隨著人們生活水平的提高，消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化,，消費(fèi)者用于娛樂(lè)方面的支出在總支出中所占的比例正在不斷擴(kuò)大,。掌上多媒體 系統(tǒng)可以滿足人們對(duì)于試聽(tīng)以及便攜的需求，另外還可以實(shí)現(xiàn)一些其他功能,，如圖片瀏覽,、網(wǎng)絡(luò)下載、以及影音錄制等,。目前市場(chǎng)上的掌上多媒體系統(tǒng)多是Windows CE,、Symbian、Palm OS等商用操作系統(tǒng),，其開(kāi)放的程序不夠高,，而且價(jià)格偏高，不適于第三方應(yīng)用軟件的移植。ARM 體系作為專用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通用處理器內(nèi)核,，具備高性能,、低功耗、易擴(kuò)展的特點(diǎn),。本系統(tǒng)基于ARM9,、嵌入式Linux操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)更為開(kāi)放的嵌入式平臺(tái)，來(lái)實(shí)現(xiàn)掌上多媒體系統(tǒng)的諸多功能,。 1 多功能掌上媒體播放器系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2 多功能掌上媒體播放器系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 2．2 驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)共涉及到鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng),、觸摸屏驅(qū)動(dòng),、LCD驅(qū)動(dòng)、音頻驅(qū)動(dòng)和USB驅(qū)動(dòng)等驅(qū)動(dòng),。因?yàn)槎嗝襟w功能是本系統(tǒng)的重點(diǎn),，所以播放器部分很重要，這里主要介紹音頻驅(qū)動(dòng)的編寫(xiě),。
目前Linux下常用的音頻驅(qū)動(dòng)程序主要有兩種類型：OSS(Open Sound System) 和ALSA,。最早出現(xiàn)的Linux上的編程接口是OSS，它由一套完整的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序模塊組成,，可為大多數(shù)音頻芯片驅(qū)動(dòng)提供統(tǒng)一的編程接口,。在嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)于特定的處理器(如本系統(tǒng)采用的S3C2410),，可以按照OSS接口標(biāo)準(zhǔn)來(lái)編寫(xiě)音頻驅(qū)動(dòng)程序,，以滿足Linux上的應(yīng)用程序,。OSS接口已經(jīng)足夠簡(jiǎn)單，需要完成的主要的工作就是對(duì)音頻設(shè)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(qū)動(dòng)主要是對(duì)UDA1314TS進(jìn)行驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)，包括對(duì)UDA1314TS的L3接口的控制,。首先初始化I／O和UDA1 314芯片,，然后申請(qǐng)兩個(gè)DMA(Direct Memory Access)通道用于音頻傳輸(音頻數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都通過(guò)一個(gè)先入先出的隊(duì)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(qǐng)DMA通道來(lái)解決此問(wèn)題),。OSS標(biāo)準(zhǔn)中由兩個(gè)最基本的音頻設(shè)備：混音器(Mixer)和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)又稱編解碼器，其中混音器主要用來(lái)控制輸入輸出音量的大小,，只有open和release以及幾個(gè)接管OSS標(biāo)準(zhǔn)的iotcl,。而DSF設(shè)備驅(qū)動(dòng)的方法比較復(fù)雜，主要包括open,、release,、read、write,、poll,、ioctl。其中主要在write和read方法中實(shí)現(xiàn)音頻的播放和錄音,。以播放音頻來(lái)說(shuō)明DSP驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě),，對(duì)應(yīng)了驅(qū)動(dòng)程序中的open和write方法，它們利用DMA實(shí)現(xiàn)了音頻的播放,。在open中,，首先判斷設(shè)備打開(kāi)的方法：讀取、寫(xiě)入和讀／寫(xiě),，分別對(duì)應(yīng)音頻的錄音,、播放以及錄音同時(shí)回放，然后申請(qǐng)兩個(gè)與音頻DMA緩沖區(qū)相關(guān)的,，在初始化DMA時(shí)要用到,，最后程序可以根據(jù)設(shè)備打開(kāi)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(diào)用時(shí)創(chuàng)建)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),，把它留給緩沖區(qū)創(chuàng)建,。在這里，因?yàn)槭褂昧藘蓚€(gè)DMA音頻數(shù)據(jù)傳輸,，DMA緩沖的建立發(fā)生在第一次調(diào)用wri te將音頻數(shù)據(jù)傳送到設(shè)備,，而OSS驅(qū)動(dòng)的調(diào)用者通常要在打開(kāi)音頻設(shè)備時(shí)就期望獲得DMA緩沖的信息，然而因?yàn)榫彌_尚未建立,，會(huì)使得緩沖大小為0這個(gè)結(jié)果,，解決辦法時(shí)在兩個(gè)與音頻DMA緩沖區(qū)相關(guān)的程序部分一定不能少了以下代碼：
