arm平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现

硕士论文ARM平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现摘要嵌入式系统应用于智能设备、工业控制领域实现各种信号的处理与控制，是近年来技术研究和产品开发的热点。同时，随着以太网技术的迅速发展，工业控制中过程监控层和现场设备层信号传输网络开始逐步采用以太网，基于网络的远程监控使整个企业网络呈现高度统一性、开放性和透明性。将嵌入式技术和基于网络的远程监控技术应用于电梯，可以有效地提高产品和服务的质量。本文旨在研制和开发一套应用于电梯的智能多媒体显示与远程监控系统，硬件设计中，在以嵌入式微处理器53C2410X、FLASH、SDRAM构成的最小系统核心板外，扩展了串行口、网口、LCD接口等外围硬件资源，设计了RS一232转换成RS一422接口界面的硬件电路板，针对核心板RTC时钟问题，采用PCF8563芯片设计了时钟/日历小板。软件平台方面，首先分析了系统启动引导程序BOQTLOADER，参照嵌入式LINUX内核源代码以及对53C2410X的支持代码，根据本系统的硬件配置对LINUX内核进行裁剪移植，修改了音频驱动和LCD驱动，在内核中添加了对YAFFS文件系统类型的支持。然后准备了根文件系统内容，在其中添加了交叉编译过的QT/EMBEDDED31的库，使用CR二FS、RAMDISK和丫AFF相结合的根文件系统格式。在此基础上，向嵌入式平台移植了LINUX下开源的多媒体播放器饰LAYER和嵌入式数据库SQLITE。设计编写QTGUI界面和串口数据采集模块，构建了电梯间多媒体显示系统，显示界面划分为串口数据采集显示、动画播放、系统时间、文本信息、滚动字幕、商标图片六个显示区域。使用BOA在ARM平台上构建了嵌入式WEB服务器，WEB服务器通过HTTP协议与监控端浏览器软件进行信息交互，提供服务器应用程序模块的访问界面和现场设备的信息访问和控带1界面，并借助SQLITE数据库的支持，实现了基于网络的电梯远程监控系统的功能。监控端通过WEB页面激活服务器的相应应用程序模块，传递信息服务请求和控制命令。将本系统应用与电梯设备，取得了用户的好评。关键词ARM，嵌入式LIMIX系统，多媒体显示，图形用户界面，远程监控，BOAWEB服务器硕士论文八夕3哎平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现ABSTRACTINTHERECENTYEARS，EMBEDDEDSYSTEMIS初DELYUSEDTODEALWITHANDCONTROLSOMEKINDSOFSIGNA1SINT11EFLELDOFINTELLIGENTDEVICESANDINDUSTRIALCONTROLWITHTHEDEVELOPMENTOFETHERNET，ETLLEMETBEGINSTOI而LTRATETOTHELAYERSOFPROCESSCONTRO1ANDFIELDFACILITIESINTHEFIELDOFFACTORYAUTOMATIONCONTROLSYSTEM，THEREMOTEMONITORINGANDCONTROLSYSTELLTHR，UGHLNIEMETLLLAKESTHE认7LLOLEFACTO尽NETWORKBECOMEHIGHIYUNIFIED，OPEN川LDTRANSPARENTELEVATORSARENECESSARYINTALLBUILDI飞5THEAPPLICATIONOFEMBEDDEDTECLLNLOGYALLIREMOTECONTROLTEC恤O1OGYTHROUGHLNTEMETONELEVATORSCANAPPARENTIY1N1PROVETHEQUALITYOFTHEPR。LTLCTS田LTSERVICEINTHEPAPE几WESTU勿A班DEVELOPANINTEGRATEDSYSTEMUSEDONELEVATORSTHESYSTEMCOMBINESTHEFILNCTIONSOFMULT而EDIADISPLAYANDREMOTEMONITORINGW已EXPALLDEDSOMEPERIPHERALHARD、RARERESOURCESINCLUDINGSEXIALPORT，】LE1WORKANDLCDINIERFACESBASEDONTHEMINIMUMSYSTEMCONSISTSOFS3C2410X，FLASH，剐LDSDRA玉1AHARDI、RAREMODULEFORCONVERSIONOFRS一232BUSTORS一422BUSWASDESLGNEDINORDERTORESOLVETHERTCTECHNICALITY，WEDE溢GNEDACIRCUITBOAXDUSINGATIMEPIECE/CALENDARCMOSCHIP一PCF8563D而NGTHEDESIGNFORTHESOFT、AREPLATFORM，WEANALYZEDANDMODIFIEDTHESYSTEMBOOTINGPROGRALLL一OOTLOADER，A11DTHENPORTEDELNBEDDEDLINUXTOS3C24L0XACCORDINGTOTHE11ARDWARECONFIGURATIONOFOURBOARD从飞MODIFIEDTHESOULLDANDLCDDRIVERPROGRAMSINLINUXKEMEL田1DADDEDSOMENECESSARYCODESTOMAKEITCOMPATIBLEWITHTHEFILESYSTEMTYPEOFYAFFSAFTERPREPARINGTHECONTENTOFTHEROOTFILESYSTEM，WEADDEDTHECROSS一COLLLPILEDQ崛MBEDDEDLLBRARLESTOIT，ALLDSELECTEDTHEFILESYSTEMTYPES、VHICHCOMBINESCRAMFS，RA入IDISKAND、恤F飞THESOURCE一CODE一OPENNLLLLTIMEDIAPI即EROFMP1AYERANDEMBEDDEDDA1ABASEOFSQLITERU11刀JNGUNDERLINUXWERESUCCESSFULLYTRANSPLANTEDONIOTHEEMBEDDEDPLATFORM认飞DESIGNEDTHEGULANDDATA一ACQUISITIONMODUEOFSERIALPORTTHEGULISDIVIDEDINTOSIXAREASINCLUDINGTHEAREAOFDATAACQUISITIONMODULE，MULTUNEDIAPLAYINGAREA，SYSTEMTIMEDISPLAYAREA，TEXTINFORMATIONAREA，SCROLLINGTEXTBARANDTRADEMARKPICTUREAREAW七BUILTANEMBEDDED认殆BSERVERONTHEARMP1ATIBRMUSINGBOAANDTHENTHE允NCTIONOFTHEREMOTEMO川TORINGSYSTEMWASFULFILLEDTHESYSTEMHASBEENPUTINTOUSESUCCESSFULLYANDHASAGOODPERFORMANCEONTHEELEVATORSKEYWORDSARM，EMBEDDEDLINUXSYSTETN，MULTIMEDIADISPLAY，GU工，RE朋TEMONITORING，BOAWEBSERVER一11硕士论文ARM平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现图表目录图1311本系统总体架构，。7图2111本系统软件模块N图2231八圈平台外围硬件资源，巧图224IPCF8563芯片管脚16表2311工具链/USR/LOCAL/ARM/2953的目录结构18表2312工具链中目标平台相关文件AR田尸LINUX目录结构19图3131嵌入式LINUX内核目录结构，29图3132嵌入式LINUX内核ARCH/AR困目录结构30图3133嵌入式LINUX的一般架构31表3321嵌入式LINUX系统常用文件系统的特性41图4131帅LAYER播放ONEPIECEOP6一BRANDN研邢RLDAVI截图45图422ISQLITE的体系结构46图431IRS一232/RS一422转换板硬件框图50表4321电梯监控系统通信协议，51图5211嵌入式LINUX的GU工系统的底层实现基础62图521二ZQT/ENLBEDDED与QT/XN在嵌入式LINUX下的比较63图5321本系统GUI进程与串口数据采集模块进程间通信原理66图551电梯多媒体显示系统69图611基于嵌入式WEBSERYER的远程监控模型70图622IBOA的基本流程，71图6321电梯远程监控系统界面，74图6411电梯多媒体显示系统竖屏模式，75图6421本系统现场通信网络结构76讥声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名王芳加叮年石月叩日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名王芳，加司年月对日硕士论文冉只M平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现1绪论11课题的背景及研究意义随着高层楼宇在一些大中城市迅速增多，电梯越来越多地走进人们的生活，成为现代高层建筑所必须的基本设备，作为一种特殊的垂直交通工具，存在两方面的需求，一方面，目前大部分电梯轿厢内部，显示电梯运行状态层站、运行方向、超载等信息多采用LED显示板，显示内容单调，而各种电梯轿厢内楼宇广告、显示系统多采用独立的VCD广告机、屏幕后面嵌入PC机小型机或者是VGA音视频双绞线传输技术等，普遍存在成本较高、内容更新不方便的问题，所以设计和开发一套集电梯轿厢信息发布与显示看板功能为一体的多媒体显示系统，具有很大的实用价值另一方面由于电梯安全、状态监视、故障报警、及时维修等问题的提出，电梯远程监控技术的重要性也正在逐渐被人们所认识和重视，通过电梯的远程监控，可以实时地监视和控制电梯的运行状态，进行故障的早期预告，使被动的故障维修变成主动的维护保养，增强电梯的安全性和可靠性，从而提高产品的质量和服务水平。近年来，嵌入式技术迅速发展，成为技术研究和产品开发的热点之一，嵌入式系统的应用逐步渗透到工业控制、智能仪器、通信设备等人们生活的各个领域。极大地提高了设备、仪器和生产过程的智能化、自动化水平，方便了人们的生产和生活。本文采用以嵌入式微处理器S3C2410X为核心的硬件平台，利用扩展的LCD接口挂接一块工业级、高亮度、长寿命的液晶显示屏，通过软硬件综合设计开发，不仅实现了电梯轿厢内传统的LED点阵显示板的基本功能，而且整合了多媒体信息发布系统，可以播放文字、图片、音频、视频等综合的多媒体信息，并可以实时更新，图像画面色彩丰富，动画流畅，界面设计人性化，可以按照用户需求进行个性化定制。