基于Atmel-View的電子相框?qū)崿F(xiàn)

0 引言

電子相框作為一種以數(shù)字照片的保存、回放和瀏覽為核心功能的產(chǎn)品，迎合了消費者的需求。電子相框結(jié)合液晶顯示技術(shù)、電視技術(shù)、數(shù)字存儲技術(shù)，日益成為面向時尚個性的數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像的最佳伴侶。隨著核心器件NandFlash和LCD屏的降價，必將進一步刺激電子相框的市場需求。

1 AT76C120處理器簡介

本設(shè)計采用Atmel公司的AT76C120體系結(jié)構(gòu)來構(gòu)建應(yīng)用。此架構(gòu)采用ARM7TDMI CPU最大頻率78MHz，支持JPG圖片瀏覽、MP3音頻功能、MPEG視頻功能、可遙控電視功能，USB2.0接口和各類閃存卡的支持等，是一款高性能的數(shù)碼圖像和視頻的處理體系。

2 Atmel-View框架分析

Atmel-View是Atmel公司為AT76C120開發(fā)板定制的應(yīng)用程序，它已提供所有功能的低層次實現(xiàn)，是一套成熟的可擴展的Application解決方案。其與Command Shell、底層驅(qū)動Lib共同構(gòu)成整個軟件系統(tǒng)。

Command Shell主要用于動態(tài)非編譯功能調(diào)試，在程序運行時直接通過串口進行命令操作，這樣大大降低開發(fā)過程的調(diào)試時間，是便捷有效的輔助開發(fā)手段。

各驅(qū)動模塊的API主要由底層驅(qū)動Lib 來實現(xiàn)。Atmel-View的功能實現(xiàn)主要是基于Lib中API的運用和組織。表1列出了Atmel-View中相關(guān)模塊及其功能。

表1 Atmel-View相關(guān)功能模塊

3　功能概述及流程

基于Atmel-View的電子相框應(yīng)用主要提供如下功能：

JPEG圖片瀏覽、JPEG圖片幻燈放映、JPEG縮略圖模式瀏覽、對各類卡的讀寫支持、MP4視頻放映、MP3背景音樂、MP3播放器、文件和文件夾瀏覽。

在上述功能基礎(chǔ)上需要在UI上加以組織、整合，并面向新的需求進行實現(xiàn)。圖2所示為帶有藍牙模塊支持的UI功能流程圖，分析了基于Atmel-View的UI過程。流程圖1從電子相框啟動開始到各個功能結(jié)點為止把整個菜單系統(tǒng)的框架和基本內(nèi)容給勾勒了出來。首先進行藍牙模塊的初始化工作，設(shè)置卡上默認(rèn)文件傳輸位置。隨后，搜索存儲卡中Jpeg文件，開始幻燈放映，放映幻燈期間若有藍牙傳輸請求則在圖片切換間隙掛起Atmel-View進程(防止資源重入沖突)，傳輸結(jié)束繼續(xù)放映直至用戶退出播放。之后將正式從Main模塊進入菜單系統(tǒng)模塊，啟動菜單包含了3個子菜單：選卡菜單、系統(tǒng)設(shè)置菜單和藍牙設(shè)置菜單。選卡菜單項包括卡板所支持的所有存儲卡項，選擇已插的存儲卡項進入下級功能菜單。功能菜單項提供圖片、Mp3、視頻、文件瀏覽這4項功能。系統(tǒng)設(shè)置菜單主要進行全局的配置設(shè)定：語言設(shè)定、幻燈效果設(shè)定、背景音樂(開/關(guān))設(shè)定。藍牙設(shè)置菜單進行藍牙模塊的設(shè)置和啟用。“開/關(guān)”項決定是否啟用藍牙傳輸； “設(shè)用戶名”項利用軟鍵盤設(shè)置本設(shè)備藍牙名稱。

流程圖2具體就圖片瀏覽功能模塊進行了流程刻畫。存儲卡中有Jpeg圖片，則首先進入Thumbnail模式，一頁顯示多幅圖片的縮略圖。期間接受藍牙傳輸請求并進行相應(yīng)處理。然后進行全屏圖片瀏覽，手動切換圖片。在Thumbnail模式及圖片瀏覽過程可調(diào)出設(shè)置菜單，進行幻燈效果、文件操作、文件排序等功能，設(shè)置幻燈切圖間隔和啟動幻燈放映也在此菜單項中。

流程圖3簡要描繪了在菜單(菜單都通過MenuMode來調(diào)用)過程中和藍牙模塊間的交互方式。在進行按鍵響應(yīng)操作流程前，先和藍牙模塊進程間通信，監(jiān)聽藍牙傳輸請求。若有藍牙傳輸請求，則提示藍牙傳輸進行中并等待藍牙文件傳輸(藍牙傳輸受紅外遙控模塊影響，所以傳輸過程關(guān)閉紅外接收不進行按鍵響應(yīng)，至傳輸完畢開啟紅外接收)。

