郭 杰(西安航空學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院,西安,710077)
基于嵌入式移動(dòng)智能終端軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
郭 杰
(西安航空學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院,西安,710077)
本文首先介紹了嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的概況,之后對(duì)B/S、C/S兩種架構(gòu)形式進(jìn)行了分析,找出其優(yōu)勢(shì)與不足,并建立了兩種架構(gòu)形式為一體的移動(dòng)智能終端。
B/S、C/S架構(gòu);嵌入式;移動(dòng)智能終端
嵌入式系統(tǒng)以芯片設(shè)計(jì)為中心,面向軟件開發(fā)方向。目前的嵌入式系統(tǒng)主要包含以下幾種:Windows、 Epoc、Ecos、Linux等。這些系統(tǒng)對(duì)嵌入式系統(tǒng)硬件有很好的支持,對(duì)其系統(tǒng)的高級(jí)功能,也有成熟的技術(shù)支持。有了系統(tǒng)的支持,開發(fā)人員在開發(fā)網(wǎng)絡(luò)通訊功能之時(shí),只需要針對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)跟PC機(jī)上相同的編程,如采用Socket等,不需要擔(dān)心第一、二層的工作情況。嵌入式系統(tǒng)有以上的優(yōu)勢(shì),再結(jié)合Linux等系統(tǒng),完全能夠代替普通PC機(jī)作為終端使用。于是本文選擇嵌入式系統(tǒng)作為移動(dòng)智能終端設(shè)備。
智能客戶端(圖1)既不基于B/S架構(gòu),也不基于C/S架構(gòu),其基于Web體系,兼具B/S、C/S兩者的優(yōu)勢(shì)。但是跟兩種架構(gòu)相比較來說,Web體系擁有其明顯的優(yōu)勢(shì)??偨Y(jié)起來可以概括為一下三點(diǎn):享受本地資源;具備離線能力;智能化。在企業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi),智能客戶端能夠自由的與系統(tǒng)鏈接進(jìn)行數(shù)據(jù)互換。Web智能客戶端能夠使用行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與任何遠(yuǎn)程系統(tǒng)進(jìn)行信息的互換。更需特別提到的是,無論是否連接到互聯(lián)網(wǎng),智能客戶端都能夠正常運(yùn)行?;ヂ?lián)網(wǎng)連接正常時(shí),作為終端運(yùn)行,互聯(lián)網(wǎng)斷開時(shí),依靠本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)與基本應(yīng)用程序運(yùn)行,并有效保存數(shù)據(jù),在互聯(lián)網(wǎng)連接之后自動(dòng)上傳。這就直接避免了因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)的斷開造成對(duì)終端的影響,使用起來更加方便。
圖1 B/S、C/S兩種架構(gòu)的混合
本文提到的基于嵌入式系統(tǒng)的移動(dòng)智能終端系統(tǒng)設(shè)計(jì),有B/S架構(gòu)與C/S架構(gòu)不可比擬的優(yōu)勢(shì),充分表現(xiàn)了移動(dòng)智能客戶端的優(yōu)勢(shì),并且將客戶端對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的依賴降到最低;在硬件方面,移動(dòng)智能終端有其優(yōu)勢(shì)。總的來說,移動(dòng)智能終端價(jià)格低廉、可靠程度高,并且易于擴(kuò)展型號(hào),又能夠在網(wǎng)絡(luò)斷開的情況下正常運(yùn)行,更能滿客戶的使用體驗(yàn)。在進(jìn)行終端應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)時(shí),數(shù)據(jù)處理的體系結(jié)構(gòu),有兩種方法:以數(shù)據(jù)為中心,以方法為中心。以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用程序有一個(gè)本地安裝的數(shù)據(jù)庫(kù),并且該數(shù)據(jù)庫(kù)在互聯(lián)網(wǎng)連接上之后,能夠?qū)⒈镜財(cái)?shù)據(jù)重新傳回服務(wù)器,進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理工作。使用面向服務(wù)方法的應(yīng)用程序,信息會(huì)存儲(chǔ)到消息中,并當(dāng)脫機(jī)時(shí)將消息排列到隊(duì)列之中,在互聯(lián)網(wǎng)重新連接之后,進(jìn)行消息的處理工作。