【文章內(nèi)容簡介】 SB接口基于ARM架構(gòu)32位處理器S3C2410硬件平臺架構(gòu)存儲器串行通行口LCD顯示 嵌入式圖像處理系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖硬件平臺主要采用飛凌嵌入式技術(shù)有限公司（原慧通科技）開發(fā)的TE2410開發(fā)板。硬件平臺包括嵌入式處理器S3C24SDRAM、存儲器、串行通信口、USB接口、LCD顯示屏等，為圖像處理提供存儲器支持、計(jì)算支持和顯示支持。嵌入式操作系統(tǒng)為底層硬件提供驅(qū)動支持、內(nèi)存管理、任務(wù)管理、中斷管理以及圖像處理任務(wù)管理等。系統(tǒng)啟動后，首先通過引導(dǎo)程序啟動操作系統(tǒng)完成硬件的初始化，接著通過操作系統(tǒng)提供的任務(wù)管理模塊分配內(nèi)存，來讀取需要處理的圖像信息，并顯示到LCD顯示器上，實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時顯示，最后通過圖像處理算法將緩存區(qū)中的圖像進(jìn)行編碼、圖像處理以及存儲。應(yīng)用軟件是針對目標(biāo)需求編寫的專用程序，用于實(shí)現(xiàn)圖像處理功能?！?6】 系統(tǒng)硬件平臺總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)是硬件平臺，其性能好壞直接決定著整個系統(tǒng)的性能?？紤]到目前嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板性能良好、技術(shù)成熟、價格便宜，本設(shè)計(jì)最終選用了飛凌嵌入式技術(shù)有限公司（原慧通科技）開發(fā)的TE2410開發(fā)板。TE2410開發(fā)板是基于三星公司的ARM9處理器S3C2410的嵌入式平臺，采用6層板設(shè)計(jì)，性能穩(wěn)定可靠并且具有低功耗、體積小、接口豐富等眾多優(yōu)點(diǎn)。下面對本系統(tǒng)硬件平臺作進(jìn)一步研究。本硬件平臺總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。系統(tǒng)中，圖像文件從USB接口讀取，LCD用于顯示圖像，F(xiàn)lash存儲器用于固化操作系統(tǒng)、圖形用戶界面和圖像處理算法等程序，SDRAM用于系統(tǒng)程序和用戶程序的運(yùn)行，RS 232用于Linux宿主機(jī)開發(fā)，SD卡用于存儲圖像。Flash存儲器LCD顯示器S3C2410處理器觸摸屏SDRAMRS232接口電源SD卡 嵌入式圖像處理系統(tǒng)的硬件平臺結(jié)構(gòu)圖 嵌入式系統(tǒng)硬件 基于ARM處理器的S3C2410微處理器本次設(shè)計(jì)使用的硬件平臺是由飛凌嵌入式技術(shù)有限公司（原慧通科技）開發(fā)的TE2410開發(fā)板，它的中央處理器是基于三星公司生產(chǎn)的的S3C2410微處理器。S3C2410是一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器，內(nèi)部帶有全性能的MMU（存儲管理單元），主要面向手持式設(shè)備和高性價比、低功耗的應(yīng)用。ARM920T內(nèi)核由ARM9TDMI、高速緩存和存儲管理單元三部分組成。其中，存儲管理單元管理虛擬內(nèi)存，高速緩存由獨(dú)立的16KB高速地址Cache和16KB高速數(shù)據(jù)Cache組成。另外，ARM920T有兩個內(nèi)部協(xié)處理器，為CPl4和CPl5，其中CPl4用于調(diào)試控制，CPl5用于測試控制和存儲系統(tǒng)控制。整個ARM920T內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。