采用Android系統(tǒng)與嵌入式ARM硬件開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)家庭體感娛樂(lè)平臺(tái)

引言

本文基于TI公司的OMAP3515開(kāi)源平臺(tái)設(shè)計(jì)了一款客廳游戲主機(jī)，開(kāi)源軟件平臺(tái)使用Linux系統(tǒng)，獨(dú)立移植了更流行、界面更友好的Android系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了平臺(tái)軟件SDK,研發(fā)了hopoplayer播放器，支持Flash格式的游戲，并建立了友好的移植框架，可方便地移植到其他平臺(tái)使用，主機(jī)使用體感手柄控制顯示界面和操控體感游戲。完整的家庭體感娛樂(lè)平臺(tái)如圖1所示。

圖1 家庭體感娛樂(lè)平臺(tái)

1 客廳游戲主機(jī)

客廳游戲主機(jī)基于TI公司的OMAP3515開(kāi)源平臺(tái)設(shè)計(jì)。軟件上，可以選擇Android系統(tǒng)，也可以選擇Linux系統(tǒng)。Android系統(tǒng)也是基于開(kāi)源Linux系統(tǒng)內(nèi)核，所以設(shè)計(jì)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)、HDMI驅(qū)動(dòng)、音頻驅(qū)動(dòng)、顯示驅(qū)動(dòng)、NAND Flash驅(qū)動(dòng)、USB驅(qū)動(dòng)原理相同。硬件上，更換了網(wǎng)卡芯片、電源管理芯片、音頻解碼芯片、USB芯片和NAND Flash芯片，增加了HDMI驅(qū)動(dòng)芯片。

Linux系統(tǒng)和Android系統(tǒng)使用相同的引導(dǎo)程序xloader、uboot,設(shè)計(jì)不同的kernel和文件系統(tǒng)，修改不同的啟動(dòng)參數(shù)即可選擇Linux系統(tǒng)或Android系統(tǒng)。

移植Android系統(tǒng)到嵌入式Linux平臺(tái)設(shè)備，主要有兩種方法：一種是在使用的內(nèi)核里打Android補(bǔ)丁，補(bǔ)丁量比較大，出錯(cuò)的機(jī)會(huì)也大，移植時(shí)間也會(huì)很長(zhǎng)；另一種是使用開(kāi)源的Android系統(tǒng)，將平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)和配置等打補(bǔ)丁，添加到Android系統(tǒng)中，本文采用了這種方法。

1.1 下載Android源碼和建立編譯環(huán)境

主機(jī)系統(tǒng)： Linux Fedora 10.

（1） 下載Android源碼

$ yum install gitcore

$ curl http://android.git.kernel.org/repo >~/bin/repo

$ chmod a+x ~/bin/repo

$ mkdir rowboatandroid

$ cd rowboatandroid

$ repo init u git://gitorious.org/rowboat/manifest.git m rowboatdonut.xml

$ repo sync

（2） 建立編譯環(huán)境

① 準(zhǔn)備需要的開(kāi)發(fā)包：

Git 1.5.4 or newer and the GNU Privacy Guard.

JDK 5.0, update 12 or higher. Java 6 is not supported, because of incompatibilities with @Override.

flex, bison, gperf, libsdldev, libesd0dev, libwxgtk2.6dev （optional）， buildessential, zip, curl, minicom, tftpserver, ubootmkimage

② 對(duì)于Fedora 10使用如下命令：

$ yum install bison gperf flex xorgx11protodevel readlinedevel

下載jdk1_5_0_22linuxi586.bin,安裝在/usr/local/hualu/android/rowboatandroid/jdk1.5.0_22下。

圖2 主機(jī)框架

修改java環(huán)境變量：

export JAVA_HOME=/usr/local/hualu/android/rowboatandroid/jdk1.5.0_22

export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH

export CLASSPATH=$JAVA_HOME/lib/tools.jar:$JAVA_HOME/lib/dt.jar:$CLASSPATH

For Ubuntu 32bit use such command:

$ sudo aptget install gitcore gnupg sunjava5jdk flex bison gperf libsdldev libesd0dev libwxgtk2.6dev buildessential zip curl libncurses5dev zlib1gdev minicom tftpd ubootmkimage

Ubuntu Intrepid （8.10） users may need a newer version of libreadline:

$ sudo aptget install lib32readline5dev

下載jdk1_5_0_22linuxi586.bin,安裝在/usr/local/hualu/android/rowboatandroid/jdk1.5.0_22下。