借助嵌入式操作系统多任务和对TCP/IP协议栈的支持，将嵌入式ARM平台作为电梯设备的现场控制器，实现基于网络的电梯远程监控系统的功能。本系统设计合理，运行高效可靠，通用性强，安装升级方便。本课题来源于南京佳汇科技实业有限公司的产品科研项目“基于ARM的电梯多媒体显示系统”和“楼宇电梯监视系统”两个项目。本文在A明平台上完成了“基于ARM的电梯多媒体显示系统”项目，并针对原有“楼宇电梯监视系统”的一些问题，在同一嵌入式平台上构建了电梯远程监控系统。本文开发的电梯多媒体显示与远程监控系统，设计人性化，功能全面丰富，成本低廉，已经做成产品并投入使用，受到用户的好评。硕士论文冉只M平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现12国内外发展现状及趋势121嵌入式系统发展概况1嵌入式系统概述嵌入式系统可以看作是与通用计算机相对应的概念，通用计算机系统具有计算机的标准形态，装配各种应用软件，以雷同的面目出现并应用于社会的各个方面，而嵌入式系统硬件差异巨大，几乎没有可以通用的驱动和应用软件，以嵌入式的形式隐藏在各种装置、产品和系统中。嵌入式系统在应用数量上远远超过了通用计算机系统，许多大型电脑系统，事实上也是许许多多小的嵌入式系统组成的川。从应用上考虑，嵌入式系统是用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置微机学会定义嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统，可分为系统级、板级、片级。系统级是指各种类型的工控机、PC104模块，板级是指各种类型的带CPU的主板及OEM产品，片级指各种以单片机、DSP、微处理器为核心的产品TZI，由此可以看出，嵌入式系统是设计完成特定功能的硬件和软件，并使其紧密偶合在一起的专用计算机系统，该专用计算机系统对软件和硬件的可裁剪性、功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面提出严格要求。2嵌入式系统的发展嵌入式系统发展有30多年的历史，期间从8位、16位的微处理器，形成系列化、模块化的单板计算机，软件大多采用汇编语言或者宏语言来编写，到20世纪80年代，得益于微电子工艺水平的提高，能够将嵌入式应用所需要的微处理器、1/0接口、A/D、D/A转换器、串行接口以及以M、ROM等都集成到一个超大规模的集成电路VLSL中，制造出面向1/0设计的微控制器，俗称单片机131。随后，出现了嵌入式操作系统如VXWORKS、QNX、俄NCE、UC/05以及嵌入式LINUX等。近年来，嵌入式系统发展更是日新月异，硬件方面，面向实时信号处理算法的DSP向高速、高精度、低功耗方向发展，32位微控制器已成为市场主流，嵌入式CPU主频越来越高，并开始支持多媒体，软件方面，出现了很多优秀的嵌入式操作系统系列，跨平台的软件开发技术也开始从通用计算机延展到嵌入式设备上。3嵌入式系统的应用领域近年来，嵌入式产品成为信息产业的主流，应用领域非常广泛。消费产品及信息家电方面包括手机、数码相机、数字电视机顶盒等通信设备如程控交换机、路由器、集线器等智能仪器方面包括数字示波器、医疗仪器等在计算机外部设备、机器人、军事电子设备和现代武器以及太空科学方面都有广泛应用L，可以说嵌入式系统和嵌入式技术无处不在。近年来嵌入式系统还广泛应用于工业控制领域，对生产过程和工业设备的各种动作流程进行控制，在此类监控系统中，嵌入式系统通过传感器或者信硕士论文人RM平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现号采集器从外部接收有关过程的信息，对这些信息进行加工处理，然后对执行机构发出控制指令。4嵌入式系统的组成和特点整个嵌入式系统由硬件和软件两部分组成。其中硬件部分包括嵌入式处理器、存储器和各类输入输出模块。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，包括嵌入式微控制器MCU、嵌入式DSPEDSP和嵌入式片上系统5X三大类阁软件部分包括板级支持包、嵌入式操作系统和应用程序，对于有些简单的嵌入式应用而言，嵌入式操作系统为可选项。嵌入式系统相对于通用计算机系统而言具有显著的特点1它是针对具体应用的专用系统，一般都采用专用的嵌入式微处理器和功能算法2嵌入式系统具有小型化与有限资源，往往结构紧凑、坚固可靠，处理器的速度和资源、存储器容量等计算资源非常有限。一般嵌入式操作系统的内核很小，嵌入式系统的软件包括操作系统和应用程序通常以固件形式固态化存储在R洲或FLASH中。3因为嵌入式系统硬件和软件相互依赖性强，要采用协同设计C。一DESIGNT6，应用程序与操作系统也要一体化设计开发。4嵌入式软件开发一般采用宿主机HOST/目标机TARGET模式，需要建立交叉开发环境门。122基于INTERNET的远程监控系统在当今经济和科技飞速发展的形势下，人们的生产行为、生活方式都发生着重大的变化，远程监控技术的重要性正在逐渐突出。随着计算机技术、通讯技术、自动化技术和软硬件技术的逐步发展成熟，监控系统通信网络结构、协议不断改进，目前由于以太网技术的迅速发展，在工业控制中，一直由现场总线垄断的过程监控层和现场设备层信息传输网络开始逐步采用以太网。