16KB指令Cache指令MMUAMBA總線RAM9TDMI內(nèi)核（內(nèi)嵌ICE）CP15寫緩存16KB指令Cache數(shù)據(jù)MMU ARM920T內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖S3C2410微處理器功能強(qiáng)大并且內(nèi)部具有豐富的集成資源，主要有4通道的DMA、SDRAM控制器、4個具有PWM功能的定時計(jì)數(shù)器、1個LCD控制器（支持STN和TFT帶有觸摸屏的液晶顯示屏）、117位通用I/O和24位外部中斷源、8通道的10位ADC、4通道的URAT。在接口方面，S3C2410還具有IIS總線接口、觸摸屏接口、1個USB從機(jī)接口、2個USB主機(jī)接口、SD接口、2個SPI接口和MMC卡接口之類等的豐富接口。S3C2410X內(nèi)部集成了一個具有日歷功能的RTC和具有PLL（MPLL和UPLL）的芯片時鐘發(fā)生器。MPLL能產(chǎn)生頻率高達(dá)203MHz的主時鐘來供處理器工作。S3C2410分為8組進(jìn)行管理存儲空間，每個組的大小是128MB，共1GB。Bank0～Bank5起始地址均為固定，用于ROM或SRAM；Bank6和Bank7大小一樣且可編程，同樣主要用于ROM或SDRAM。S3C2410X支持從NAND Flash啟動，NAND Flash較NOR Flash具有價格低、容量大等許多優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)采用NAND Flash與SDRAM組合，可獲得很高的性價比。S3C2410X支持三種啟動方式，可通過OM[1：0]管腳進(jìn)行選擇：OM[1：0]=00，處理器從NAND Flash啟動OM[1：0]=01，處理器從16位寬的ROM啟動OM[1：01=10，處理器從32位寬的ROM啟動我們將引導(dǎo)代碼和操作系統(tǒng)鏡像存放在外部NAND Flash中，并從NAND Flash啟動。在處理器位于該模式復(fù)位時，內(nèi)置NAND Flash將訪問控制接口，并引導(dǎo)代碼自動加載到內(nèi)部SRAM （此時，SRAM定位于起始地址空間0x00000000，容量4KB）并運(yùn)行。之后，SRAM中的引導(dǎo)程序?qū)⒉僮飨到y(tǒng)鏡像加載到SDRAM中，操作系統(tǒng)便能在SDRAM中運(yùn)行。啟動完畢后，4KB啟動SRAM就能夠用在其他地方。如果從其他方式啟動，啟動ROM定位于內(nèi)存的起始地址空間0x00000000，處理器直接在ROM上運(yùn)行啟動程序，而4KB啟動SRAM被定位于內(nèi)存地址的0x40000000處。 FLASH存儲器在嵌入式操作系統(tǒng)中，F(xiàn)LASH存儲器是主要的存儲單元，嵌入式系統(tǒng)里所用到的軟件系統(tǒng)，如嵌入式Linux內(nèi)核、Bootloader、圖形應(yīng)用程序、RAMDISK壓縮映像以及戶程序全部是存放在系統(tǒng)的64MB NANDFLASH存儲器里的。FLASH存儲器的數(shù)據(jù)寬度為32位，啟動時映射到S3C2410的ROM BANKO里。 串行通訊口串行通訊口是嵌入式操作系統(tǒng)中必不可少的組成部分，是嵌入式系統(tǒng)和上位機(jī)聯(lián)系的不可或缺的接口，嵌入式操作系統(tǒng)通過Linux里的Mini或者Windows中的超級終端，在設(shè)置了正確的波特率和通訊方式之后，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時的通訊調(diào)試。在底層板中通過2片MAX3232芯片控制2個UART（Universal Asynchrono eceiver/Transmitter）接口，完成與PC的聯(lián)機(jī)。 USB接口USB接口主要分為主、從USB接口，即USB DEVICE和USB HOST，系統(tǒng)中共提供了兩路USB接口。CN7位為DEVICE，CN6位為HOST。 系統(tǒng)電源S3C2410系統(tǒng)內(nèi)核采用1．8V供電，外圍采用3．3V供電。因此開發(fā)板有外部電源提供5V電源，經(jīng)芯片可為外設(shè)提供2．5A電流，保證用戶擴(kuò)展的需要。