娛樂系統(tǒng)方案解析

在UP-TECH S3C2410 DVK1.1 開發(fā)平臺下，提出了一個觸摸式的嵌入式掌上娛樂系統(tǒng)設(shè)計方案。本系統(tǒng)主要包括多媒體播放器和游戲的基本功能。本系統(tǒng)可以播放現(xiàn)有的大多數(shù)的音頻視頻文件;設(shè)計了嵌入式游戲，增加了系統(tǒng)的娛樂性。使用觸摸屏方便作為人機交互的平臺。采用跨平臺性能良好的Qt4 設(shè)計了應(yīng)用程序和人機界面，界面友好，漢化顯示，美觀，操作簡便，運行流暢。整個系統(tǒng)模塊化設(shè)計，充分考慮了軟件系統(tǒng)自身所占的存儲空間以及可擴展性，具有廣闊的市場前景。

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。近年來，隨著微處理器技術(shù)、DSP 技術(shù)、多媒體編解碼技術(shù)以及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，多媒體娛樂終端已經(jīng)成為消費性電子產(chǎn)品的熱點。同時，逐漸成熟的市場隨著MP3 在市場上取得的巨大成功，以及MP4、數(shù)字電視、3G 通訊等相關(guān)技術(shù)的起步，在未來幾年內(nèi)都將會得到快速發(fā)展。多媒體終端正是數(shù)字信息產(chǎn)業(yè)的一個重要組成部分， 所以在這個背景下，MultimediaTerminal 蘊含著極大地發(fā)展?jié)摿?。本文是基于Linux 嵌入式操作系統(tǒng)在UP-TECHS3C2410 DVK1.1 開發(fā)平臺下設(shè)計并實現(xiàn)了一個高性能、低功耗、低成本的嵌入式掌上娛樂系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)以UP-TECH S3C2410 DVK1.1 為開發(fā)平臺，使用嵌入式linux 作為操作系統(tǒng)。

本系統(tǒng)的實現(xiàn)包括兩個方面，一是底層系統(tǒng)的搭建。本系統(tǒng)是在通用的嵌入式Linux 操作系統(tǒng)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉?，使其符合系統(tǒng)的硬件平臺，并且初始化開發(fā)底層的驅(qū)動，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的控制以及數(shù)據(jù)的存儲和傳輸。二是應(yīng)用層的實現(xiàn)。

系統(tǒng)的底層包括文件系統(tǒng)的搭建以及各種接口部件的驅(qū)動程序，這些驅(qū)動程序通過嵌入式Linux 操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)用，然后完成應(yīng)用的功能，為上層的接口層和應(yīng)用層提供服務(wù)[5].

中間的嵌入式GUI 為接口層，采用QT4 作為用戶GUI 的界面庫。QT4 是基于服務(wù)器-客戶端的一種用戶界面中間件，提供了豐富的功能控件和精美的界面設(shè)計功能，可以便捷的設(shè)計出所需要的各種功能模塊。

系統(tǒng)的最上層就是直接面向用戶的應(yīng)用層。該層采用QT4 設(shè)計，向用戶提供了精美的用戶界面，用戶可以通過觸摸屏方便的調(diào)用相關(guān)功能。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示：

應(yīng)用層的設(shè)計是本文主要的開發(fā)工作，主要包含以下幾種功能模塊：

① 多媒體功能模塊：調(diào)用MPlayer 播放器對系統(tǒng)內(nèi)存或者USB 接口中的外存定位對應(yīng)的體文件，并將其解碼;視頻、視頻文件可以全屏播放/最小播放。幾乎可以播放市面上現(xiàn)存的所有的音頻、視頻文件。

② 娛樂游戲功能：提供了幾個界面友好有趣的游戲，增加系統(tǒng)的娛樂性。

2 開發(fā)平臺

2.1 硬件開發(fā)平臺介紹

硬件平臺采用博創(chuàng)UP-TECH S3C2410 DVK1.1 開發(fā)板，處理器類型：Samsung S3C2410.主頻：203MHZ。

它適用于工業(yè)控制、移動通信設(shè)備、醫(yī)療儀器等多種場合，外擴64MB NAND FLASH 和64M SDRAM,提供USB2.0 接口與計算機進(jìn)行高速通信;該平臺集成了大尺寸LCD 觸摸屏，型號：LQ080V3DG01,分辨率：640*480 像素，這也是選擇它作為開發(fā)平臺的重要原因。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.2 軟件開發(fā)平臺介紹