以太网技术的应用为工业控制领域注入了新的活力，因为它可以实现系统的全面开放，随着以太网交换技术、全双工通信技术、优先级处理技术和快速生成树技术的发展，一些针对其信息传输不确定性的关键技术问题也得到解决，于是以太网开始向一直由现场总线垄断的过程监控层和现场设备层渗透。在工业控制中使用以太网技术的优势还体现在其协议简单、成本低、通信速率高，以太网传输速度已经由原来的10MBIT/S发展到现在的1000MBIT/S，现在以太网已经具有成熟的技术，并且稳定性、可靠性好，普及率高，软硬件资源丰富，可持续发展潜力大。此外，工业以太网通过TCP/IP协议簇可以实现与工NTERNET无缝连接，融入计算机网络技术发展的主流中，从而在任何INTERNET所到的地方，都可以对现场仪器设备进行监控。由于以太网用于工业控制前景广阔，各现场总线技术纷纷向工业以太网领域扩展，如总线基金会FF发展成HSE，CONTROLNET发展成ETHERNET/IP，PROFIBUS发展硕士论文ARM平台上的电梯多媒休与监控系统的研究与实现成PROFINET，还有一些新的厂商推出了自己的工业以太网技术，如枷DBUS一CP、P湃ERLINK、ETHERCAT以及我国的EPAIS。利用嵌入式百EB技术的远程监控系统就是一种基于工NTERNET的实现方式，在远程设备的嵌入式控制器中运行嵌入式WEB服务器，监控端计算机可通过WEB浏览器访问分布在远程设备现场的嵌入式控制器，从而监控设备的运行191123嵌入式系统在智能设备与远程监控领域中的应用1嵌入式系统在智能设备中的应用嵌入式系统被应用在网络、通信、多媒体、电子商务等方面，实现了很多的智能设备，如叩4，手机、PDA等，目前己经成为信息产业的主流。嵌入式系统被定义为以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机系统10。由于嵌入式系统自身的优势，具有后PC时代最显著的特点，它将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术与各个行业的具体应用相结合，实现了很多智能设备和仪器。以嵌入式智能平台为核心的各类硬件平台己被广泛的应用于各行各业，一些具体的应用如信息查询机、POS机、自动售货机、智能加油机、ATM机、信息家电还有被一些企事业单位广泛应用的智能指纹考勤仪等，进一步提高了仪器和设备的智能化、自动化水平，极大地方便了我们的生活，所以嵌入式系统的应用是目前IT业研究最广泛的分支之一。嵌入式系统的处理器处理能力不断提高，其外围设备可以连接LCD、TOUCHPANEL，逐渐支持复杂的GUI界面设计和应用，实现多媒体文件的播放，有的嵌入式系统也可以连接到工NTERNET，实现智能设备的上网，从而可以对其进行方便的管理、系统更新和信息获取，并利用嵌入式操作系统的支持，处理多任务。现在正在研究并逐步使用的基于嵌入式系统的智能手机、PDA、信息家电就是这些方面成功的典范。2嵌入式系统应用于远程监控嵌入式系统起源于微型机时代，很快就进入到独立发展的单片机时代，单片机属于低端嵌入式微控制器。在单片机时代，嵌入式系统以器件的形式迅速进入到传统电子技术领域，实现传统电子系统的智能化，单片机是嵌入式系统的独立发展之路，目前在工业控制、机械电子、生产现场仪器仪表中都还有非常广泛的应用，配合继电器，PLC以及各种传感器，实现设备的监视和控制。从2000年开始，以往的ASIC专用集成电路设计正在逐渐被IP/SIPINTELLECTUALPROPERTY/SILLCONLNTELLECTUALPROPERTY代替，SIP硅知识产权就是芯片电路的制作方式或电路图等知识产权1111如今，很多新型嵌入式系统的生产厂商，直接向拥有技术的IP供应商购买IP，强调重复使用以缩短产品开发周期，硕士论文ARM平台上的电梯多媒休与监控系统的研究与实现A明公司的ARM系列处理器就是带领了这种形式的成功的32位R工SC处理器。由于嵌入式软件、硬件设计技术有了很大提升，基于32位RISC架构的嵌入式微处理器占据了高端微控制器市场，并同时向低端微控制器应用领域扩展，在工业控制方面，向传统的8位/16位微控制器提出挑战1121现在发展起来的嵌入式微处理器，体积小、低功耗、低成本、高性能，出色地完成了传统微控制器智能化的监视和控制功能，更重要的就是它能够实现原来的嵌入式微控制器无法实现的功能，例如，通过具有网络通信功能的嵌入式系统，利用现在普及的INTERNET，使用TCP/IP的通信机制，实现对设备的“远程”监控可以驱动挂接小型显示器，从而可以一并实现现场监控利用嵌入式操作系统如开放源码的嵌入式LINUX、实时性较高的VXWORKS作为嵌入式系统的软件核心，实现更为复杂的多线程、多任务的控制功能。3嵌入式系统在电梯中的应用电梯是高层建筑的重要机电设备，是机电高度合一的大型复杂产品，计算机技术、通讯技术和控制技术的发展使大厦的智能化成为现实，而电梯是智能建筑中不可或缺的基础设施，其技术发展和智能化程度备受关注，相关技术如电梯间显示系统、楼宇控制系统、保安监控系统、消防系统等交互联系，使电梯成为高效便捷，安全舒适的服务工具。电梯轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分，也是乘客唯一可见的电梯部件，电梯轿厢成为乘客了解电梯性能，感受电梯品质最直接的环节，电梯轿厢作为一个相对封闭的乘行空间，环境相对单调，为了营造一个愉悦的乘梯环境，除了不断创新的电梯轿厢设计和装演外，在轿厢内安装多媒体显示系统，也可以改善乘梯环境，并同时为物业和广告公司提供一个发布信息的平台。