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标题: 基于ARM LinuxQT的掌上多媒体系统的设计和实现 [打印本页]

作者: liyf 时间: 2012-1-16 18:42
标题: 基于ARM LinuxQT的掌上多媒体系统的设计和实现

　　0 引言
　　随着人们生活水平的提高，消费结构发生了巨大变化，消费者用于娱乐方面的支出在总支出中所占的比例正在不断扩大。掌上多媒体系统可以满足人们对于试听以及便携的需求，另外还可以实现一些其他功能，如图片浏览、网络下载、以及影音录制等。目前市场上的掌上多媒体系统多是Windows CE、Symbian、Palm OS等商用操作系统，其开放的程序不够高，而且价格偏高，不适于第三方应用软件的移植。ARM体系作为专用嵌入式系统设计的通用处理器内核，具备高性能、低功耗、易扩展的特点。本系统基于ARM9、嵌入式Linux操作系统设计并实现了一个更为开放的嵌入式平台，来实现掌上多媒体系统的诸多功能。
　　1 多功能掌上媒体播放器系统的硬件设计
　　多功能掌上媒体播放器系统的硬件设计如图1所示。LCD采用的是Sharp的TFT屏，3．52in，分辨率240×320；音频控制器是IIS接口的音频控制器，解码芯片是UDA1314TS；另外扩展了用于视频录制的Philips的视频解码芯片SAA7113和ADI的JPEG压缩芯片。视频录制的框图如图2所示。

　　2 多功能掌上媒体播放器系统的软件设计
　　系统设计和软件设计是本系统的难点。系统软件设计的总体框架如图3所示。

　　3 性能优化
　　尽管ARM9处理器主频可以高达200MHz以上，但是为了降低功耗，本系统在保证满足实时播放的前提下，对系统进行优化。所以，在一个资源受限的处理器上要实现多媒体文件的实时播放，性能优化成为关键。本系统主要通过解码程序优化，打开Cache等措施来提高系统性能。
　　3．1 对解码程序的优化
　　由于解码过程绝大部分是计算，以MP3音频文件为例，其解码过程主要是高精度乘法和矢量运算，其中80％的CPU时间用于数值计算，因此对于解码部分主要采用了以下方法进行优化：
　　(1)整数运算。在没有硬件浮点单元的CPU上，浮点运算是仿真方式，因此解码代码中应直接采用整数运算方式编码，而避免浮点运算；
　　(2)通过查表方式代替很多运算式获取计算结果，对调用频繁的小函数采用inline修饰；
　　(3)关键代码采用汇编语言编程，以获得更高效的目标代码，来提高系统的运行性能。
　　3．2 打开Cache
　　ARM9处理器带有独立的16 kB数据Cache和16 kB的指令Cache。本系统中，打开指令Cache肯定能在一定程度上提高性能。至于数据Cache，由于从SD卡或者U盘读进来解码的数据使用完毕后就再也不会使用了，解码产生的数据也是一样，使用一次就会被丢弃，因此数据访问的时间局限性基本是不存在的。但是，系统在访问数据时存在很强的"空间局限性"，所以打开数据Cache后可以提高性能，因为：
　　(1)Cache和IDRAM之间通过Burst方式传递数据，提高了总线带宽，从而降低读数据的延迟。
　　(2)Cache一次读128bit或256bit，当读已在Cache中的数据时就会命中。
　　(3)通过WriteBuffer或WriteBack方式读内存时，没有写DRAM的延迟。
　　但是这样也会带来数据不一致的问题，主要是DMA造成数据的不一致，因为SD卡或USB的传输是通过DMA进行的，其传输过程无需CPU干预，DMA操作直接访问内存，但不会跟新Cache和写缓存相应的内容，这样就造成了数据的不一致，可用以下方法解决：
　　(1)将SD卡或USB和CPU共享的控制数据空间设置为uncachable，否则无法保证CPU读到的Cache中的数据是最新数据，从而可能造成系统运行错误。
　　(2)SD卡或USB输入模块通过DMA像主存传输文件数据时，写数据的缓冲区是由文件系统提供的。该缓冲区的特点是存储空间比较大而且是顺序访问的，可将其设置为cachable。
　　经过上述方法的优化以后，系统性能得到了大幅度的提高。经过测试表明，优化后解码所需的时间为优化前的15％左右，均小于正常播放所需的时间，完全满足实时播放的要求。
　　4 结束语
　　本系统以ARM9处理器为核心建立嵌入式多媒体系统，并在其上移植Mplayer播放器，扩展其功能，使mpeg-1、mpeg-2、avi等视频格式以及MP3、WMA等音频格式都能在其上流畅地播放，并实现了影音录制功能。在测试中各模块工作正常，达到了能全屏播放视频，流畅播放音频，能够将摄像头拍到的视频传送到Mplayer进行播放，能读取外接U盘或者SD卡中的多媒体文件进行播放，能从网络下载多媒体文件到扩展存储设备被Mplayer播放的设计要求。随着多媒体技术的广泛应用，掌上多功能媒体播放器会有更广阔的应用前景。

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