基于s3c2440嵌入式视频点播系统的研究.pdf
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1、基于s3c2440的嵌入式视频点播系统的研究 与实现摘要VOD是Video On Demand的缩写,即视频点播的意思。顾名思义,它是种可以按 用户需要点播节目的交互式视频系统,或者更广义一点讲,它可以为用户提供各种交互 式信息服务。交互式视频点播系统一般由VOD前端处理系统、传输网络、川户机顶盒三 个部分组成。交互式VOD集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体,向用户提供包括数字电视 在内的多种交互式服务的崭新技术。本论文实现了一款基于ARM Linux操作系统和Qt/Embedded图形系统的嵌入式视频 点播系统。该系统提供美观、友好的图形用户界面。用户可方便地进行播放、停止、暂 停、选曲
2、等操作。mplayer播放器输出的音频视频品质优良。本设计将研究目标定位是设计个网络机顶盒+液晶屏的视频点播系统。采川的硬 件环境为国内外广泛使川的ARM9处理器S3C2440,操作系统采用的是嵌入式inux家族 中的ARM Linux,着重阐述了视频点播系统的原理、设计方案,硬件模块和软件模块的 实现方法。关键字:VOD,ARM,Linux,操作系统,嵌入式,视频点播系统ABSTRACT The project achieved an operating system based on ARM Linux and Qt/Embedded graphics system of the embe
3、dded video on demand system.The system provides beautiful,friendly graphical user interface.Users can easily play,stop,pause,song selection and other operations,mplayer video player,audio output quality.Video On Demand VOD is the acronym that means video on demand.As the name suggests,it is a need f
4、or on-demand programming can be users of the interactive video system,or a little more broadly speaking,it can provide users with a variety of interactive information services.Interactive video-on-demand systems are generally the front-end VOD system,transport network,the user set-top box composed o
5、f three parts.Internet VOD set of interactive,multimedia,communications and other technology,and to provide users,including a variety of interactive digital television services,including new technology.The design of the study is to design a network targeting set-top box+LCD screen video on demand sy
6、stem.Hardware environment used widely used at home and abroad ARM9 processor S3C2440,embedded Linux operating system is used by the family of ARM Linux,Focused on the VOD system theory,design,hardware modules and software modules Implementation.KEY WORDS:VOD,ARM,Linux,operating system,embedded,video
7、 on demand system目录第一章绪论.61.!嵌入式系统概述.71.3项目内容和实现关键部分说明.8第二章系统总体设计.92.1 系统概述.92.2 服务器端设计.92.2.1 FTP月艮务器.92.2.2 目录服务器.102.3 客户端设计框架.102.4 ARM微处理器.102.4.1 ARM 概述.102.4.2 ARM微处理器的特点.102.4.3 ARM微处理器系列.112.5 嵌入式操作系统.122.5.1 嵌入式系统软件结构体系.122.5.2 嵌入式操作系统简介.122.5.3 Linux 操作系统简介.132.6 Qt/Embedded 用户界面.14第三章系统硬
8、件设计.173.1 嵌入式系统硬件结构.173.2 UTU2440 结构.173.3 UTU2440 硬件资源.193.4 S3c2440 简介.19第四章 系统软件设计.214.1 搭建嵌入式Linux开发环境.214.1.1 建立交叉编译工具链.224.1.2 超级终端.234.1.3 NFS 酉己置.234.2 Bootloader 移植.234.3 Linux 内 核酉已置移植.264.3.1 Linux 内核结构.264.3.2 Linux 内核配置.274.3.3 Linux 内核编译.304.4 根文件系统制作.314.4.1 文件系统结构.314.4.2 常见的嵌入式文件系统简
9、介.324.4.3 建立根目录和拷贝动态链接库.334.4.4 交叉编译 busybox.334.4.5 交叉编译bash.334.4.6 建立系统配置文件.344.5 MPLAYER播放器移植.344.6 目录服务器.34第五章 用户界面部分.365.1 建立 Qt/Embedded开发环境.365.1.1 编译基于PC的开发环境的程序.365.2 各响应函数流程图分析.385.2.1 窗 1各响应函数流程图分析.385.2.2 窗 2各响应函数流程图分析.395.2.3 窗 3各响应函数流程图分析.415.2.4 窗 5各响应函数流程图分析.43I附录:各用户界面操作概述.45,1 刖5随
