童 凱，張紅雨

（成都電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，四川 成都 611731）

在這個(gè)數(shù)字時(shí)代，數(shù)碼相機(jī)及各種電子拍照設(shè)備走入千家萬戶，越來越多的家庭都擁有自己美好的“數(shù)字回憶”，怎樣回顧這些讓人難忘的記憶呢？傳統(tǒng)的方式是將相片沖洗成實(shí)物，或者將數(shù)字資源上傳到PC觀看。但是這些數(shù)字資源往往數(shù)量巨大，沖洗成實(shí)物浪費(fèi)資源，且使用起來極不方便。數(shù)碼相框以其便捷，可重復(fù)使用等特點(diǎn)，極大的滿足了人們?cè)谶@一方面應(yīng)用的需求。本設(shè)計(jì)提出了一種實(shí)現(xiàn)數(shù)碼相框的方案，并加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)功能。

1 技術(shù)方案

目前數(shù)碼相機(jī)生產(chǎn)的圖片格式大多為.jpg文件，顯示這些圖片需要進(jìn)行JPEG解碼處理，同時(shí)為了顯示的流暢性，對(duì)圖片處理實(shí)時(shí)性有較高的要求。結(jié)合功能需求與性價(jià)比考慮，選用低功耗、高性能的32位ARM處理器S3C2440。

基于ARM920T體系結(jié)構(gòu)的S3C2440嵌入式微處理器具有如下特點(diǎn)：16／32bit處理字長(zhǎng)，ARM920T內(nèi)核，擁有MMU與CACHE，IIS總線控制器，LCD控制器，ADC控制器，最高工作頻率達(dá)到400MHz，運(yùn)算能力為440MIPS，能夠勝任圖像的處理任務(wù)；LCD控制器、ADC控制器為使用觸摸屏設(shè)備提供了方便，簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)[1]。所以，硬件部分采用在S3C2440基礎(chǔ)上構(gòu)建的一個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式平臺(tái)。

軟件部分選擇較新的Linux2.6.30操作系統(tǒng)，Linux操作系統(tǒng)屬于開源免費(fèi)的，可大大降低產(chǎn)品的開發(fā)成本。Linux操作系統(tǒng)遵守GPL開發(fā)原則，可找到豐富的驅(qū)動(dòng)程序源碼以及庫函數(shù)，該系統(tǒng)還支持TCP／IP協(xié)議棧，可以有效降低開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期[2]。完全滿足Web數(shù)碼相框的設(shè)計(jì)要求。

Qt是一個(gè)使用廣泛的面向?qū)ο缶幊痰目缙脚_(tái)圖形界面開發(fā)工具，擁有豐富的類庫、清晰的開發(fā)文檔。Qt/Embedded的API和Qt的API有著類似的接口，但是有針對(duì)嵌入式開發(fā)的特點(diǎn)進(jìn)行的改進(jìn)，包括手寫識(shí)別、選擇板和虛擬鍵盤等等。本設(shè)計(jì)使用Qt的QFtp類實(shí)現(xiàn)FTP客戶端用于傳輸圖片，使用QPixmap和QPainter類實(shí)現(xiàn)圖片的顯示以及調(diào)整。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 觸摸屏接口電路

觸摸屏接口電路主要包括兩部分，一是LCD顯示電路，二是 ADC轉(zhuǎn)換電路。本設(shè)計(jì)采用 480×272的 TFT LCD，S3C2440 LCD控制器能夠?yàn)門FT屏提供必要的控制信號(hào)，比如幀同步信號(hào)VFRAME，行同步信號(hào) VLINE，時(shí)鐘信號(hào)VCLK等。圖2是LCD控制器的框圖，其中REGBANK是LCD控制寄存器組，包括了17個(gè)LCD控制寄存器以及一款256×16的調(diào)色板內(nèi)存；LCDCDMA是其專用的DMA通道，可以自發(fā)地從總線上獲取圖片的數(shù)據(jù)；VIDPRCS將LCDCDMA中傳輸過來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成特定的格式；TIMEGEN與LPC3600，LCC3600協(xié)調(diào)產(chǎn)生LCD屏所需的控制時(shí)序。S3C2440與LCD的硬件連線如圖3所示。

圖1 硬件系統(tǒng)方案圖Fig.1 Hardware system diagram

圖4 DM9000連線示意圖Fig.4 DM9000 connection diagram

圖2 S3C2440 LCD控制器框圖Fig.2 S3C2440 LCD controller

圖3 S3C2440與LCD的硬件連線圖Fig.3 S3C2440 with LCD’s hardware diagram

S3C2440提供了觸摸屏的觸控接口，向外提供4個(gè)控制信號(hào)引腳:nYPON、YMON 、nXPON、XMON，以及兩個(gè)中斷信號(hào)：INT_ADC，表示 AD轉(zhuǎn)換完成；INT_TC，表示觸摸屏被按下或拿起。通過這兩個(gè)信號(hào)的不同組合，可以表達(dá)出不同的觸摸動(dòng)作，在應(yīng)用程序端可以識(shí)別并進(jìn)行處理。

2.2 網(wǎng)卡芯片DM9000接口電路

網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)采用目前常見的DM9000芯片。該芯片是一款高度集成的，低成本的單片快速以太網(wǎng)控制器，包含10M/100M物理層，16KB SDRAM以及通用的處理器接口，支持遠(yuǎn)端喚醒。S3C2440與DM9000之間采用地址線和數(shù)據(jù)線復(fù)用的方式，使用CMD信號(hào)來分辨他們。DM9000的訪問基址為 0x20000000（BANK4的基址）。nOE、nWE 分別控制讀/寫操作使能。完成一次數(shù)據(jù)的讀寫產(chǎn)一個(gè)中斷信號(hào)，接到EINT7。網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)如圖4所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 在S3C2440嵌入式平臺(tái)上搭建Linux系統(tǒng)簡(jiǎn)介

Linux的低成本、強(qiáng)大的定制功能（內(nèi)核可裁剪，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大）以及良好的移植性能，使得Linux在嵌入式系統(tǒng)方面得到廣泛應(yīng)用。搭建一個(gè)嵌入式linux系統(tǒng)通常需要以下幾個(gè)步驟：移植Bootloader；移植內(nèi)核；構(gòu)建根文件系統(tǒng)[3]。

3.1.1 移植Bootloader

使用Bootloader是為了在系統(tǒng)上電時(shí)，完成部分硬件設(shè)備的初始化，準(zhǔn)備好軟件環(huán)境，最后調(diào)用操作系統(tǒng)。U-BOOT是一款常用的Bootloader，可以引導(dǎo)多種操作系統(tǒng)，支持多種架構(gòu)的CPU。本設(shè)計(jì)采用的U-BOOT版本為1.1.6，主要完成的工作包括：修改SMDK2410板的系統(tǒng)時(shí)鐘、SDRAM時(shí)鐘設(shè)置方式，使其支持S3C2440芯片；新建nand_flash.c文件，修改對(duì)nand flash命令的支持，加入型號(hào)為 K9F1208U0B的nand flash的信息，添加配置的宏定義，然后在cpu/arm920t/s3c24x0/Makefile中的COBJS添加nand_flash.o項(xiàng)。

3.1.2 移植內(nèi)核

內(nèi)核移植的工作很多，這里只提出和本設(shè)計(jì)重點(diǎn)相關(guān)的幾個(gè)配置，配置LCD驅(qū)動(dòng)寄存器；設(shè)置Bufferframe；添加對(duì)DM9000驅(qū)動(dòng)的支持；選擇支持input子系統(tǒng)和yaffs子文件系統(tǒng)等，然后對(duì)該源碼進(jìn)行針對(duì)目標(biāo)平臺(tái)的交叉編譯（armlinux-），生成內(nèi)核鏡像文件，最后將鏡像文件燒寫到目標(biāo)平臺(tái)中。

3.1.3 構(gòu)建根文件系統(tǒng)

根文件系統(tǒng)存放著Linux操作系統(tǒng)啟動(dòng)必須的文件與程序，比如提供用于界面的shell程序，應(yīng)用程序使用的庫，配置文件等等。通常使用工具集來構(gòu)建根文件系統(tǒng)[4]。使用busybox工具集創(chuàng)建根文件系統(tǒng)主要包括以下步驟：獲取源代碼；配置，busybox中包含了數(shù)百個(gè)系統(tǒng)命令，嵌入式系統(tǒng)并不會(huì)完全使用到這些命令，可以篩選命令以減少根文件系統(tǒng)的大??；編譯，安裝；創(chuàng)建必要的目錄與文件，主要是etc目錄下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體配置的文件inittab，默認(rèn)啟動(dòng)腳本rcS，掛載文件系統(tǒng)需要的fstab文件以及dev目錄下的設(shè)備文件。隨后使用mkyaffs2工具將整個(gè)根文件系統(tǒng)制作成yaffs映像文件。