if(!output_stream．buffer&&audio_setup_buf(＆out stream))
return-ENOMEM,；
在Write方法中首先判斷設(shè)備文件打
開(kāi)的方式，具有write特性打開(kāi)的設(shè)備才可以寫(xiě)入,，然后判斷是否沒(méi)有建立DMA緩沖區(qū),，若沒(méi)有，則通過(guò)audio_setup_buf()來(lái)創(chuàng)建,，定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體(audio_stream_t)的指針如下：
2．3 GUl程序的設(shè)計(jì)與播放器的實(shí)現(xiàn)
2．3．1 GUI程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
播放器的圖形界面在Qtopia視窗環(huán)境下運(yùn)行,，采用Qt／Embedded2．3．7作為底層圖形庫(kù)，用于生成用戶界面,。QT是一個(gè)跨平臺(tái)的c++圖形用戶界面庫(kù),，Qt／Embedded是面向嵌入式系統(tǒng)的版本，其最大的特點(diǎn)就是使信號(hào)和槽用于對(duì)象間的通信,，Qt的窗口部件有多個(gè)預(yù)定義的信號(hào),，槽是一個(gè)可以被調(diào)用處理特定信號(hào)的函數(shù)。Qt的窗口部件有多個(gè)預(yù)定義的槽,，當(dāng)一個(gè)特定事件發(fā)生的時(shí)候,，一個(gè)信號(hào)被發(fā)射，對(duì)應(yīng)感興趣的槽就會(huì)調(diào)用對(duì)應(yīng)的相應(yīng)函數(shù),。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(gè)顯示屏和一些控制按鈕,，包括播放,、暫停,、快進(jìn)、快退,、下一首,、上一首、音量調(diào)整以及播放進(jìn)度條和播放時(shí)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(lái)播放最近播放的五個(gè)多媒體文件。
2．3．2 播放器的實(shí)現(xiàn)
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(shè)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(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和移植,。進(jìn)行的優(yōu)化主要有：
(1)Mplayer在系統(tǒng)上運(yùn)行的時(shí)候顏色會(huì)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(shù)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(diào)用相符合,；
(3)編程實(shí)現(xiàn)播放時(shí)對(duì)鍵盤(pán)事件正常化,；
(4)Mplayer采用的自帶的mp3lib浮點(diǎn)音頻解碼庫(kù)的解碼效率很低,，在播放音頻時(shí)會(huì)很卡，通過(guò)采用使用定點(diǎn)運(yùn)算的libmad音頻解碼庫(kù)替代原來(lái)的mp3lib庫(kù)進(jìn)行音頻解碼,；
(5)使用Mplayer的-input選項(xiàng),，通過(guò)FIFO從GUI向后端程序傳遞控制信息。通過(guò)優(yōu)化后,，對(duì)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(jiàn)圖2。通過(guò)擴(kuò)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(lái)實(shí)現(xiàn),。首先輸入的模擬視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)SAA7113轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),，然后傳輸給ADI的JPEG壓縮芯片JPEG2000，壓縮為JPEG圖像信號(hào),，并通過(guò)擴(kuò)展的總線接口傳輸?shù)较到y(tǒng)上,。音頻信號(hào)則直接通過(guò)音頻輸入接口送到音頻解碼芯片，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼,。編寫(xiě)應(yīng)用程序使傳到的音視頻數(shù)字信號(hào)一起轉(zhuǎn)化為Motion JPEG編碼的AVI格式的多媒體文件,，并存入擴(kuò)展的存儲(chǔ)設(shè)備(微硬盤(pán)或者M(jìn)MC／SD卡)，這樣就可以被Mplayer播放,。
3 性能優(yōu)化
