基于ARM LinuxQT的掌上多媒體系統(tǒng)的設計和實現

　　首先定制裁剪并移植了Linux2．6的內核，然后為使各硬件能正常工作編寫了鍵盤驅動、LCD驅動、觸摸屏驅動、音頻驅動、USB驅動等驅動。多功能掌上多媒體系統(tǒng)的正常工作首先是進入ARM－Linux操作系統(tǒng)，然后加載各個硬件的驅動程序并初始化各外圍設備，接著就進入基于QT／Embedded庫的Qtopia桌面系統(tǒng)編寫的GUI圖形界面程序的播放器，最后選擇要進行的操作。

　　對于Linux內核的移植首先要移植bootloader，系統(tǒng)采用的是VIVI，其功能包括：分區(qū)管理、參數管理、啟動Linux操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)管理、支持網絡、通過串口下載程序到Flash或者RAM等。建立嵌入式開發(fā)環(huán)境，使得能夠交叉編譯源代碼，對VIVI的源代碼進行交叉編譯，生成能在ARM Linux上運行的bin文件，通過開發(fā)板的JTAG口將其燒寫到開發(fā)板的Flash中。

　　對內核的移植首先要對內核進行修改MAKEFILE文件指定編譯器以及目標平臺，然后配置內核，交叉編譯生成內核鏡像，通過UART口(串口)下載到開發(fā)板上。移植相應的文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)中的文件是數據的集合，不僅包含著文件中的數據，而且還有文件系統(tǒng)的結構，所有Linux用戶和程序看到的文件、目錄、軟連接及文件保護信息等都存儲在其中。在設計過程中把文件系統(tǒng)設置為可讀寫，這樣操作性強一些，在投入到生產中的時候應該把文件系統(tǒng)設置為只讀的，這樣整個掌上多功能媒體播放器的操作系統(tǒng)就加載好了。

　　2．2 驅動程序的設計

　　本系統(tǒng)共涉及到鍵盤驅動、觸摸屏驅動、LCD驅動、音頻驅動和USB驅動等驅動。因為多媒體功能是本系統(tǒng)的重點，所以播放器部分很重要，這里主要介紹音頻驅動的編寫。

　　目前Linux下常用的音頻驅動程序主要有兩種類型：OSS(Open Sound System) 和ALSA。最早出現的Linux上的編程接口是OSS，它由一套完整的內核驅動程序模塊組成，可為大多數音頻芯片驅動提供統(tǒng)一的編程接口。在嵌入式系統(tǒng)中，對于特定的處理器(如本系統(tǒng)采用的S3C2410)，可以按照OSS接口標準來編寫音頻驅動程序，以滿足Linux上的應用程序。OSS接口已經足夠簡單，需要完成的主要的工作就是對音頻設備(本系統(tǒng)采用的是Philips的UDA1314TS)的read，write和ioctl等操作。

　　系統(tǒng)音頻驅動主要是對UDA1314TS進行驅動編寫，包括對UDA1314TS的L3接口的控制。首先初始化I／O和UDA1 314芯片，然后申請兩個DMA(Direct Memory Access)通道用于音頻傳輸(音頻數據的發(fā)送和接收都通過一個先入先出的隊列FIFO，但是只靠FIFO要保證音頻的連續(xù)播放是很困難的，所以申請DMA通道來解決此問題)。OSS標準中由兩個最基本的音頻設備：混音器(Mixer)和數字信號處理器(DSP)又稱編解碼器，其中混音器主要用來控制輸入輸出音量的大小，只有open和release以及幾個接管OSS標準的iotcl。而DSF設備驅動的方法比較復雜，主要包括open、release、read、write、poll、ioctl。其中主要在write和read方法中實現音頻的播放和錄音。以播放音頻來說明DSP驅動程序的編寫，對應了驅動程序中的open和write方法，它們利用DMA實現了音頻的播放。在open中，首先判斷設備打開的方法：讀取、寫入和讀／寫，分別對應音頻的錄音、播放以及錄音同時回放，然后申請兩個與音頻DMA緩沖區(qū)相關的，在初始化DMA時要用到，最后程序可以根據設備打開模式的初始化S3C2410的工作模式，并清空所需的DMA緩沖區(qū)(在write方法被調用時創(chuàng)建)的數據結構，把它留給緩沖區(qū)創(chuàng)建。在這里，因為使用了兩個DMA音頻數據傳輸，DMA緩沖的建立發(fā)生在第一次調用wri te將音頻數據傳送到設備，而OSS驅動的調用者通常要在打開音頻設備時就期望獲得DMA緩沖的信息，然而因為緩沖尚未建立，會使得緩沖大小為0這個結果，解決辦法時在兩個與音頻DMA緩沖區(qū)相關的程序部分一定不能少了以下代碼：

