《嵌入式软件开发》课程设计报告

《嵌入式软件开发》课程设计报告课题名称：基于ARM11开发平台小球碰撞设计与实现
专业班级：计算机科学与技术
目录
1、使用技术介绍 (1)
2、需求分析 (3)
3、概要设计 (4)
4、详细设计 (5)
5、成果展示 (11)
6、设计总结 (13)
7、附录 (16)
图1.2
1.3 五点校准法
为了方便理解，我们首先引入2个概念，坐标和逻辑坐标。

物理坐标就是触摸屏上点的实际位置，我们通常以液晶上点的个数来度量。

逻辑坐标就是触摸屏上这一点被触摸时A/D转换后的坐标值。

由于电阻式触摸屏的电压成线性均匀分布，那么A/D转换后的坐标也成线性。

假如我们将液晶最左下角点对应的解摸屏上的点定为物理坐标原点A其物理坐标记为（XA=0,YA=0），其逻辑坐标记为（XLA,YLA）（不一定为0）。

那么触摸屏上任意一点B的逻辑坐标可表达为：XLB=XLA+KXXB，YLB=YLA+KYYB。

其中KX、KY分别为触摸屏X方向和Y方向的因子系数，这就像弹簧一样，拉力与弹簧伸长正比。

KX、KY可能为正，也可能为负，这根据具体触摸屏安装的方向和特性。

每个液晶触摸屏，我们也应该单独计算每一个触摸屏的K系数。

如果A点不是坐标原点，也是任意一点可以表达成:XLB=XLA+KX(XB-XA)，YLB=YLA+KY(YB-YA)。

我们可以推出计算K系统的公式:KX=(XLB-XLA)/(XB-XA)，KY=(YLB-YLA)/(YB-YA)。

在液晶上固定的位置显示五个点，因为是固定的位置，所以这五个点的物理坐标是预知的。

这五个点不应太靠边，因为边缘点对应的触摸屏线性一般不太好。

（1）首先在ABCDE对应的位置逐步用尖状物触摸，得到五个点的逻辑坐标。

（2）分别比较A和C、B和D的横坐标，如果差值不在允许范围（你自己规定一个即可，比如5），则重复操作（1）（2）步。

（3）分别比较A和B、C和D的纵坐标，如果差值不在允许范围（你自己规定一个即可，比如5），则重复操作（1）（2）（3）步。

（4）用2组数据计算X向K系数平均值KX={(XLB-XLA)/(XB-XA)+(XLD-XLD)/(XD-XC)}/2（5）用2组数据计算Y系数平均值KY={(YLA-YLC)/(YA-YC)+(YLB-YLD)/(YB-YD)}/2（6）将C点逻辑坐标作为基坐标，根据式2-2则触摸屏上任意一点F逻辑坐标与基坐标的关系为：XLF=XLC+KX(XF-XC)
YLF=YLC+KY(YF-YC)
根据这个公式，我们也可逆推出F点的物理坐标XF=(XLF-XLC)/KX+XC
YF=(YLF-YLC)/KY+YC
（7）用公式2-4求出E点逻辑坐标，并与（1）步得到的E点坐标比较，如果差值不在允许范围（你自己规定一个即可，比如5），则重复操作以上步骤直到满足要求。

（8）将基坐标XLC、YLC、XC、YC和KX、KY记录在存储设备，触摸屏校正完成。

二、需求分析
2.1 功能需求
主要功能：实验设计在基于嵌入式Linux操作系统，arm11开发平台上进行相关操作，要求在LCD显示屏内，分别控制2个不同颜色的小球在LCD屏矩形显示区内不停地运动，当小球碰到边界时，反射改变运动方向，当两个小球相碰时，小球改变运动方向，并统计碰撞的次数。

图2.1 小球碰撞界面
2.2 界面需求
实验界面简洁，显示为一个矩形边框，界面中有两个个小球，小球通过撞击边框和相互碰撞不断运动。

开始碰撞：运行程序会出现小球碰撞程序主界面，如图2.2，点击开始碰撞进入小球碰撞程序；
退出：点击退出，返回退出小球碰撞界面，如图2.3
图2.2 程序主界面
图2.主界面
图2.3 退出小球碰撞界面
三、概要设计
3.1 系统组成
小球碰撞系统基于ARM11平台，利用Linux系统的调用和PC机的调试通过使用触摸屏在LED显示屏上显示两个小球相撞。

