arm課程設(shè)計(jì)---數(shù)碼相框設(shè)計(jì)

1、<p>　　嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　數(shù)碼相框設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　姓 名： </b></p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)

2、老師： </p><p><b>　　日期： </b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著數(shù)碼相機(jī)的普及，人們對(duì)圖片等多媒體的播放需求越來(lái)越高，從而促進(jìn)了數(shù)碼相框的發(fā)展。隨著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)呈現(xiàn)出傳統(tǒng)的數(shù)碼相框被嵌入式數(shù)碼相框代替的趨勢(shì)。<

3、;/p><p>　　雖然目前嵌入式數(shù)碼相框技術(shù)在圖片播放瀏覽上呈現(xiàn)出很多優(yōu)點(diǎn)，但相對(duì)來(lái)說(shuō)價(jià)格還不算十分優(yōu)惠，一起相關(guān)的一些技術(shù)也有待提高。所以在這里設(shè)計(jì)一款性價(jià)比相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高的數(shù)碼相框：它是采用ARM Cortex M3內(nèi)核的微控制器STM32平臺(tái)，價(jià)格實(shí)惠的SD卡存儲(chǔ)器存儲(chǔ)圖片和數(shù)據(jù)；選擇TFT顯示屏移以保證圖片的顯示效果和美觀；移植FATFS文件系統(tǒng)，從而以文件的方式進(jìn)行快速SD卡數(shù)據(jù)讀取，減少硬件設(shè)備需求，讓

4、系統(tǒng)運(yùn)行更流暢。整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了有定時(shí)和手動(dòng)切換圖片功能的數(shù)碼相框。</p><p>　　【關(guān)鍵字】數(shù)碼相框設(shè)計(jì) 微控制器STM32平臺(tái) SD卡存儲(chǔ) TFT液晶 FATFS文件系統(tǒng)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 數(shù)碼相框簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1 數(shù)碼相框的概念1&l

5、t;/p><p>　　1.2 數(shù)碼相框的原理.............................................................................................................1</p><p>　　1.3 數(shù)碼相框的特點(diǎn)1</p><p>　　2 設(shè)計(jì)方案比較2</p>

6、;<p>　　2.1 采用ARM920T內(nèi)核2</p><p>　　2.2 采用ARMCortex M3內(nèi)核2</p><p>　　2.3 方案比較分析總結(jié).........................................................................................................2<

7、;/p><p>　　3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體思路及流程圖3</p><p>　　4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4</p><p>　　4.1 硬件連接圖4</p><p>　　4.2 STM32f103RBT6平臺(tái)外擴(kuò)存儲(chǔ)器的選擇4</p><p>　　4.3 液晶顯示屏的選擇4</p><p>　　5 系統(tǒng)軟

8、件設(shè)計(jì)5</p><p>　　5.1 開(kāi)發(fā)編程環(huán)境選擇5</p><p>　　5.2 FAT文件系統(tǒng)6</p><p><b>　　6 結(jié)束語(yǔ)8</b></p><p>　　7 課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)8</p><p><b>　　8 參考文獻(xiàn)9</b></p&g

9、t;<p>　　1. 數(shù)碼相框的簡(jiǎn)介</p><p>　　1.1數(shù)碼相框的概念</p><p>　　數(shù)碼相框是展示數(shù)碼照片而非紙質(zhì)照片的相框。數(shù)碼攝影必然推動(dòng)數(shù)碼相框的發(fā)展，因?yàn)槿澜绱蛴〉臄?shù)碼相片不到35%。數(shù)碼相框通常直接插上相機(jī)的存儲(chǔ)卡展示照片，當(dāng)然更多的數(shù)碼相框會(huì)提供內(nèi)部存儲(chǔ)空間以接外接存儲(chǔ)卡功能。數(shù)碼相框就是一個(gè)相框，不過(guò)它不再用放進(jìn)相片的方式來(lái)展示，而是通過(guò)一個(gè)液

