嵌入式Linu软件平台系统设计说明书

1、面向行业手持设备的嵌入式Linux 软件平台项目嵌入式 Linux 软件平台系统设计说明书编写者：CY版本说明日期版本号发布说明作者批准人签字岗位1 引言1.1 编写目的本文档是为保证“面向行业手持设备的嵌入式 linux 软件平台”项目在整个开发过程中的完整性、可追溯性，并保证软件产品与面向行业手持设备的嵌入式Linux 软件平台项目系统需求规格说明书保持一致性而编写的。预期读者为项目相关开发人员、项目管理人员和SCM SQA人员、客户代表。背景项目名称：面向行业手持设备的嵌入式Linux 软件平台用户：无线手持通信设备厂商基线面向行业手持设备的嵌入式Linux 软件平台项

2、目系统需求规格说明书范围本软件结构设计说明书所涉及的内容范围包括总体的结构设计，系统单元的结构设计，系统主要数据结构说明，接口设计，运行设计，系统出错处理设计和维护设计。1.5 定义无。1.6 参考资料1) 面向行业手持设备的嵌入式Linux 软件平台项目系统需求规格说明书面向行业手持设备的嵌入式Linux 开发平台项目总体开发计划2) 本文件中引用的其他文献、资料以及软件开发标准。2 总体设计2.1 概述2.1.1 功能描述本产品要实现的功能包括：嵌入式 Linux 系统目标系统的软件开发环境对运行平台提供的各种接口，提供稳定的驱动程序基于 QT/embedded 的图形用户界面中文图形界面

3、中英文手写输入、键盘输入多媒体播放器 个人助理套件英汉词典浏览器面向交通、物流行业的应用编程接口本参考平台包括开发包和运行包。要求参考平台具备高度的可配置性，方便开发人员根据其需要在参考平台的基础上进行添加、裁减和上层开发，快速形成产品。2.1.2 运行环境开发平台的运行环境：推荐采用 PIII650以上CPU,内存大于128M,硬盘空间大于 4G;推荐完全安 装普华 Linux ，并安装开发包和目标系统源代码。运行包硬件环境：硬件采用PXA250开发板，规格如下：socketed processor for easy upgrades64 MBytes SDRAM32 MBytes Boot

4、 ROM32 MBytes Flash Memory1 MByte SRAMone Intel? SA-1111? Companion Chip, which provides: onePCMCIA slot oneCompact Flashslot oneUSB Host port PS/2 keyboard andmouse supportStandard Microsystems LAN91C96* Ethernet controllertouch-screen panel controllers: Philips UCB 1400* Burr Brown ADS7846*audio C

5、ODECs with MIC, LINE IN, and HEADPHONE connectors: Philips UCB 1400 Cirrus CS4201*Sharp LM8V31 LCD panel, with support for other LCD types目标系统源码目标系目标系目标系目标系目标系统交叉统裁减统打包统下载统远程编译工工具工具工具调试工PXA开发包one USB Client port pulse width modulation controlone infrared (IrDA) transceiverFull Function and Bluetooth

6、 UART serial portsone slot for one Secure Digital memory card or MultiMediaCardI2C bus communicationslogic analyzer connectionsone expansion-card slot for custom developmentisolatable processor core voltage for precise power measurementseight 7-segment LED digits, eight discrete LEDs, eight discrete

7、 switches, and two hexadecimal-encoding switches for use by application software2.2 设计思想2.2.1 系统构思淇中本项目向用户提供参考平台包含开发包和运行包，在系统设计中因此也分为开发平台和运行平台开发平台系统构思如图1所示，运行平台构思如图 2所示。PXA250 的 Linux 核心 和glibc库PC环境标准Linux系统基本库和扩展库支持（C库、网络、多媒体（IPP）、图形）Linux核心图2 运行平台系统构思2.2.2 关键技术与算法关键技术：嵌入式Linux操作系统：主要是基于IntePXA 250

8、硬件平台进行嵌入式 Linux系统优化，保证系统具备良好的可移植性和可扩展性，此过程主要涉及的技术包括：系统可剪裁可配置技术；支持无硬盘及闪存工作方式技术；JFFS2文件系统技术；支持随时直接关机；支持运行时核心模块动态加载机制；嵌入式图形用户界面：支持基于Framebuffer的GUI系统；支持GIF、JPEG、XPM、PNG、BMP等常用图像格式;提供易用的、可定制的、功能完善的人机交互界面；提供已预制的应用模块接口，提供对应用程序添加的扩展机制等；图形界面支持完整的中文机制及环境；为提高用户的开发效率，提供丰富的控件集和开发工具；面向行业类的应用编程接口库：提供具体行业的API 函数的实

