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北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文 手持抄表系统关键问题的研究 手持抄表系统关键问题的研究 摘要 本论文是针对嵌入式手持抄表系统的研究。论文中详细介绍了嵌 入式g u i 、软件平台和硬件平台的选择。对g u i 界面的设计进行了 描述，对数据处理方式进行了分析和比较，提出了适合手持抄表系统 的数据结构，使用该数据结构可以实现查询用户信息和显示用户信息 速度加快。 针对嵌入式手持终端每次充电后，使用时间比较短的现象，论文 中对耗电外设进行电源管理，当一段时间不操作手持终端时可以通过 关闭触摸屏的背光减少电池的消耗和通过对打印机的控制减少打印 机耗电量。 针对很多嵌入式设备不提供升级服务或者提供的升级服务特别 复杂，本论文提出了快速升级的实现，通过把升级的软件拷贝到s d 卡中，点击手持终端界面上的升级按钮，重新启动手持终端实现升级 服务。 现在的嵌入式设备档次越来越高，很多嵌入式设备都有一个定义 良好的g u i 接口，方便消费者的操作。在这些嵌入式电子产品给人 们带来了很大的便利同时，也激励我们的开发人员去开发性能更好的 嵌入式产品以适应社会发展的需要，来提高人们的生活质量。本论文 也是基于这一目的开发了一款高档智能嵌入式手持终端。 关键字：嵌入式系统l i n u xm i n i g u i 驱动程序 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文 手持抄表系统关键问题的研究 r e s e a r c ho fk e yt e c h n i q u ec l nh a n d 一船l d 正 t e rr e a d i n gs y s t e m a bs t r a c t h h m r ( h a n d h e l dm e t e rr e a d i n g ) s y s t e m i sr e s e a r c h e di nt h i s d i s s e r t a t i o n t h es e l e c t i o no fe m b e d d e dg u i ，s o f t w a r ep l a t f o r ma n d h a r d w a r ep l a t f o r mi ss h o w e ds p e c i a l l yi nt h ed i s s e r t a t i o n t h ed e s i g no f g u ii sd e s c r i b e di nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h r o u g hc o m p a r e i n ga n da n a l y s i n g m e a n so fd a t ap r o c e s s i n gb r i n gf o r w a r dan e wk i n do fd a t as t r u c ts u i t i n g h h m rs y s t e m ，u s i n gt h i sd a t as t r u c tc a ns h o r t e nt i m et h a tl o o k u po r d i s p l a yu s e ri n f o r m a t i o n a st h eu s e f u ll i f eo fb a t t e r yt h a tb ec h a r g e du pe v e r yt i m ei sv e r y s h o r t ，p o w e rm a n a g e do nc o n s u m i n ge l e c t r i c i t ye q u i p m e n tb eb r o u g h t f o r w a r di nt h ed i ss e r t a t i o n w h e nao p e r a t o rd o e s n td e a lw i t hh a n d h e l d t e r m i n a lf o ras p a c e ，t h el i g h to ft o u c hs c r e e nw i l lb ec l o s e da n dt h r o u g h c o n t r o l l i n gp r i n t e rr e d u c e sr e s u m eo fp o w e r c o m m o n l yu p g r a d es e r v i c e o r p r o v i d e dc o m p l e x i t y s e r v i c eo f u p d a t eb en o tp r o v i d e di nt h ee m b e d d e ds y s t e m ，- ak i n do f f a s tw a yb e b r o u g h ti nt h ed i s s e r t a t i o n t h