修改java環(huán)境變量：

export JAVA_HOME=/usr/local/hualu/android/rowboatandroid/jdk1.5.0_22

export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH

export CLASSPATH=$JAVA_HOME/ lib/tools.jar:$JAVA_HOME/lib/dt.jar:$CLASSPATH

③ 建立rootfs:

$ make TARGET_PRODUCT=omap3evm TARGET_BUILD_VARIANT=tests j8

$ cd out/target/product/omap3evm

$ mkdir android_rootfs

$ cp r root/* android_rootfs

$ cp r system android_rootfs

$ sudo ////build/tools/mktarball.sh ///host/linuxx86/bin/fs_get_stats android_rootfs . rootfs rootfs.tar.bz2

④ 建立kernel:

$make ARCH=arm omap3_evm_android_defconfig

1.2 移植Android系統(tǒng)的主要流程

① 首先到http://code.google.com/p/rowboat/wiki/Source網(wǎng)站，參考說(shuō)明下載2.6.29 kernel和omap3evmdonut20091222.tar.bz2 文件系統(tǒng)。

如果只下載TI OMAP3EVM 內(nèi)核，可以使用git clone git://gitorious.org/rowboat/kernel.git.

② 修改uboot的啟動(dòng)參數(shù)：

setenv bootargs mem=128M console=ttyS2,115200n8 root=/dev/mmcblk0p2 rw init=/init rootwait。

③ 把平臺(tái)上在TI OMAP3EVM中修改的內(nèi)容打補(bǔ)丁，移植到步驟①下載的內(nèi)核中，重點(diǎn)是針對(duì)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)和顯示部分。

④ 拷貝修改后內(nèi)核的uImage和文件系統(tǒng)到的SD卡中，從SD卡啟動(dòng)Android系統(tǒng)。

⑤ 啟動(dòng)后首先出現(xiàn)機(jī)器人LOGO,然后出現(xiàn)"android"字體LOGO,最后出現(xiàn)Android主界面。

⑥ 優(yōu)化、修改啟動(dòng)界面，如需要從NAND Flash啟動(dòng)則修改相應(yīng)的啟動(dòng)參數(shù)和文件系統(tǒng)等。

1.3 主機(jī)框架

主機(jī)框架如圖2所示。

1.4 主機(jī)驅(qū)動(dòng)

主機(jī)基于Android系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)主要包括網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)、HDMI驅(qū)動(dòng)、音頻驅(qū)動(dòng)、顯示驅(qū)動(dòng)。

1.4.1 網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)

網(wǎng)卡原理圖如圖3所示。

圖3 網(wǎng)卡原理圖

uboot中修改支持LAN9220網(wǎng)卡：針對(duì)硬件原理圖修改初始化I/O口、 IRQ口，根據(jù)OMAP3530手冊(cè)的寄存器描述調(diào)整配置，完成網(wǎng)卡ID號(hào)識(shí)別、網(wǎng)卡初始化和makefile修改。

內(nèi)核中修改支持LAN9220網(wǎng)卡： 從原理圖確認(rèn)網(wǎng)卡訪問(wèn)基址為0x18000000（gpmc_cs3的基址），這個(gè)是物理地址，總線位寬為16,中斷引腳為GPMC_IRQ（對(duì)應(yīng)OMAP3530的GPIO65），增加LAN9220平臺(tái)設(shè)備，配置內(nèi)核將LAN9220靜態(tài)編譯進(jìn)內(nèi)核。

1.4.2 HDMI驅(qū)動(dòng)

HDMI驅(qū)動(dòng)包括平臺(tái)設(shè)備注冊(cè)和中斷、熱插拔初始化、HDMI音頻設(shè)備注冊(cè)和初始化、視頻分辨率設(shè)置和初始化，參考AD9889B_AD9389B Programmers Guide.pdf和EIA/CEA861B標(biāo)準(zhǔn)。

1.4.3 音頻驅(qū)動(dòng)

uboot中對(duì)音頻的輸出設(shè)置：

函數(shù)int misc_init_r（void）中*（（uint *） 0x4807402c）=0x1f10; // 0x1f10或 0x1f07

根據(jù)芯片手冊(cè)設(shè)置為低位0x10對(duì)應(yīng)的音頻采樣頻率fs為44.1 kHz,128fs;低位0x07對(duì)應(yīng)的音頻采樣頻率fs為44.1 kHz,256fs.

