1、 本科毕业论文 (科研训练、毕业设计 ) 题 目： 基于 S3C2410 的嵌入式硬盘 MP3 播放器的设计与实现 Linux 下 IDE 硬盘驱动代码在 S3C2410 上的移植 姓 名： 学 院：软件学院 系： 专 业：软件工程 年 级： 学 号： 指导教师 （校内） ： 职称： 指导教师（校外）： 职称： 年 月 日 ii 基于 S3C2410 的嵌入式硬盘 MP3 播放器的设计与实现 Linux 下 IDE 硬盘 驱动代码在 S3C2410 上的移植 摘要 嵌入式系统一般指非 PC 系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、
2、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。 MP3 是一种典型的嵌入式设备，而现在市场上比较常见的是闪存式 MP3。由于闪盘式MP3 的容量限制，使它存储歌曲数目较少，在功能上也很难实现多样化。而硬盘式 MP3 的多功能及大容量 ，也必将受到不少消费者的喜爱。 本项目基于 HHA RM9 -E D U 平台 嵌入式硬盘 MP3 的开发。硬盘作为硬盘式 MP3 的重要组成部分，主要用于存储 MP3 文件。本文主要介绍了 Linux 系统下的硬盘的工作原理及其在 S 3C 24
3、10 上的 移植 的过 程。 关键词 嵌入式系统 ， 硬 盘式 MP3， Linux iii D E S IGN and Implement The H D D MP 3 P layer base on S 3C 2410 T ransplanting the driver of ID E HDD to S 3C 2410 on Linux Abstract The embedded system i s called non-P C system, i t has functi on of computer but i t cant be called a P C or somethi ng
4、. Its desi gned for the appli ed , the software and the hardware are flexi ble , i t can be used i n the systems that requesti ng less cost, volume . The E mbedded system i s bui lt wi th E mbedded C P U, E mbedded hardware and the speci fi c software. MP 3 player i s a representati ve embedded syst
5、em, you can easi ly fi nd the flash type MP 3 player i n the market. B ut due to the li mi t of capaci ty, i t just can store few mp3 fi les. A nd the capaci ty of HD D type MP 3 player i s qui te large that i t can store much more fi les than the flash type MP 3 player. S omeday, i t may take the f
6、lash type MP 3 players place. The d esi gn of the develop o f HD D type MP 3 player i s b ased on HHA RM9 -E D U platform. The HDD is the core of the MP3 player, i ts used to store MP 3 fi les. Thi s arti cle i ntroduces the theory of the HD D s work i n Li nux and the process of grafti ng to S 3C 2
7、410 . key w ord E mbedded S ystem， HD D MP 3 player， Li nux iv 目 录 第一章 引言 . 1 1.1 项目 目标 . 1 1.2 现实 意义 . 1 1.3 系统 的总体 设计 . 2 1.3.1 系统 的硬 件介绍 . 2 1.3.2 系 统的 软件 介绍 . 3 2.1 MP3 的发展 . 5 2.2 硬盘式 MP3 的优 点及 其缺 点 . 5 2.3 对 于嵌 入式 系统 的认 识 . 7 2.3.1 嵌 入式 Li nux 操 作 系 统的 简介 . 7 2.3.2 嵌 入式 系统 相 关 知识 . 8 2.3.2.1 嵌
8、 入式系 统的 基本 概念 . 8 2.3.2.2 嵌 入式系 统的 基本 特性 和相 关术 语 . 8 3.1 硬 盘的 工作 原理 . 10 3.1.1 硬盘 磁碟 . 10 3.1.2 硬盘 磁道 及扇区 . 11 3.1.3 PCB 电路 底板 . 12 3.1.4 操作 系统 对磁盘 描述 . 13 3.2 Li nux 与 ID E 硬盘 . 14 3.2.1 ID E 硬盘 接口 . 14 3.2.2 ID E 硬盘 的优 点和 不足之 处 . 15 3.3 Li nux 系 统 下硬 盘工 作原 理 . 16 3.3.1 Li nux 系 统 支 持 的硬 盘接 口类 型 .