本文認(rèn)為移動(dòng)智能終端是建立在離線與在線基礎(chǔ)上的智能終端,于是采用的為面向服務(wù)的方法,若沒有辦法進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)連接之時(shí),采用離線的形式,終端作為獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集處理器使用。數(shù)據(jù)庫(kù)與應(yīng)用程序都在本地的存儲(chǔ)介質(zhì)中,也就能夠執(zhí)行互聯(lián)網(wǎng)連接正常時(shí)相同的業(yè)務(wù)功能。不同點(diǎn)在于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到了本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)之后,在互聯(lián)網(wǎng)斷開這段時(shí)間之內(nèi),將信息保存在特定文件之中,并等到互聯(lián)網(wǎng)連接之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。
隨著物聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用,對(duì)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的要求也不斷提高。在硬件方面需要更高速度,性能需要更優(yōu)越的性能,系統(tǒng)的穩(wěn)定性也不需要不斷提升;在軟件方面,同樣也提出了在不同行業(yè)中的不用應(yīng)用需求,以及更好的交互界面。因此,為了保證物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,需要設(shè)定一款多功能的、穩(wěn)定的移動(dòng)智能終端。
4.1系統(tǒng)架構(gòu)
終端的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案可參考下圖(圖2)。整機(jī)系統(tǒng)的組成主要由應(yīng)用軟件、應(yīng)用軟件的支撐、操作系統(tǒng)、外設(shè)模塊等組成。
應(yīng)用軟件:根據(jù)不同的行業(yè)配備;應(yīng)用支撐;提供業(yè)務(wù)支撐,整機(jī)操作,主要包括通信協(xié)議、手寫輸入、視頻解碼等;操作系統(tǒng)與設(shè)備驅(qū)動(dòng):操作系統(tǒng)可使用安卓系統(tǒng),并根據(jù)不同的平臺(tái)采用不同的驅(qū)動(dòng)程序;硬件系統(tǒng):由 Exynos 4412、iNAND存儲(chǔ)等組成;外設(shè)模塊:顯示屏,觸摸屏等組成。
4.2設(shè)計(jì)方案
物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)智能終端是嵌入式技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求下的應(yīng)用。因此為了實(shí)現(xiàn)此功能,設(shè)計(jì)方案如下:嵌入式微控制器采用Exynos4412 處理器,這種處理器在目前市場(chǎng)上使用最廣、性價(jià)比最高。其自帶了很多的內(nèi)部控制器,降低了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度,并且也提供了多個(gè)外設(shè)接口,其中包括USB接口、攝像頭接口等。嵌入式操作系統(tǒng)采用現(xiàn)在的安卓系統(tǒng), Linux為內(nèi)核,這種設(shè)計(jì)為外設(shè)的增添以及驅(qū)動(dòng)的移植帶來了很大的便利,也給安卓系統(tǒng)提供了一整套的API,很容易滿足所需要的程序。為了滿足通信的需要,系統(tǒng)還開發(fā)了多種通信技術(shù),主要包括3g、wifi等,從而實(shí)現(xiàn)了終端與人的聯(lián)網(wǎng)功能,也真正實(shí)現(xiàn)了物物相連的物聯(lián)網(wǎng)的基本特征。為了信息的獲取,系統(tǒng)還加入了射頻識(shí)別模塊、音視頻輸入模塊等,這些模塊根據(jù)不同的需要可以進(jìn)行刪減,充分體現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)可裁剪的特性。
4.3硬件設(shè)計(jì)
為了節(jié)約設(shè)計(jì)開發(fā)成本,本文設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)智能移動(dòng)終端采用市場(chǎng)上成熟的 CES-4412P 開發(fā)板,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次設(shè)計(jì)開發(fā),增加所需要的相應(yīng)模塊。