3.2 Qt/Embedded編程

3.2.1 通過QFtp類實(shí)現(xiàn)FTP客戶端功能

QFtp類提供了實(shí)現(xiàn)FTP通信的底層函數(shù)：connectToHost（）， login（）， close（）， list（）， cd（）， get（）， put（）， remove（），mkdir（）， rmdir（）， rename（）和 rawCommand（），以異步方式工作，當(dāng)某個(gè)操作不能立即執(zhí)行完的時(shí)候，馬上返回繼續(xù)執(zhí)行下一條指令，通過發(fā)送signals來對(duì)執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行通知。使用時(shí)封裝一個(gè)自己的FtpWindow類，然后將QFtp類作為private成員，這樣就可以調(diào)用QFtp類中的底層函數(shù)來實(shí)現(xiàn)FTP 通信[5]。

在FtpWindow類的構(gòu)造函數(shù) FtpWindow::FtpWindow（）中設(shè)置GUI，設(shè)置好的客戶端界面如下所示：

圖5 FTP客戶端界面Fig.5 FTP client interface

然后通過信號(hào)與槽機(jī)制，設(shè)置按下各個(gè)功能按鈕后進(jìn)行的操作。

connect （progressDialog， SIGNAL （canceled （））， this，SLOT（cancelDownload（）））；//取消下載

connect（connectButton， SIGNAL（clicked（））， this， SLOT（connectToFtp（）））；//連接 FTP 服務(wù)器

connect （cdToParentButton， SIGNAL （clicked （））， this，SLOT（cdToParent（）））；//返回上層目錄

connect （downloadButton， SIGNAL （clicked （））， this，SLOT（downloadFile（）））；//下載文件

connect （quitButton， SIGNAL （clicked （））， this， SLOT（close（）））；//退出

輸入ftp服務(wù)器地址，調(diào)用connectToFtp函數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)新的QFtp對(duì)象ftp，使用信號(hào)與槽機(jī)制，關(guān)聯(lián)listInfo信號(hào)與addToList函數(shù):

connect （ftp， SIGNAL （listInfo （QUrlInfo））， this， SLOT（addToList（QUrlInfo）））；

將輸入的服務(wù)器地址作為參數(shù)傳遞給QUrl對(duì)象，QUrl類含有對(duì)url地址進(jìn)行解析的函數(shù)。它默認(rèn)的ftp有效地址結(jié)構(gòu)如下所示。

圖6 Ftp有效地址結(jié)構(gòu)Fig.6 Ftp valid address structure

將解析出的參數(shù)傳遞給QFtp::connetToHost函數(shù)，連接主機(jī)。如果url中指定用戶名與密碼，使用QFtp::login（url.user（），url.password（））進(jìn)行登錄。登錄后，QFtp::list（）將查詢服務(wù)器上的目錄，發(fā)出listInfo（const QUrlInfo&）信號(hào)觸發(fā)addToList函數(shù)為目錄下的每個(gè)文件及目錄創(chuàng)建一個(gè)QTreeWidgetItem對(duì)象，利用 QUrlInfo型參數(shù)對(duì)QTreeWidgetItem對(duì)象進(jìn)行設(shè)置，完成后添加至FtpWindow::QTreeWidget對(duì)象filelist。在GUI界面就可以看到這些目錄項(xiàng)了。

當(dāng)一個(gè)目錄項(xiàng)被雙擊時(shí)，將調(diào)用FtpWindow::processItem（），查詢isDirectory里關(guān)于該項(xiàng)的記錄，如果是目錄，就改變當(dāng)前路徑，進(jìn)入到新目錄，更新filelist。下載文件時(shí)，downloadFile（）函數(shù)使用 QFtp::get（）函數(shù)下載文件。FtpWindow::QTreeWidget對(duì)象獲取選定文件的文件名，在客戶端建立一個(gè)QFile對(duì)象使用該文件名作為參數(shù)，在本地目錄建立文件。

3.2.2 圖片顯示

Qt畫圖機(jī)制為屏幕顯示提供了統(tǒng)一的API接口，主要分為 3類：QPainter類，QPaintDevice類和 QPaintEngine類。QPainter類提供了畫圖操作的各種接口；QPaintDevie類提供了用于畫圖的空間，是所有可以用QPainter類進(jìn)行繪圖的類的基類；QPaintEngine類類則是內(nèi)部使用的抽象接口，是前面兩種類的橋梁[6]。