r o u g hc o p y i n gu p g r a d es o rt os dc a r d ， w h e nau s e rk e y b o a r d st h eb u t t o n o fu p g r a d ei nt h em a i ni n t e r f a c e u p g r a d ew i l lb ef i n i s h e da f t e rr e s e t n o we m b e d d e dt e r m i n a lh a saf t i e n d l yi n t e r f a c e ，t h a ts u p p l i e s c o n v e n i e n to p e r a t i o nt ou s e r e m b e d d e ds y s t e ms u p p l i e sa d v a n t a g et oa u s e r ，a tt h e s a m et i m e s p i r i t su pp u r s u e r t o d e v e l o p e x c e l l e n t p e r f o r m a n c eo fe m b e d d e ds y s t e mt os u i ts o c i e t yn e e da n di m p r o v e s ! i f e q u a l i t yo fp e o p l e t h i st h e s i si sb a s e do nt h i sa i mt od e v e l o pak i n do f i n t e l l i g e n te m b e d d e dt e r m i n a l k e yw o r d s ：e m b e d d e ds y s t e ml i n u x m i n i g u i d r i v e r i i i 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文手持抄表系统关键问题的研究 声明 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：3 盎3 渔i i 丛。日期：16 每；f 丑扫暑 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅； 学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制 手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论文 注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：ff淤汲日期：7 u 饼弓问面名 导师銎名：稠伽易日病：口彳 ；弓j 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文 手持抄表系统关键问题的研究 1 1 课题的提出及其意义 第一章绪论弟一早三百下匕 进入“后p c 时代”，各个国家、各个领域都在对嵌入式系统进行研究。现 在，我们国家的嵌入式软件开发正处在整体启动阶段，在各个领域都有对嵌入 式系统的研究，通过对嵌入式系统的研究可以进一步提高我们国家的科技水平和 科技竞争力，实现数字化社会，提高人们的生活水平、改善人们的生存环境，因 此从事嵌入式系统的研究具有很大的意义。嵌入式产品可以提高人们生活质量、 降低工作强度和提高生产效率，使工作环境更整洁、舒服。本论文是针对手持抄 表系统的研究，现在小区或者农村的电表系统都是传统的数字显示电表，抄表员 到住户家中收取表费( 电费、水费或者煤气费) 是通过笔纸记录的方式实现抄表 收费的，这种抄表方式适用于简单的计费功能，并且抄表员的工作量很大，需要 手工完成大量用户信息的维护，并且计费有可能出错。为了改变现状，在不增加 传统表功能的前提下，设计一款智能抄表系统来降低抄表员工作强度，有着非常 重大的科研和实践意义。本课题是针对某煤气公司手持抄表系统而进行研究和设 计，该煤气公司使用的煤气表是传统的指针显示表，在不增加煤气表额外器件下， 减轻抄表员手工维持大量数据的负担，实现用户数据的计算机维护和计费，通过 微型打印机实现票据的打印，实现摄像头功能通过拍照来保存抄表记录并为以后 图像识别做准备，通过串口来实现上位机与手持终端的通信。 1 2 嵌入式系统在国内国9 1 1 j 勺发展情况 2 0 世纪是信息的时代，特别是大规模集成电路的发展，大大改变了人们的 生活习惯，这是一次划时代革命，这次革命带来的成果是借助计算机可以完成一 些费时的、复杂的劳动，提高生产效率。进入2 0 世纪后期，有个崭新的概念摆 在了人们的面前，即“嵌入式系统”，什么是嵌入式系统呢? 根据英国电机工程 师协会的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或甚至工厂运作的装 置n 1 。越来越多的开发人员开始把精力转移到了嵌入式系统的研发上，这是一项 非常具有挑战性的技术。