10、着我国电子工业越来越发达,尤其是消费电子方面表现爆发式的发展,但又面临 存储资源的制约,为了弥补这资源缺口,工程师们都想出了各自的办法,往资源共享 方面开发实川的项目,其中比较流行的是多媒体网络共享。利川网络载体,可以方便快 捷的传输想要的信息和资源,比如利用网络教学,可以减轻师资、教材、实验设备等教 学资源的压,学生可以根据自己的实际情况安排学习计划和学习进度,做到个性化教 育。然而学校为了能使学生享受网络教学,就要建设多大型机房和购买大量的计算机,那将耗费笔不少的费用,这对于普通的学校来说,是比较难于承受的。同时,学生在 接受多媒体网络教学时,都要随身带着体积庞大的计算机,这样就难以达到随
11、时随地学 习的目的;还有就是手机点播功能人们就不用携带大容量的存储设备都可以随时随地的 享受语言图像带来的视觉听觉享受,大量节省人们的费用。本文设计的嵌入式视频点播系统将有效地缓解消费电子存储资源的困难,本系统把 嵌入式和流媒体技术结合在起,具有体积小、操作方便、成本低、稳定性好等优点,能安装在图书馆、教学、手机视频播放等场合。6第一章绪论1.1嵌入式系统概述嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。目前国内个普 遍被认同的定义是:以成川为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应成川 系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。当前先进的嵌入 式系统,通
12、常由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及嵌入式成用程序 四个部分组成,实现对其它设备的控制、监视、管理等功能。在物理结构和外观上,可 根据具体成用的特点,以箱体、单板、单片或者分布结点等形式嵌埋于成用系统或者设 备中。狭义而言,人们一般将深埋在宿主设备中的、使用者不可见的微处理器系统,称 为嵌入式系统,常见的单片机系统就是种典型的初级嵌入式系统。广义而言,若计算 机作为某种技术过程的核心处理环节,直接与外界自然的接口和互动,按照环境事件的 节拍主动、协调地做出响成,则可以认为该计算机被“嵌入”到这个具体的技术过程中,称为一种嵌入式计算机。根据成用所强调的属性的不同,可以将这种计算机
13、基于ARM Linux和Qt/Embedded的嵌入式视频点播系统的研究和实现成用系统,称为嵌入式系统、实时系统或者嵌入式实时系统。包含嵌入式计算机,实现这种技术过程的系统,就可以 看作为嵌入式系统。嵌入式计算机系统广泛地成用于办公自动化、消费、通信、汽车、工业和军事领域。典型成用包括:过程控制、网络通信、智能仪器、消费电子、计算机 外设以及军事电子等。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点:1)对实时任务有很强的支持能力,能完成多任务并且有较短的中断响成时间,从 而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。2)具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入
14、式系统的软件结构已模块化,而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用,需要设计强大的存储区保护功能,同 时也有利于软件诊断。3)可扩展的处理器结构,以能最迅速地开发出满足成用的最高性能的嵌入式微处 理器。4)嵌入式微处理器必须功耗很低,尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此,如需要功耗只有mW甚至!LiW级。7嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点:1.嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式 CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中,它通常都具有低功耗、体积小、集成度高 等特点,能够把通用CPU中许多由板卡完成的
15、任务集成在芯片内部,从而有利于嵌入 式系统设计趋于小型化,移动能力大大增强,跟网络的耦合也越来越紧密。2.嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应 用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是个技术密集、资金密集、高度分散、不 断创新的知识集成系统。3.嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,力争在同 样的硅片面积上实现更高的性能,这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争。4.嵌入式系统和具体应用有机地结合在起,它的升级换代也是和具体产品同步进 行,因此嵌入式系统产品一旦进入市场,具有较长的生命周期。5.为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系
16、统中的软件一般都固化在存储器芯片 或单片机本身中,而不是存贮于磁盘等载体中。6.嵌入式系统本身不具备自举开发能力,即使设计完成以后用户通常也是不能对其 中的程序功能进行修改的,必须有一套开发工具和环境才能进行开发。7.目前,嵌入式系统多用于手机等操作系统的开发。具有巨大的市场潜1.3项目内容和实现关键部分说明根据目前国内外对嵌入式的研究和开发,结合实际的实验条件,本文用硬件平台为 扬创科技有限公司开发的utu2440开发板作为目标机,使用安装Windows XP的PC机 作为宿主机,并在宿主机Windows平台上安装了一个虚拟机软件,虚拟机里安装的是操 作系统fbdora 10作为开发环境。主
