arm課程設計---數(shù)碼相框設計

1、<p>　　嵌入式系統(tǒng)課程設計報告</p><p><b>　　數(shù)碼相框設計</b></p><p><b>　　姓 名： </b></p><p>　　班 級： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導

2、老師： </p><p><b>　　日期： </b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著數(shù)碼相機的普及，人們對圖片等多媒體的播放需求越來越高，從而促進了數(shù)碼相框的發(fā)展。隨著嵌入式系統(tǒng)技術的不斷發(fā)展，已經呈現(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。<

3、;/p><p>　　雖然目前嵌入式數(shù)碼相框技術在圖片播放瀏覽上呈現(xiàn)出很多優(yōu)點，但相對來說價格還不算十分優(yōu)惠，一起相關的一些技術也有待提高。所以在這里設計一款性價比相對來說比較高的數(shù)碼相框：它是采用ARM Cortex M3內核的微控制器STM32平臺，價格實惠的SD卡存儲器存儲圖片和數(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行快速SD卡數(shù)據(jù)讀取，減少硬件設備需求，讓

4、系統(tǒng)運行更流暢。整個設計實現(xiàn)了有定時和手動切換圖片功能的數(shù)碼相框。</p><p>　　【關鍵字】數(shù)碼相框設計 微控制器STM32平臺 SD卡存儲 TFT液晶 FATFS文件系統(tǒng)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 數(shù)碼相框簡介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1</p><p>　　2 設計方案比較2</p>

6、;<p>　　2.1 采用ARM920T內核2</p><p>　　2.2 采用ARMCortex M3內核2</p><p>　　2.3 方案比較分析總結.........................................................................................................2<

7、;/p><p>　　3 系統(tǒng)設計整體思路及流程圖3</p><p>　　4 系統(tǒng)硬件設計4</p><p>　　4.1 硬件連接圖4</p><p>　　4.2 STM32f103RBT6平臺外擴存儲器的選擇4</p><p>　　4.3 液晶顯示屏的選擇4</p><p>　　5 系統(tǒng)軟

8、件設計5</p><p>　　5.1 開發(fā)編程環(huán)境選擇5</p><p>　　5.2 FAT文件系統(tǒng)6</p><p><b>　　6 結束語8</b></p><p>　　7 課程設計心得體會8</p><p><b>　　8 參考文獻9</b></p&g

9、t;<p>　　1. 數(shù)碼相框的簡介</p><p>　　1.1數(shù)碼相框的概念</p><p>　　數(shù)碼相框是展示數(shù)碼照片而非紙質照片的相框。數(shù)碼攝影必然推動數(shù)碼相框的發(fā)展，因為全世界打印的數(shù)碼相片不到35%。數(shù)碼相框通常直接插上相機的存儲卡展示照片，當然更多的數(shù)碼相框會提供內部存儲空間以接外接存儲卡功能。數(shù)碼相框就是一個相框，不過它不再用放進相片的方式來展示，而是通過一個液

10、晶的屏幕顯示，它可以通過讀卡器的接口從SD卡獲取相片，并設置循環(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，把原來相框中間的照片部分換成液晶顯示屏，配上電源，存儲介質等，可以直接播放數(shù)碼照片，使得同一個相框內可以循環(huán)播放照片，比普

11、通相框的單一功能更有優(yōu)勢。</p><p>　　1.3數(shù)碼相框的特點</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，存儲介質等部件，可以直接展示（播放）數(shù)碼照片，同時，可以在同一個相框內循環(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更好的照片展示平臺和空間。 </p><p>　?。?）數(shù)碼相框的外觀造型與傳統(tǒng)普通相框一樣（當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)碼照片沖印出來再裝到相框里展示，而是通過直接插上相機的存儲卡或者直接將數(shù)碼相片拷到數(shù)碼相框的存儲器就可以馬上在相框里展示出來，而且它可以存儲和展示（播放）幾百張甚至上千張

