基于 S3C2440 的嵌入式多媒體控制器設計

根據當今移動(dòng)終端設備多功能、低功耗、易于移植的要求,分別從硬件和軟件系統 2 方面提出了一種基于三星μS3C2440 芯片的嵌入式多媒體娛樂(lè )控制器的解決方案,同時(shí)介紹了利用 CLinux 構造嵌入式系統的方法,并提出了基于MiniGUI開(kāi)發(fā)多媒體娛樂(lè )軟件的基本方案。通過(guò)測試,系統能夠滿(mǎn)足用戶(hù)在文字、音視頻處理以及常用有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)數據交換等多方面的要求。

由于移動(dòng)通信技術(shù)的高速發(fā)展,移動(dòng)電話(huà)早已超出原有的進(jìn)行語(yǔ)音通信的領(lǐng)域,正逐步成為手持娛樂(lè )終端的中心。手機用戶(hù)希望自己的手機在完成通信基本功能的同時(shí)還能作為 PDA、MP3 播放器、數碼相機、攝像機、視頻播放機等。因此,設計出多功能、低功耗的多媒體終端至關(guān)重要。ARM+Linux系統具有低功耗、易移植、便于定制的特點(diǎn),所以我們采用其作為系統設計的理想平臺。

系統設計

本方案由硬件系統和軟件系統2 部分構成,其中硬件系統采用三星的具有 ARM920T 核的 16/32 位多功能、低功耗的嵌入式處理器 S3C2440。S3C2440 是韓國三星公司推出的一款高檔的,可用于手持設備、智能家電等便攜產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的嵌入式微處理器,其主頻處理速度達到400 MHz,完全可以滿(mǎn)足音頻和視頻的處理要求。其主控制芯片及豐富的外圍接口電路可用于創(chuàng )建連接各類(lèi)設備的集成化驅動(dòng)程

序和協(xié)議堆棧,如讀寫(xiě) USB 的接口、MMC/ CF 多媒體卡接口、AC97 音頻接口、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口、IrDA 紅外接口等,給用戶(hù)提供了多種與其他系統進(jìn)行信息交互的功能,可以自由地實(shí)現文字、聲音和圖像資料的交換。軟件系統包括μCLinux操作系統、圖形用戶(hù)接口 GUI,方便用戶(hù)根據自身的需要,開(kāi)發(fā)相應的多媒體應用程序。uCLinux 操作系統高效穩定,提供了完成嵌入功能的基本地內核,能夠處理嵌入式任務(wù)和用戶(hù)界面,更由于其開(kāi)發(fā)源碼、定制方便以及易于移植,并不需要 MMU 的支持,可廣泛地用于各種嵌入式系統中。

1 硬件系統

硬件系統S3C2440構成核心電路系統,該芯片采用RISC結構,除具有一般嵌入式芯片所具有的總線(xiàn),SDRAM控制器以外,還具有豐富的擴展功能接口,內部集成了TFT/ STN LCD和觸摸屏控制器、 USB Slave ,USB Host , Ir2DA紅外接口、 SD MMC存儲卡接口、 AC97數字音頻接口等大量的功能模塊。同時(shí),通過(guò)外擴的PCI總線(xiàn),使得系統具有很強的擴展和升級能力,提供了極其豐富的人機交互接口。該芯片采用1. 2 V的工作電壓,功耗很低,能夠滿(mǎn)足消費類(lèi)電子電源對功耗的要求。同時(shí),電源管理模塊能夠提供系統多種電壓供電,包括芯片內核電壓采用1. 8 V供電,芯片的I/ O部分采用3. 3 V供電,而片外的一些常規集成電路又采用5 V供電。智能電源管理模塊很好地解決了對系統各個(gè)部分供電要求的不同,降低了功耗,減少了不同電源之間的干擾噪聲,提高了系統的集成度。由于S3C2440芯片內部沒(méi)有實(shí)現PCI總線(xiàn),為了使系統具有更強的擴展和升級能力,通過(guò)外圍的PCI總線(xiàn)控制器芯片實(shí)現系統總線(xiàn)的擴展。該芯片支持PCI2. 1協(xié)議規范,在33 MHz的總線(xiàn)時(shí)鐘頻率下,其峰值傳輸速度可達133 MB/ s ,完全可以滿(mǎn)足數據傳輸的要求。通過(guò)PCI總線(xiàn)實(shí)現藍牙接口和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口,滿(mǎn)足用戶(hù)遠距離數據傳輸和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的要求。同時(shí),系統可以連接2.5英寸或者1. 8英寸的小型硬盤(pán),實(shí)現用戶(hù)信息的移動(dòng)存儲,用戶(hù)可以根據需要擴大存儲容量。由于在系統中采用了PCI總線(xiàn)控制器,擴展出了PCI總線(xiàn),使得系統在某種意義上相當于一臺小型PC機,用戶(hù)可以很方便地進(jìn)行硬件系統的擴展和升級。為了滿(mǎn)足有些場(chǎng)合的人機交互,不同于一般的PC機系統,要求快捷、 方便的操作要求,我們采用6. 4英寸高亮度彩色TFT LCD觸摸屏,用戶(hù)與上層多媒體處理軟件的交互直接通過(guò)觸摸屏方式實(shí)現,提供了良好的人機接口。