10、晶的屏幕顯示，它可以通過(guò)讀卡器的接口從SD卡獲取相片，并設(shè)置循環(huán)顯示的方式，比普通的相框更靈活多變，也給現(xiàn)在日益使用的數(shù)碼相片一個(gè)新的展示空間。</p><p>　　1.2數(shù)碼相框的原理</p><p>　　數(shù)字相框，也稱為數(shù)碼相框，其基本原理：外觀采用普通相框的造型，把原來(lái)相框中間的照片部分換成液晶顯示屏，配上電源，存儲(chǔ)介質(zhì)等，可以直接播放數(shù)碼照片，使得同一個(gè)相框內(nèi)可以循環(huán)播放照片，比普

11、通相框的單一功能更有優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　1.3數(shù)碼相框的特點(diǎn)</p><p>　?。?）數(shù)碼相框是可以直接展示數(shù)碼照片不用將照片沖印出來(lái)再展示的新型相框。 </p><p>　?。?）它采用傳統(tǒng)普通相框的外框（外觀）造型，把傳統(tǒng)普通相框的中間照片部分換成液晶顯示屏，配上電源，存儲(chǔ)介質(zhì)等部件，可以直接展示（播放）數(shù)碼照片，同時(shí)，可以在同一個(gè)相框內(nèi)循環(huán)展示（播放

12、）不同照片，給日益增多的數(shù)碼照片和喜好照片的人們提供一個(gè)更好的照片展示平臺(tái)和空間。 </p><p>　　（3）數(shù)碼相框的外觀造型與傳統(tǒng)普通相框一樣（當(dāng)然在尺寸和款式方面也與傳統(tǒng)普通相框一樣可以多樣選擇），不過(guò)數(shù)碼相框不像傳統(tǒng)普通相框那樣需要將數(shù)碼照片沖印出來(lái)再裝到相框里展示，而是通過(guò)直接插上相機(jī)的存儲(chǔ)卡或者直接將數(shù)碼相片拷到數(shù)碼相框的存儲(chǔ)器就可以馬上在相框里展示出來(lái)，而且它可以存儲(chǔ)和展示（播放）幾百?gòu)埳踔辽锨?/p>

13、的照片。 </p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)方案比較</b></p><p>　　2.1 采用ARM920T內(nèi)核</p><p>　　采用ARM920T內(nèi)核的S3C2410X作為數(shù)碼相框設(shè)計(jì)平臺(tái)。S3C2410X微處理器時(shí)一款由samsung公司為手持設(shè)備設(shè)計(jì)的低功耗、高集成度的基于ARM920T核的微處理器，為了降低系統(tǒng)總成本和減少外圍器

14、件，這款芯片還集成了以下部件：16KB指令Cache、16KB數(shù)據(jù)Cache、MMU、外部存儲(chǔ)器控制器、LCD控制器、NAND FLASH控制器、4個(gè)DMA通道、3個(gè)UART通道、1個(gè)IIC總線控制器、1個(gè)IIS總線控制器、4個(gè)PWM定時(shí)器、1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器、通用IO口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、8通道10位ADC和觸摸屏接口、USB主、USB從、SD/MMC卡接口等，所以，從整體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上可適用于數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)。</p><p&g

15、t;　　2.2采用ARMCortex M3內(nèi)核 </p><p>　　采用ARMCortex M3內(nèi)核的STM32f103RBT6作為數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)平臺(tái)。STM32f103RBT6系列使用了ARM最新的、先進(jìn)架構(gòu)的Cortex-M3內(nèi)核，采用哈佛結(jié)構(gòu)，能夠達(dá)到1.25DMIPS/MHz和0.19mW/MHz ，有單周期乘法指令和硬件除法指令。STM32擁有杰出的功耗控制，并經(jīng)過(guò)特殊的處理，在運(yùn)行模式和待機(jī)模式及電

16、池模式都進(jìn)行了優(yōu)化，待機(jī)電流僅為2μA 。STM32還有性能出眾的片上外設(shè)，如USB 、USART、SPI、I2C、GPIO、PWM等。STM32最大限度地實(shí)現(xiàn)集成，盡可能地減少對(duì)外部器件的要求，內(nèi)嵌電源控制器，帶有上電復(fù)位、低電壓檢測(cè)、掉電檢測(cè)、自帶始終的看門狗定時(shí)器，一個(gè)主晶振可以驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，內(nèi)嵌PLL可產(chǎn)生多種頻率，可以為內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘選擇32kHz 的晶振。完全能滿足數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)。</p><p>　　