在系統(tǒng)層，由于UP-TECH S3C2410 DVK1.1 開發(fā)板提供原始的系統(tǒng)(vivi、linux-2.4、root.cramfs)版本低，因此，針對多媒體娛樂系統(tǒng)，裁剪移植了適合本系統(tǒng)的Uboot-1.1.6、linux-2.6.24 內(nèi)核和yaffs 文件系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用較為通用的bootloader:UBoot,網(wǎng)絡(luò)資源較多的內(nèi)核linux2.6 和可讀可寫的yaffs 文件系統(tǒng)，易于系統(tǒng)的開發(fā)。并配置了LCD 屏驅(qū)動、網(wǎng)卡驅(qū)動、SD 卡等驅(qū)動。

在應(yīng)用層，采用QT SDK 設(shè)計所有的應(yīng)用程序。

Qt 是一個跨平臺的C++圖形用戶界面(GUI)庫，包括跨平臺類庫、集成開發(fā)工具和跨平臺IDE.使用Qt"一次開發(fā)，多次編譯",無須重新編寫源代碼，便可跨不同桌面和嵌入式操作系統(tǒng)部署這些應(yīng)用程序。

3 實現(xiàn)原理

應(yīng)用層軟件的設(shè)計主要包括兩個模塊：多媒體播放器以及游戲模塊。用戶主界面設(shè)計了一個主框架，然后將其他功能模塊的圖標(biāo)放在該框架內(nèi)，完成了整體的規(guī)劃設(shè)計。下面詳細(xì)介紹這兩個功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。

3.1 播放器的實現(xiàn)

對于音頻和視頻的播放，本系統(tǒng)使用QT 設(shè)計一個前端播放、控制界面，并使用Mplayer 作為后端程序，能播放mp3、ogg、ogm、wma、wav、asf、au、avi、mpeg、mpg、mv1、mov、wmv、pls、m3u、mp4、 m4a 等音頻和視頻格式。播放器模塊的結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示，播放器使用Mplayer 作為后端程序(紅色部分)，使用QT4開發(fā)前端程序(綠色部分)。

圖3 播放器結(jié)構(gòu)圖

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3.1.1 后端程序簡介

本系統(tǒng)使用Mplayer 作為其后端程序。MPlayer被評為Linux 下的最佳媒體播放工具，不需要任何系統(tǒng)解碼器就可以播放包括視頻、音頻、流媒體、廣播、電視等各種媒體。

Mplayer 另一個重要特點在于其開源性。

Realplayer,Windows Media Player,Quick Time 等許多播放軟件都是性能優(yōu)秀的播放軟件，但由于它們都不開放源代碼，給移植帶來了麻煩。同時MPlayer 還具有良好的移植性， 可以移植到許多非X86 平臺上，MPlayer 軟件包中含有針對ARM 架構(gòu)的優(yōu)化代碼，這些代碼利用ARM 的特性加快了對媒體的處理速度。

基于以上多個原因，本系統(tǒng)選擇了MPlayer 作為娛樂終端的播放軟件。本系統(tǒng)通過移植Mplayer 來實現(xiàn)對視頻的播放功能。Mplayer 編、解碼模塊，是系統(tǒng)的音、視頻處理中心，在mplayer 的編解碼庫中，包含的大量的音、視頻格式處理程序，經(jīng)過編譯優(yōu)化過的mplayer 可以完成對大多數(shù)音、視頻格式高效的編解碼工作。

3.1.2 前端程序的設(shè)計與播放器的實現(xiàn)