圖1為系統的硬件結構框圖。

SHAPE *

MERGEFORMAT

嵌入式多媒體控制器硬件結構框圖

2、軟件部分

軟件系統由μCLinux 操作系統、 嵌入式圖形用戶(hù)界面支持系統 MiniGUI構成。 μCLinux操作系統包括引導裝載程序、 嵌入式Linux 內核、 必要的設備驅動(dòng)程序、 文件系統J FFS2 等,具有高度模塊化、 易于定制、 可移植性好等優(yōu)點(diǎn)。引導裝載程序Boot Loader 是系統加電后運行的第一段軟件代碼。通過(guò)這段小程序,可以初始化硬件設備、 建立內存空間的映射圖,從而將系統的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài),以便為最終調用操作系統內核準備好正確的環(huán)境。每種不同的 CPU 體系結構都有不同的 Boot Loader ,Boot Loader 是嚴重依賴(lài)于硬件而實(shí)現的。本系統采用基于A(yíng)RM920T核的Boot Loader ,且根據系統硬件設備的實(shí)際配置修改了Boot Loader 的源程序,使他能夠運行到我們的系統上。所設計的系統提供了最大128 M可選的 SDRAM和最大128 M可選的 FLASH存儲器,系統運行小型的,經(jīng)過(guò)裁剪的Linux 微內核。微內核由內存管理、 進(jìn)程管理和事務(wù)處理構成,包括了所有核心的操作系統功能在內。μCLinux 操作系統本身的微內核體系結構相當簡(jiǎn)單,系統要求的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和文件系統以模塊形式置于微內核的上層,驅動(dòng)程序和其他部件可在運行時(shí)作為可加載模塊編譯或是添加到內核,這為構造定制的可嵌入系統提供了高度模塊化的構件方法。用戶(hù)可以結合定制的驅動(dòng)程序和應用程序來(lái)實(shí)現自己的附加功能,大大減小了內核的體積,便于維護和移植。其中,采用J FFS2 日志閃存文件系統管理非易失性存儲中的結構化文件數據,J FFS2 是專(zhuān)門(mén)為像閃存芯片那樣的嵌入式設備創(chuàng )建的,所以他的整個(gè)設計提供了更好的閃存管理,為掉電或系統崩潰等突發(fā)事件提供了很好的數據保護機制。

MiniGUI 是一種面向嵌入式系統或實(shí)時(shí)系統的圖形用戶(hù)界面支持系統,是遵循 L GPL 條款的純自由軟件,提供了完備的多窗口機制,多字符集和多字體支持,BMP , GIF ,J PEG,PCX,TGA 等常見(jiàn)圖像文件的支持等。他是建立在比較成熟的圖形引擎之上的,比如 SVGALib 和 LibGGI ,系統開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)在于窗口系統、 圖形接口之上,MiniGUI提供了大量的圖形應用編程接口,包含全部功能的庫文件大小僅為 300 k左右,特別適合用在嵌入式系統上開(kāi)發(fā)控制臺圖形用戶(hù)界面的應用程序。同時(shí),由于圖形抽象層( GAL)和輸入抽象層( IAL)概念的引入,將底層圖形硬件和上層的圖形操作和輸入處理分離開(kāi)來(lái),大大提高了 MiniGUI 的可移植性。利用 GAL 和 IAL ,MiniGUI可以在許多圖形引擎上運行,可以很方便地移植到基于A(yíng)RM920T核的S3C2440系統上。