基于Blackfin處理器的嵌入式數(shù)碼相框設(shè)計(jì)

摘要：介紹了匯聚式處理器Blackfin的基本功能，給出了以Blackfin為嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)，并采用uClinux操作系統(tǒng)和其中集成的大量硬件驅(qū)動(dòng)程序來設(shè)計(jì)具有互聯(lián)網(wǎng)WiFi無線連接、電子郵件發(fā)送、RSS新聞閱讀、即時(shí)照片分享、全觸摸操作等功能的嵌入式數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞：嵌入式處理器；Blackfin；uCLinux；數(shù)碼相框

當(dāng)今的嵌入式應(yīng)用已經(jīng)無處不在，無論是消費(fèi)電子、通信終端，還是系統(tǒng)設(shè)備、工業(yè)控制、汽車電子系統(tǒng)或航空航天，都無處不見嵌入式應(yīng)用的身影?，F(xiàn)在，全球每年生產(chǎn)數(shù)十億顆微處理器，其中大部分都被廣泛應(yīng)用于各類嵌入式系統(tǒng)。
目前，在嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)方面，各種微控制器以及數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)產(chǎn)品，無論從品牌、功能特性方面，還是針對(duì)目標(biāo)應(yīng)用的成本、處理能力、功耗要求、集成度、開發(fā)周期、技術(shù)難度等具體要求，都可以精心選擇出最具綜合優(yōu)勢(shì)的硬件核心平臺(tái)。而在嵌入式操作系統(tǒng)方面，無論是開放源代碼的Linux陣營的各種商業(yè)版本或免費(fèi)版本，還是WinCE、vxWorks等“重量級(jí)”平臺(tái)，抑或針對(duì)特定應(yīng)用優(yōu)化的Windows Mobile、Symbian、Android等，也同樣可以方便地選擇一款最佳的操作系統(tǒng)軟件平臺(tái)。
嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程實(shí)際上就是一個(gè)軟硬件聯(lián)合協(xié)同開發(fā)的過程。在進(jìn)行軟硬件平臺(tái)選擇評(píng)估時(shí)，單純地離開硬件去評(píng)估操作系統(tǒng)或離開操作系統(tǒng)評(píng)估硬件平臺(tái)都有失偏頗，特別是對(duì)于很多非通用處理器來說尤其如此。當(dāng)前很多嵌入式硬件平臺(tái)都提供有針對(duì)目標(biāo)應(yīng)用優(yōu)化的操作系統(tǒng)及軟件模塊資源，一些商業(yè)化的操作系統(tǒng)也針對(duì)主流的硬件平臺(tái)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且提供了眾多的第三方優(yōu)化操作系統(tǒng)版本。這些資源對(duì)于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說具有重要的意義。為此，本文介紹了一種獨(dú)特的嵌入式平臺(tái)核心處理器，即匯聚式處理器Blackfin及其主流配套操作系統(tǒng)和相關(guān)資源的應(yīng)用與設(shè)計(jì)方法，給出了用其設(shè)計(jì)嵌入式數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)方案。

1 硬件處理器Blackfin的選擇
本設(shè)計(jì)選用匯聚式處理器Blackfin來構(gòu)建獨(dú)特的嵌入式硬件平臺(tái)。匯聚式處理器Blackfin是由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)(MSA)，它集32位RISC型指令集、雙16位乘法累加(MAC)信號(hào)處理功能和通用型微控制器所具有的易用性于一體，這種匯聚式處理能力的組合使得Blackfin處理器能夠在旗號(hào)處理和控制應(yīng)用中均發(fā)揮極佳的作用，并可在許多應(yīng)用中免除增設(shè)單獨(dú)的異構(gòu)處理器的必要，因而極大地簡化了硬件和軟件設(shè)計(jì)。Blackfin處理器非常適合于以會(huì)聚為關(guān)鍵技術(shù)的嵌入式音頻、視頻、通信應(yīng)用，包括多格式音頻、視頻、語言和圖像處理，多模式基帶和分組處理，控制處理和實(shí)時(shí)安全性處理等。正是這種獨(dú)特的系統(tǒng)架構(gòu)所具有的設(shè)計(jì)靈活性和可擴(kuò)展性為Blackfin處理器贏得了廣泛的適應(yīng)性，也使其廣泛應(yīng)用于數(shù)字家庭娛樂、網(wǎng)絡(luò)和流媒體、汽車遠(yuǎn)程信息處理和信息娛樂、數(shù)字無線電，以及移動(dòng)電視終端。
Blackfin處理器在單內(nèi)核產(chǎn)品中可提供高達(dá)756MHz的性能，以及低至0．8V的低功耗電壓。所有的Blackfin處理器均具有多個(gè)獨(dú)立的DMA控制器，這些控制器可支持自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，而且其所需的處理器內(nèi)核開銷極少。此外，Blackfin處理器還具有豐富的存儲(chǔ)器配置，可以極大地方便嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)。其中ADSP-BF51x系列處理器就同時(shí)具有NOR閃存、NAND閃存、鐵電存儲(chǔ)(FRAM)、SDRAM，同時(shí)還提供有支持Lockbox安全技術(shù)的一次性可編程存儲(chǔ)器。
Blackfin處理器架構(gòu)完全符合SIMD標(biāo)準(zhǔn)，并帶有用于加速視頻和圖像處理的指令。該架構(gòu)很適合于全信號(hào)處理／分析應(yīng)用。由于Blackfin處理器具有最佳的代碼密度且只需進(jìn)行極少(或者完全不需要進(jìn)行)代碼優(yōu)化處理，因而不會(huì)遇到其他傳統(tǒng)處理器所常見的性能空間障礙。

2 uCLinux操作系統(tǒng)的選擇
嵌入式操作系統(tǒng)的選擇對(duì)于正在從事新的嵌入式開發(fā)項(xiàng)目來說，它與選擇嵌入式硬件微處理器同樣重要。對(duì)于Blackfin處理器來說，除了處理器本身的獨(dú)特性能特性優(yōu)勢(shì)外，強(qiáng)大的嵌入式操作系統(tǒng)資源也是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)健因素。Blackfin處理器支持包括VisualDSP自帶的操作系統(tǒng)內(nèi)核(VDK)、ThreadX、uCLinux和Nucleas等操作系統(tǒng)，這一特性可避免將操作系統(tǒng)從其它處理器平臺(tái)移植到Blackfin平臺(tái)時(shí)，因更改操作系統(tǒng)而延長的終端產(chǎn)品開發(fā)周期。各種操作系統(tǒng)各自都具有不同的特性功能以及不同的價(jià)格、版權(quán)費(fèi)用等條款。從特性上看，嵌入式操作系統(tǒng)有代碼緊湊、復(fù)雜度低的操作系統(tǒng)VDK，也有復(fù)雜而具有豐富特性的操作系統(tǒng)uClinux，同時(shí)具有可靠性極高的INTEGRI TY，以及專注于汽車市場(chǎng)需求的RTA-OSEK等。通過對(duì)各種操作系統(tǒng)的功能分析，本設(shè)計(jì)最終選擇了uCLinux操作系統(tǒng)來進(jìn)行數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)。圖1所示是其操作系統(tǒng)在Blackfin上的組織結(jié)構(gòu)。