采用Android系统与嵌入式ARM硬件开发实现家庭体感娱乐平台

引言

本文基于TI公司的OMAP3515开源平台设计了一款客厅游戏主机，开源软件平台使用Linux系统，独立移植了更流行、界面更友好的Android系统，开发了平台软件SDK,研发了hopoplayer播放器，支持Flash格式的游戏，并建立了友好的移植框架，可方便地移植到其他平台使用，主机使用体感手柄控制显示界面和操控体感游戏。完整的家庭体感娱乐平台如图1所示。

图1 家庭体感娱乐平台

1 客厅游戏主机

客厅游戏主机基于TI公司的OMAP3515开源平台设计。软件上，可以选择Android系统，也可以选择Linux系统。Android系统也是基于开源Linux系统内核，所以设计网卡驱动、HDMI驱动、音频驱动、显示驱动、NAND Flash驱动、USB驱动原理相同。硬件上，更换了网卡芯片、电源管理芯片、音频解码芯片、USB芯片和NAND Flash芯片，增加了HDMI驱动芯片。

Linux系统和Android系统使用相同的引导程序xloader、uboot,设计不同的kernel和文件系统，修改不同的启动参数即可选择Linux系统或Android系统。

移植Android系统到嵌入式Linux平台设备，主要有两种方法：一种是在使用的内核里打Android补丁，补丁量比较大，出错的机会也大，移植时间也会很长；另一种是使用开源的Android系统，将平台的驱动和配置等打补丁，添加到Android系统中，本文采用了这种方法。

1.1 下载Android源码和建立编译环境

主机系统： Linux Fedora 10.

（1） 下载Android源码

$ 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） 建立编译环境

① 准备需要的开发包：

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 对于Fedora 10使用如下命令：

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

下载jdk1_5_0_22linuxi586.bin,安装在/usr/local/hualu/android/rowboatandroid/jdk1.5.0_22下。

图2 主机框架

修改java环境变量：

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

下载jdk1_5_0_22linuxi586.bin,安装在/usr/local/hualu/android/rowboatandroid/jdk1.5.0_22下。

修改java环境变量：

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系统的主要流程

① 首先到http://code.google.com/p/rowboat/wiki/Source网站，参考说明下载2.6.29 kernel和omap3evmdonut20091222.tar.bz2 文件系统。

如果只下载TI OMAP3EVM 内核，可以使用git clone git://gitorious.org/rowboat/kernel.git.

② 修改uboot的启动参数：

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

③ 把平台上在TI OMAP3EVM中修改的内容打补丁，移植到步骤①下载的内核中，重点是针对平台的驱动和显示部分。

④ 拷贝修改后内核的uImage和文件系统到的SD卡中，从SD卡启动Android系统。

⑤ 启动后首先出现机器人LOGO,然后出现"android"字体LOGO,最后出现Android主界面。

⑥ 优化、修改启动界面，如需要从NAND Flash启动则修改相应的启动参数和文件系统等。

1.3 主机框架

主机框架如图2所示。

1.4 主机驱动

主机基于Android系统，驱动主要包括网卡驱动、HDMI驱动、音频驱动、显示驱动。

1.4.1 网卡驱动

网卡原理图如图3所示。

图3 网卡原理图

uboot中修改支持LAN9220网卡：针对硬件原理图修改初始化I/O口、 IRQ口，根据OMAP3530手册的寄存器描述调整配置，完成网卡ID号识别、网卡初始化和makefile修改。

内核中修改支持LAN9220网卡： 从原理图确认网卡访问基址为0x18000000（gpmc_cs3的基址），这个是物理地址，总线位宽为16,中断引脚为GPMC_IRQ（对应OMAP3530的GPIO65），增加LAN9220平台设备，配置内核将LAN9220静态编译进内核。

1.4.2 HDMI驱动

HDMI驱动包括平台设备注册和中断、热插拔初始化、HDMI音频设备注册和初始化、视频分辨率设置和初始化，参考AD9889B_AD9389B Programmers Guide.pdf和EIA/CEA861B标准。

1.4.3 音频驱动

uboot中对音频的输出设置：

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

根据芯片手册设置为低位0x10对应的音频采样频率fs为44.1 kHz,128fs;低位0x07对应的音频采样频率fs为44.1 kHz,256fs.

计算方法为：

96 MHz/（16 + 1）=5.647 MHz

MCLK=44.1 kHz×128=5.644 8 MHz（误差较小）

96 MHz/（07 + 1）=12 MHz

MCLK=44.1 kHz×256=11.289 6 MHz（误差较大）

实际应用中两者都可以，我们使用的是采样频率fs为44.1 kHz,128fs.

在内核中对HDMI音频进行初始化，并修改音频驱动。在函数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.为1对应音频采样频率为44.1 kHz,128fs;为3对应音频采样频率为44.1 kHz,256fs

计算方法为：

BCLK=fs×iis位数×channel数

=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

此处必须和uboot中配置一致，统一为44.1 kHz,128fs,或是44.1 kHz,256fs,这里使用的是采样频率fs为44.1 kHz,128fs.

1.4.4 显示驱动

DSS显示驱动原理：

FB0→GFX→LCD,

FB1→VID1→LCD

复制GFX层到HDMI和TV,实现HDMI和TV的CVBS同时输出相同视频内容。

FB0→GFX→HDMI→HDMI→VID1→TV→TV

其中，FB为FrameBuffer,GFX为图形显示层，VID为视频显示层。

2 操控手柄识别和游戏内容

2.1 操控的手柄识别

Android系统识别体感手柄，需要确认内核配置：

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 游戏内容

主机上已有100余款家庭休闲体感游戏，以标准flash为游戏格式。

3 平台软件SDK

平台软件SDK是一个面向嵌入式终端的软件SDK,可跨平台移植，移植后可运行在嵌入式主机、蓝光播放器、高清机顶盒上。这些平台也可以使用体感手柄体验我们的体感游戏。

3.1 平台软件SDK开发

平台软件SDK开发步骤：

① 编译移植开源Gnash flash播放器到我们平台上，实现flash视频可以正常播放，打造出我们自己的hopoplayer播放器，支持flash格式的游戏。

② 建立hopoplayer播放器移植框架，方便移植到其他平台使用。

3.2 平台软件SDK特点

hopoplayer播放器具有如下特点：

◆ 支持SWF v8、action script 2.0.

◆ 支持H263、H264等FLV视频。

◆ 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、优酷等网站FLV视频。

◆ 运行速度快，内存消耗少。

结语

研发了一款嵌入式游戏主机，能够使用我们设计的体感手柄操作界面和体感游戏。通过平台软件SDK的 hopoplayer播放器，可以方便地实现移植hopoplayer到其他平台使用。嵌入式主机、体感手柄、平台软件SDK,打造了完整的家庭体感娱乐平台。高清机顶盒或者蓝光播放器、体感手柄、平台软件SDK,也同样可以实现我们的家庭体感娱乐平台。