主界面窗口有一個顯示屏和一些控制按鈕，包括播放、暫停、下一首、上一首、音量調(diào)整以及播放進(jìn)度條。文件操作窗口可以使用戶選擇要播放的文件。

播放列表用來播放用戶加載的多媒體文件。

MPlayer 默認(rèn)全屏播放，但在GUI 中一般都是指定區(qū)域或者控制來播放。這樣顯得美觀，MPlayer 支持在指定的X 窗口播放的功能。用-wid 參數(shù)告訴窗口ID即可。例如：mplayer test.mpg -wid 0x00029 #0x0029是XID,而QT 的控件都是從QWidget 繼承下來，因此它本身也有wid,這樣只要用 QWidget::winID() 取出WID,即可實現(xiàn)在指定窗口播放視頻的功能。

本模塊是建立一個Qt GUI 程序。然后用一個label控件來播放視屏，用一個進(jìn)度條顯示播放的進(jìn)度，用按鍵顯播放，暫停，上一首，下一首，停止和添加資源文件。然后用一個Qprocess 在后臺執(zhí)行MPlayer,并把label 的WID 傳給它。 然后把MPlayer 的輸入輸出重定向，把原本從標(biāo)準(zhǔn)輸入接收命令變成從GUI 的接收命令。

3.1.3 播放功能設(shè)計

圖4 播放器軟件流程圖

通過定義一個QProcess 對象調(diào)用已編譯好的Mplayer。

QProcess *process = new QProcess();

process->setProcessChannelMode(QProcess::MergedChannels);

Process->start("mplayer –ac –mad xxxxx");

在命令中添加 -slave 和 -quiet 就可以通過命令設(shè)置Mplayer 實現(xiàn)相應(yīng)的功能。Process->start("mplayer–slave –quiet –ac –mad xxxxx")。

下面對播放器的暫停播放功能和音量調(diào)節(jié)進(jìn)行介紹。

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① 播放暫停功能設(shè)計

通過這段代碼可以設(shè)置Mplayer 暫停：process->write("pause ");執(zhí)行這段代碼的時候在播放狀態(tài)下就會暫停，暫停狀態(tài)下就會繼續(xù)播放。

② 音量調(diào)節(jié)

下面代碼即可實現(xiàn)音量調(diào)節(jié)的功能：

Process->write("volume -1 "); //音量減小;

Process->write("volume +1 "); //音量增加;

Process->write("volume XX 1 "); //音量設(shè)置成指定值

該系統(tǒng)使用如下代碼實現(xiàn)音量調(diào)節(jié)：

QString cmd="volume" +QString::number(value)+" 1 ";

process->write(cmd.toLocal8Bit()。data());

系統(tǒng)最終實現(xiàn)的實驗效果圖如圖5 所示：

圖5 播放器模塊實驗結(jié)果圖

3.2 游戲模塊的設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計了一個打磚塊游戲。通過建立一個打磚塊的游戲類CannonField,包含角度int angle、力度int force、是否正在射擊bool isShooting 等成員，具有設(shè)置角度setAngle(int angle)、設(shè)置力度setForce(intforce)、射擊shoot()、運動軌跡shotRect()、游戲控制newTarget()、 setGameOver()、restartGame()等槽函數(shù)，能發(fā)出擊中hit() 、未擊中missed() 、角度變化angleChanged(int newAngle) 力度變化force Changed(int newForce)等信號。

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游戲開始時使用隨機函數(shù)在指定區(qū)域內(nèi)顯示一個磚塊，點擊射擊按鈕時通過setAngle 和setForce 設(shè)置的角度和力度，使用shoot()進(jìn)行射擊，通過發(fā)出的擊中hit()或未擊中missed()信號來作出相應(yīng)的動作。仿真效果圖如圖6 所示：

圖6 游戲模塊實驗結(jié)果圖

4 總結(jié)

本系統(tǒng)采用開源的Linux 操作系統(tǒng)和QT4 界面設(shè)計工具，整個系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，具有良好的可擴展性。硬件平臺采用的是 UP-TECH S3C2410 DVK1.1嵌入式系統(tǒng)，該芯片采用ARM 架構(gòu)，其獨特的架構(gòu)設(shè)計具有功耗低、功能強的特點，因此非常適合用于手持式設(shè)備;采用LCD 觸摸屏與用戶進(jìn)行交互，使用簡單，符合便攜式終端的發(fā)展趨勢。