17、2.3方案比較分析總結(jié)</p><p>　　從性能、價(jià)格、實(shí)用性等方面對(duì)兩種方案進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)STM32在符合數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)要求同時(shí)，也是一款性價(jià)比極更高，相對(duì)來(lái)說(shuō)更容易上手和操作的芯片。此外，我們小組成員對(duì)STM32也有一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和了解，可以說(shuō)選擇它作為設(shè)計(jì)平臺(tái)能有效的縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。最后，經(jīng)過(guò)小組討論，決定采用ARMCortex M3內(nèi)核的STM32f103RBT6作為數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)平臺(tái)。</p&

18、gt;<p>　　3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體思路及流程圖</p><p>　　設(shè)計(jì)中使用ARMCortex M3內(nèi)核的STM32f103RBT6的設(shè)計(jì)平臺(tái)，SD卡存儲(chǔ)，TFT液晶作為顯示屏，圖片數(shù)據(jù)以文件方式存儲(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像文件格式到液晶顯示格式的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　開(kāi)始運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)，首先進(jìn)入開(kāi)機(jī)界面，同時(shí)會(huì)顯示日歷、時(shí)鐘。當(dāng)有按下播放鍵后，進(jìn)入圖片播放模式，此時(shí)液晶旁邊的LE

19、D燈會(huì)閃爍提示正常工作。播放模式分為自動(dòng)播放模式和手動(dòng)播放模式。自動(dòng)播放模式的工作方式為每隔一段時(shí)間，自動(dòng)播放圖片。手動(dòng)播放模式即使用按鍵，來(lái)上或下一張快速選擇自己所需查看的圖片。</p><p><b>　　系統(tǒng)流程圖如下：</b></p><p><b>　　4.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>

20、　　4.1硬件連接圖</b></p><p>　　4.2 STM32f103RBT6平臺(tái)外擴(kuò)存儲(chǔ)器的選擇</p><p>　　本數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)，選取SD存儲(chǔ)卡作為STM32f103RBT6平臺(tái)的外擴(kuò)存儲(chǔ)器。</p><p>　　SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數(shù)碼卡，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，

21、它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理(PDA)和多媒體播放器等。它在24mm×32mm×2.1mm的體積內(nèi)結(jié)合了〔SanDisk〕快閃記憶卡控制與MLC技術(shù)和Toshiba（東芝）0.16u及0.13u的NAND技術(shù)，通過(guò)9針的接口界面與專門的驅(qū)動(dòng)器相連接，不需要額外的電源來(lái)保持其上記憶的信息。而且它是一體化固體介質(zhì)，沒(méi)有任何移動(dòng)部分，所以不用擔(dān)心機(jī)械運(yùn)動(dòng)的損壞。</p><p

22、>　　SD卡共支持三種傳輸模式：SPI模式（獨(dú)立序列輸入和序列輸出），1位SD模式 （獨(dú)立指令和數(shù)據(jù)通道，獨(dú)有的傳輸格式）， 4位SD模式 （使用額外的針腳以及某些重新設(shè)置的針腳。支持四位寬的并行傳輸）</p><p>　　鑒于SD卡的以上優(yōu)點(diǎn)，所以在此設(shè)計(jì)中采用。</p><p>　　4.3液晶顯示屏的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)選取TFT液晶屏，作為數(shù)

23、碼相框的圖像顯示部分。</p><p>　　TFT(Thin Film Transistor)LCD即薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管LCD，是有源矩陣類型液晶顯示器(AM-LCD)中的一種。通常的a-Si TFT主要由玻璃基板、柵電極、柵絕緣層、半導(dǎo)體活性層a-Si,歐姆接觸層n+a-Si、源漏電極及保護(hù)膜等組成，其中柵絕緣層和保護(hù)膜一般采用SiN。</p><p>　　液晶平板顯示器，特別TFT-LC