常用的畫圖容器有QPixmap，QImage。QPixmap是針對(duì)熒幕顯示圖像而設(shè)計(jì)并最佳化，依賴于所在平臺(tái)的原生繪圖引擎，所以一些效果的展現(xiàn)（比如反鋸齒），在不同的平臺(tái)上可能會(huì)有不一致的結(jié)果，并且無法提供個(gè)別像素的存取。QImage使用Qt自身的繪圖引擎，可在不同平臺(tái)上顯示相同的圖像效果，并可透過 setPixpel（）、pixel（）等方法，直接存取指定的像素。本設(shè)計(jì)采用的是QPixmap。

圖片顯示主要實(shí)現(xiàn)的功能包括：圖片顯示，縮放，翻轉(zhuǎn)。在圖片顯示主界面設(shè)置toolbar，設(shè)置相應(yīng)功能的圖標(biāo)，當(dāng)我們按下這些圖標(biāo)的時(shí)候，就可以通過信號(hào)與槽機(jī)制，調(diào)用到相應(yīng)的功能函數(shù)，實(shí)現(xiàn)圖片的切換，縮放，翻轉(zhuǎn)功能。

顯示圖片：編譯Qt/Embedded時(shí)，在configure中指定我們需要顯示jpg，jpeg格式，就由Qt自身實(shí)現(xiàn)圖片的編解碼，而不需要借助第三方的軟件。調(diào)用QPainter::drawPixmap（int x，int y， int width， int height， const QPixmap&pixmap） 繪制需要的圖片，繪制時(shí)參數(shù)有多種。上述的參數(shù)表使用x，y指定顯示位置，width、height限定顯示的大小。可通過（QPixmap::load（））::size（）獲取加載圖片的尺寸可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。pixmap是繪圖容器，pixmap.load（）從本地文件夾里加載需要顯示的圖片。

縮放：在播放圖片的時(shí)候，會(huì)因?yàn)楸壤头直媛实膯栴}而導(dǎo)致圖片不能全屏顯示，為了更好的展示圖片的細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)了圖片縮放功能。本設(shè)計(jì)指定，每按一次放大/縮小按鈕，邊框變化10%。以放大為例：

圖7 pixmap縮放模式Fig.7 Pixmap scale mode

Qt::IgnoreAspectRatio:忽略長(zhǎng)寬比，按指定的大小縮放；

Qt::KeepAspectRatio:保持長(zhǎng)寬比，并讓圖片在指定外框內(nèi)盡量縮放；

Qt::KeepAspectRatioByExpanding：保持長(zhǎng)寬比，以邊框的最小長(zhǎng)度作為寬度進(jìn)行縮放。

圖片的翻轉(zhuǎn)通過改變QPainter的作圖坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)，常規(guī)情況下，QPainter作圖參照的坐標(biāo)系是顯示器上的像素點(diǎn)。通過 QPainter::rotate（qreal angle）函數(shù)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，angle 大于 0，順時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)；小于0，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)方案是基于Qt/Embedded的一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)碼相框?qū)崿F(xiàn)，使用QT類實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼相框顯示圖片的功能，另外，本設(shè)計(jì)可通過FTP客戶端從服務(wù)器端實(shí)時(shí)更新資源，解決了嵌入式產(chǎn)品內(nèi)存小帶來的不便。使用Qt/Embedded做開發(fā)，擁有大量的可用庫和清晰的指導(dǎo)文檔，便于實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展。

[1]Samsung.S3C2440A 32-Bit CMOS Microcontroller User’s Manual[C]//Revision 1 Publication Number:21-S3-C2440A-072004，2004.

[2]徐英慧，馬忠梅，王磊，等.ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)---基于S3C2410與Linux[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[3]天嵌科技.基于天嵌科技的SKY2440/TQ2440的Linux系統(tǒng)移植手冊(cè)V4.5.2010.6.5[EB/OL].http://www.armbbs.net/forum.php mod=viewthread&tid=630&extra=page%3D2.

[4]韋東山.嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[5]Jasmin Blanchette， Mark Summerfield.C ++ GUI Programming with Qt4[M].Pretice Hall Ptr，2007.

[6]周潔.基于Qtopia的數(shù)碼相框軟件開發(fā) [J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，29（2）:88-93.

ZHOU Jie.Digital album software development based on Qtopia[J].Journal of East China Jiaotong University，2012，29（2）:88-93.