優(yōu)化設計，而且提供了眾多的第三方優(yōu)化操作系統版本。這些資源對于嵌入式系統設計來(lái)說(shuō)具有重要的意義。為此，本文介紹了一種獨特的嵌入式平臺核心處理器，即匯聚式處理器Blackfin及其主流配套操作系統和相關(guān)資源的應用與設計方法，給出了用其設計嵌入式數碼相框的設計方案。

1 硬件處理器Blackfin的選擇
本設計選用匯聚式處理器Blackfin來(lái)構建獨特的嵌入式硬件平臺。匯聚式處理器Blackfin是由ADI和Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微信號架構(MSA)，它集32位RISC型指令集、雙16位乘法累加(MAC)信號處理功能和通用型微控制器所具有的易用性于一體，這種匯聚式處理能力的組合使得Blackfin處理器能夠在旗號處理和控制應用中均發(fā)揮極佳的作用，并可在許多應用中免除增設單獨的異構處理器的必要，因而極大地簡(jiǎn)化了硬件和軟件設計。Blackfin處理器非常適合于以會(huì )聚為關(guān)鍵技術(shù)的嵌入式音頻、視頻、通信應用，包括多格式音頻、視頻、語(yǔ)言和圖像處理，多模式基帶和分組處理，控制處理和實(shí)時(shí)安全性處理等。正是這種獨特的系統架構所具有的設計靈活性和可擴展性為Blackfin處理器贏(yíng)得了廣泛的適應性，也使其廣泛應用于數字家庭娛樂(lè )、網(wǎng)絡(luò )和流媒體、汽車(chē)遠程信息處理和信息娛樂(lè )、數字無(wú)線(xiàn)電，以及移動(dòng)電視終端。
Blackfin處理器在單內核產(chǎn)品中可提供高達756MHz的性能，以及低至0．8V的低功耗電壓。所有的Blackfin處理器均具有多個(gè)獨立的DMA控制器，這些控制器可支持自動(dòng)數據傳輸，而且其所需的處理器內核開(kāi)銷(xiāo)極少。此外，Blackfin處理器還具有豐富的存儲器配置，可以極大地方便嵌入式系統的應用開(kāi)發(fā)。其中ADSP-BF51x系列處理器就同時(shí)具有NOR閃存、NAND閃存、鐵電存儲(FRAM)、SDRAM，同時(shí)還提供有支持Lockbox安全技術(shù)的一次性可編程存儲器。
Blackfin處理器架構完全符合SIMD標準，并帶有用于加速視頻和圖像處理的指令。該架構很適合于全信號處理／分析應用。由于Blackfin處理器具有最佳的代碼密度且只需進(jìn)行極少(或者完全不需要進(jìn)行)代碼優(yōu)化處理，因而不會(huì )遇到其他傳統處理器所常見(jiàn)的性能空間障礙。

2 uCLinux操作系統的選擇
嵌入式操作系統的選擇對于正在從事新的嵌入式開(kāi)發(fā)項目來(lái)說(shuō)，它與選擇嵌入式硬件微處理器同樣重要。對于Blackfin處理器來(lái)說(shuō)，除了處理器本身的獨特性能特性?xún)?yōu)勢外，強大的嵌入式操作系統資源也是嵌入式系統設計的一個(gè)關(guān)健因素。Blackfin處理器支持包括VisualDSP自帶的操作系統內核(VDK)、ThreadX、uCLinux和Nucleas等操作系統，這一特性可避免將操作系統從其它處理器平臺移植到Blackfin平臺時(shí)，因更改操作系統而延長(cháng)的終端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。各種操作系統各自都具有不同的特性功能以及不同的價(jià)格、版權費用等條款。從特性上看，嵌入式操作系統有代碼緊湊、復雜度低的操作系統VDK，也有復雜而具有豐富特性的操作系統uClinux，同時(shí)具有可靠性極高的INTEGRI TY，以及專(zhuān)注于汽車(chē)市場(chǎng)需求的RTA-OSEK等。通過(guò)對各種操作系統的功能分析，本設計最終選擇了uCLinux操作系統來(lái)進(jìn)行數碼相框的設計。圖1所示是其操作系統在Blackfin上的組織結構。