9、16 3.3.2 Li nux 系 统 下 的 硬盘 顺序 标识 . 16 3.4 Li nux 系 统 下硬 盘的 分区 ： . 16 3.4.1 Li nux 下 磁 盘 分 区原 理 . 17 3.5 初始 化 IDE 子系 统 . 22 第 四章 ID E 硬盘 驱动 代码在 S3C2410 上的 移植 . 23 4.1 ID E 硬盘 驱动 使用 的硬 件资 源 . 23 4.2 加入 ID E 接口 驱动 过程 介绍 . 23 4.2.1 硬件 设计 . 23 4.2.2 主要 工作 . 23 4.3 驱 动启 动过 程简 要分 析 . 29 4.4 驱 动程 序测 试 . 29
10、第 五章 结束语 . 32 致 谢 . 33 参考文献 . 34 基于 S3C2410 的嵌入式硬盘 MP3 播放器的设计与实现 1 第一章 引言 1.1 项目目标 在 A RM9 C P U 的 嵌 入 式 系统 上实 现带 彩色 液晶显 示屏 的硬 盘 MP 3 播放功能。 系统功能图示： 图 1 . 1 基于 S3 C2 4 1 0 CPU 的软件解码硬盘 MP3 的系统结构 1.2 现实意义 MP 3 播 放 器 产 生至 今大 约 4 到 5 年 的时 间， 但近 几年 掀起 了一 场 MP 3播 放器 购买 的热 潮。各 个生 产厂 商致 力于 MP3 播放器 的开 发，以 从技
11、术上 的优 势和 市场 对价 格的 接收 程度 上，在这 个以“ 价格 ”和“ 技术 ”为 基础 的市 场上 占 有 一 席 之 地。 硬盘 MP 3 播 放 器近 年来 成为 一个 嵌入 式开发 的热 点 ,主要 优点是 容量大(可 以多 达数 十 G)，功能 多 (较 一般 闪存 MP3 播放 器功 能复杂 )，屏 幕大 (彩色LC D 大 屏 幕 显示 )。 基于 S3C2410 的嵌入式硬盘 MP3 播放器的设计与实现 2 本 项目 小组 设计 的硬 盘式 mp3 系统 采用 了软 件解 码，使系 统可以 无缝 的升 级为 MP4，只需 将解 码播放 软件 替换 为解 码 MP E G
12、-4 的程 序，就可 以轻 松播放 D V D 画制 的视 频文 件。 而这是 一般 硬盘 MP3 做不 到的 。 在 选 用 处 理 器 时， 该硬 盘式 mp3 系统 选用 了高 性能 A RM9 微处 理器MP U，而一般的 MP 3 都还 是采 用微 控制 器 MC U，是 无法 支持 复杂 的图形界面 的 。 而 且 现 在市 面上 能够 接受 触摸 屏输 入控 制的硬 盘 MP 3 比 较少 见。 1.3 系统 的总体设 计 1.3.1 系统的硬件介绍 在该硬盘 mp3 的开 发系 统中 ，开 发平 台采 用华 恒 HHA RM9 -E D U3系统 ， 以 下 是 整 个硬 件系
13、 统描 述。 HHA RM9 -E D U 平 台 硬 件 模块 ，如 图 1.1 所 示： 图 1.1 HHARM9 - EDU 平台硬件模块 硬件部分如下图 1.2 所示： 基于 S3C2410 的嵌入式硬盘 MP3 播放器的设计与实现 3 S 3 C 2 4 1 0C P UC P L D可 编 程 逻辑 芯 片I D E 硬 盘小 键 盘I I CU D A 1 3 8 0 音 频芯 片2 4 0 * 3 2 0T F TS P IU S B 2 . 0 I D E 转换 控 制 芯片S D R A M F l a s h触 摸 屏L C DC o n t r o l e rI I S
14、D M 9 0 0 0 以太 网 控 制芯 片H e a d p h o n e sM I CP C图 1 . 2 系统硬件原理框图 该硬盘 MP 3 系 统涉 及的 硬件 如下 ： (1) S 3C 2410 核心 板。 (2) D M9000 是 一 个快 速以 太网 控制 器芯片 ，具 有通 用的 处理 器接 口，10/100M 自适。 (3) S 3C 2410 通过 IIS（ Inter-IC S ound）总线与音频控制芯片 U D A 1380 进行通信。 (4) 系统采用一个 240 320 的 彩色 的 LCD 显 示屏 (S harp,3.5”L C D 型号：LQ035Q
15、7DB 02)和 附在 LCD 上 的一 层触 摸屏 ，分 别用 于显 示和 触摸 输入 。 (5) ID E 硬 盘 接 口 用 于 读取 MP 3 文 件。 (6) 小键盘控制 MP 3 播 放器 的动 作。 1.3.2 系 统的软件介绍 系 统 软 件 部 分 如图 1.3 如下 ： 基于 S3C2410 的嵌入式硬盘 MP3 播放器的设计与实现 4 m i n i G U I 图 形 主 进 程M p 3 p l a y 解 码 播 放 子 进 程录 音硬 盘触 摸 屏小 键 盘复 读返 回 歌 曲 名读 取发 送 播 放 命 令播 放暂 停下 一 首上 一 首录 音读 取 鼠 标 事
