基于嵌入式Linux的PMP系統設計與實現

pmp系統簡介

便攜式多媒體播放器（pmp），也就是通常人們所說的mp4，已成為繼mp3以后消費類產品的一個新熱點。pmp的主要優點是：攜帶方便，能夠直接播放高品質音/視頻文件；也可以瀏覽圖片，以及作為移動硬盤、數字銀行使用；此外，還有fm、游戲等功能。pmp播放器不僅需要對機體大小有所限制，更重要的是需要一種壓縮效率更高、畫面質量更高的視頻壓縮技術，以及相關編解碼芯片。本文介紹了此pmp系統的軟、硬件設計，重點在軟件設計，此pmp系統方案現在已經進入量產階段。

pmp系統的硬件設計

現階段pmp內部核心架構，大多都是采用cpu搭配dsp的方式。其中，dsp負責編/解碼工作；cpu則是針對文件管理、存取、以及使用接口、周邊組件的控制等進行處理。另外，還需考慮整合硬盤、存儲卡及lcd顯示屏等組件，以及與外部usb接口、操控按鈕間的搭配等問題。

為符合上述要求，pmp的設計需要內建視頻編/解碼芯片，作為模擬與數字兩種信號間轉換之用。另外，設計還需要考慮：用來連接視頻譯碼器與dsp的總線；lcd顯示屏的驅動電路；ide接口與硬盤控制芯片間的溝通等。

本系統整體方案是建立在tidm320基礎之上的。dm320是一款支持視頻編/解碼的帶有雙cpu核的處理器。針對多媒體器件做專門的處理，它可以直接支持視頻輸入/輸出，可以方便的擴展音頻的輸入/輸出，支持usb，sdram，flash，cf/sd/mmc/ms/ms pro接口。dm320的結構圖，如圖1所示。

ti dm320將c5409與arm926整合，即將cpu與dsp同時集成在dm320核心內。芯片采用32mb或64mb容量的sdram，以及4mb的閃存，用作加載與存放操作系統。dm320本身已內建lcd控制器、usb2.0 otg接口控制器，同時讓ccir-656格式信號經由總線在視頻譯碼芯片與dm320間傳送。由于ntsc/pal編碼器也被整合在其中，因此也可直接進行復合視頻輸出。

另一方面，dm320還可支持ccd/cmos感光組件的連接，使得未來pmp要導入dsc、dv等更為容易。對于存儲卡的兼容性部分，除現階段主流的cf、sd及mmc外，還包括memory stick。此外，此芯片還提供2組rs232串行端口、1組jtag接口，能支持更多的外圍設備。dm320硬件系統的整體框架圖，如圖2所示。

pmp系統的軟件設計

因為要兼顧到高質量的音視頻效果、多種外設和有限的系統資源，pmp軟件系統的設計變得相對復雜。系統設計將軟件分為三層結構，如圖3所示。

該系統的最底層是操作系統層，其中包括bootloader引導程序，主要完成系統從flash的啟動，logo的顯示，以及os的引導。嵌入式linux主要包括適合在tidm320上運行的linux操作系統，以及各種外圍設備的驅動程序。第2層為codec和mmi核層，mmi核包括第3層主gui和各種應用程序所依賴的各種框架結構和數據結構，如窗口管理，定時器管理等。codec部分包括音頻的編解碼程序（主要由arm實現）和圖像的編解碼程序（主要由dsp實現）。最上層為主gui和各種應用程序。應用程序包括：filemanager（用來瀏覽存儲器中的文件），videoplayer（播放視頻文件），audioplayer（播放音頻文件），imageviewer（瀏覽圖片），fm（收音機），games（游戲），resumes（重新播放音/視頻文件）。

嵌入式linux操作系統

本系統采用的linux內核是對從internet上下載比較穩定的arm-linux內核進行相應的修改，并縮寫相關外圍設備的驅動程序，使之成為一個適合ti dm320開發的操作系統環境。之所以稱為嵌入式，是因為其操作系統運行的環境并不是普遍的pc，而且嵌入在非pc構架的電子設備中。