随着嵌入式系统的广泛应用，出现了很多用于嵌入式系 统开发的软硬件环境，具报道每个美国人周围至少有1 5 ( 2 0 0 2 年) 个嵌入式设 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文 手持抄表系统关键问题的研究 备，听起来不可思议，但仔细想一下这是事实，例如剃须刀，微波炉，鼠标，键 盘，移动硬盘等等i l l 同样在我们周围也存在很多给我们带来方便的嵌入式电子 产品。嵌入式系统有别于普通p c ，嵌入式系统一般适用于专用目的，出厂前嵌 入式产品已经定义好了产品的使用功能，用户很难根据自己的需要添加功能，并 且嵌入式设备性能比较稳定，而p c 机一般厂商卖给消费者的是只带有b o i s 的 “裸机”，用户根据自己的需要装载合适的操作系统和应用软件，有些人用来进 行文字处理，有些人用来进行新产品的开发，有些人可以用来娱乐等等。 嵌入式系统的开发不是最近才出现的产物，嵌入式设备的诞生远远早于p c ， 只不过当时并没有出现嵌入式系统的概念，当时用来开发嵌入式设备的工具还比 较少，一般使用专门用于芯片开发的汇编语言，产品的性价比非常的低，应用领 域有所限制。进入2 0 世纪下半叶，微处理器的处理能力大大提高，特别是a r m 的崛起，使得嵌入式市场的格局用了很大的改变。在短短的十几年中a r m 处理 器占据了大部分嵌入式市场的份额，之所以出现这种格局是由a r m 处理器的优 点决定的。早期的嵌入式设备大多数都使用自己编写的操作系统，这样开发周期 特别长，随着嵌入式电子产品应用越来越广泛，很多专门应用于嵌入式设备的操 作系统相继出现，特别是9 0 年代后期l i n u x 操作系统在嵌入式系统中移植成功， 使得嵌入式系统操作系统的格局有了很大的改变，在短短的几年中嵌入式l i n u x 操作系统在嵌入式市场中占有很大的份额，并且增长速度没有递减的趋势。 早期的嵌入式产品大都使用专门的汇编语言，这样虽然代码的执行能力很 强，但是开发周期长，可移植行很差，随着处理器处理能力的进一步提高，使得 开发周期和可执行速度用了很好折中，在嵌入式系统开发中人们越来越喜欢用符 合人类描述语言的高级编程语言，特别是高效的c 语言的诞生，现在越来越多 的嵌入式电子产品使用c 语言来开发，用c 语言开发出来的代码可移植性高， 并且执行速度也与专门的汇编语言相当。 在“后p c 时代”，嵌入式系统毫无疑问将拥有很大的市场，就目前规模来 看，嵌入式系统带来的工业年产值已经超过了l 万亿美元，并且现在仍处在继 续上升的趋势，有如此之大的市场份额，嵌入式系统的市场势必将成为i t 行业 争夺的重点。中国是全世界最大的家用电子消费市场，随着消费结构的改变，人 们对家电产品的灵活性和可控制性提出了更高的要求，这势必给嵌入式市场带来 更大的份额。据赛迪呼叫中心得到查数据显示，目前从事嵌入式系统开发的软件 公司达到了3 0 左右，有计划从事嵌入式系统开发的公司占到了1 4 。在我们 国家嵌入式软件市场已处于整体启动阶段，国内嵌入式软件市场未来的发展重点 在应用范围的开拓，而手持终端、信息家电和工业控制是近期市场开发的三大热 点，未来嵌入式系统将会比今天的更便宜、更小巧、更可靠、更智能并且更高效 2 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文 手持抄表系统关键问题的研究 【2 j 美国著名的未来学家尼葛洛庞帝在1 9 9 9 年曾经预测，4 至5 年后嵌入式系 统将是继p c 和i n t e m e t 之后最伟大的发明眨1 。今天的现实情况已经验证了这位 科学家的预言，嵌入式系统存在于各个领域，现在的嵌入式系统正处在高速发展 的阶段，这种竞争和发展在未来几年将越来越激烈。v e n t u r ed e v e l o p m e n t 公司在 2 0 0 3 年初预测，嵌入式操作系统、捆绑工具以及相关业务的市场到2 0 0 7 年将超 过1 0 亿美元，其中亚太地区增长最为迅猛，如此之大的市场份额将吸引越来越 多的公司加入到嵌入式操作系统的研究中t 3 1 。嵌入式系统按照市场领域划分，可 以分为四类： 消费电子产品 控制系统和工业自动化 机器人领域 数据无线通信 目前先进的p d a 产品在显示屏幕上已经实现了汉字的写入、短消息、语音的发 布等等1 3 1 尽管嵌入式产品层出不穷发展势头迅猛，但仍需要我们继续不断的研 究和探索，以满足各行业的需要，在我们国家由于历史的原因，嵌入式系统的研 究开展的比较慢，档次还不能跟国外的先进技术相比较，但随着嵌入式设备在我 们国家的需求越来越大，激励我们国家的开发人员深入对嵌入式系统的研究。 1 3 本论文的工作 本论文主要是对嵌入式手持抄表系统驱动程序、g u i 界面的设计、收费系统、 电源管理、用户管理和系统升级的研究。 在嵌入式系统的研究中首先是操作系统的选择，因为操作系统是嵌入系统的 灵魂，操作系统的好坏关系到一个产品的成败，对嵌入式系统的选择要考虑很多 方面的要求，要考虑内存的管理、系统外设的管理、文件系统的设计和系统可靠 性的要求等等。当然研究者也可以开发自己的嵌入式操作系统( 如果产品开发周 期比较长的话) ，我们在衡量了众多操作系统的优缺点和产品开发费用以后选择 嵌入式l i n u x 为手持抄表系统的操作系统，在嵌入式l i n u x 操作系统下可以开发 我们自己的驱动程序。 