1、毕业论文文献综述 电子信息工程 基于 ARM的数码相框 设计 摘要： 本文综述数码相框的各种方案、对比选择，熟悉和掌握了根据使用场合、具体指标 选择合适的方案。 关键词： ARM；数码相框； FAT16 文件系统； SD卡； TFT 液晶 引言 随着数码相机、扫描仪的普及，家庭中的数码照片不断增加， 数码相框也变的越来越流行 ,它 具有传统相 框 无法比拟的优越性，随意修改编辑的功能，快速的检索方式，永不褪色的恒久保存特性，以及廉价复制分发的优越手段 。 本文以此为出发点，进行数码框软硬件的开发研究工作。作为一款嵌入式产品，核心部件 CPU采用了性能价格比、性能功耗比都很高的 ARM v7 架
2、构处理器之中的一款 - STMicroelectronics STM32，采用 Cortex-M3 内核，最高主频达 72MHz，显示器采用了带触摸面板的 24 位真彩色 TFT液晶。软件方面， STMicroelectronics 为开发者提供了先进的固件库，大大减小了开发难度，加快了开发速度。同时 Micrium 为 开发者 提供了移植好的 C/OS 嵌入式操作系统，以及适用于 SD 卡的文件系统 C/FS， 极大的方便了开发者 .针对界面设计和图片显示， Micrium 还提供了 C/GUI，软件开发工作几乎就是模块的合并，配置和调试。 1 1、 数码相框硬件平台结构 本数码相框采用的主
3、处理芯片是著名的 ST公司生产的 STM32F103芯片。 STM32F103基于 ARM v7架构 ,使开发者 可以低成本设计复杂、低功耗和高度集成的 SoC解决方案。它是特别针对创新性消费电子产品开发的。可专门针对嵌入式系统设计研发的。 1.1 主芯片整体结构 ARM 32位的 Cortex-M3 CPU 最高 72MHz工作频率，在存储器的 0等待周期访问时可达 1.25DMips/MHz(Dhrystone 2.1) 单周期乘法和硬件除法 从 256K至 512K字节的闪存程序存储器 高达 64K字节的 SRAM 带 4个片选的静态存储器控制器。支持 CF卡、 SRAM、 PSRAM、
4、 NOR和 NAND存储器 并行 LCD接 口，兼容 8080/6800模式 多达 2个 I2C接口 (支持 SMBus/PMBus) 多达 5个 USART接口 (支持 ISO7816， LIN， IrDA接口和调制解调控制 ) 多达 3个 SPI接口 (18M位 /秒 )， 2个可复用为 I2S接口 CAN接口 (2.0B 主动 ) USB 2.0全速接口 SDIO接口 2 1.2 硬件仿真器及相关软件 硬件仿真器采用 ARM JTAG型硬件仿真器。具有多用途 JTAG接口，支持 ARM内核全部芯片、支持Keil、 IAR等 IDE调试仿真。 开发环境使用的是 IAR EWARM，安装调试
5、使 用 Windows 7操作系统。 1.3 数码相框解决方案系统框图 由于这里设计目标是实现多功能的数码相框，故在设计方案中需要考虑以下几个方面的实现： （ 1）图片显示：需要支持标准和非标准的 JPEG、 JIF、 BMP等式，图片可自动浏览、旋转和缩放。 （ 2）通信：需要支持 USB2.0 Slave （ 3）文件系统：支持 FAT16/32、 EXT2、 EXT3等格式 （ 4）时间、温湿度显示等 如图 1为系统解决方案框图 图 1 系统解决方案框图 1.4 SD卡接口电路 本设计采用了 SD卡接口电路来实现数据和外界的交换， SD Card（ Secure Digital Card
6、）由松下、东芝和 SanDisk共同开发研制， SD卡有 9个引脚，安全性很高。 SD卡共支持三种传输模式：SPI模式， 1位 SD模式和 4位 SD模式，本设计采用的是 4位 SD宽总线模式，数据在 4根数据线 (DAT3: 0)上同时传输，在这种模式下昀高的数据传输速率可达 100Mb/s。当初始上电后， SD卡默认使用 DAT0。经过初始化之后，主机可以改变线宽到 4位。混合的 SD卡连接方式也适合于主机。在混合 连接中， VCC， VSS和 CLK的信号连接可以公用。而命令（ CMD）和数据（ DATA0 3）这几根线，各个 SD卡必须从主机分开。 SD总线上通信的命令和数据比特流从一
7、个起始位开始，以停止位中止。 3 如图 2为 SD卡的接口原理图 STM32F103 SD 卡 TFT LCD USB Slave DS3231M Keyboard SHT10 图 2 SD卡的接口原理图 1.5 实时时钟 DS3231M DS3231M是 业内首款集成了 MEMS谐振器的温补 RTC， 低成本、高精度 IC实时时钟 (RTC)。该器件包含电池输入端，断开主电源时仍可保持精确计时。集成微机电系统 (MEMS)提高了器件的长期精确度，并减少了生产线的 元件数量。 DS3231M采用与流行的 DS3231 RTC相同的器件封装。 4 如图 3为 DS3231M与 CPU的连接图 图