13、的照片。 </p><p><b>　　2.設計方案比較</b></p><p>　　2.1 采用ARM920T內核</p><p>　　采用ARM920T內核的S3C2410X作為數(shù)碼相框設計平臺。S3C2410X微處理器時一款由samsung公司為手持設備設計的低功耗、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、外部存儲器控制器、LCD控制器、NAND FLASH控制器、4個DMA通道、3個UART通道、1個IIC總線控制器、1個IIS總線控制器、4個PWM定時器、1個內部定時器、通用IO口、實時時鐘、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)結構上可適用于數(shù)碼相框的設計。</p><p&g

15、t;　　2.2采用ARMCortex M3內核 </p><p>　　采用ARMCortex M3內核的STM32f103RBT6作為數(shù)碼相框的設計平臺。STM32f103RBT6系列使用了ARM最新的、先進架構的Cortex-M3內核，采用哈佛結構，能夠達到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，并經過特殊的處理，在運行模式和待機模式及電

16、池模式都進行了優(yōu)化，待機電流僅為2μA 。STM32還有性能出眾的片上外設，如USB 、USART、SPI、I2C、GPIO、PWM等。STM32最大限度地實現(xiàn)集成，盡可能地減少對外部器件的要求，內嵌電源控制器，帶有上電復位、低電壓檢測、掉電檢測、自帶始終的看門狗定時器，一個主晶振可以驅動整個系統(tǒng)，內嵌PLL可產生多種頻率，可以為內部實時時鐘選擇32kHz 的晶振。完全能滿足數(shù)碼相框的設計。</p><p>　　

17、2.3方案比較分析總結</p><p>　　從性能、價格、實用性等方面對兩種方案進行比較，可以發(fā)現(xiàn)STM32在符合數(shù)碼相框的設計要求同時，也是一款性價比極更高，相對來說更容易上手和操作的芯片。此外，我們小組成員對STM32也有一定的學習基礎和了解，可以說選擇它作為設計平臺能有效的縮短設計時間。最后，經過小組討論，決定采用ARMCortex M3內核的STM32f103RBT6作為數(shù)碼相框的設計平臺。</p&

18、gt;<p>　　3.系統(tǒng)設計整體思路及流程圖</p><p>　　設計中使用ARMCortex M3內核的STM32f103RBT6的設計平臺，SD卡存儲，TFT液晶作為顯示屏，圖片數(shù)據(jù)以文件方式存儲，能夠實現(xiàn)圖像文件格式到液晶顯示格式的轉換。</p><p>　　開始運行系統(tǒng)時，首先進入開機界面，同時會顯示日歷、時鐘。當有按下播放鍵后，進入圖片播放模式，此時液晶旁邊的LE

19、D燈會閃爍提示正常工作。播放模式分為自動播放模式和手動播放模式。自動播放模式的工作方式為每隔一段時間，自動播放圖片。手動播放模式即使用按鍵，來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)硬件設計</b></p><p><b>

20、　　4.1硬件連接圖</b></p><p>　　4.2 STM32f103RBT6平臺外擴存儲器的選擇</p><p>　　本數(shù)碼相框的設計，選取SD存儲卡作為STM32f103RBT6平臺的外擴存儲器。</p><p>　　SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數(shù)碼卡，是一種基于半導體快閃記憶器的新一代記憶設備，

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

22、>　　SD卡共支持三種傳輸模式：SPI模式（獨立序列輸入和序列輸出），1位SD模式 （獨立指令和數(shù)據(jù)通道，獨有的傳輸格式）， 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，所以在此設計中采用。</p><p>　　4.3液晶顯示屏的選擇</p><p>　　本設計選取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即薄膜場效應晶體管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、半導體活性層a-Si,歐姆接觸層n+a-Si、源漏電極及保護膜等組成，其中柵絕緣層和保護膜一般采用SiN。</p><p>　　液晶平板顯示器，特別TFT-LC

24、D，是目前唯一在亮度、對比度、功耗、壽命、體積和重量等綜合性能上全面趕上和超過CRT的顯示器件，它的性能優(yōu)良、大規(guī)模生產特性好，自動化程度高，原材料成本低廉，發(fā)展空間廣闊。與TN技術相比，TFT-LCD具有比TN-LCD更高的對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>　　在本設計中，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享受。</p

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

26、<p>　　FatFS是一個通用的文件系統(tǒng)模塊，用于在小型嵌入式系統(tǒng)中實現(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。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/注銷一