CES-4412P 開發(fā)板由兩部分組成:核心板和擴(kuò)展板。其中核心板尺寸為:51*62mm,非常小巧且方便拆卸安裝。擴(kuò)展板的尺寸為:126*191mm,其中集成了 3G、無線 Bluetooth、WiFi、Camera、GPS 等功能模組,帶有 HDMI1.4(1080P/60Hz) 高清接口。顯示及交互部分可支持 7 寸多點(diǎn)電容 ( 或電阻 ) 液晶顯示觸摸屏,以及 10.1 寸多點(diǎn)觸摸電容液晶屏,用戶可以根據(jù)實(shí)際需要自由選擇。
為了節(jié)約制作成本,本次所設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)智能終端采用市場(chǎng)上應(yīng)用廣泛的CES-4412P 開發(fā)板,并在此基礎(chǔ)上做了二次開發(fā),增加了所需要的模塊。
CES-4412P 開發(fā)板由兩部分組成:核心板以及擴(kuò)展板。顯示以及交互的部分能夠融安7、10寸多點(diǎn)電容液晶觸摸屏,用戶能夠根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
4.4軟件設(shè)計(jì)
本文的物聯(lián)網(wǎng)智能移動(dòng)終端,是為了滿足多功能多用途的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。為了達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo),綜合各種因素考慮,終端采用目前市場(chǎng)上占優(yōu)勢(shì)地位的Android操作系統(tǒng)。在具體的 CES-4412P 開發(fā)板上,除了 Android 系統(tǒng)外還需要其他的一些輔助軟件來完成整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。在 Exynos4412 處理器的內(nèi)部有一個(gè) 64KB 大小的 iROM和一個(gè) 256KB 大小的 iRAM,在系統(tǒng)上電或者重啟時(shí),會(huì)首先執(zhí)行存儲(chǔ)在 iROM 里面的程序,時(shí)這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的代碼,用于處理器內(nèi)部最基本的初始化,等到內(nèi)部初始化完成之后,會(huì)從外部存儲(chǔ)設(shè)備中讀取bootloaer 代碼,這里的外部存儲(chǔ)設(shè)備可以是普通的 NAND Flash 存儲(chǔ)器、SD卡、eMMC 存儲(chǔ)設(shè)備或者 USB 存儲(chǔ)設(shè)備。
本文分析了融合了嵌入式技術(shù)和B/S架構(gòu)、C/S兩種架構(gòu)為一體的移動(dòng)終端的優(yōu)勢(shì),并以物聯(lián)網(wǎng)為例子具體分析了嵌入式移動(dòng)智能終端的設(shè)計(jì)。該移動(dòng)智能終端克服了傳統(tǒng)的客戶端對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴性,采用先進(jìn)的嵌入式技術(shù),在進(jìn)行其性能優(yōu)化的前提下,提高了其實(shí)用性,不僅功能專一、結(jié)構(gòu)緊湊且價(jià)格低廉。
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郭杰,(1980-)男,大學(xué)本科學(xué)歷,研究生在讀,軟件工程師,西安航空學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院,主要從事計(jì)算機(jī)硬件課程嵌入式于網(wǎng)絡(luò)方面教學(xué)及研究。
Design embedded mobile intelligent terminal software system based on
Guo Jie
(Xi’An Aeronautical University Computer academy,Xi’An,710077)
This paper provides an overview of the development of embedded systems,After B / S, C / S in the form of both architectures were analyzed to identify its strengths and weaknesses,and the establishment of two architectural forms as one of the mobile intelligent terminal .
B / S, C / S architecture; embedded;mobile intelligent terminal
圖2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案架構(gòu)