關于內核修改

kconfig文件

kconfig文件是用來對你所要加載內核內容進行配置的文件。比如，當在控制臺上敲入make menuconfig，就會看到內核配置的窗口，可對其中的內容進行選擇。選擇[*]表示把此內容編入內核，選擇[m]表示把此內容當成模塊編譯。linux支持動態加載內核模塊的功能，甚至可以在運行操作系統一段時間后再加載內核模塊。由于dm320框架并未列入內核中，所以我們需要把dm320框架加入內核。首先，就要在內核目錄下./arch/arm/kconfig加入dm320的配置選項，這樣才能在執行make menuconfig配置內核時看到dm320框架。修改的部分內容如下所示：

choice

prompt"arm system type"

default arch_dm320_20//在配置arm系統時，默認的就是dm320框架。

source"arch/arm/mach-dm32020/kconfig"把dm320框架下的配置選項也引入。

同時，去掉其他cpu框架。如：

#source "arch/arm/machclps711x/kconfig"

#source "arch/arm/machintegrator/kconfig"

其中，“#”表示此行內容為注釋內容。

最后，就是要把內核配置選項中對dm320開發有用的項選進來。比如：

source"drivers/char/kconfig"

if（！arch_dm320_20）

source "sound/kconfig"

endif//選擇開發字符設備的驅動，而不需要聲音的支持。

因為要把codec編入內核，所以我們還要加入支持codec的配置選項：

source "codecs/modules/kconfig"

同時，如果我們要加入一個新外圍設備，需要在kconfig文件中加入對應的內容。比如說，要加入一個三星的4英寸tft lcd的驅動，我們可以修改./drivers/char/kconfig文件，并加入以下內容：

config dm320_samsung_4_lcd

tristate "dm320 samsung4.0 inch 16：9 tft tcd"

depends on arch_dm320_20 &&board_400h

defaulty

help

this driver provides support for samsung 4.0"16：9 tft lcd for dm320.

其中，config dm320_samsung_4_lcd表示增加一個新的配置入口。一旦這個配置選項被選中就會在./include/linux/autoconf.h：有#define config_dm320_samsung_4_lcd1的定義。這樣的話，我們在整個內核源碼樹中都可以使用config_dm320_samsung_4_lcd來進行特定的選擇。

在tristate"dm320 samsung 4.0 inch 16：9 tft lcd"中，引號里的內容未出現在配置選項中的提示文字。tristate表示三態，意思是除了可以選擇[*]、[]外，還可以選擇[m]，表示把當前內容當成模塊編譯。

depends on arch_dm320_20&&board_400h表示如果前面配置平臺框架時選擇了arch_dm320_2o，并在選擇型號時選擇了board_400h，我們就可以看到這個對于三星4英寸tft lcd的配置選項。

defaulty表示默認把此驅動編入內核。help的內容為當我們對內核進行配置時，選幫助所看到的內容。

makefile文件

簡單地說，makefile是用來進行項目配置和管理的。我們要把linux編譯，鏈接最后生成可執行的內核映像，makefile文件是必不可少的。

在該pmp設計開發中，只需要把外設驅動模塊加入相應的內核源碼樹就可以完成對makefile文件的修改。以加入三星4英寸tft lcd驅動為例，只需要在./drivers/char/makefile加入如下內容即可：

obj-$（config_dm320_samsung_4_lcd）+=dm320_lcd_samsung4.0

pmp系統設計中兩個必須的驅動以及要注意的問題

lcd驅動程序

在一個pmp設備中，lcd顯示屏是必備的。在lcd驅動程序的設計過程中，主要是要選好時鐘源、分頻系數以及時鐘極性。比如在dm320中，時鐘控制器有以下幾個外部輸入：pclk、sysclk、mxi、m48xi，其中除了m48xi外其余均27m外部晶振。lcd的時鐘頻率dclk在本系統中是由venc（video encoder clock）確定，而venc又可以通過系統的pll分頻而確定，所以說首先要選好時鐘源和恰當的分頻系數，然后通過設置venc的寄存器就可以設置時鐘的極性。

framebuffer驅動

framebuffer是把顯存抽象成一個設備，通過對這個設備的讀寫就等同于直接對顯存進行操作。這種操作是抽象的、統一的。用戶不必關心顯存的物理位置、換頁機制等具體細節，這些都是由framebuffer設備驅動程序來完成的。framebuffer對應的源文件在linux/drivers/video/目錄下。全部的抽象設備文件作為fbcon.c與各種顯卡驅動程序相關的源文件放在該目錄下，如筆者所進行的針對dm320的framebuffer源文件dm320fb.c。在源文件我們要設置相應屏幕的長、寬以及每一個像素點的位數等等，還有一些與dm320 osd（on-screen display）相關的寄存器的設置。因為涉及內容較多，再次不再贅述。

結語

本pmp方案設計的產品已經進入量產階段，經過大量的用戶測試，證實了整個設計是切實可行的。同時，其設計思路對于其他類似產品如車載gps，都有一定的參考價值。