嵌入式掌上娱乐系统设计

在UP-TECH S3C2410 DVK1.1 开发平台下，提出了一个触摸式的嵌入式掌上娱乐系统设计方案。本系统主要包括多媒体播放器和游戏的基本功能。本系统可以播放现有的大多数的音频视频文件；设计了嵌入式游戏，增加了系统的娱乐性。使用触摸屏方便作为人机交互的平台。采用跨平台性能良好的Qt4 设计了应用程序和人机界面，界面友好，汉化显示，美观，操作简便，运行流畅。整个系统模块化设计，充分考虑了软件系统自身所占的存储空间以及可扩展性，具有广阔的市场前景。

嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。近年来，随着微处理器技术、DSP 技术、多媒体编解码技术以及嵌入式技术的发展，多媒体娱乐终端已经成为消费性电子产品的热点。同时，逐渐成熟的市场随着MP3 在市场上取得的巨大成功，以及MP4、数字电视、3G 通讯等相关技术的起步，在未来几年内都将会得到快速发展。多媒体终端正是数字信息产业的一个重要组成部分， 所以在这个背景下，MultimediaTerminal 蕴含着极大地发展潜力。本文是基于Linux 嵌入式操作系统在UP-TECHS3C2410 DVK1.1 开发平台下设计并实现了一个高性能、低功耗、低成本的嵌入式掌上娱乐系统。

1 系统概述

本系统以UP-TECH S3C2410 DVK1.1 为开发平台，使用嵌入式linux 作为操作系统。

本系统的实现包括两个方面，一是底层系统的搭建。本系统是在通用的嵌入式Linux 操作系统上进行适当的裁剪，使其符合系统的硬件平台，并且初始化开发底层的驱动，实现了对系统的控制以及数据的存储和传输。二是应用层的实现。

系统的底层包括文件系统的搭建以及各种接口部件的驱动程序，这些驱动程序通过嵌入式Linux 操作系统进行调用，然后完成应用的功能，为上层的接口层和应用层提供服务[5].

中间的嵌入式GUI 为接口层，采用QT4 作为用户GUI 的界面库。QT4 是基于服务器-客户端的一种用户界面中间件，提供了丰富的功能控件和精美的界面设计功能，可以便捷的设计出所需要的各种功能模块。

系统的最上层就是直接面向用户的应用层。该层采用QT4 设计，向用户提供了精美的用户界面，用户可以通过触摸屏方便的调用相关功能。系统的软件结构框图如图1 所示：

图1 系统的软件结构框图

应用层的设计是本文主要的开发工作，主要包含以下几种功能模块：

① 多媒体功能模块：调用MPlayer 播放器对系统内存或者USB 接口中的外存定位对应的体文件，并将其解码；视频、视频文件可以全屏播放/最小播放。几乎可以播放市面上现存的所有的音频、视频文件。

② 娱乐游戏功能：提供了几个界面友好有趣的游戏，增加系统的娱乐性。

2 开发平台

2.1 硬件开发平台介绍

硬件平台采用博创UP-TECH S3C2410 DVK1.1 开发板，处理器类型：Samsung S3C2410.主频：203MHZ。

它适用于工业控制、移动通信设备、医疗仪器等多种场合，外扩64MB NAND FLASH 和64M SDRAM,提供USB2.0 接口与计算机进行高速通信；该平台集成了大尺寸LCD 触摸屏，型号：LQ080V3DG01,分辨率：640*480 像素，这也是选择它作为开发平台的重要原因。系统硬件结构框图如图2 所示。

图2 系统硬件结构框图

2.2 软件开发平台介绍

在系统层，由于UP-TECH S3C2410 DVK1.1 开发板提供原始的系统（vivi、linux-2.4、root.cramfs）版本低，因此，针对多媒体娱乐系统，裁剪移植了适合本系统的Uboot-1.1.6、linux-2.6.24 内核和yaffs 文件系统。该系统使用较为通用的bootloader:UBoot,网络资源较多的内核linux2.6 和可读可写的yaffs 文件系统，易于系统的开发。并配置了LCD 屏驱动、网卡驱动、SD 卡等驱动。

在应用层，采用QT SDK 设计所有的应用程序。

Qt 是一个跨平台的C++图形用户界面（GUI）库，包括跨平台类库、集成开发工具和跨平台IDE.使用Qt"一次开发，多次编译",无须重新编写源代码，便可跨不同桌面和嵌入式操作系统部署这些应用程序。

3 实现原理

应用层软件的设计主要包括两个模块：多媒体播放器以及游戏模块。用户主界面设计了一个主框架，然后将其他功能模块的图标放在该框架内，完成了整体的规划设计。下面详细介绍这两个功能模块的设计与实现。

3.1 播放器的实现

对于音频和视频的播放，本系统使用QT 设计一个前端播放、控制界面，并使用Mplayer 作为后端程序，能播放mp3、ogg、ogm、wma、wav、asf、au、avi、mpeg、mpg、mv1、mov、wmv、pls、m3u、mp4、 m4a 等音频和视频格式。播放器模块的结构图如图3 所示，播放器使用Mplayer 作为后端程序（红色部分），使用QT4开发前端程序（绿色部分）。