对g u i 界面的选择，对比现在嵌入式l i n u x 下运行的g u i 系统的优缺点， 选择m i n i g u i 作为我们的g u i 系统，通过m i n i g u i 可以方便开发定义良好的用户 接口。因为需要对大量数据进行维护，需要一种快速处理用户数据的数据处理方 式，根据本款抄表系统的特性提出了基于改进型二叉树存储数据，实现数据的快 速处理。通过对m i n i g u i 的列表框的实验分析：当有当量数据需要显示是数据的 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文 手持抄表系统关键问题的研究 刷新比较慢时间响应不及时的缺点提出了基于按楼宇显示的新方法，既满足了实 时显示的要求有实现了抄表员查找用户方便的特性。在嵌入式设备中对系统升级 一般需要返回厂家对核心板的f l a s h 重新刷新，为了方便用户的升级需要提出了 在线升级应用程序的功能( 升级程序必须由设计者提供) 。嵌入式设备中对电源 的要求非常高，为了提高一次电池充电使用寿命，对手持抄表系统各耗电模块进 行了研究，针对这些模块的特性改善电源一次充电的使用寿命。 一 本论文的章节安排如下： 第一章绪论，阐述了本课题的意义、国内外发展现状和本论文的工作。 第二章开发环境的选择与建立，详细介绍了嵌入式系统开发环境的搭建过程。 第三章g u i 环境的选择和g u i 界面的设计，分析了当今嵌入式g u i 的优点，并 对m i n i g u i 环境的搭建进行了介绍，详细介绍了界面的设计，提出了改进型的数 据组织形式。 第四章通信与打印机，介绍了串口的通信方式，制定了合适的通信协议，显现 了快速可靠的数据传输。 第五章驱动程序的开发，详细阐述了l i n u x 下驱动程序的开发流程，并对详细 对驱动程序进行了设计，设计了i c 卡驱动程序的设计过程。 第六章参数设置及其系统升级m i n i g u i 的移植，详细阐述了参数设置的设计过 程，提出了新的生机方式，讲述了涵i i 鬲矗的移植j 弱氍 第七章总结及展望。 4 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文 手持抄表系统关键问题的研究 第二章开发环境的选择与建立 2 1 嵌入式系统的选择 在嵌入式系统的开发中，开发者一般要选择开发的硬件平台和软件平台，在 接下来的描述中我们将选择我们手持终端开发的硬件平台和软件平台，首先是硬 件平台的选择。 2 1 1 嵌入式系统硬件平台的选择 嵌入式硬件平台的选择是比较复杂的，在嵌入式系统的开发中硬件平台的选 择自由性比较大，根据开发成本、产品性能、使用规模和开发周期来选择不同的 开发硬件平台和工具，接下来将要进行嵌入式硬件平台的选择。 处理器有两种指令集：复杂指令集( c i s c ) 和精简指令集( r i s c ) ，前一种指令集 的指令长度可变，指令类型比较多，后者一般指令长度固定，指令类型较少，嵌 入式处理器一般采取精简指令集，这样便于开发。嵌入式处理器是嵌入式系统的 核心部件，因此嵌入式处理器的选择好坏对整个系统影响很大，并且处理器的选 择直接影响外围接口的扩展和操作系统的选择。 在嵌入式系统中比较流行的嵌入式处理器有四种： 1 ) 片上系统( s y s t e mo nc h i p ) ； s o c 最大的特点是实现了软硬件的无缝结合。 2 ) 微控制器( m c u ) ； 也就是我们通常说的单片机，它把c p u ，存储器( r a m 和r o m ) 和其它 外设封装在同一个集成电路中。 3 ) d s p 处理器： d s p 专门用来进行数字信号处理的，对离散时间信号进行极快的处理计 算，提高编译效率和执行速度，被广泛用在通信行业、图像处理中广泛 应用。 4 ) 嵌入式微处理器( e m p u ) ； 嵌入式微处理器是和通用计算机微处理器相对应而言的，在应用中一般是将 微处理器焊接在专用的电路板上，只实现与功能相应的接口，这样可以做到体积 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文手持抄表系统关键问题的研究 小和功耗小的要求。1 嵌入式终端选择嵌入式微处理器，对嵌入式微处理器的选择也有很多选择的 余地，现在主流的嵌入式微处理器主要有以下几种，它们各有各的优点，根据产 品需要选择不同的微处理器： 1 1m o t o r o l a 的6 8 0 0 m o t o r o l a 是全球最大的嵌入式处理器的制造厂商，它们的处理芯片主要用在网络 和数据通信中。 2 1i n t e l 公司的s t r o n g a r m 和x s c a l e 这些芯片适合嵌入式手机和便携式终端等设备的应用。1 3 ) a r m a r m 既可以认为是一个公司的名字也可以认为是对一类微处理器的统称，在本 论文中主要是对处理器的统称。a r m 处理器采用r i s c 架构有以下特点： ( 1 ) 体积小、功耗低、性价比高： ( 2 ) 支持t h u m b ( 1 6 位) a r m ( 3 2 位) 双指令集，能很好的兼容8 位1 6 位器件； ( 3 ) 寻址方式灵活简单，指令执行效率很高； ( 4 ) 大多数操作都在寄存器中完成： ( 5 ) 指令长度固定。 