本文關(guān)鍵詞：嵌入式Linux操作系統(tǒng)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

歡迎進(jìn)入IT技術(shù)社區(qū)論壇，與200萬技術(shù)人員互動交流 >>進(jìn)入 1.簡介： 數(shù)字電視是在電視信號產(chǎn)生后的處理、傳送、接收、記錄等過程都采用數(shù)字技術(shù)的電視。在設(shè)計數(shù)字電視系統(tǒng)時，應(yīng)用于傳統(tǒng)模擬電視系統(tǒng)中的硬件，不能滿足音頻、視頻和數(shù)據(jù)處理等功能的需要，

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        1. 簡介：
    
        數(shù)字電視是在電視信號產(chǎn)生后的處理、傳送、接收、記錄等過程都采用數(shù)字技術(shù)的電視。在設(shè)計數(shù)字電視系統(tǒng)時，應(yīng)用于傳統(tǒng)模擬電視系統(tǒng)中的硬件，不能滿足音頻、視頻和數(shù)據(jù)處理等功能的需要，因此，數(shù)字電視系統(tǒng)需要更高性能的處理器和大規(guī)模的存儲器。嵌入式操作系統(tǒng)可以有效的管理這些硬件資源。
    
        本文將嵌入式Linux操作系統(tǒng)移植到一個數(shù)字電視上，使其能夠接收數(shù)字廣播節(jié)目。為了將操作系統(tǒng)移植到數(shù)字電視系統(tǒng)上，需要修改內(nèi)核和交叉開發(fā)環(huán)境，重新設(shè)計基本的設(shè)備驅(qū)動，配置系統(tǒng)的存儲器映像以便加載內(nèi)核到主存儲器中，并且設(shè)計一個總線接口設(shè)備的驅(qū)動程序來控制整個系統(tǒng)。
    
    2. 數(shù)字電視操作系統(tǒng)
    
        數(shù)字電視比模擬電視能夠提供更優(yōu)質(zhì)的電視圖像和更多的視頻服務(wù)。它采用改進(jìn)的掃描線和水平清晰度獲得高質(zhì)量的視頻效果，同時采用AC3或MPEG2壓縮技術(shù)來獲得高質(zhì)量的音頻效果。數(shù)字電視的節(jié)目不但便于存儲，而且還可以通過眾多的媒介進(jìn)行傳播。因此，數(shù)字電視系統(tǒng)需要處理大量的數(shù)據(jù)。如在EPG（電子節(jié)目指南）服務(wù)中，被提取出來的數(shù)據(jù)被修改并存儲后作為一個畫面打印至OSD（屏幕菜單式調(diào)節(jié)）界面，在這個過程中需要靠操作系統(tǒng)來不斷地接收到被篩選、存儲后的信號，同時產(chǎn)生屏幕畫面。
    
        市場上的數(shù)字電視系統(tǒng)包括如pSOSTM (Windriver Inc.)等的商業(yè)操作系統(tǒng)，這些系統(tǒng)具有高可靠性和最優(yōu)化的特點，但要支付昂貴的版稅。如果在數(shù)字電視系統(tǒng)中使用嵌入式linux操作系統(tǒng)，則不用支付版稅費用。嵌入式Linux操作系統(tǒng)還有其他一些優(yōu)點，如有開放源代碼的設(shè)備驅(qū)動程序及應(yīng)用程序的存在，大大縮短了開發(fā)時間；利用shell、文件系統(tǒng)及模塊功能方便了開發(fā)環(huán)境的配置；許多問題可以在開源社區(qū)得到快速解決等。
    
    3. 商業(yè)數(shù)字電視系統(tǒng)
     
        數(shù)字電視的結(jié)構(gòu)
    
        數(shù)字電視系統(tǒng)包括數(shù)字處理模塊、視頻處理模塊、射頻模塊、LCD驅(qū)動模塊和模擬輸出模塊，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
    

        數(shù)字處理模塊負(fù)責(zé)控制其它模塊和執(zhí)行程序。它由MCU、SDRAM、FLASH存儲器、UART、I2C總線接口構(gòu)成。視頻處理模塊把從射頻模塊捕獲的數(shù)據(jù)解碼生成視頻、音頻和文本消息。它由一個信號處理單元（SPU）和一個SDRAM構(gòu)成，SDRAM中包含被顯示的數(shù)據(jù)幀。射頻模塊接收數(shù)字廣播信號，并且將該信號解調(diào)成數(shù)據(jù)流。LCD驅(qū)動模塊控制LCD面板。模擬輸出模塊控制視頻-音頻信號輸出和輸出信號。數(shù)字處理模塊通過I2C總線，控制射頻模塊、LCD模塊和模擬輸出模塊，同時通過DMA控制視頻處理模塊。
     