在电梯发展的趋势中有几个重要的方向，早在80年代，电梯厂商就对电梯增加了过程监视系统，在电梯轿厢内装设摄像和通讯系统，使被困轿厢中的乘客可以同大楼的监视人员建立联系，这种设施监视距离范围只限于电梯所在大楼，现在提出的远程监控服务系统在此基础上更进一步，采用智能嵌入式系统集通讯、故障诊断、微机处理为一体，在电梯运行的控制程序算法中采用先进的调度规则，使群控管理有最佳的派梯模式。将电梯信息化、产业化，通过用网络把电梯监管起来，监控电梯的运行状态，保证电梯安全运行，确保乘客安全。此外，在电梯上使用蓝牙技术会使电梯控制系统大量使用最新最快微机，这将会进一步提高电梯整机可靠性，故障率大大降低，控制精度也会进一步提高，带来的结果是电梯更加舒适，平层更加准确硕士论文人RM平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现13本文的工作和组织结构131本文的主要工作本系统中，硬件平台核心采用嵌入式微处理器53C2410X，在53C2410X、FLASH、SDR冉M构成的最小系统核心板外，扩展T串行口、网口、LCD接口，USBHOST、USBDEVICE等外围硬件资源，设计了RS一232转换成RS一422接口界面的硬件转换板，针对核心板RTC时钟问题，采用PCP8563芯片设计了时钟/日历小板软件平台方面，首先了解系统启动引导程序BOOTLOADER，根据本系统硬件配置对LINUX内核进行裁剪和移植，修改了音频驱动，在内核中添加了对YAFFS文件系统的支持。准备了根文件系统内容，在其中添加了交叉编译过的QT/EINBEDDED31的库，使用CR胡FS、R人MDISK和YAFFS相结合的根文件系统格式。在此基础上，向嵌入式平台移植了LINUX下开源的多媒体播放器MPLAYER和嵌入式数据库SQLITE。设计编写QTGUI界面和串口数据采集模块，构建了电梯间多媒体显示系统，将BOA贬B服务器嵌入到A明平台，修改BOA源代码，编写CGI程序，借助SQLITE数据库的支持实现了基于网络的电梯远程监控系统的功能。本文的具体的实现包括1电梯设备嵌入式控制器端硬件设计以A明92OT内核的嵌入式处理器S3C2410X为核心，扩展外围硬件资源，进行串行口转换电路设计，解决了核心板的RTC时钟问题，设计了时钟/日历小板，用以保持系统时间。2嵌入式系统软、硬件平台的搭建，包括1对嵌入式LINUX操作进行裁剪和移植，根据需要修改了音频驱动，在内核中添加了对YAFFS文件系统的支持。2制作嵌入式根文件系统，升级了文件系统对QT/E口BEDDED版本的支持，将QT/EMBEDDEDZ37升级到QT/EMBEDDED31，添加了BOA鹿B服务器应用和嵌入式数据库SQLITE的支持。为本系统的嵌入式平台移植了多媒体播放器MPLAYER。3开发主机/目标机板开发环境的搭建，包括1交叉编译链的制作、安装和环境设置。2设置了交叉编译环境，建立了QT/EMBEDDED31开发环境和嵌入式LINUX的NFS网络文件系统开发环境。4设计了电梯多媒体显示系统的GUI界面，划分为串口数据采集显示、动画播放、系统时间、文本信息、滚动字幕、商标图片六个显示区域。5ARM平台上各软件模块的实现还包括串口数据采集模块的实现、SQLITE数据库操作，嵌入式BOA跳BSERVER的设置以及优1程序的开发。6硕士论文A只M平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现整个系统的总体架构如图1311所示电梯随行电图1311本系统总体架构本文的大部分工作集中在嵌入式ARM平台上，而嵌入式系统的开发一般采用宿主机我们称其为开发主机/目标板本系统目标板为嵌入式A明平台模式，本文在开发主机的LINUX操作系统下，为目标板开发和定制软件的过程中，需要一个综合的容易使用的目录结构，组织各种软件包和项目组件，目标机也采用嵌入式LINUX操作系统，涉及到嵌入式根文件系统的一些目录，为了本文叙述方便，做一些约定。在开发主机机上交叉编译链2953版本的安装目录为/USR/LOCAL/抑/29530交叉编译链332版本的安装目录为/USR/LOCAL/ARM/332在开发主机上建立QT/EMBEDDED开发环境时，QT/EMBEDDEDZ37安装路径是/USR/AR耐QT一EMBEDDEDZ37一X86设置环境变量的脚本为QT一E曲EDDEDZ37X86ENV。开发主机上交叉编译过的QT/EMBEDDEDZ37的安装路径是/USR/AR耐QTE口BEDDEDZ37一ARM，设置环境变量的脚本为QT一EMBEDDEDZ37一彻ENV硕士论文冉RM平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现开发主机上自带的QT/EMBEDDED311路径是/USR/HB向T一31，不需要再单独安装，不用设置环境变量脚本，因为已经包含在文件系统被引导时执行的脚本文件中。开发主机上交叉编译过的QT/EMBEDDED311的安装路径是/USR/ARM/QT一ELNBEDDED311一ANN，设置环境变量的脚本为QT一EMBEDDED311一A饥ENV。工作目录为/HO配。将在目标板上进行评估的各个内核版本所在目录为/HOLNE/KERNEL/，在此目录下裁剪和配置在目标板上运行的嵌入式LINUX内核。目标板的内核在运行时用到的根文件系统所在目录为开发主机的/H。ME/R00TFS/，在此目录下制作用于目标板的根文件系统。