計(jì)算方法為：

96 MHz/（16 + 1）=5.647 MHz

MCLK=44.1 kHz×128=5.644 8 MHz（誤差較小）

96 MHz/（07 + 1）=12 MHz

MCLK=44.1 kHz×256=11.289 6 MHz（誤差較大）

實(shí)際應(yīng)用中兩者都可以，我們使用的是采樣頻率fs為44.1 kHz,128fs.

在內(nèi)核中對(duì)HDMI音頻進(jìn)行初始化，并修改音頻驅(qū)動(dòng)。在函數(shù)static int omap_mcbsp_dai_set_dai_fmt（struct snd_soc_dai *cpu_dai,unsigned int fmt）中令：

regs->srgr1 |=1;//1或3.為1對(duì)應(yīng)音頻采樣頻率為44.1 kHz,128fs;為3對(duì)應(yīng)音頻采樣頻率為44.1 kHz,256fs

計(jì)算方法為：

BCLK=fs×iis位數(shù)×channel數(shù)

=44.1 kHz×32×2=2.822 4 MHz

MCLK/BCLK=1+X

得到：

X=1→MCLK=5.644 8 MHz

X=3→MCLK=11.289 6 MHz

此處必須和uboot中配置一致，統(tǒng)一為44.1 kHz,128fs,或是44.1 kHz,256fs,這里使用的是采樣頻率fs為44.1 kHz,128fs.

1.4.4 顯示驅(qū)動(dòng)

DSS顯示驅(qū)動(dòng)原理：

FB0→GFX→LCD,

FB1→VID1→LCD

復(fù)制GFX層到HDMI和TV,實(shí)現(xiàn)HDMI和TV的CVBS同時(shí)輸出相同視頻內(nèi)容。

FB0→GFX→HDMI→HDMI→VID1→TV→TV

其中，F(xiàn)B為FrameBuffer,GFX為圖形顯示層，VID為視頻顯示層。

2 操控手柄識(shí)別和游戲內(nèi)容

2.1 操控的手柄識(shí)別

Android系統(tǒng)識(shí)別體感手柄，需要確認(rèn)內(nèi)核配置：

Device Drivers﹥Input device support

<*>Event interface

<*>Event debugging

Device Drivers﹥HID Devices

<*> Generic HID support

<*> USB Human Interface Device （full HID） support

2.2 游戲內(nèi)容

主機(jī)上已有100余款家庭休閑體感游戲，以標(biāo)準(zhǔn)flash為游戲格式。

3 平臺(tái)軟件SDK

平臺(tái)軟件SDK是一個(gè)面向嵌入式終端的軟件SDK,可跨平臺(tái)移植，移植后可運(yùn)行在嵌入式主機(jī)、藍(lán)光播放器、高清機(jī)頂盒上。這些平臺(tái)也可以使用體感手柄體驗(yàn)我們的體感游戲。

3.1 平臺(tái)軟件SDK開(kāi)發(fā)

平臺(tái)軟件SDK開(kāi)發(fā)步驟：

① 編譯移植開(kāi)源Gnash flash播放器到我們平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)flash視頻可以正常播放，打造出我們自己的hopoplayer播放器，支持flash格式的游戲。

② 建立hopoplayer播放器移植框架，方便移植到其他平臺(tái)使用。

3.2 平臺(tái)軟件SDK特點(diǎn)

hopoplayer播放器具有如下特點(diǎn)：

◆ 支持SWF v8、action script 2.0.

◆ 支持H263、H264等FLV視頻。

◆ 支持MP3、XML.

◆ 具有良好的可移植性，支持Linux、Android,支持x86、ARM、 MIPS、SH4等CPU.

◆ 可播放YouTube、優(yōu)酷等網(wǎng)站FLV視頻。

◆ 運(yùn)行速度快，內(nèi)存消耗少。

結(jié)語(yǔ)

研發(fā)了一款嵌入式游戲主機(jī)，能夠使用我們?cè)O(shè)計(jì)的體感手柄操作界面和體感游戲。通過(guò)平臺(tái)軟件SDK的 hopoplayer播放器，可以方便地實(shí)現(xiàn)移植hopoplayer到其他平臺(tái)使用。嵌入式主機(jī)、體感手柄、平臺(tái)軟件SDK,打造了完整的家庭體感娛樂(lè)平臺(tái)。高清機(jī)頂盒或者藍(lán)光播放器、體感手柄、平臺(tái)軟件SDK,也同樣可以實(shí)現(xiàn)我們的家庭體感娛樂(lè)平臺(tái)。