正是因为a r m 微处理器有这些优点，我们在我 殂硼佩手持抄表系统中_ ：应用 了它，我们选择了支持图像处理的s c 2 4 1 0 。 2 1 2 嵌入式软件平台的选择 接下来我们进行嵌入式软件平台的选择，从上世纪8 0 年代后期，一些桌面 操作系统和嵌入式操作系统就开始了商用化，到现在嵌入式操作系统的开发已经 用了2 0 多年的历史，下面几个主流嵌入式操作系统的特点：b 1 w i n c e 操作系统 w i n c e 操作系统是微软公司推出的专门用于嵌入式系统的实时操作系统，它是 为资源有限的平台而设计的多任务、多优先级的操作系统。操作系统的内核需要 至少2 0 0 k b 的容量，它是软实时操作系统，只使用于对实时性要求不高的场合， 并且产品要付l i c e n s e 费用。 p a l mo s 操作系统 3 c o m 公司的p a l mo s 在p d a 市场上占用很大的市场份额，它提供开放 的操作系统应用程序接口，开发者可以根据需要自行开发所需要的应用程 序。 v x w o r k s 操作系统 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文手持抄表系统关键问题的研究 v x w o r k s 操作系统是实时嵌入式系统中应用最广泛的操作系统之一，市场 占有率很高，主要被用在通信、航空、军事和航天高精度及实时性要求很 高的领域。具有以下特点： 1 ) 微内核结构； 2 ) 微秒级中断处理； 一 3 ) 多处理器的支持； 一 4 ) 符合p o s i x 实时扩展标准； 5 ) 完全符合a n s ic 标准。 嵌入式l i n u x l i n u x 是一种在网络上产生的操作系统，从诞生到现在已经历了1 5 年的历 程，它是一种开放源码的操作系统，遵守g p l ( g u np u b l i cl i c e n s e ) 协议， 在整个开发过程中使用c v s ( 一种版本控制软件) 进行版本控制，现在有很 多顶级的黑客加入了l i n u x 的操作系统开发和维护中，现在l i n u x 已经成 为一个非常稳定、成熟和使用的操作系统。l i n u x 操作系统有以下的优点： 1 )内核稳定、功能强大，支持多硬件平台，应用软件平台多、兼容性 好。l i n u x 是一个类u n i x 的操作系统，但代码是完全重新开发的，内 核功能强大，实现简介。在l i n u x 内核a r c 目录下我们可以找到现在多种 结构的处理器，这些处理器都是可以进行l i n u x 移植的，这些处理器有i n t e l x 8 6 、m o t o r o l a p o w e r p c 、a r m 、s u ns p a r c 等等。 2 )内核可以根据需要任意裁减，根据c p l 协议l i n u x 源代码可以免费 得到，用户可以根据需要在遵守c p l 协议的前提下进行裁减，正是这种 方便性，使嵌入式l i n u x 在嵌入式电子产品的应用中占据了越来越大的份 额。 3 )使用成本低，在商用电子产品的开发中成本一直是公司关注的焦点， 降低开发成本可以增加企业的竞争力，商业操作系统( 例如w i n d o w s 、 s o l a r i s 、a i x 等) 都需要支付大险的费用，并且在这些商用操作系统上建 立一个开发环境除了操作系统本身的费用以外还要有应用软件的费用，相 比之下，l i n u x 是免费操作系统，只要遵守c p l 协议就可以免费使用，同 样可以得到在l i n u x 操作系统上用于开发的免费用用软件。 4 )很多专业的商业公司参加，发展潜力很大1 3 1 。 从以上4 种主流嵌入式操作系统的比较中我们可以看到，l i n u x 操作系统使 用最为广泛的，并且使用费用比较低，在实时性要求不是很高的情况下，嵌入式 l i n u x 操作系统是我们的首选操作系统。在我们的嵌入式手持抄表终端中的操作 系统也是经过裁减的l i n u x ，实践也证明嵌入式l i n u x 操作系统上能很好的支持 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文 手持抄表系统关键问题的研究 我们自己开发的应用程序。 2 2 交叉编译环境的搭建 在嵌入式系统的开发过程中，一般是基于在p c 机上建立目标平台的开发环 境，先在p c 机上进行程序开发，然后把编译好的可执行文件下载到目标平台上， 这样目标平台就可以执行在p c 上编译过的程序，怎么才能够使得在p c 机上编 写的程序能够很好的在日标平台上运行呢? 回答是建立交叉编译环境。所谓交叉 编译环境是指在一种处理器可以编译出在另一种处理器上运行的可执行代码。在 l i n u x 操作系统可以建立交叉编译环境，通过在p c 机上建立a r m 9 上的编译环 境，我们就可以在p c 机上编写并编译删处理器上运行的可知性代码，要做 到这一点只需在p c 安装能编译出能在a r m 上运行可知性代码的编译器a n _ l i n u x g c c ( p c 机上是g c c ) 就可以了，这样我们就可以在p c 机上编写能在a r m 上 运行可执行程序了。 