27、個工作區(qū)域（Work Area） </p><p>　　f_open - 打開/創(chuàng)建一個文件f_close - 關閉一個文件 </p><p>　　f_read - 讀文件f_write - 寫文件 </p><p>　　f_lseek - 移動文件讀/寫指針 </p><p>　　f_truncate - 截斷文件 </p>

28、<p>　　f_sync - 沖洗緩沖數(shù)據(jù) Flush Cached Data </p><p>　　f_opendir - 打開一個目錄 </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)建一個目錄 </p><p>　　f_unlink - 刪除一個文件或目錄 </p><p>　　f_chmod - 改變屬性（Attribute） </p><p>　　f_utime - 改變時間戳（Timestamp） </p><p>　　f_renam

30、e - 重命名/移動一個文件或文件夾 </p><p>　　f_mkfs - 在驅動器上創(chuàng)建一個文件系統(tǒng) </p><p>　　f_forward - 直接轉移文件數(shù)據(jù)到一個數(shù)據(jù)流 Forward file data to the stream directly </p><p>　　f_gets - 讀一個字符串 </p><p>　　f_

31、putc - 寫一個字符 </p><p>　　f_puts - 寫一個字符傳 </p><p>　　f_printf - 寫一個格式化的字符磁盤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>　　因為FatFs模塊完全與磁盤I/O層分開，因此需要下面的函數(shù)來實現(xiàn)底層物理磁盤的讀寫與獲取當前時間。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動。 </p><p>　　disk_initialize - Initialize disk drive 初始化磁盤驅動器 </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 設備相關的

35、控制特性 </p><p>　　get_fattime - Get current time 獲取當前時間</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相關寄存器的初始化和

36、相關I／O口的初始化。將STM32的SPI配置成主機模式、數(shù)據(jù)高位先傳、時鐘速率為二分之一系統(tǒng)時鐘等。</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)類型與相應的MCU相匹配。</p><p>　　4

37、、是 配 置 ff.h，用戶可以對應于不同的文件系統(tǒng)的配置，在相應的地方進行修改，ff.h文件中有詳細注釋，用戶可以根據(jù)具體情況進行修改。</p><p>　　5、最關鍵的一步，底層函數(shù)的修改。本系統(tǒng)有6個底層函數(shù)需要用戶根據(jù)具體情況進行修改：</p><p>　　DSTATUS disk_initialize磁盤初始化，如果SD卡設置正常，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，可以返回0或者其他狀態(tài)。</p><p>　　DRESULT disk_read磁盤讀函數(shù)，調用SPI讀單個或多個區(qū)塊的函數(shù)。 </p><p>　　DRESULT disk_write磁盤寫函數(shù)，調用SPI寫單個或多個區(qū)塊的函數(shù)。 </p><p>　　DRESULT dis

39、k_ioctl僅在磁盤格式化時需要，如不需要可返回0。 </p><p>　　DWORD get_fattime RCT時間獲得，具體格式可以參考具體的文獻說明。</p><p>　　此外還需要配置4個底層函數(shù)，函數(shù)分別是STM32使用SPI讀/寫一個sector和讀/寫多個sector的函數(shù)。</p><p><b>　　6.結束語</b>

40、;</p><p>　　本數(shù)碼相框的設計中采用ARM Cortex M3內核的微控制器STM32平臺，價格實惠的SD卡存儲器存儲圖片和數(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行快速SD卡數(shù)據(jù)讀取，減少硬件設備需求，讓系統(tǒng)運行更流暢。整個設計實現(xiàn)了有定時和手動切換圖片功能的數(shù)碼相框，能夠在市場上進行大規(guī)模的生產和運用。</p><p>　

41、　7.課程設計心得體會</p><p>　　這次課程設計的內容主要是軟件編程方面，我組在復習熟悉ARM基本知識的基礎上，還學習了FATFS文件系統(tǒng)的有關資料，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開發(fā)板的液晶屏上顯示，而必須要經過解碼才可以，我們還學習了一些圖像解碼方面的知識。我們將這些知識付諸于實踐，最終通過編程實現(xiàn)了數(shù)碼相框的基本功能，同時也使自己對AMR文件系統(tǒng)了解得更加深刻

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