用于移植和裁剪BOAWEBSERVER的目录为/HOME/BOA/。用于移植和裁剪多媒体播放器MPLAYER的目录为/H伽E/叩LAYER/用于移植和裁剪KONQUEROR/EWEB浏览器的目录为/HOME/KONQUEROR/0NFS文件系统共享的目录为/H二E/NFS等。“”是LINUX命令行提示符。为了思路清晰，叙述过程中涉及的目录全部使用绝对路径。132本文的组织结构论文整体组织结构安排如下第一章“绪论”部分。阐述了课题目的和意义，介绍了与课题相关的国际国内研究状况和进展，确定了研究内容和组织结构。第二章“本系统总体架构及A心平台的构建”部分首先介绍了本系统的总体设计结构，包括嵌入式系统的硬件平台和软件模块设计，以及最终实现的整个系统的功能然后介绍了嵌入式系统的开发步骤和方式以及如何根据我们的应用需要搭建ARM系统平台的软、硬件开发环境，硬件环境包括A阴微处理器的选型，外围硬件资源的扩展，软件开发环境包括交叉编译环境的搭建，图形界面开发所需要的QT/E田BEDDED环境的建立，最后，为了在开发阶段方便调试应用程序，建立了嵌入式LINUX的NFS网络文件系统开发环境。第三章“嵌入式LINUX操作系统的移植”部分。本章重点阐述了为本系统硬件平台定制和移植嵌入式LINUX操作系统的过程，修改了部分驱动程序，在内核中添加了YAFFS文件系统的支持，最后准备了根文件系统内容，并根据需要确定了根文件系统的格式。第四章“A明平台各软件模块的实现”部分。本章详细介绍了嵌入式控制器软件硕士论文A只M平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现的实现，包括多媒体播放器的实现、嵌入式数据库的移植和实现、串口数据采集模块的实现和嵌入式俄BSERVER的移植，分别介绍各个模块的实现方法和详细步骤。第五章“电梯多媒体显示系统的实现”部分。介绍了QTGUI的编程步骤和设计实现GU工的过程，划分了六个显示区域，分别为串口数据采集显示、动画播放显示区、系统时间显示区、文本信息显示区、滚动字幕显示区、商标图片显示区。实现了电梯多媒体显示系统的功能。第六章“电梯远程监控系统的实现”部分。在嵌入式平台上构建了BOA跳B服务器，介绍了基于贾EB的远程监控系统的原理，进行CGI编程，设计了监控界面，借助于嵌入式数据库5乳ITE技术，实现了电梯远程监控系统的功能。在论文总结部分，提出了系统存在的不足和今后进一步研究的方向。硕士论文再RM平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现2本系统总体架构及人RM平台的构建21系统总体架构和功能211系统的总体架构通过本文的工作，在以5胡SUNG公司S3C2410X为核心的嵌入式平台上，构建了一套完整的集多媒体显示与远程监控功能为一体的系统，将其应用于电梯设备，受到了人们的好评。本系统中，监控端是在同一个局域网内部的通用计算机，安装在电梯轿厢内的嵌入式A哪平台，一方面，实现电梯多媒体显示系统的功能另一方面，利用嵌入式WEB服务器，CGI动态网页技术和嵌入式数据库技术，通过HTTP协议与监控端浏览器软件进行信息交互，提供服务器应用程序模块的访问界面和现场设备的信息访问和控制界面。本系统软件模块框图如图2111所示212系统的功能模块1电梯多媒体显示由于电梯需要长期不间断运行，所以需要选用工业级、长寿命的LCDLIQUIDCRYSTALDISPLAY液晶显示屏，本系统中等尺寸LCD采用的是SHARP公司的8英寸对角线203厘米TPT一LCDMODULELQ104VIDG51，在基于A圈和嵌入式LINUX的平台上，进行GUI界面设计，划分了了六个显示区域串口数据采集显示区动画播放显示区系统时间显示区文本信息显示区滚动字幕显示区商标图片显示区负责采集电梯设备运行信息的信号采集板是朗一422接口界面，并且为了克服RSES232通信距离短、速率低、抗干扰能力差的缺点，设计了硬件转换电路，将ARM平台上的R，232接口转换成RS一422接口，从而实现实时的串口数据采集，将采集的数据送到数据处理模块，然后将处理后的数据送入公共的数据缓冲区。一方面，数据保存模块将公共缓冲区的数据保存到SQLITE数据库中硕士论文人RM平台上的电梯多燕体与监控系统的研究与实现22ZA双微处理器的应用选型ARM微处理器有十儿种内核结构，而且由A邓公司授权的众多半导体、软件和OEM厂商生产的芯片和开发板，其内部功能配置组合有很多种，系统开发之初选择一款合适的微处理器至关重要，一般从以下几个方面考虑微处理器内核，片内外围电路，芯片内存储器容量，系统工作频率。为了研究需要和减少软件开发周期，本系统选择标准的LINUX经适当裁剪后作为嵌入式操作系统，需要带有内存管理单元删U的ARM芯片。分析本系统的要求，需要ARM微处理器外围容易扩展USB接口，工15接口，网络接口，串行口，内置LCD控制器，RTC等片内外围电路支持，大多数A明微处理器片内存储器容量都不大，最大的有ZM片内程序存储空间，本系统人哪平台移植了嵌入式LINUX操作系统，并且有GU工程序，单独的片内存储器不能满足需要，我们在设计系统时外扩64MNANDFLASH和ZMNORFLASH，并扩展有64MSDR伽作为程序执行空间。系统工作频率很大程度上决定了ARM处理器的处理能力和系统性能，在综合各种条件的情况下，选择尽量高的微处理器主频。本系统选择三星公司使用A明920T核的处理器S3C2410X。