如图3.1
图3.1 系统组成图
1.ARM11处理：采用real6410基于ARM11嵌入式处理器内核，主频800MHz；
2.LCD显示器：4.3寸，分辨率480ⅹ272，16位RGB565彩色；
3.触摸屏：电阻式，支持4096ⅹ4096；
4.网络：以太网，支持100Mbps，TCP/IP协议；
3.2 功能模块
工程文件夹：ball
头文件程序：gui.h；ts.h
主控模块：main.c
触摸校准模块：ts.c
通过主控模块main.c来调用图形库gui.h和校准模块ts.c，以及小球碰撞函数，来在显示屏上实现小球碰撞功能，如图3.2。

图3.2 功能模块图
图4.1 main函数流程图
4.2 ball_move()函数:
void ball_move()函数：实现画出小球并让小球运动，当两个小球碰壁或相撞时，小球向反方向弹开并计算碰撞次数，运动到初始位置时，小球停止。

如图4.2 函数原型：void ball_move(ball_t *b )
输入参数：b 结构体指针类型通过b的值来判断小球碰撞的次数
返回值：无返回值
小球运动算法：
1）初始化：
w=480; h=272;
x=old_x=100; y=old_y=100; r=16;
x_dir = 1; y_dir = -1;
2）如果x <= r，则x_dir = 1 碰到左边界，向右运动；
3）如果x+r >= w，则 x_dir = -1 碰到右边界，向左运动；
4）如果y<=r，则y_dir = 1 碰到上边界，向下运动；
5）如果y+r >= h则y_dir = -1 碰到下边界，向上运动；
6）更新圆心坐标：x += x_dir; y += y_dir;
7）在原来位置用背景色画（即清除）；
8）在新位置用前景色画圆；
9）延时一段时间，使圆停留在屏幕上显示；
10）old_x = x; old_y = y;
11）如果运动到初始位置，则退出，否则跳转到2）
图4.2 ball_move函数流程图
4.3 get_hotpoint(int x, int y)函数：
get_hotpoint()函数：获得触摸屏幕上的热点，并判断是不是点击相应的位置，是返回一个值，不是返回-1，如图4.3
函数原型：get_hotpoint(int x, int y);
输入参数：x 整型，获得x坐标
y 整型，获得y坐标。

返回值：整型，返回r->v表示正常，返回-1表示异常
图4.3 获得热点函数流程图
4.4 小球函数所需要的相关函数
1）创建子进程fork()：
一个进程，包括代码、数据和分配给进程的资源。

pid_t pid;
pid = fork(); //创建子进程
if (pid == -1) exit(-1); //创建失败
if (pid == 0)
{
//子进程
}
else
{
//父进程
}
2）延时函数usleep()：
函数原型：
int usleep(useconds_t usec);
参数：
usec : 延时时间值，微秒。

包含头文件
#include <unistd.h>
3）进程之间共享内存通信：
创建或获取一个共享内存：
命令格式：
shmget(key,size,flag)
功能：
获得一个内部标识为shmid的共享存储区
语句格式：
Int shmid = int shmget(key_t key, int size, int flag );
参数说明：
key——共享存储区关键字，可以由用户指定，如果使用IPC_PRIVATE，其值由系统产生size——存储区的大小（字节数）。

如果存储区定义为字符型，则大小为定义的字符个数；如果存储区定义为整型，大小可以使用sizeof(int)加以定义。

flag——用户设置的标志或访问方式，与消息缓冲shmget中的含义相同，在实验中，可以使用0666|IPC_CREAT,表示任意进程可读写。

返回值：
正确返回：共享存储区的内部标识符shmid
错误返回：-1
4）将共享内存附接到进程虚拟地址空间：
五、成果展示
5.1 将相关的图片、驱动拷贝到用户目录下
图5.1 拷贝文件5.2 编译程序
图5.2 编译程序
5.3 连接目标机，运行程序
图5.3 运行程序5.4 登录界面展示
图5.4 登录界面5.5 小球碰撞界面展示
图5.5 小球碰撞界面
5.6 退出界面展示
图5.6 退出界面六、设计总结
七、附录
7.1 主函数程序
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include "gui.h"
#include "ts.h"
#define K_SIZE 4
typedef struct{
int x,y,r,c;。