9、现机制；实现不同系统平台间的通讯；使开发出的API 函数能够让开发人员较方便地实现上层应用程序与底层硬件之间的通讯；嵌入式 JAVA ：嵌入式 Java 虚拟机；提供Java处理程序；支持 Java applet 和 Java application；提供Java工具；提供Java运行环境；嵌入式中文信息处理子系统：全面的中文显示支持；提供多种中文输入法；嵌入式中文字体；支持嵌入式手写输入；本项目目的是提供系统平台，所以具体算法主要由合作厂商提供相关接口，本项目设计的主要算法有：基于 IPP 的多媒体编解码算法矢量字体的轮廓描绘、填充、平滑算法（算法分析见附录A）高效、准确的手写笔迹匹配识别算

10、法2.2.3 关键数据结构无2.3 基本处理流程（ 1） 系统流程图开发平台系统流程如图3 所示 :图3开发平台系统流程图运行平台系统流程图如图4所示.图4运行平台系统流程图（2） 数据流程图本项目提供系统平台，因此项目没有核心数据流程，相关模块的数据流程见附录Bo2.4 产品的系统体系结构系统单元如下例表所示单元名称标识符功能开发平台包kfptb交叉编译源代码，并打包下载到PXA开发板设备/接口驱动程序qdcx访问设备/接口的IO端 口/寄存器/配置空间，进 行设备检测和参数设定， 并初始化设备。处理中断 请求，完成数据读写操作 检测错误和处理异常中软嵌入式Linux操作系统czxt嵌入式L

11、inux核心、基本 库和扩展库（C库、网络、 多媒体、图形库）嵌入式中文GUIzwguiQPE图形环境（窗口管理、中文字库、中文手写）上层应用scyyQPE下的上层应用程序（包含个人助理套件、多媒体应用等）2.4.1 系统层次结构运行平台系统层次结构如图5所示:上层应用（关键是多媒体应用）嵌入式中文GUI图5运行平台系统层次结构图2.4.2 系统单元设计开发平台：将现有的交叉编译工具、调试器、软件包下载工具等整合在一起，并增加裁减、打包工具。 设备/接口驱动程序：在现有的相关驱动程序源代码基础上，对PS/2, USB,以太网口，LCD以及音频口进行测试，并实现x86平台到PXA平台的移植。中软

12、嵌入式Linux操作系统：使用开发平台提供的交叉编译工具编译基于PXA平台的嵌入式Linux核心和基本库以及启动程序，并使用开发平台的相关工具下载到开发板上。嵌入式中文GUI :开放源码的图形环境 QPE的修改和汉化（另包括全屏中文手写单元和嵌入式中文字库单元），然后交叉编译修改后的 QPE源码并下载到开发板上（全屏中文手写流程图见附录C）上层应用：修改一些已有源码的应用并交叉编译下载到开发板上，关键是实现一个基于Intel IPP的多媒体播放器，主要方法是在分析 QPE多媒体软件底层接口的基础上，移植替换底层解码库。（多媒体解码流程图见附录D）2.5 功能需求与系统单元的关系开发平台:可以在

13、 PC 机上交叉编译PXA 的应用程序可对生成的PXA 目标代码进行裁减可对生成的系统进行打包集成可以将软件包下载到PXA 开发板，并写入Flash提供minicom ，可通过串口进行调试可在PXA 开发板上通过gdb/gdbserver 调试二进制代码设备/接口驱动程序：能使用PS2 接口的键盘和鼠标能通过USB口使用外接设备能使用10M以太网接口能使用LCD和触摸屏能使用外接的音频输入输出设备中软嵌入式Linux 操作系统：在开发板上Linux 核心正常启动在开发板上能使用Linux 基本指令嵌入式中文GUI ：完善稳定的QPE 图形界面全面汉化处理手写识别率高中文字体美观、清晰字符显示能