24、D，是目前唯一在亮度、對(duì)比度、功耗、壽命、體積和重量等綜合性能上全面趕上和超過(guò)CRT的顯示器件，它的性能優(yōu)良、大規(guī)模生產(chǎn)特性好，自動(dòng)化程度高，原材料成本低廉，發(fā)展空間廣闊。與TN技術(shù)相比，TFT-LCD具有比TN-LCD更高的對(duì)比度和更豐富的色彩，熒屏更新頻率也更快，故TFT俗稱“真彩”。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，采用TFT作為液晶顯示屏，能夠展現(xiàn)出圖片更豐富的色彩，給人一種更絢麗的視覺(jué)享受。</p

25、><p><b>　　5.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 開(kāi)發(fā)編程環(huán)境選擇</p><p>　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用Keil 4.0作為開(kāi)發(fā)編程環(huán)境。如下圖所示。</p><p>　　圖1 Keil 4.0開(kāi)發(fā)編程環(huán)境</p><p>　　5.2 FAT文件系統(tǒng)</p>

26、<p>　　FatFS是一個(gè)通用的文件系統(tǒng)模塊，用于在小型嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)FAT文件系統(tǒng)。 FatFs 的編寫遵循ANSI C，因此不依賴于硬件平臺(tái)。它可以嵌入到便宜的微控制器中，如 8051, PIC, AVR, SH, Z80, H8, ARM 等等，不需要做任何修改。</p><p>　　FatFs 提供下面的函數(shù)： </p><p>　　f_mount - 注冊(cè)/注銷一

27、個(gè)工作區(qū)域（Work Area） </p><p>　　f_open - 打開(kāi)/創(chuàng)建一個(gè)文件f_close - 關(guān)閉一個(gè)文件 </p><p>　　f_read - 讀文件f_write - 寫文件 </p><p>　　f_lseek - 移動(dòng)文件讀/寫指針 </p><p>　　f_truncate - 截?cái)辔募?</p>

28、<p>　　f_sync - 沖洗緩沖數(shù)據(jù) Flush Cached Data </p><p>　　f_opendir - 打開(kāi)一個(gè)目錄 </p><p>　　f_readdir - 讀取目錄條目 </p><p>　　f_getfree - 獲取空閑簇 Get Free Clusters </p><p>　　f_stat -

29、獲取文件狀態(tài) </p><p>　　f_mkdir - 創(chuàng)建一個(gè)目錄 </p><p>　　f_unlink - 刪除一個(gè)文件或目錄 </p><p>　　f_chmod - 改變屬性（Attribute） </p><p>　　f_utime - 改變時(shí)間戳（Timestamp） </p><p>　　f_renam

30、e - 重命名/移動(dòng)一個(gè)文件或文件夾 </p><p>　　f_mkfs - 在驅(qū)動(dòng)器上創(chuàng)建一個(gè)文件系統(tǒng) </p><p>　　f_forward - 直接轉(zhuǎn)移文件數(shù)據(jù)到一個(gè)數(shù)據(jù)流 Forward file data to the stream directly </p><p>　　f_gets - 讀一個(gè)字符串 </p><p>　　f_

31、putc - 寫一個(gè)字符 </p><p>　　f_puts - 寫一個(gè)字符傳 </p><p>　　f_printf - 寫一個(gè)格式化的字符磁盤I/O接口 </p><p>　　Since the FatFs module is completely separated from disk I/O layer, it requires following func

32、tions to lower layer to read/write physical disk and to get current time. The low level disk I/O module is not a part of FatFs module and it must be provided by user. The sample drivers are also available in the resource

33、s. </p><p>　　因?yàn)镕atFs模塊完全與磁盤I/O層分開(kāi)，因此需要下面的函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)底層物理磁盤的讀寫與獲取當(dāng)前時(shí)間。底層磁盤I/O模塊并不是FatFs的一部分，并且必須由用戶提供。資源文件中也包含有范例驅(qū)動(dòng)。 </p><p>　　disk_initialize - Initialize disk drive 初始化磁盤驅(qū)動(dòng)器 </p><p>　　di

34、sk_status - Get disk status 獲取磁盤狀態(tài) </p><p>　　disk_read - Read sector(s) 讀扇區(qū) </p><p>　　disk_write - Write sector(s) 寫扇區(qū) </p><p>　　disk_ioctl - Control device dependent features 設(shè)備相關(guān)的