为了建立交叉编译环境我们必须在我们的p c 建立l i n u x 开发环境，我们选 择f e d o r ac o r e 2 版本，并选择完全安装，接下来我们介绍交叉编译环境的建立， 我们使用远峰$ 3 c 2 4 1 0 i i id v k 开发板，随开发板带有开发包，交叉编译环境的 建立j 复骤如 三 ”1 首先将光盘中l i n u x 目录下的y u a n f e n g t a r , g z 拷贝到p c 机的根目录下，把 开发包解压，并改变目录，在r o o t 身份下执行下面两条指令： # t a r - z x v f y u a n f e n g t a r g z # c d ，y u a n f e n g 2 4 1 0 然后执行安装交叉编译环境，执行脚本文件 # ，y f i n s t a l l 曲 脚本文件执行完后，编译开发环境就安装成功了。 为了方便使用a r m - l i n u x g c c 编译系统，我们修改e t c p r o f i l e 文件找到 p a t h m u n g e u s r l o c a l s b i n 在其下面添加一行p a t h m u n g e u s r l o c a l a r m 2 9 5 3 b i n 执行完这些指令以后在p c 上就建立好了用于a r m 处理器的交叉编译环境。 2 3 内核源代码和文件系统的编译 l i n u x 操作系统是可配置的操作系统，可以根据需要选择系统需要的模块， 把不需要的模块在编译内核时去掉，这样可以提高系统的性能，内核的编译方式 有以下四种方式： 1 ) # m a k ec o n _ f i g ( 基于文本的最为传统的配置界面，不推荐使用) ； 2 ) # m a k em e n u c o n f i g ( 基于文本选单的配置界面，字符终端下推荐使用) ： 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文 手持抄表系统关键问题的研究 3 ) # m a k e x c o n f i g ( 基于图形窗口模式的配置界面，x w i n d o w 下推荐使用) ； 4 ) # m a k eo l d c o n f i g ( 如果只想在原来内核配置的基础上修改一些小地方，会 省去不少麻烦) ； 这些配置方式根据开发者的习惯选择，我们在配置内核的编译时选择第二 种，这是基于文本选单的配置界面模式，在字符终端使用，是一种比较方便的配 置方式，在重新编译内核时根据我们的需要选择需要的模块。 下面是重新编译远峰2 4 1 0 开发板上的内核，首先把目录改变到 y u a n f e n g 2 4 1 0 目录，执行命令如下： # c d y u a n f e n g 2 4 4 0 # m a k em e n u c o n f i g 然后在终端上出现如图2 - 1 ： 图2 1 内核编译界面 根据需要选择适合开发环境的模块。限于篇幅的问题配置过程就不详述了。 手持终端带有触摸屏，因此需要配置触摸屏和l c d 的选项，远峰开发板支持四 种l c d 屏的大小，触摸屏的大小是2 4 0 * 3 2 0 ，因此对d r i v e r s v i d e o s 3 e 2 4 1 0 f b c 进行适当的修改，具体如下。在文件s 3 e 2 4 1 0 f b e 中有四个宏定义： # d e f i n ec o n f i g s 3 c 2 4 4 0 s m d k 6 4 0 4 8 0 # d e f i n ec o n f i g _ s 3 c 2 4 4 0 一s m d k _ 3 2 0 2 4 0 # d e f i n ec o n f i g $ 3 c 2 4 4 0 _ s m d k _ 8 0 0 6 0 0 # d e f i n ec o n f i g _ s 3 c 2 4 4 0 _ s m d k _ 2 4 0 3 2 0 根据l c d 的类型把第四个宏的注释去掉，保留其它三个宏的注释5 1 。同样 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文手持抄表系统关键问题的研究 根据t o u c h s c r e e n 的类型把相应的宏定义打开，把不需要的注释掉。然后 重新编译内核： # m a k ec l e a n ； # m a k ed e p ； # m a k ez l m a e g ； 接着编译模块：一 # m a k em o d u l e s ： # m a k em o d u l e s i n s t a l l 将模块拷贝到文件系统中 c d l i b m o d u l e s * 5 t a rc v f m o d t g zk e r n e lp c m c i a c d y u a n f e n g 2 4 4 0 r o o t d i r r o o t c h i n a u s r l i b m o d 4 s + 5 n n r f k e m e l r i l l r f p c m c i a t a rx v f l i b m o d u l e s * 5 t o o d t g z c 1 6 1 详细的配置过程也不详细叙述了具体步骤参考远峰开发板带的手册。 