而RTC（實(shí)時時鐘）考慮到開發(fā)板斷電后繼續(xù)工作，故采用鋰電單獨(dú)供電，就可實(shí)現(xiàn)對整個嵌入式系統(tǒng)的供電要求。 觸摸屏觸摸屏是整套系統(tǒng)中必不可少的組成部分，現(xiàn)在常見的觸摸屏主要有四項(xiàng)電阻式觸摸屏、四項(xiàng)電容式觸摸屏、紅外觸摸屏和表面聲波觸摸屏。以下主要介紹本嵌入式系統(tǒng)中所應(yīng)用到的四項(xiàng)電阻式觸摸屏。四項(xiàng)電阻式觸摸屏的工作部分一般由兩部分組成：兩層透明的阻性導(dǎo)體層和兩層導(dǎo)體之間的隔離層電極。觸摸屏工作時，上下導(dǎo)體層相當(dāng)于電阻網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)某一層電極加上電壓時，會在該網(wǎng)絡(luò)上形成電壓梯度。如果有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，則在電極未加電壓的另一層可以測得出該點(diǎn)處的電壓，從而知道接觸點(diǎn)處的坐標(biāo)。例如，在頂層的電極（X+，X）上加上電壓，則在頂層導(dǎo)體層上形成電壓梯度，當(dāng)有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，在底層就可以測得接觸點(diǎn)處的電壓，再根據(jù)該電壓切換到底層電極（Y+，Y）上，并在底層測量接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道Y坐標(biāo)。試驗(yàn)箱的觸摸屏采用標(biāo)準(zhǔn)觸摸屏以及模擬信號輸入，使用MC9328MXI芯片的ASP模塊（Analog Signal Processor）提供的專用于觸摸屏輸入的4路9位數(shù)模轉(zhuǎn)換（ADC）結(jié)構(gòu)，觸摸屏置于Sharp LCD之上，另有2路9位A/D用于測量電池電壓。觸摸屏的驅(qū)動方式是采用ASP字符設(shè)備模式進(jìn)行驅(qū)動的，ASP驅(qū)動是一個字符設(shè)備的驅(qū)動，以下是ASP驅(qū)動的具體方法：struct file_operations ts_fops 2{open：asp_open，release：asp_release，read：asp_read，poll：aspA0011．ioctl：asp_ioetl，}。 LCD顯示模塊良好的人機(jī)界面在嵌入式系統(tǒng)中非常重要，因此系統(tǒng)中LCD是必須的，系統(tǒng)選用320*240*16bit的TFT真彩液晶。2410芯片引出的LCD數(shù)據(jù)線VD0～VDl同步信號線和時鐘線經(jīng)過緩沖器74HC245驅(qū)動后接入液晶，74HC245供電電壓與LCD供電電壓相同。S3C2410內(nèi)部集成液晶控制器。只要設(shè)置好相應(yīng)的寄存器，便能夠產(chǎn)生正確時序來控制液晶【7,8】。3 軟件開發(fā)平臺設(shè)計(jì) 嵌入式Linux操作系統(tǒng)平臺嵌入式Linux項(xiàng)目開發(fā)前，需要搭建一套基于Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，該環(huán)境一般由宿主機(jī)和開發(fā)板構(gòu)成。開發(fā)板主要用于運(yùn)行系統(tǒng)的應(yīng)用軟件以及操作系統(tǒng)，其用到的應(yīng)用程序的開發(fā)和調(diào)試、操作系統(tǒng)內(nèi)核的編譯需要在宿主機(jī)上完成。從軟件的角度看嵌入式Linux系統(tǒng)，通?？梢苑譃樗膫€層次，引導(dǎo)程序Bootloader、Linux內(nèi)核、根文件系統(tǒng)及應(yīng)用程序開發(fā)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。應(yīng)用程序開發(fā)根文件系統(tǒng)Linux內(nèi)核引導(dǎo)程序Bootloader 軟件分層結(jié)構(gòu)圖對于嵌入式系統(tǒng)軟件平臺的開發(fā)中這四個方面的研發(fā)是相互獨(dú)立的，但它們又是相輔相成，不可分割的。