35、控制特性 </p><p>　　get_fattime - Get current time 獲取當(dāng)前時(shí)間</p><p>　　FATFS的移植五步驟：</p><p>　　1、使用SD卡的SPI通信模式。SD卡的DI接MOSI，DO接MISO，CS接SS。這就需要STM32提供SPI讀／寫接口代碼，主要包括初始化、讀和寫。SPI初始化包括SPI相關(guān)寄存器的初始化和

36、相關(guān)I／O口的初始化。將STM32的SPI配置成主機(jī)模式、數(shù)據(jù)高位先傳、時(shí)鐘速率為二分之一系統(tǒng)時(shí)鐘等。</p><p>　　2、接著配置I／O口的輸入／輸出。MOSI腳和Ss腳配置成輸出，MISO腳配置成輸入。然后，就可以進(jìn)行讀／寫了。</p><p>　　3、定義數(shù)據(jù)類型，修改integer.h ，使其中定義的數(shù)據(jù)類型與相應(yīng)的MCU相匹配。</p><p>　　4

37、、是 配 置 ff.h，用戶可以對(duì)應(yīng)于不同的文件系統(tǒng)的配置，在相應(yīng)的地方進(jìn)行修改，ff.h文件中有詳細(xì)注釋，用戶可以根據(jù)具體情況進(jìn)行修改。</p><p>　　5、最關(guān)鍵的一步，底層函數(shù)的修改。本系統(tǒng)有6個(gè)底層函數(shù)需要用戶根據(jù)具體情況進(jìn)行修改：</p><p>　　DSTATUS disk_initialize磁盤初始化，如果SD卡設(shè)置正常，直接返回0或者其他狀態(tài)。</p>

38、<p>　　DSTATUS disk_status磁盤狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可以返回0或者其他狀態(tài)。</p><p>　　DRESULT disk_read磁盤讀函數(shù)，調(diào)用SPI讀單個(gè)或多個(gè)區(qū)塊的函數(shù)。 </p><p>　　DRESULT disk_write磁盤寫函數(shù)，調(diào)用SPI寫單個(gè)或多個(gè)區(qū)塊的函數(shù)。 </p><p>　　DRESULT dis

39、k_ioctl僅在磁盤格式化時(shí)需要，如不需要可返回0。 </p><p>　　DWORD get_fattime RCT時(shí)間獲得，具體格式可以參考具體的文獻(xiàn)說(shuō)明。</p><p>　　此外還需要配置4個(gè)底層函數(shù)，函數(shù)分別是STM32使用SPI讀/寫一個(gè)sector和讀/寫多個(gè)sector的函數(shù)。</p><p><b>　　6.結(jié)束語(yǔ)</b>

40、;</p><p>　　本數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)中采用ARM Cortex M3內(nèi)核的微控制器STM32平臺(tái)，價(jià)格實(shí)惠的SD卡存儲(chǔ)器存儲(chǔ)圖片和數(shù)據(jù)；選擇TFT顯示屏移以保證圖片的顯示效果和美觀；移植FATFS文件系統(tǒng)，從而以文件的方式進(jìn)行快速SD卡數(shù)據(jù)讀取，減少硬件設(shè)備需求，讓系統(tǒng)運(yùn)行更流暢。整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了有定時(shí)和手動(dòng)切換圖片功能的數(shù)碼相框，能夠在市場(chǎng)上進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)和運(yùn)用。</p><p>　

41、　7.課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是軟件編程方面，我組在復(fù)習(xí)熟悉ARM基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，還學(xué)習(xí)了FATFS文件系統(tǒng)的有關(guān)資料，研究FATFS文件系統(tǒng)的移植。由于存在SD卡之中的圖片不能直接在AMR開(kāi)發(fā)板的液晶屏上顯示，而必須要經(jīng)過(guò)解碼才可以，我們還學(xué)習(xí)了一些圖像解碼方面的知識(shí)。我們將這些知識(shí)付諸于實(shí)踐，最終通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼相框的基本功能，同時(shí)也使自己對(duì)AMR文件系統(tǒng)了解得更加深刻

42、。</p><p><b>　　8.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　王永虹，徐煒，郝立平.STM32系列為ARM Cortex-M3 微控制器原理與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2008. 305-313.</p><p>　　ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)——基于S3C2410與linux（第2版）[M] 徐英慧 馬中美王磊 王