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文 手持抄表系统关键问题的研究 第三章g ui 界面的优化设计和界面的快速显示 3 1g u i 界面的选择一 对于中、高档嵌入式终端来说，良好的用户界面可以给用户带来视觉美感和 操作方便，有些操作系统直接带有用户g u i 的开发功能，例如w i n c e 、p a l mo s 等等，而有些操作系统不带g u i ，但可以支持第三方的g u i 开发软件，我们手 持终端操作系统选择的是嵌入式l i n u x 操作系统，l i n u x 可以支持第三方的g u i 开发软件，接下来我们主要介绍l i n u x 下嵌入式g u i 。 g u i 在高档嵌入式系统中占有越来越重要的地位，这些系统对g u i 的基本 要求包括： 1 ) 轻型，占用资源少； 2 ) 高性能； 3 ) 高可靠性； 4 ) 可配置。 下面介绍具有这些功能的嵌入式g u i 的特点： 1 ) m i c r o d o w s 这是一个开放源码的开发环境，它是由美国c e n t u r ys o f t w a r e 公司开发的， 国 内很多人也参与了其中的一些开发，并编写了g b 2 3 1 2 等字符集。这是一款基于 客户服务器( c s ) 体系结构的g u i 系统，在结构上分为三层：底层是面向图形 输出、键盘、鼠标或触摸屏的驱动程序：中间层提供了硬件的抽象接口，实现了 窗口的管理；最高层提供了兼容xw i n d o w 和w i n d o wc e 的a p i 。提供了完善 的图形功能，如三维支持、t r u e t y p e 字体的支持。但这个图像引擎也存在很多的 问题： ( 1 ) 不支持硬件减速的能力，这样部能够使开发的g u i 达到作快的响应速度。 ( 2 ) 代码的质量不是很好，影响整体系统的稳定性。 ( 3 ) 图形引擎中存在大量 低效的算法，并且没有进行优化。 2 ) o p e n g u i 这是一款支持多操作系统的嵌入式g u i ，可以在m s d o s 、q n x 和l i n u x 上开 发应用程序，但是硬件平台只支持x 8 6 结构，这种g u i 也是分为三层：最底层 是用汇编语言实现的快速图像引擎；中间层提供了绘制图形的基本a p i ；在高层 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文 手持抄表系统关键问题的研究 是用面向对象的高级语言( c + + ) 开发的完整的g u i 对象集。这种嵌入式g u i 最适 合x 8 6 平台的实时系统的应用，但是对跨硬件平台的可移植性非常差，可移植 性对嵌入式开发系统是非常重要的，这限制了这种嵌入式g u i 的应用，在某些 实时性要求高的场合还是具有很大的市场。这种嵌入式g u i 的上层是用c + + 开 发的，虽然c + + 语言局用很多的优点，但是不可否认这种语言与用c 语言开发 的同样功能的软件相比较，代码量相对较多，对于片上资源短缺的嵌入式系统来 在一定程度上制约了这种嵌入式g u i 的广泛应用。 3 ) q t e m b e d e d d q t e m b e d e d d 是著名的q t 库开发商1 b l l t e 出公司发布的面向嵌入式系统的q t 版本，q t e m b e d e d d 是现在l i n u x 操作系统上很多项目使用的g u l 支持库，所以 很多基于q t e m b e d e d d 的xw i n d o w 应用程序可以方便的移植到q t e m b e d e d d 的 版本上。现在在嵌入式系统的g u i 市场中q t e m b e d e d d 占有了很大的市场。但 是q t e m b e d d e d 在开发过程中也存在很多的问题： ( 1 ) q t e m b e d d e d 是一个c + + 函数库，尽管q t e m b e d e d d 可以裁减到至少 6 0 0 k ，但裁减以后的q t e m b e d e d d 库已经基本上失去了使用价值。并且 程序效率比较低，资源消耗大，这些缺点对运行q t e m b e d e d d 的硬件提 出了很高的要求。 瓦广b t j e m b e d e d d 的丽f 常复藜酽昂新亍系巯裁减扩充_ 定制和移植一 都是很大的挑战。 ( 3 ) q t e m b e d e d d 的控件使用了p c 风格，不太适合有些手持终端的操作。 ( 4 1 q f f e m b e d e d d 库是面对手持式信息终端的缺乏硬件加速的支持，对于对 图形速度、功能和效率要求高的实时性嵌入式终端很难满足要求，例如 控制系统、机顶盒、游戏终端等等。在现在应用q t e m b e d e d d 的嵌入式 终端中一般都是处理器存储空间比较大，运行比较快的硬件系统如 s t r o n g a k m 、x s c a l e 和高端的手持设备。 