盡管ARM9處理器主頻可以高達(dá)200MHz以上,，但是為了降低功耗，本系統(tǒng)在保證滿足實(shí)時(shí)播放的前提下,，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,。所以，在一個(gè)資源受限的處理器上要實(shí)現(xiàn)多媒體文件的實(shí)時(shí)播放,，性能優(yōu)化成為關(guān)鍵,。本系統(tǒng)主要通過(guò)解碼程序優(yōu)化，打開(kāi)Cache等措施來(lái)提高系統(tǒng)性能,。
3．1 對(duì)解碼程序的優(yōu)化
由于解碼過(guò)程絕大部分是計(jì)算,，以MP3音頻文件為例,，其解碼過(guò)程主要是高精度乘法和矢量運(yùn)算，其中80％的CPU時(shí)間用于數(shù)值計(jì)算,，因此對(duì)于解碼部分主要采用了以下方法進(jìn)行優(yōu)化：
(1)整數(shù)運(yùn)算,。在沒(méi)有硬件浮點(diǎn)單元的CPU上，浮點(diǎn)運(yùn)算是仿真方式,，因此解碼代碼中應(yīng)直接采用整數(shù)運(yùn)算方式編碼,，而避免浮點(diǎn)運(yùn)算；
(2)通過(guò)查表方式代替很多運(yùn)算式獲取計(jì)算結(jié)果,，對(duì)調(diào)用頻繁的小函數(shù)采用inline修飾,；
(3)關(guān)鍵代碼采用匯編語(yǔ)言編程，以獲得更高效的目標(biāo)代碼,，來(lái)提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能,。
3．2 打開(kāi)Cache
ARM9處理器帶有獨(dú)立的16 kB數(shù)據(jù)Cache和16 kB的指令Cache。本系統(tǒng)中,，打開(kāi)指令Cache肯定能在一定程度上提高性能,。至于數(shù)據(jù)Cache，由于從SD卡或者U盤(pán)讀進(jìn)來(lái)解碼的數(shù)據(jù)使用完畢后就再也不會(huì)使用了,，解碼產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也是一樣,，使用一次就會(huì)被丟棄，因此數(shù)據(jù)訪問(wèn)的時(shí)間局限性基本是不存在的,。但是,，系統(tǒng)在訪問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)存在很強(qiáng)的"空間局限性"，所以打開(kāi)數(shù)據(jù)Cache后可以提高性能,，因?yàn)椋?/div>
(1)Cache和IDRAM之間通過(guò)Burst方式傳遞數(shù)據(jù),，提高了總線帶寬，從而降低讀數(shù)據(jù)的延遲,。
(2)Cache一次讀128bit或256bit,，當(dāng)讀已在Cache中的數(shù)據(jù)時(shí)就會(huì)命中,。
(3)通過(guò)WriteBuffer或WriteBack方式讀內(nèi)存時(shí),，沒(méi)有寫(xiě)DRAM的延遲。
但是這樣也會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題,，主要是DMA造成數(shù)據(jù)的不一致,，因?yàn)镾D卡或USB的傳輸是通過(guò)DMA進(jìn)行的，其傳輸過(guò)程無(wú)需CPU干預(yù),，DMA操作直接訪問(wèn)內(nèi)存,，但不會(huì)跟新Cache和寫(xiě)緩存相應(yīng)的內(nèi)容，這樣就造成了數(shù)據(jù)的不一致,，可用以下方法解決：
(1)將SD卡或USB和CPU共享的控制數(shù)據(jù)空間設(shè)置為uncachable,，否則無(wú)法保證CPU讀到的Cache中的數(shù)據(jù)是最新數(shù)據(jù),，從而可能造成系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤。
(2)SD卡或USB輸入模塊通過(guò)DMA像主存?zhèn)鬏斘募?shù)據(jù)時(shí),，寫(xiě)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)是由文件系統(tǒng)提供的,。該緩沖區(qū)的特點(diǎn)是存儲(chǔ)空間比較大而且是順序訪問(wèn)的，可將其設(shè)置為cachable,。
經(jīng)過(guò)上述方法的優(yōu)化以后,，系統(tǒng)性能得到了大幅度的提高。經(jīng)過(guò)測(cè)試表明,，優(yōu)化后解碼所需的時(shí)間為優(yōu)化前的15％左右,，均小于正常播放所需的時(shí)間，完全滿足實(shí)時(shí)播放的要求,。
4 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)以ARM9處理器為核心建立嵌入式多媒體系統(tǒng),，并在其上移植Mplayer播放器，擴(kuò)展其功能,，使mpeg-1,、mpeg-2、avi等視頻格式以及MP3,、WMA等音頻格式都能在其上流暢地播放,，并實(shí)現(xiàn)了影音錄制功能。在測(cè)試中各模塊工作正常,，達(dá)到了能全屏播放視頻,，流暢播放音頻，能夠?qū)z像頭拍到的視頻傳送到Mplayer進(jìn)行播放,，能讀取外接U盤(pán)或者SD卡中的多媒體文件進(jìn)行播放,，能從網(wǎng)絡(luò)下載多媒體文件到擴(kuò)展存儲(chǔ)設(shè)備被Mplayer播放的設(shè)計(jì)要求。隨著多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用,，掌上多功能媒體播放器會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景,。
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