图3 播放器结构图

3.1.1 后端程序简介

本系统使用Mplayer 作为其后端程序。MPlayer被评为Linux 下的最佳媒体播放工具，不需要任何系统解码器就可以播放包括视频、音频、流媒体、广播、电视等各种媒体。

Mplayer 另一个重要特点在于其开源性。

Realplayer,Windows Media Player,Quick Time 等许多播放软件都是性能优秀的播放软件，但由于它们都不开放源代码，给移植带来了麻烦。同时MPlayer 还具有良好的移植性， 可以移植到许多非X86 平台上，MPlayer 软件包中含有针对ARM 架构的优化代码，这些代码利用ARM 的特性加快了对媒体的处理速度。[!--empirenews.page--]

基于以上多个原因，本系统选择了MPlayer 作为娱乐终端的播放软件。本系统通过移植Mplayer 来实现对视频的播放功能。Mplayer 编、解码模块，是系统的音、视频处理中心，在mplayer 的编解码库中，包含的大量的音、视频格式处理程序，经过编译优化过的mplayer 可以完成对大多数音、视频格式高效的编解码工作。

3.1.2 前端程序的设计与播放器的实现

主界面窗口有一个显示屏和一些控制按钮，包括播放、暂停、下一首、上一首、音量调整以及播放进度条。文件操作窗口可以使用户选择要播放的文件。

播放列表用来播放用户加载的多媒体文件。

MPlayer 默认全屏播放，但在GUI 中一般都是指定区域或者控制来播放。这样显得美观，MPlayer 支持在指定的X 窗口播放的功能。用-wid 参数告诉窗口ID即可。例如：mplayer test.mpg -wid 0x00029 #0x0029是XID,而QT 的控件都是从QWidget 继承下来，因此它本身也有wid,这样只要用 QWidget::winID（） 取出WID,即可实现在指定窗口播放视频的功能。

本模块是建立一个Qt GUI 程序。然后用一个label控件来播放视屏，用一个进度条显示播放的进度，用按键显播放，暂停，上一首，下一首，停止和添加资源文件。然后用一个Qprocess 在后台执行MPlayer,并把label 的WID 传给它。然后把MPlayer 的输入输出重定向，把原本从标准输入接收命令变成从GUI 的接收命令。

3.1.3 播放功能设计

播放器实现的软件流程图如图4 所示：

图4 播放器软件流程图

通过定义一个QProcess 对象调用已编译好的Mplayer。

QProcess *process = new QProcess（）；

process->setProcessChannelMode（QProcess::MergedChannels）；

Process->start（"mplayer –ac –mad xxxxx"）；

在命令中添加 -slave 和 -quiet 就可以通过命令设置Mplayer 实现相应的功能。Process->start（"mplayer–slave –quiet –ac –mad xxxxx"）。

下面对播放器的暂停播放功能和音量调节进行介绍。

① 播放暂停功能设计

通过这段代码可以设置Mplayer 暂停：process->write（"pause "）；执行这段代码的时候在播放状态下就会暂停，暂停状态下就会继续播放。

② 音量调节

下面代码即可实现音量调节的功能：

Process->write（"volume -1 "）； //音量减小；

Process->write（"volume +1 "）； //音量增加；

Process->write（"volume XX 1 "）； //音量设置成指定值

该系统使用如下代码实现音量调节：

QString cmd="volume" +QString::number（value）+" 1 ";

process->write（cmd.toLocal8Bit（）。data（））；

系统最终实现的实验效果图如图5 所示：

图5 播放器模块实验结果图

3.2 游戏模块的设计

本系统设计了一个打砖块游戏。通过建立一个打砖块的游戏类CannonField,包含角度int angle、力度int force、是否正在射击bool isShooting 等成员，具有设置角度setAngle（int angle）、设置力度setForce（intforce）、射击shoot（）、运动轨迹shotRect（）、游戏控制newTarget（）、 setGameOver（）、restartGame（）等槽函数，能发出击中hit（） 、未击中missed（） 、角度变化angleChanged（int newAngle） 力度变化force Changed（int newForce）等信号。

游戏开始时使用随机函数在指定区域内显示一个砖块，点击射击按钮时通过setAngle 和setForce 设置的角度和力度，使用shoot（）进行射击，通过发出的击中hit（）或未击中missed（）信号来作出相应的动作。仿真效果图如图6 所示：

图6 游戏模块实验结果图

4 总结

本系统采用开源的Linux 操作系统和QT4 界面设计工具，整个系统采用模块化设计，具有良好的可扩展性。硬件平台采用的是 UP-TECH S3C2410 DVK1.1嵌入式系统，该芯片采用ARM 架构，其独特的架构设计具有功耗低、功能强的特点，因此非常适合用于手持式设备；采用LCD 触摸屏与用户进行交互，使用简单，符合便携式终端的发展趋势。