16、 件读 小 键 盘读 取 小 键 盘 事 件复 读 命 令耳 机话 筒L i n u x 系 统 引 导 启 动 加 载 相 关 驱 动 检 测 硬 盘执 行 G U I 主 进 程读 取 音 频 文 件存 储 录 音 文 件读 取 录 音 文 件解 码 后 的 标 准 的 1 6 b i t P C M 数 字 信 号再 经 音 频 控 制 U D A 1 3 8 0 芯 片 解 码 转 换 成 模 拟 信 号 再 放 大 输 出图 1 . 3 mp 3 软件系统框图 整个 MP 3 软 件是 在 A rm-Li nux 嵌 入 式 操作 系统 上运 行 。在 开发板 上电后 ， 要 有 一
17、 个 系统 引导 启动 、加 载驱 动和 检测 初始化 相关 硬件 的过程。系统总 共有 四个 进程 ，分别 是 GUI 主 进 程， Mp3play 解码 播放 子进 程，录 音和 复读 子 进 程 ， 以 及其 他三 个由 主进 程调 用的 功能 子进程 。 基于 S3C2410 的嵌入式硬盘 MP3 播放器的设计与实现 5 第二章 MP3 相关知识和基础 2.1 MP3 的发展 MP 3 播 放 器 产 生至 今大 约 4 到 5 年 的时 间， 但近 几年 掀起 了一 场 MP3购 买的 热潮，各个 生产 厂商 致力 于 MP 3 的 开发，以从 技术 上的优 势和 市场 对价 格的
18、接收 程度 上 ，在 这个以“ 价格 ”和“ 技术 ”为 基 础的 市场上 占有 一席 之地。 以下是笔者对 MP3 播放 器技 术近 几年 发展的 看法 ： (1) 存 储 介 质 ： 从 最初 的插 卡式 到今 天的 微硬 盘式 ,1.8 寸 硬盘的 飞 跃。 (2) 存 储容 量：从刚 开始 的 16M 到 32M 再到 现在 512M,1G， 20G 或 者更大。 (3) 闪存 式 MP 3： 容量 的 256M 存 储空间 ，长 达 17 小 时的 播放 时间，集FM 收 音 、 录 音 、复 读等 功能 于一 体的 特点 (4) 硬 盘式 MP3：不仅 可以 用来 存放 歌曲，而且
19、 可以 当作电 子书 或者 一个流 动的 数据 库 ，利 用独 特的 管理软 件和 控制 内核 ，新技 术等 ，具 有移动硬盘兼 mp3 的功 能， 但许 多高 端产 品所 能提 供的 功能 远远 超过传统 mp3 的水平。 2.2 硬盘式 MP3 的 优点及其缺点 硬 盘式 MP3 还处 于刚 刚起 步的 阶段 ，但在 2003 年 后半 年开 始，这种 容量 巨大 、功能 超强 ，以硬 盘作 为存 储介 质的 MP3 播放 器开 始在市 场上 占有 一席之地。 下 面 是 本 文 对 硬盘 式 MP 3 的 优点 及其 缺点的 分析 （主 要与 闪存 式 mp3对比）： 闪存式 MP 3
20、的 优势 ： (1) 作 为音 乐载 体 ， MP 3 容量 达到 了 512M 左右 基本 上能 满足 用户 的需 求。 (2) 作 为 存 储 媒 质 ，闪 存式 mp3 的抗 震性 要比 硬盘 式 mp3 要 好的 多； (3) 从 体 积 上 来 看 ，闪 存式 mp3 还是 有巨 大的 优势 ，因 为其 外形 时尚小巧 ， 方 便 携 带 ，这 无疑 也是 吸引 消费 者 的 重要 因素。 基于 S3C2410 的嵌入式硬盘 MP3 播放器的设计与实现 6 (4) 从 价格 因素 看，由 于闪 存价 格下 降和 大容 量闪 存技术 成熟，使其 现在能 占 有 当 前 主 流产 品的
21、位置 。 图 2 . 1 闪存式 mp 3 硬盘式 MP 3 的 优势 ： (1) 从 容 量 上 来 看 ，大 多硬 盘式 MP3 都采 用笔记 本硬 盘作 为存 储载 体，而 其主 流产 品容 量大 多在 10GB -80GB 之 间，其 存储 空间 巨大， 能让你装下你 所 喜 爱的 歌手 或几 乎所 有的 流行 歌曲 。 (2) 从 功 能 上 来 看 ，厂 商为 了吸 引市 场， 在硬 盘式 MP 3 的 功能 上使 用新的 技术 而使 其在 功能 上较 闪存 式 mp3 有 绝对 的优 势。比 如：摄像 头，具 备的 全图 形触 摸控 制屏 幕，或者 从视 觉上 还是 操控上 超出
22、 传统 闪存式 mp3 给 用 户 带来 的震 撼力 。 (3) 从 外 观 上 来 看 ，虽 然硬 盘式 mp3 不具 有闪 存式 mp3 的小 巧便携，但其 在外 观设 计上 简约 精致 ，大多 硬盘 式 MP 3 采 用的是 典型 的方 体设计，散发 出其 独特 的时 尚魅 力和 设计 的超 前性，这无疑 可以 吸引 的大多 数 商 务 人 士 及男 性消 费者 的眼 球。 (4) 从 音质 上来 看， 对于 渴望 追求 更高 质量 音质 表现效 果 的 用户 群来 说，那么硬盘式 MP 3 播 放器 式他 们的 最佳 选择。 (a) 以 硬盘 作为 存储 介质 的硬 盘式 MP3 播放器 ，可 以用 最接近 CD 音质的 320K ps 位速 率去 压缩 MP3，甚 至可 以直 接将 WAV 文件 放进硬盘式 MP 3 播 放器 里， 让用 户享 受最 完美的 音质 输出 效果 。