        硬件構(gòu)成
    
        在數(shù)字電視系統(tǒng)中，數(shù)字處理模塊的核心是arm7TDMITM，它不包括MMU（存儲器管理單元）。在數(shù)字電視系統(tǒng)中MCU只支持大端格式[5]，存儲器映射由MCU內(nèi)的系統(tǒng)管理寄存器來配置，在系統(tǒng)運(yùn)行之前，嵌入式linux內(nèi)核運(yùn)行在flashROM中，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，內(nèi)核被拷入ram中。除了ROM和RAM外，外設(shè)也經(jīng)常被使用。這些設(shè)備被映射到一個線性存儲器映射單元，且可以按同樣的方式尋址。。MCU的中斷控制器包括21個中斷資源（其中17個來自內(nèi)部設(shè)備，4個來自外部設(shè)備）。數(shù)字處理模塊中的定時器是一個32位的間隔模式定時器。在系統(tǒng)中用串口設(shè)備如UART（通用異步收發(fā)器）來打印啟動過程中的消息和程序出錯信息，由于射頻模塊、LCD驅(qū)動模塊、模擬輸出模塊都是由MCU通過I2C總線控制，因此，在MCU和I2C串行總線之間需要一個接口。在這里使用PCF8584 (Philips Inc.)。圖2描述了MCU和I2C總線之間的連接。

    

    
    圖2  MCU和I2C總線之間的連接

    4.linux系統(tǒng)移植 
    
        在這一部分中，我們將解釋linux操作系統(tǒng)的移植順序。包括修改內(nèi)核初始化代碼和編寫設(shè)備驅(qū)動程序。
    
        4.1重建內(nèi)核初始化代碼
    
        為了將linux內(nèi)核加載到嵌入式系統(tǒng)中，有必要修改與硬件相關(guān)的內(nèi)核初始化代碼。這個過程包括設(shè)置存儲器映射以便加載內(nèi)核映像，以及為支持內(nèi)核的運(yùn)行而修改設(shè)備驅(qū)動程序。
    
        4.1.1設(shè)置存儲器映射
    
        Linux內(nèi)核映像是一種壓縮文件，存放在flash存儲器中，執(zhí)行時被拷貝到SDRAM中并解壓。圖3描述了內(nèi)存映像的加載順序。
    

    
        系統(tǒng)復(fù)位時，CPU只能接受flash ROM空間的代碼，同時執(zhí)行位于flash ROM底層的bootloader，，它負(fù)責(zé)從主機(jī)端下載代碼并且將代碼存儲到flashROM中。
    
        1）bootloader將主機(jī)的linux內(nèi)核拷貝到數(shù)字處理模塊上的SDRAM中。
    
        2）SDRAM中被下載的linux內(nèi)核映像被存儲在flash ROM中位于bootloader頂層的空間中。
    
        3）系統(tǒng)初始化，同時，bootloader調(diào)用linux映像內(nèi)的一段執(zhí)行代碼（head.o），將全部flash ROM空間中的內(nèi)容拷貝到SDRAM中。
    
        4）CPU利用系統(tǒng)管理寄存器，將flash ROM中的初始地址空間與SDRAM的初始地址空間相交換。
    當(dāng)flash ROM中的映像被加載到SDRAM之后，無需改變程序計數(shù)器就可以執(zhí)行代碼（head.o）。圖4中顯示了最終的存儲器映射。
    

    拷貝到SDRAM中的linux映像可解壓執(zhí)行，為了完成釋放功能，需要一些存儲器空間，例如符號開始段、用戶堆棧、分配的內(nèi)存等。在這些空間中，一個壓縮的linux內(nèi)核映像被解壓工具釋放出來，被釋放的代碼位于被分配的內(nèi)存空間的下一地址。
    
        4.1.2 內(nèi)核需要的設(shè)備
    
        內(nèi)核需要的基本設(shè)備包括中斷控制器、定時器和控制臺設(shè)備。這些設(shè)備被映像到MCU的內(nèi)部寄存器中，通過修改內(nèi)部寄存器而提供必要的功能。
    
        4.2設(shè)備驅(qū)動的設(shè)計
    
        數(shù)字電視系統(tǒng)包括視頻處理設(shè)備和模擬輸出設(shè)備以及內(nèi)核所必須的設(shè)備，本文為I2C總線接口（PCF8584）設(shè)計一個設(shè)備驅(qū)動。PCF8584設(shè)備驅(qū)動包括接口模塊、內(nèi)核模塊、算法模塊、適配器模塊，如圖5所示。
    
        接口模塊提供設(shè)備驅(qū)動程序與應(yīng)用程序之間的接口，定義設(shè)備文件操作（open, read, write, ioctl,release）以及初始化設(shè)備文件（/dev/i2c0）；內(nèi)核模塊用來增加或移除適配器、定義I2C總線的功能以及初始化包含系統(tǒng)信息的文件系統(tǒng)（/proc）；算法模塊用來初始化PCF8584設(shè)備以及定義PCF8584的函數(shù)（i2c_start,i2c_stop(), wait_for_pin()）；適配器模塊通過被映射到MCU的存儲器地址將數(shù)據(jù)傳送到MCU。

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本文編號：247596