17、要实现工作包括:在宿主机上安装交叉编译工具,建 立交叉编译环境,配置FTP、超级终端以建立嵌入式软件平台。针对项目需求实现对驱 动程序的完善和移植,制作适合此开发板的根文件系统,应用qt creator工具设计 VOD-UI(视频点播系统的图形界面)。8第二章系统总体设计2.I系统概述交互式网络VOD构架如图2.1所示:客户端 服务器图2.1交互式VOD共有四个部分组成:(1)ftp服务器,主要提供片源服务,流媒体服务,这里选择佗dora 10自带FTP 服务器软件。此软件为个在p服务器软件,可将本机的指定文件夹对外提供在p服务。(2)目录服务器软件,主要提供服务器上各个影片信息,主要包括片名
18、,演员表,内容简介,影片大小以及完成片名和影片实际地址的转换。应与在p服务器为同一台机 器。(3)VOD客户端,主要采用QTE图形界面,用来显示服务器上的影片列表,和 影片信息,取得各影片的实际地址。调川播放器播放影片。(4)Mplayer播放器,由VOD客户端调用,播放影片。2.2 服务器端设计2.2.1 FTP服务器本设计网络服务器的FTP服务器,采用的FTP服务器软件为fedora 10自带FTP服 务器软件,fedora 10自带FTP服务器软件应用起来方便快捷而且安全,支持 99x/ME/NT/2K等全Windows系列。它设置简单,功能强大,性能稳定。FTP服务器用 户通过它用FT
19、P协议能在internet上共享文件。它并不是简单地提供文件的下载,还为 用户的系统安全提供了相当全面的保护。2.2.2 目录服务器由于FTP服务器采用的软件是基于Linux操作系统的,对目标机的兼容性更好,而 目录服务器和FTP服务器必须为同一个IP地址。2.3 客户端设计框架网络机顶盒原型系统体系结构如图2.2:应用程序播放器 浏览器QPE桌面环境C库+QT库内该 I驱动程序底层硬件图2.2机顶盒原型系统体系结构2.4 ARM微处理器本设计选用的底层硬件为基于ARM9的硬件构架。现对ARM做简单介绍。2.4.1 ARM 概述ARM即Advanced RISC Machines的缩写,既可以
20、认为是个公司的名字,也可以认 为是对类微处理器的通称,还可以认为是种技术的名字。1985年4月26日,第一个ARM原型在英国剑桥的Acorn计算机有限公司诞生,由 美国加州SanJoseVLSI技术公司制造。20世纪80年代后期,ARM很快开发成Acorn的台式机产品,形成英国的计算机教 育基础。1990 年成立了 Advanced RISC Machines Limited(后来简称为 ARM Limited,ARM 10公司)。20 世纪 90 年代,ARM 32 位嵌入式 RISC(Reduced Instruction Set Computer)处理器扩展到世界范围,占据了低功耗、低成
21、本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先 地位。ARM公司既不生产芯片也不销售芯片,它只出售芯片技术授权。目前,采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器,即通常所说的ARM微处理器,已遍及 工业控制、消费类电子产品、通佶系统、网络系统、无线系统等各类产品市场,基于ARM 技术的微处理器的应用大约占据了 32位RISC微处理器75%以上的市场份额,ARM技术 正在逐步渗入到人们生活的各个方面。2.4.2 ARM微处理器的特点采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点:(1)体积小、低功耗、低成本、高性能;(2)支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位/16位器件;
22、(3)大量使川寄存器,指令执行速度更快;(4)大多数数据操作都在寄存器中完成;(5)寻址方式灵活简单,执行效率高;(6)指令长度固定。基于这系列优点,ARM处理器适用于多种领域,比如嵌入式控制、消费/教育类 多媒体、DSP和移动式应川等。2.4.3 ARM微处理器系列ARM微处理器目前包括下面几个系列,以及其它厂商基于ARM体系结构的处理 器。除了具有ARM体系结构的共同特点以外,每个系列的ARM微处理器都有各自 的特点和应用领域。(1)ARM7 系列(2)ARM9 系列本文所用的ATMEL公司的AT91RM920T即属于该系列的处理器。(3)ARM9E 系列(4)ARM10E 系列(5)Se
23、curCore 系列(6)Intel 的 Xscale 处理器117)Intel 的 StrongARM2.5 嵌入式操作系统2.5.1 嵌入式系统软件结构体系现代嵌入式系统软件结构可以分为四个层次:设备驱动、操作系统、成川中间件和 应用程序,如图2.3所示。图2.3嵌入式系统软件结构体系2.5.2 嵌入式操作系统简介嵌入式操作系统(Embedded Operating System,EOS),是操作系统的种,是在传统 操作系统基础上加入符合嵌入式应用的元素发展而来,它负贡嵌入式系统的全部软、硬 件资源的分配、调度、控制和协调。嵌入式操作系统必须体现它所在系统的特征,能够 通过加载或卸载某些模
24、块来达到系统所要求的功能。嵌入式操作系统除了具备一般操作系统最基本的功能(如任务调度、同步机制、中 断处理、文件处理等)外,还有以下的特点:1)强稳定性。(2)较强的实时性:嵌入式操作系统一般实时性较强,可用于各种设备的控制中。12(3)可伸缩性:开放、可伸缩的体系结构。(4)外设接口的统性:提供各种设备驱动接口。目前国际上用于信息电器的嵌入式操作系统有40种左右。国内常见的嵌入式操作 系统有 Linux uClinux WindowsCE、VxWorks、QNX、eCos PalmOS Symbian、uC/OS-II等。其中嵌入式Linux和WindowsCE都是从台式机的操作系统演变而来
25、。而VxWorks、QNX、eCos,PalmOS和Symbian等则是专门根据嵌入式系统应用需求设计的操作系 统。嵌入式操作系统又可按实时性要求分为两大类:1)实时操作系统(Real-Time Operating System,RTOS):是指操作系统本身要能在 个固定时限内对程序调用(或外部事件)做出正确的反应,也就是对时序与稳定性的要 求十分严格。目前较为知名的实时操作系统有VxWorks、Nucleus Plus OS/9、VRTX、RT-Linux、BlueCatRT 等。(2)通用性操作系统:也叫非实时性操作系统,这类操作系统在执行性能和反应速 度方面,比起实时操作系统没有那么严格
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