内部带有全性能的初MU内存处理单元，具有开放式设计，集成度高、尺寸小、可扩展性强、低功耗等特点。223本系统硬件平台设计在本系统中，硬件平台采用的A明开发板，其中央处理器采用5胡SUNGS3C2410X微处理器设计，该处理器是一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，运行频率最高达203MHZ。本系统根据应用需要扩展的外围硬件资源包括1CPU采用三星公司53C2410X微处理器，53C2410X处理器的工作频率可达到203MHZ，但不是只能工作在这个频率下，通过修改内部寄存器的值可以使53C2410X工作在不同频率下，通常所说的超频也是通过更改CPU的时钟控制寄存器值实现的。22个标准3线RS一232串行口，波特率可达115200BPS，串口1用在系统开发初期，作为A明目标板的串口控制终端，串口2通过连接硬件转换板转换成为RS一422接口界面，用于和被监控电梯信号采集板进行通讯。RS一232的可靠传输距离较短最大约为15米，RS一422总线具有抗干扰能力强、通讯速率高、通讯距离远、可以与多台从机通讯的特点，本系统中连接现场电梯设备的信号采集板采用的是RS一422接口界面。3FLASH在嵌入式系统中常用作存储需要永久保存的代码和数据，鉴干NOR硕士论文八FM平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现FLASH和NANDFLASH各自的优势和不足，很多设备的最佳设计需要同时采用这两种FLASH芯片，本系统中的A朋平台就是如此2姗YTESNORFLASH存储器，采用的是SST39VF16OL，1作在16位模式，用来存储相对少量的可执行代码。因为NORFLASH可靠性高，读取操作快和随机访问能力，使得它非常适合用在代码存储方面，它的特点是芯片内执行XLP，EXECUTELNPLACE，应用程序可以直接在FLASH闪存内运行，不必把代码读到系统RAM中，所以我们用它来存储系统启动程序BOOTLOADER。64MBYTESNAND，采用的是K9F1208，用于存储大量的数据。NANDFLASH的特点是高密度同等容量下尺寸小，低价格，较快的写入和擦除速度，较长的复写寿命，NANDFLASH较NORFLASH容易出现坏块和位反转，在使用NANDPLASH的时候，需要使用错误探测/错误更正EDC/ECC等严格的算法以确保可靠性。本系统用来存储嵌入式LINUX镜像，根文件系统和应用程序。4内存为64姻YTESSDRAM，采用两片K45561632组成，工作在32位模式下，SDRAM是一种挥发存储记忆体，不能永久保存数据，在嵌入式系统中用作代码运行载体，系统和用户数据、堆栈等均位于SDRAM存储器中。510M以太网口采用的是CS8900Q3，带连接和传输指示灯，为系统提供以太网接入的物理通道，完成网络数据传送、网络调度控制以及实现系统的远程监控功能。6LCD接口为50芯，引出了LCD控制器的全部信号，这些信号引脚都加了74LVTH162245驱动，所以LCD输出更加稳定可靠，STN/TFT分辨率可达800600，支持触摸屏。在电梯多媒体显示系统中，中等尺寸液晶屏采用SHARP公司的8英寸TFT一LCDMODULELQ104VLDG51，占用了其中的32个引脚，用于显示电梯层站数、运行方向等状态信息，显示播放文字信息、图片、音频、视频等综合的多媒体文件。7IJSBDEVICE接口配合USBDEVICE的连接线，用于在系统开发阶段下载操作系统镜像、文件系统和应用程序。8USBHOST接口是使A明开发平台作为嵌入式USB主机系统，可以连接USB设备，如U盘、带USB接口的移动硬盘等存储设备，可以连接USB接口的鼠标或者键盘，在系统开发阶段实现人机交互，也可以用来实现ARM言标板王文件数据的下载更新。920芯MUTI一ICE标准JTAG接口。仿真调试器采用ADSI2中的AXD，在小扩展板上具有JTAG口转并口电路的JTAG调试模块，用并口线将该模块与主机的并口相连，同时在主机上运行协议转换软件，就能够进行代码下载、仿真调试和FLASHROM固化等工作。在本系统目标板的BOOTLOADER设计阶段，用于BOOTLOADER的调试和烧写。10SD卡接口，可接256MSD卡，编写程序实现SD卡读写，用户A明目标板上文件数据的下载更新和保存。硕士论文ARM平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现11音频模块由53C2410X的HS音频总线接口和UDA1314音频编码解码器组成，一路带功率放大的双声道立体声音频输出，一个标准2芯连接器可以接喇叭，在电梯多媒体显示系统中用于语音报站。12板上引出一个SV电源输出接口，用于为本系统选用的TFT液晶屏的SVCCFL背光模块供电。ARM平台外围硬件资源如图2231所示一目5日HOSTUS日OEVICE乱卜_从、佘耘娘犷一一邸怡笼LCO接睡恢二几_少驭检压电源锐汾今一_讨一份鬓乙一屯份蕊挑一几“UART，一厂一以太网接日尸一厂_飞RS232驱_动厂UARTZ芬于_卜50卡接口一资几_多霆一”仪头_64MNANDFLASH忿丫一二一诀，一一添一犷一三汾叭一_一众乏华丁一JTAC接口飞一，狱了叹舒苏屯一屯茄钾一壤苏一ZMNORFLASH万巍一、_掇一粉一一“一飞攀饭熟肛C实时时钟记肠飞，渐_刃_茄吊嘴矛今漏50漏一澡溥_沈览众丫毅玉加了沈一音频输出止扫总“拭蕊公图2231八心平台外围硬件资源224存在的问题和改进方案本系统ARM平台在实时时钟方面存在问题，S3C2410XCPU内部集成RTC，目标板上有后备铿电池作为实时时钟电池，但是系统开发过程中，经测试后备铿电池电量只能维持两个小时左右，所以目标板掉电后时钟不能长时间保持。