圖3 帶藍牙模塊UI功能流程

4　Nucleus操作系統(tǒng)的嵌入

Nucleus Plus是美國源代碼操作系統(tǒng)商ATI公司推出的新一代嵌入式操作系統(tǒng)，屬于搶先式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核， 95%的代碼使用ANSI C編寫，非常便于移植于各種處理器家族。在通訊、國防、工業(yè)控制、航空/航天、鐵路、網(wǎng)絡(luò)、POS、自動化控制、智能家電等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

Nucleus Plus通常作為一個C 庫文件實現(xiàn)。實時的Nucleus Plus應(yīng)用被鏈接到Nucleus Plus庫。目標(biāo)文件可以下載到目標(biāo)機，或者放到ROM 里。在一個典型的目標(biāo)環(huán)境，假設(shè)所有服務(wù)被應(yīng)用，Nucleus Plus指令集的二進制映象文件需要大概20K 字節(jié)的內(nèi)存。

總的來說，Nucleus Plus極大的提高了實時應(yīng)用程序的開發(fā)工作。這些可以轉(zhuǎn)變成更低的開發(fā)投資和更短的開發(fā)周期。自從Nucleus Plus支持應(yīng)用程序移值到新的處理器系列上以來，應(yīng)用的開發(fā)投資已經(jīng)被保障了。

4.1多任務(wù)系統(tǒng)的實現(xiàn)

Atmel-View實質(zhì)上還是一個單任務(wù)的嵌入式定制系統(tǒng)，現(xiàn)有功能的運用主要基于串行運行。但隨著應(yīng)用的深入功能模塊的擴展，單任務(wù)系統(tǒng)逐漸顯得力不從心。

藍牙模塊的運行需要多任務(wù)系統(tǒng)的支持，在藍牙服務(wù)的開啟狀態(tài)下，需要不斷監(jiān)聽無線請求，在接受到藍牙傳輸請求后進行傳輸處理。使用單任務(wù)方式來支持藍牙服務(wù)的監(jiān)聽顯然是不合理的，那樣Atmel-View將停止運行其功能。

本設(shè)計使用Nucleus Plus提供系統(tǒng)級的多任務(wù)調(diào)度，將Atmel-View模塊和藍牙模塊作為同等的任務(wù)進行加載運行。選擇Nucleus Plus作為任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，在于其易用性、代價小、嵌入式特性。

4.2 初始化

INT_Initialize 子程序在Nucleus Plus系統(tǒng)中是最先運行的。對大多數(shù)的目標(biāo)環(huán)境，硬件復(fù)位向量必須包含在INT_Initialize 地址中。INT_Initialize 負(fù)責(zé)所有與目標(biāo)硬件相關(guān)的初始化。與目標(biāo)硬件相關(guān)的初始化通常包括設(shè)置不同種類的處理器控制寄存器，中斷向量表，全局的C 數(shù)據(jù)元素，一些Nucleus Plus變量和系統(tǒng)堆棧指針。當(dāng)INT_Initialize 完成，控制轉(zhuǎn)移到高級Nucleus Plus初始化子程序INC_Initialize上。注意控制不會返回INT_Initialize。

INC_Initialize 調(diào)用每個Nucleus Plus組件的初始化子程序。在所有Nucleus Plus初始化完成之后，INC_Initialize 調(diào)用用戶供應(yīng)的初始化子程序Application_Initialize。

Application_Initialize 子程序負(fù)責(zé)定義初始化應(yīng)用環(huán)境。初始化應(yīng)用任務(wù)，郵箱，隊列，管道，信號量，事件集，內(nèi)存池和其他Nucleus Plus對象都在子程序中被定義。在Application_Initialize 返回后，INC_Initialize 開始初始化任務(wù)調(diào)度表。

4.3 任務(wù)

任務(wù)就是目的明確的半獨立程序段。大多數(shù)現(xiàn)代實時應(yīng)用都要求多任務(wù)。另外，這些任務(wù)的重要等級經(jīng)常變化。管理這些競爭、實時任務(wù)的運行是Nucleus Plus的主要目的。每個任務(wù)都有五種狀態(tài)：運行、就緒、掛起、中止、完成。

4.4 任務(wù)通信與同步

Nucleus Plus 為通信目的提供郵箱(mailbox),隊列(queues),管道(pipes)。郵箱，隊列，管道是獨立的公共設(shè)備。任務(wù)之間和其他系統(tǒng)設(shè)備之間的聯(lián)系由應(yīng)用程序確定。這些通信設(shè)備之間主要的差別是數(shù)據(jù)通信的類型。在Atmel-View模塊和藍牙模塊的進程間通信方式，這里選擇使用隊列和信號量來實現(xiàn)。