5 ) m i n i g u i 顾名思义m i a j g u i 是一款“小型”的g u i 开发环境，这里说的小不是传统意义的 小，而是说这种g u i 开发的系统与其它嵌入式g u i 相比较占用的资源比较少。 这个系统直至最初为一个数控机床设计的软件，现在已经发展到了由专门的公司 ( 开发和维护) 的高性能软件，实践已经证明了m i n i g u i 能够在c p u 为3 0 m h z ， 和4 mr a m 的系统上正常运行，这是m i c r o w i n d o w s 和q t e n b e d d e d 不能达到的。 m i n i g u i 具有以下优点： ( 1 ) 代码量小，占用资源少； ( 2 ) 性能好，m i n i g u i 采用了独特的体系结构，对图像系统进行了大规模的 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文 手持抄表系统关键问题的研究 优化，采用了两种体系结构：一种是m i n i g u i t h r e a d s 采用了线程机制， 这种体系结构的应用程序运行在同一个地址空间中，大大提高了程序之间 的通信效率，但是如果某个因为非法的数据访问时程序中止的话整个进程 将都要受到影响。为了解决这一局限性，m i n i g u i 开发了另一种结构 m i n i g u i l i t e 版本，这个版本不支持线程库，因此不能在同一个进程空间 中开设两个以上的线程。这个版本的m i n i g u i 采用客户端和服务器的形 式，可以在一个服务器端运行多个m i n i g u i l i t e 的应用程序，也就是多 个进程，m i n i g u i l i t e 提供了前后台进程的切换。 ( 3 ) 具有高的可靠性； ( 4 ) 可配置性； 可配置型是为了满足嵌入式系统多样化的要求，不同的开发者基于不同的 目的要求不同图形界面，为了适应这种要求，m i n i g u i 提供了根l i n u x 内 核编译相同的选择性能，根据需要选择不同的功能，这样可以开发出即适 合特定嵌入式设备的要求，又实现了代码量的合理要求。这种可配置形式 通过l i n u x 下的a u t o m a k e 和a u t o c o n f 接口来实现的，根据具体需要选择 不同的功能。 ( 5 ) 可伸缩性强；使m i n i g u i 即可以运行于低端产品中，也可以运行于基于 a r m 9 的高段产品中，m i n i g u i 实现了高级控件风格及皮肤界面的技术， 可以创建华丽的用户界面，使产品具有较高的竞争力。 ( 6 ) 跨操作系统的支持； 这种特性可以使得m i n i g u i 具有很大的竞争力，以为开发者可能不同的项目用 不同的操作系统，这种跨平台的支持性减少了开发者为了在不同的操作系统上选 择不同的g u i 的负担，这些操作系统有l i n u x u c l i n u x 、e c o s 、u c o s i i 、v x w o r k s 等等，在不同操作系统上的实现，m i n i g u i 提供同一的a p i 。【7 j 从以上嵌入式g u i 的介绍和比较中我们可以看到了m i n i g u i 具有很强的竞 争力，并且m i n i g u i 还很年轻，正处在上升阶段，应用前景比较可观，基于以 上目的我们在嵌入式手持终端选择m i n i g u i ，这可以为我们减少专门g u i 的开 发实践，并且我们使用的开发板上也支持m 试g u i 。 通过以上的分析选择手持终端的开发软硬件平台，在硬件平台上看到了嵌入 式微处理器的优点，特别是适合嵌入式市场要求的高性能的a r m 处理器，因为 手持终端上要实现拍照功能，选择支持拍照功能的$ 3 c 2 4 1 0 ，这款高性能的微处 理器主频为2 0 0 m h z ，可以配置6 4 m bs d r a m 、1 6 m bf l a s h ，带有l c d 及其支 持触摸屏接口，能够实现拍照功能，并且这款处理器支持s d 卡，使照片有足够 空间可以存储，并且支持软件的在线升级。操作系统选择应用在广泛、开放源码 北京邮电大学2 0 0 3 级硕士研究生学位论文手持抄表系统关键问题的研究 的嵌入式l i n u x 。 3 2m i n i g u i 的安装与配置 m i n i g u i 的l i n u x 运行环境首先要支持f r a m e b u f f e r ，在g r u b 引导方式下 修改b o o t g r u b m e n u 1 s t 文件，并在k e r n e l 打头的一行添加v g a = 0 x 1 7 ，修改后重 新启动系统，在开始界面上如果看到可爱的小企鹅那说明配置成功，如果不成功 请重新配置。接下来安装m i n i g u i 的运行环境，首先要有m i n i g u i 的安装源文 件，和支持m i n i g u i 在p c 机上运行的q v f b ( 口- 以在网上免费下载) ，安装过程参 考m i n i g u i 的用户手册。安装完以后修改m i n i g u i c f g 文件，改变分辨率为p c 的物理分辨率的大小，如果两者不一样在终端上运行程序时将出现画屏的现象。 接下来介绍m i n i g u i 环境的搭建，首先使用t a r 命令解开 m i