电梯多媒体显示系统有显示系统日期和时间的模块，因此需要设定正确的系统时间并且能够掉电保持。A明硬件平台LCD接口有50芯引脚，支持触摸屏，用于产品发布所使用的液晶一15硕士论文六RM平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现屏占用了32根引脚，剩余的引脚，引出其中的两个来扩展采用PCF8563IZC芯片设计的实时时钟/日历小板，代F8563是低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过IZC总线接口串行传递。最大总线速度为400KBITS/S，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。OSCI和OSCO分别为振荡器输入和振荡器输出，用来连接外部晶振，5以为串行数据1/0，SCL为串行时钟输入，PCP8563芯片的管脚配置如图2241所示图224IPCF8563芯片管脚修改BOOTLOADER的源代码，在IUAIN函数中，进行系统初始化时，在引导操作系统之前，先去读取PCF8563中时间寄存器中的值，从而实现了系统时间掉电保存。部分代码为VOIDREADTIMEUSARR盯1USIRGP印AT卜ONADCLDELSY10IICESSTARTIICESSENDOXAZIICESSENDQX02IICSTARTIICESSENDOXA3FOR1二01NET，KPILESYSTE下选中NPSSYSTEMSUPPORT和PROVIDENFSVSCLIENTSUPPORT后重新编译内核，将生成的21哑GE下载到目标板2使用NFS在目标板的LINUXSHELLLINUX命令行提示符下，把开发主机上的共享目录挂载到/咖T目录下，执行MOUNT一NOLOCK一TNFSL92168066/HO田E/NFS/NT这样在目标板的/山T目录下就可以看到开发主机的共享目录/HOME/NFS下的内容，可以按读写本地文件的方式读写远端文件系统，而且两个文件夹内的修改是同步的。在应用程序开发阶段，使用NFS文件系统，不用反复烧写FLASH，也不用把程序下载到目标板的内存SDRAM中，这样可以节省时间，提高效率，完成应用程序开发并且调试好以后，可以将其添加到嵌入式目标板的文件系统中，或者直接添加到嵌入式LINUX内核的/USR目录下，并且烧写到FLASH中。硕士论文冉获M平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现3嵌入式LIN。操作系统的移植31使用嵌入式操作系统311引入嵌入式操作系统操作系统是一个大型的软件系统，是运行在计算机硬件上的一段巧妙的程序，能够提高计算机系统资源硬件和软件资源的利用率并方便用户使用。通用PC机有完善的操作系统并提供应用程序编程接口APPLICATIONPROGRANNNING工NTERFACE，AP工，开发好的应用程序可以直接在安装有操作系统的计算机上运行。操作系统对嵌入式系统不是必须的，嵌入式系统的应用程序完全可以在裸板上运行。当系统较为简单时可以不使用嵌入式操作系统，而直接开发支持目标板的软件。无操作系统的嵌入式软件设计一般有以下几种方式前后台系统、中断事件驱动系统，循环服务系统和基于定时器的循环服务方式TLG气本项目开发前期，使用ANSL2集成开发环境，采用A明架构的汇编语言和高级语言C来编写程序，完成所有的系统初始化和控制工作，仿真调试器采用ADSL2中的AXD，在小扩展板上具有厂AG口转并口电路的JTAG调试模块，JTAG接口可以对芯片内部的所有部件进行访问120，查看CPU在各个工作模式下的内部寄存器值，查看本地变量，全局变量，输入地址查看该地址上存储单元的内容。这样做的好处是代码简洁，执行效率高，直接针对硬件编程。但缺点是由单个程序实现整个控制逻辑，整个程序是一个控制循环，采用多个定时器和串口中断，是一种基于中断的前后台技术随着嵌入式系统变得越来越复杂，让操作系统来管理嵌入式系统软硬件资源成为迫切的需求。操作系统的引入可以使系统具有任务管理、定时器管理、存储器管理、资源管理、事件管理、系统管理、消息管理、队列管理和中断处理的能力，提供多任务处理，更好的分配系统资源，使开发人员从复杂的芯片和外围设备初始化以及驱动程序的编写和维护中解脱出来。另外，引入操作系统的好处还体现在以下几个方面1方便。主要体现在后期的开发，即在操作系统上直接开发应用程序，负责软件的开发人员甚至不用了解具体的硬件平台，利用操作系统提供的应用程序接口，快速的开发出实现特定功能的应用程序，编程难度大大降低。2安全这是很多款操作系统的特点，例如LINUX，它的内核和用户空间的内存管理是分开的，不会因为用户的单个程序运行错误而引起系统崩溃3高效引入进程的管理调度系统，使系统运行更加高效，而没有操作系统的嵌入式系统对多任务的管理有很大的局限性。4充分利用已有资源。引入嵌入式操作系统之后，有许多已有的免费的资源可硕士论文冉获M平台上的电梯多媒体与监控系统的研究与实现以利用，例如，嵌入式WEB浏览器KONQUEROR，多媒体播放器呻LAYER等，只要根据具体平台，使用特定的交叉编译工具进行重新编译就可以利用还可以实现许多没有操作系统的嵌