8、 3 DS3231M与 CPU的连接图 如图 4为 TFT液晶模块接口原理图 图 4 TFT液晶模块接口原理图 2 软件架构 2.1 操作系统 为了方便在一个芯片上运行多个任务，这里采用了 C/OS作为嵌入式操作系统 C/OS 和 C/OS-II 是专门为计算机的嵌入式应用设计的， 绝大部分代码是用 C语言编写的。 CPU 硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约 200行的汇编语言部分被压缩到最低 限度，为的是便于移植到任何一种其它的 CPU 上。 5， 6 2.2 LCD驱动 C/GUI是美国 Micrium公司出品的一款针对嵌入式系统的优秀图形软件。它是为任何使用 LCD图形显示的应用提供
9、高效的独立于处理器及 LCD控制器而设计的图形用户接口，它适用单任务或是多任务系统环境。架构基于模块化设计，由不同的模块中的不同层组成。包括液晶驱动模块，内存设备模块，窗口系统模块，窗口控件模块，反锯齿模块和触摸屏及外围模块。其主要特性包括丰富图形库，多窗口、多任务机制，窗口管理及丰富窗口控件类 (按钮、检验框、单 /多行编辑框 、列表框、进度条、菜单等 )，多字符集和多字体支持，多种常见图像文件支持，鼠标、触摸屏支持，灵活自由配制等特性。 7,8 2.3 SD卡驱动 Micrium公司的 C/FS是高度可移植、可固化的嵌入式 FAT文件系统。 C/FS的设备驱动结构非常简单只需要读写分区的底
10、层函数所以要支持用户定制的硬件也很简单。 9 2.4 RTC DS3231M使用了标准的 I2C总线接口 2.3.1 I2C总线基本操作 I2C 规程运用主 /从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可 以工作于接收和发送状态。 总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（ SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。 SDA 线上的数据状态仅在 SCL 为低电平的期间才能改变， SCL 为高电平的期间， SDA 状态的改变被用来表示起始和停止条件。 10 （ 1） 控制字节 在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中
11、高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义， EEPROM 一般应为 1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为 1时为读操作，为 0 时为写操作。 （ 2） 写操作 写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。 （ 3） 读操作 读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。图 4 给出的是顺序读的时序图。应当注意的是：最后一个读操作的第 9 个时钟周期不是 “ 不关心 ” 。为了结束读操作，主机必须在第 9 个周期间发出停止条件或者在第 9 个时钟周期内保持 SDA 为高电平、然后发出停止条件。 总结 本数码相框的设计，利用 uC/
12、GUI中对图片的处理类已经实现了对 BMP、 GIF、 JPG和 PNG等多种格式的相片幻灯片播放的显示， 实现了通过 SD卡的扩展电路和 USB电路和外界数据交换。由于硬件和软件系统的功能强大，二次开发的空间很大，还可以实现 万年历，温度显示 等等功能。 参考文献 1 李 晗 .基于 LinuxNFS 的 Web 数码相框设计 J.电子技术与应用 . 2010.6:27-28. 2 刘艳霞、李淑芬 .基于蓝牙通信的电子相框设计 J.微计算机信息， 2008,24(30):114-115. 3 韦东山 .嵌入式 Linux 应用开发完全手册 M.北京：人民邮电出版社， 2008. 4 高鹏等
13、.电路设计与制版 Protel 99 入门与提高 M.人民邮电出版社 .2001 年 6 月 . 5 朱振涛 ,王成儒 ,崔 冬 .S3C2410 与 TFT 2 LCD 接口设计 J.电子测量技 术 .2006，29(6):192-204. 6 张恒 傅丰林 . ARM9芯片 EP9315驱动 TFT_LCD的研究 J.电子科技 .2007,5:4-7. 7 陈溯 基于 ARM平台的数码相框软件开发 M.人民邮电出版社 .2008年 12月 8 王伟能 吴烁宇 陈弟虎 魏爱香 ,基于 S3C2410和 Qt_Embedded的数码相框设计 J,嵌 入式系统应用 ,2009 06-2-0081-03 9 田野 张浩 ,UCOS_II操作系统在数码相框中的应用 ,自动化技术与应用 J 2010年第 29卷第 8期 10 Jou L D,Berger S A. Numerical simulation of the flow in the carotid bifurcation J . Theoretical and Computational Fluid Dynamics, 1998 (10):239-248.