4.4.1 隊列的應(yīng)用

在菜單系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要加入對藍牙模塊的支持。除了構(gòu)建藍牙設(shè)定菜單外，在藍牙進程開啟并實時運行的狀態(tài)下，需要通過隊列方式的進程間通信來獲取藍牙進程的傳輸請求狀況。當(dāng)傳輸請求發(fā)生后，菜單系統(tǒng)將及時進行反應(yīng)，提示用戶當(dāng)前處于藍牙傳輸過程并且程序阻塞于此。當(dāng)傳輸結(jié)束后，同樣通過隊列消息來得到通知，繼續(xù)菜單系統(tǒng)的程序邏輯。

       藍牙進程進行藍牙傳輸服務(wù)的監(jiān)控工作，一旦外部傳輸請求發(fā)生，藍牙進程將通過調(diào)用BTUI_UpdateResponse函數(shù)來通知Atmel-View任務(wù)，并開始數(shù)據(jù)接收寫入工作。此函數(shù)主要是作為藍牙任務(wù)端響應(yīng)藍牙傳輸相關(guān)事件，進而與Atmel-View進行及時有效的溝通、協(xié)調(diào)工作。當(dāng)藍牙任務(wù)端事件響應(yīng)時，就調(diào)用NU_Send_To_Queue函數(shù)，將信息傳遞到隊列Task_bt_queue中。

在MenuMode進行完初始界面繪制后，即刻開始不斷監(jiān)聽與藍牙模塊共享的隊列Task_bt_queue，在調(diào)用函數(shù)NU_Receive_From_Queue接收到藍牙傳輸請求后，即彈出信息框通知用戶藍牙傳輸進行中，同時關(guān)閉影響藍牙傳輸?shù)募t外接收并設(shè)置藍牙傳輸狀態(tài)為TRUE，以避免按鍵處理模塊的進行。如此，程序?qū)⒃谒{牙傳輸期間不斷進行while循環(huán)隨時監(jiān)聽Task_bt_queue的新信息情況。直至接收到來自藍牙模塊的傳輸完畢信息，標(biāo)識著藍牙傳輸工作的完畢，則更新顯示區(qū)，重開啟紅外接收并將藍牙傳輸狀態(tài)設(shè)為FALSE以讓按鍵處理模塊重新進行。

4.4.2 Semaphore的應(yīng)用

Nucleus Plus 提供信號量(semaphores)，事件集(event groups)和信號(signals)解決信號同步問題。信號量和事件集都是獨立的，公用的設(shè)備。任務(wù)和其他系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)系由應(yīng)用程序決定。在Atmel-View模塊和藍牙模塊的進程間同步方式，這里選擇使用信號量來實現(xiàn)。

在Atmel-View的UI應(yīng)用中，加載媒體文件訪問存儲卡在所難免，而藍牙模塊的傳輸工作也將把接收到的文件寫入存儲卡中。在藍牙進程和Atmel-View進程同時訪問存儲卡設(shè)備時，由于資源重入的不支持將導(dǎo)致資源沖突程序癱瘓的發(fā)生。因而，這里使用Nucleus的Semaphore來解決資源競爭問題。

聲明了NU_SEMAPHORE變量后，此變量將在Atmel-View進程和藍牙進程間共享，在訪問沖突資源的時候，調(diào)用NU_Obtain_Semaphore和NU_Release_Semaphore函數(shù)來將資源訪問模塊包住，從而保證在得到Semaphore后，直至釋放Semaphore前，資源訪問都是安全的，因為另一正要訪問此資源的進程將由于得不到唯一的Semaphore而暫時被自動懸掛起來。

5總結(jié)展望

隨著電子相框市場的日趨成熟，技術(shù)的不斷發(fā)展，功能模塊日益增多，系統(tǒng)架構(gòu)也變得越發(fā)復(fù)雜。這使得軟件產(chǎn)品的可用性、易用性、友好性顯得更為重要起來，UI的設(shè)計實現(xiàn)是否合理將直接影響這些因素。

市面上流行的不少電子相框的UI設(shè)計存在著架構(gòu)簡陋、復(fù)用性差、可擴展性差的問題。本論文的方案主要基于Atmel-View，完成了一套層次化、結(jié)構(gòu)化、易擴展的菜單系統(tǒng)，實現(xiàn)效果良好。并嵌入Nucleus Plus操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了菜單系統(tǒng)和藍牙模塊間的進程通信和同步，有效得支持了藍牙模塊。