　　if(!output_stream．bufferaudio_setup_buf(＆out stream))

　　return-ENOMEM；

　　在Write方法中首先判斷設備文件打開的方式，具有write特性打開的設備才可以寫入，然后判斷是否沒有建立DMA緩沖區(qū)，若沒有，則通過audio_setup_buf()來創(chuàng)建，定義一個結構體(audio_stream_t)的指針如下：

　　2．3 Gu l程序的設計與播放器的實現

　　2．3．1 GUI程序的設計和實現

　　播放器的圖形界面在Qtopia視窗環(huán)境下運行，采用Qt／Embedded2．3．7作為底層圖形庫，用于生成用戶界面。QT是一個跨平臺的c++圖形用戶界面庫，Qt／Embedded是面向嵌入式系統(tǒng)的版本，其最大的特點就是使信號和槽用于對象間的通信，Qt的窗口部件有多個預定義的信號，槽是一個可以被調用處理特定信號的函數。Qt的窗口部件有多個預定義的槽，當一個特定事件發(fā)生的時候，一個信號被發(fā)射，對應感興趣的槽就會調用對應的相應函數。播放器界面主要包括主界面窗口、文件操作窗口、播放列表窗口。主界面窗口有一個顯示屏和一些控制按鈕，包括播放、暫停、快進、快退、下一首、上一首、音量調整以及播放進度條和播放時間顯示。文件操作窗口可以使用戶選擇要播放的文件。播放列表用來播放最近播放的五個多媒體文件。

　　2．3．2 播放器的實現

　　Linux下的播放器Mplayer是Linux上最優(yōu)秀的多媒體播放器，它能夠使用眾多的編解碼器，支持多種輸出設備?？梢圆シ攀忻嫔蠋缀跛械囊粢曨l格式。本系統(tǒng)選擇其作為播放器，對其進行優(yōu)化和移植。進行的優(yōu)化主要有：

　　(1)Mplayer在系統(tǒng)上運行的時候顏色會有偏差，因此編程校正Mplayer的色彩；

　　(2)Mplayer正常模式不能在FramBuffer的中間顯示，帶-fs的全屏參數播放后，只能將播放位置移到中間，并不放大，修改播放顯示位置，讓它和Nplayer圖形界面的調用相符合；

　　(3)編程實現播放時對鍵盤事件正?；?；

　　(4)Mplayer采用的自帶的mp3lib浮點音頻解碼庫的解碼效率很低，在播放音頻時會很卡，通過采用使用定點運算的libmad音頻解碼庫替代原來的mp3lib庫進行音頻解碼；

　　(5)使用Mplayer的-input選項，通過FIFO從GUI向后端程序傳遞控制信息。通過優(yōu)化后，對Mplayer交叉編譯，移植到系統(tǒng)上可以流暢地播放mp3等音頻文件以及mpeg-1、mpeg-2、avi等視頻格式。

　　2．4 影音錄制

　　影音錄制的系統(tǒng)框架見圖2。通過擴展用于視頻錄制的Philips的視頻解碼芯片SAA7113和ADI的JPEG壓縮芯片來實現。首先輸入的模擬視頻信號經過SAA7113轉換為數字信號，然后傳輸給ADI的JPEG壓縮芯片JPEG2000，壓縮為JPEG圖像信號，并通過擴展的總線接口傳輸到系統(tǒng)上。音頻信號則直接通過音頻輸入接口送到音頻解碼芯片，并轉化為數字信號進行編碼。編寫應用程序使傳到的音視頻數字信號一起轉化為Motion JPEG編碼的AVI格式的多媒體文件，并存入擴展的存儲設備(微硬盤或者MMC／SD卡)，這樣就可以被Mplayer播放。