基于Android系统的家庭体感娱乐平台

　　摘要： 介绍一款基于Android系统的家庭游戏主机，使用嵌入式ARM硬件平台开发，是汇集运动健身、体感互动、网络资讯、数字信息服务、电子商务等功能于一身的家庭体感娱乐平台。硬件方面使用TI公司的OMAP3515处理器；软件方面设计了方便移植的平台软件SDK;操控方面使用基于2.4G的无线体感手柄；显示方面选择家庭电视机作为显示终端。

　　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 Android源码和建立编译环境

　　主机系统： Linux Fedora 10.

　　（1） Android源码

　　$ yum install gitcore

　　$ curl https://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

　　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

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

　　如果只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,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。

参考文献:

[1]. FB1 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/FB1_1888814.html.