14、够无级缩放上层应用：嵌入式中文套件邮件客户端多媒体应用软件（能正常播放MPEG4 和 MP3 文件，多媒体文件播放流畅，播放速率至少达到 25 帧 /秒）2.6 人工处理过程开发平台：根据目标系统需求，修改配置文件或Makefile软件的配置、编译过程，包括configure、 make、 make install 等软件裁剪、打包和下载过程。运行平台：无。3 系统主要数据结构说明3.1 数据结构本项目主要是提供一个系统平台，因此没有全局的数据结构，系统单元的数据结构如下：a) 嵌入式中文字库主要数据结构FT_Outline_typedef struct FT_Outline_shortn_c

15、ontours;shortn_points;/* number of contours in glyph*/* number of points in the glyph */FT_Vector* points;char*tags;short*contours;intflags;/* the outline's points/* the points flags/* the contour end points/* outline masks*/*/*/*/ FT_Outline;n_contours：表示在一个 glyph outline中所有的字形轮廓的数目n_points：表示在

16、一个 glyph outline的矢量表示中，所有坐标点的数目。Points： 一个指向有'n_points'个FT_Vector元素的数组的指针，给出了 outline's点坐标Tags： 一个指向有'n_points'个char元素的数组的指针，给出每个outline point的类型。Contours: 一个'n_contours'个短整型元素的数组，给出了每个 contour的结束点的索弓I。Flags： 一系列bit flags用来表示outline的特征。b) 全屏中文手写主要数据结构class QMatcher ippsUn

17、packFrameHeader_MP3*IppMP3FrameHeader FrameHdr;/* MP3帧头信息*/Ipp8u HdrBufHDR_BUF_SIZE;/* MP3帧头缓冲区*/Ipp8u *pHdrBuf;/* MP3帧头缓冲区指针*/* MP3 side 信息表 */* mp3 scalefactors 信息表 */* Scalefactor 信息选择表*/Ipp32s IsXrMAX_CHAN*IPP_MP3_GRANULE_LEN;IMDCT 流缓冲区*/int NonZeroBoundMAX_CHAN;/* Huffman 解码缓冲区和/* Non-zero boun

18、ds on Huffman/*2. ippsUnpackSideInfo_MP3*/IppMP3SideInfo SideInfoMAX_GRANMAX_CHAN;/*3. ippsUnpackScaleFactors_MP3_1u8s*/Ipp8s ScaleFactorMAX_CHAN*IPP_MP3_SF_BUF_LEN;int ScfsiMAX_CHAN*SCF_BANDS;/*4. ippsHuffmanDecode_MP3_1u32s*/* Work space buffer/* IMDCT 输出 /PQMF 输IMDCT coefficient set for each chan

19、nel */*5. ippsReQuantize_MP3_32s_I*/Ipp32s RequantBufIPP_MP3_GRANULE_LEN;required by requantization primitive */*6. ippsMDCTInv_MP3_32s*/Ipp32s XsMAX_CHAN*IPP_MP3_GRANULE_LEN;入缓冲区*/* Overlap-add bufferIpp32s OverlapAddBufMAX_CHAN*IPP_MP3_GRANULE_LEN;required by IMDCT primitive */int PreviousIMDCTMAX

20、_CHAN;/* Number of IMDCTs computedon previous granule/frame */*7. ippsSynthPQMF_MP3_32s16s*/Ipp32s PQMF_V_BufMAX_CHAN*IPP_MP3_V_BUF_LEN;fast DCT-based algorithm for synthesis PQMF bank */int PQMF_V_IndxMAX_CHAN;/* "V" buffer - used by/* Index used by the PQMF forinternal maintainence of th

21、e "V" buffer */*Main Data Decoding Buffer*/*/* 数据区解码缓冲区*/数据区指针*/Ipp8u MainDataBufMAIN_DATA_BUF_SIZE;int MainDataEnd;/*Application Interface Parameters*/int Channels;/*int pcmLen;通道数量*/* pcm 输出缓冲长度*/ MP3DecoderState;(1) mpeg4 解码所用到的结构/* 视频属性结构*/typedef enum IPP_VIDEO_LUMINANCE,/* 亮度 */IPP_V

22、IDEO_CHROMINANCE,/* 色度 */IPPVIDEOALPHA/* Alpha component */ IppVideoComponent;/* Macroblock Types */typedef enum IPP_VIDEO_INTER=0,IPP_VIDEO_INTER_Q=1,IPP_VIDEO_INTER4V=2,IPP_VIDEO_INTRA=3,IPP_VIDEO_INTRA_Q=4,IPP_VIDEO_INTER4V_Q= 5,IPP_VIDEO_DIRECT=6,IPP_VIDEO_INTERPOLATE= 7,IPP_VIDEO_BACKWARDIPP_VI

