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程序來設計具有互聯網WiFi無線連接、電子郵件發送、RSS新聞閱讀、即時照片分享、全觸摸操作等功能的嵌入式數碼相框的設計方案。
關鍵詞：嵌入式處理器；Blackfin；uCLinux；數碼相框

當今的嵌入式應用已經無處不在，無論是消費電子、通信終端，還是系統設備、工業控制、汽車電子系統或航空航天，都無處不見嵌入式應用的身影。現在，全球每年生產數十億顆微處理器，其中大部分都被廣泛應用于各類嵌入式系統。
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)產品，無論從品牌、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、開發周期、技術難度等具體要求，都可以精心選擇出最具綜合優勢的硬件核心平臺。而在嵌入式操作系統方面，無論是開放源代碼的Linux陣營的各種商業版本或免費版本，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程實際上就是一個軟硬件聯合協同開發的過程。在進行軟硬件平臺選擇評估時，單純地離開硬件去評估操作系統或離開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說尤其如此。當前很多嵌入式硬件平臺都提供有針對目標應用優化的操作系統及軟件模塊資源，一些商業化的操作系統也針對主流的硬件平臺進行了優化設計，而且提供了眾多的第三方優化操作系統版本。這些資源對于嵌入式系統設計來說具有重要的意義。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公司聯合開發的微信號架構(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，因而極大地簡化了硬件和軟件設計。Blackfin處理器非常適合于以會聚為關鍵技術的嵌入式音頻、視頻、通信應用，包括多格式音頻、視頻、語言和圖像處理，多模式基帶和分組處理，控制處理和實時安全性處理等。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處理器贏得了廣泛的適應性，也使其廣泛應用于數字家庭娛樂、網絡和流媒體、汽車遠程信息處理和信息娛樂、數字無線電，以及移動電視終端。
Blackfin處理器在單內核產品中可提供高達756MHz的性能，以及低至0．8V的低功耗電壓。所有的Blackfin處理器均具有多個獨立的DMA控制器，這些控制器可支持自動數據傳輸，而且其所需的處理器內核開銷極少。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發。其中ADSP-BF51x系列處理器就同時具有NOR閃存、NAND閃存、鐵電存儲(FRAM)、SDRAM，同時還提供有支持Lockbox安全技術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行極少(或者完全不需要進行)代碼優化處理，因而不會遇到其他傳統處理器所常見的性能空間障礙。

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發項目來說，它與選擇嵌入式硬件微處理器同樣重要。對于Blackfin處理器來說，除了處理器本身的獨特性能特性優勢外，強大的嵌入式操作系統資源也是嵌入式系統設計的一個關健因素。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，因更改操作系統而延長的終端產品開發周期。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，同時具有可靠性極高的INTEGRI TY，以及專注于汽車市場需求的RTA-OSEK等。通過對各種操作系統的功能分析，本設計最終選擇了uCLinux操作系統來進行數碼相框的設計。圖1所示是其操作系統在Blackfin上的組織結構。