嵌入式系統(tǒng)是通過引導(dǎo)程序進(jìn)行啟動，引導(dǎo)程序則是在硬件系統(tǒng)上執(zhí)行的第一段代碼。嵌入式系統(tǒng)啟動的主要方式是Bootloader引導(dǎo)程序。首先，是Bootloader引導(dǎo)程序引導(dǎo)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行啟動程，Bootloader引導(dǎo)程序在開發(fā)板板上要分兩部分進(jìn)行啟動，最先執(zhí)行第一段代碼的啟動，然后再進(jìn)行第二段代碼的啟動。在臺式機(jī)的常規(guī)系統(tǒng)中，通常將引導(dǎo)程序裝入到主引導(dǎo)記錄，或者裝入Linux駐留的磁盤的第一個扇區(qū)。并且在臺式機(jī)或者其它系統(tǒng)上，BIOS會將控制交給引導(dǎo)程序；一旦引導(dǎo)程序安裝到開發(fā)板的閃存，將開始進(jìn)行所有的初始化工作，接收來自主機(jī)的文件系統(tǒng)和內(nèi)核；裝入內(nèi)核后，引導(dǎo)程序就將控制轉(zhuǎn)交給內(nèi)核；引導(dǎo)程序?qū)inux內(nèi)核引導(dǎo)起來以后，內(nèi)核會依據(jù)引導(dǎo)程序的命令行參數(shù)對文件系統(tǒng)進(jìn)行掛接動態(tài)的裝載驅(qū)動模塊，執(zhí)行Linux初始化程序，最后啟動圖形引擎，進(jìn)入到圖形界面下的Linux操作模式【10】。 嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植Linux移植，就是把Linux操作系統(tǒng)針對具體的目標(biāo)平臺做必要改寫，然后安裝在該目標(biāo)平臺使它運(yùn)行起來。具體內(nèi)容是：先獲取某一版本的Linux內(nèi)核源碼，根據(jù)開發(fā)的具體目標(biāo)平臺對源碼進(jìn)行修改體系結(jié)構(gòu)相關(guān)部分的改寫，然后添加一些外設(shè)的驅(qū)動，設(shè)計(jì)一款適合于目標(biāo)平臺的新操作系統(tǒng)（該過程屬于內(nèi)核的定制），針對目標(biāo)平臺對該系統(tǒng)進(jìn)行交叉編譯，生成一個內(nèi)核鏡像文件，最后通過一些手段把該鏡像文件燒寫到我們目標(biāo)平臺中。若對Linux源碼進(jìn)行改寫，工作難度是比較大的，它不僅要求對Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)非常熟悉，還要求對目標(biāo)平臺的硬件結(jié)構(gòu)非常熟悉，但是這些工作一般由目標(biāo)平臺的提供商來完成。例如我們使用的ARM平臺，它的這些工作就是由英國ARM公司來完成的，我們所要做的就是從其網(wǎng)站上下載相關(guān)版本Linux內(nèi)核的補(bǔ)?。≒atch）。把它寫到Linux內(nèi)核上，再進(jìn)行交叉編譯就完成了。，如下：1) 從ftp:（如： ）；2) ：zcat../ patchpl3) 準(zhǔn)備交叉編譯環(huán)境。這里我們用到的是gcc編譯器；4) 修改內(nèi)核目錄下的Makefile文件，主要運(yùn)行以下命令：將ARCH:=$(shell Llnamem sede s/\*/arm/.e s/sal 10/arm/）這一行注釋掉；“ARCH:=”改為“ARCH:=arm” ；“CROSS—COMPILE：=”改為“CROSS COMPILE=當(dāng)前交叉編譯工具中firmlinux所在目錄” ；5) 此后就可以進(jìn)行內(nèi)核的定制及編譯；6) 依次燒寫B(tài)ootloader、內(nèi)核、根文件系統(tǒng)，最終完成整個移植過程。由以上的內(nèi)容可知，其中內(nèi)核的編譯和修改是重要的部分，以下著重對此進(jìn)行介紹。 Linux內(nèi)核源碼的修改Linux內(nèi)核分為體系結(jié)構(gòu)相關(guān)和無關(guān)