23、DEO_FORWARD= 9 IppMacroblockType;/* P picture or P-VOP */* P picture or P-VOP */* P picture or P-VOP */* I and P picture, or I- and P-VOP */* I and P picture, or I- and P-VOP */* P picture or P-VOP*/* B picture or B-VOP (MPEG-4 only) */* B picture or B-VOP */= 8, /* B picture or B-VOP */* B picture

24、or B-VOP */3.2 数据结构与系统单元的关系按照设置的字体格式，对字形轮廓的矢量表示的进行转换，并以此生成位图，输出显示字符。/* 矢量动作结构*/typedef struct _IppMotionVector Ipp16s dx;Ipp16s dy; IppMotionVector;/* 透明状态结构*/enum IPP_VIDEO_TRANSPARENT = 0,IPP_VIDEO_PARTIAL=1,IPP_VIDEO_OPAQUE=2;嵌入式中文字库单元，在对矢量字库的处理中，数据Z构FT_Outline_中描述了字形轮廓的矢量表示,全屏中文手写单元，在鼠标输入过程中，利用数

25、据结构QIMPenStroke记录每一个笔画中的各个点,利用Qmatcher识别引擎作为调用识别库标准接口，在手写识别程序和识别库之间进行数据交换，并产生 候选字列表。多媒体软件移植单元，主要通过这些数据结构在解码过程来描述媒体文件，并在最后通过数据结构返 回上层软件。4 接口设计4.1 外部接口用户接口开发平台：采用命令行方式与用户交互信息。运行平台：用户通过手写输入或者虚拟终端同开发板交互信息。其它外部接口开发平台：硬件接口：通过串口、并口、网口与开发板通讯。软件接口 ：通过 minicom、ftp、telnet与运行环境交互信息。运行平台：嵌入式 GUI : TrollTech公司。中英

26、文手写输入：清华文通。嵌入式中文字库：长沙东文4.2 内部接口运行平台系统单元接口如6所示：上层应用 设备驱动QPE中文图形环境图6运行平台系统单元接口5 运行设计5.1 系统初始化加电复位，核心引导，执行初始化脚本，建立基本运行环境，启动图形界面。5.2 运行控制无5.3 运行结束退出系统，关闭电源。6 系统出错处理设计6.1 出错信息本项目可能出错的信息有：运行平台系统启动失败，某设备不支持等。（x86平台图形界面和应用编程中出现的错误由开发人员根据实际情况修改调试，在此不做预测）6.2 补救措施根据出错信息重新交叉编译Linux核心源码，写入目标系统运行。7 系统维护设计7.1 检测点的

27、设计无7.2 检测专用模块的设计无8 尚待解决的问题附录A:嵌入式中文字库关键技术和算法glyph的矢量表示Glyph image的矢量表示被称为 outline,outline是一系列封闭的路径称之为contours组成，每个contours划定了一个glyph的外部和内部区域，它是由线段和贝塞尔曲线组成。Contours是由一系列的points来表示，通过control points来定义曲线的弧是二次还是三次的贝塞尔曲线。因此，每一个 point都对应一个tag标志，说明其是 normal还是control point。每一个contour对应下列四种情况：two successive

28、on points form aline segment总 covnc 砂poitit between tiro 如points forms 6 conic braief 包c图四two cubic opabits between Wo。用 points forms a cubic tidier arctwo succoff"points definear rftjdi <?H point Attktif *sactihiddle. It i£ used to join, two co me*rc£由三个数组来进行描述：points数组包含了 contour

29、s所有的点，tags数组包含了与每一个point相对应的flag , contours数组包含了一个contour结束点的索引。n_points 是 outline 所有的点数， n_contours 是 outline 包含的 contours 的数量。Tag可以为以下的三种 value:FT_Curve_Tag_On：表示其所对应的 point在曲线上，两个连续的FT_Curve_Tag_On的point表示一个直线段。如图一所示。FT_Curve_Tag_Conic ：表示其所对应的point不在曲线上，但是一个control point ,在两个FT_Curve_Tag_On的point中间有一个 FT_Curve_Tag_Conic的point 表示了一段二次贝塞尔曲线，如图二所示。FT_Curve_Tag_Cubic ：也表示所对应的point 是一个 control point ，在两个FT_Curve_Tag_O