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光电直读式远传表编程器及抄表仪的研制 摘要 水、电、煤气是开常生活中不可少的东西，对其计量表具数据抄录的自动化 抄表系统，随着电子信息技术的发展，得到广泛应用。在众多的自动化抄表系统 中。以手持抄表器为载体的自动化抄表系统，是使用较普遍的一种。 本文的设计目的是，设计一种类似手持抄表器的智能仪器，称之为光电直读 式远传表编程器及抄表仪，简称为编程器抄表仪，它既具有传统抄表器的抄表、 信息查询、数据上传下载的功能，又具有任何传统抄表器所不具备的优点。这种 优点来源于光电直读式远传表的所独有的特点：即表具在平时完全处于不工作状 念，只有得到抄表指令时，通过光电装置像电子眼一样将表具子轮示值传输到抄 表仪中。根据这种思路所研制的编程器抄表仪就可将传统的数据采集器去掉， 这对于需要上几千个造价为上千元采集器的大城市进行大规模自动抄表系统改 造的意义就不言而喻了，因为它大大节省了系统的总造价，又大大减少了运行和 维护费用。另外，考虑到新老系统的兼容，编程器抄表仪还保留了传统抄表器 的一切功能。 本文设计的编程器抄表仪，是一台功能强大的掌上数据电脑，其系统有以 下几部分构成：两种与表具通讯的方式：红外和r s 4 8 5 总线；两种与计算机数据 交换的方式：u s b 连接和g p r s 连接；数据存储器n a n d f l a s h ；输入设备和输出 设备：电源电压监控模块；电源管理模块：c p u 最小系统，包括n o r f l a s h 、s d r a m 以及外围。 系统的硬件和软件设计过程中，都采用了模块化的设计方法，硬件设计时， 按功能分块设计，系统采用了p r c r r e l d x p 中的层次原理图的设计方法对各个模块 进行整合。软件设计的模块化也是按功能进行的，遵循的原则有：尽量保持模块 在功能及结构方面的独立性和完整性；模块间的结合要素要便于联接与分离；保 证各个模块的通用性和可移植性；模块的划分不能影响系统的主要功能。各个程 序模块的设计采用了分层的设计方法，底层对上层透明，一般的模块都分为：驱 动层和应用层，驱动层主要是与硬件相关的操作，向上层提供调用接口：应用层 则实现的模块功能，并具有良好的移植性，不受硬件改动的影响。 经过一年多的设计和调试，作者设计实现了光电直读式远传表编程器及抄表 仪的功能，编写了与之功能匹配的计算机软件，而且设计出一些嵌入式系统设计 中通用的方案和方法，可供其它设计参考： 1 ) 数据储存和信息查询方案，d b f 数据库文件驱动+ y a f f s 文件系统+ n a n d f l a s h 存储器； 2 ) 界面友好的，并且容易扩展的人机交互界面的设计方法： 3 )“软丌关”的设计，实现一键丌关机，并且在关机时功耗很小； 4 ) 混合电平逻辑的匹配方法； 5 ) 低成本的串口扩展方法； 6 ) u s b 和g p r s 数据传输方案。 本文首先给出了课题的背景和设计目标，接着介绍了设计中用到基本知识和 协议规范，然后详细地阐述了系统的硬件和软件的设计，最后给出了几点改进建 议 关键词；抄表仪：g p r s ；u s b ；d b f ；y a f f s d e sig no fp r o g r a m m e r & m e t e rr e a d e ro f p h o t o ele c t ricdir e c t - r e a dm e t e r a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，a m r s ( a u t o m a t i cm e t e r r e a d i n gs y s t e m ) isw i d e l yu s e di nr e a d i n gt h em e t e r so fw a t e r ，e l e c t r i c a n dg a sw h i c ha r ei n d i s p e n s a b l ei ne v e r y d a yl i f e t h es y s t e mt h a tm a k e s u s eo fh a n d h e l dm e t e rr e a d e ri sm o r ep o p u l a ra m o n gn u m e r o u sa m r s t h eo b j e c t i v eo ft h ep r o j e c ti st od e s i g na ni n t e l l i g e n ti n s t r u m e n t l i k eh a n d h e l dm e t e rr e a d e r ，d i s t i n g u i s h e da sp r o g r a m m e r m e t e rr e a d e r o fp h o t o e l e c t r i cd i r e c t r e a d i n gm e t e r p r o g r a m m e r m e t e rr e a d e rf o r s h o r t ，w h i c hi sp r o v i d e dw i t hn o to n l yt h et r a d i t i o n a lm e t e rr e a d e r s f u n c t i o ns u c ha sr e a d i n gm e t e r ，q u e r y i n gi n f o r m a t i o n ，u p l o a d i n ga n d d o w n l o a d i n gd a t a ，b u ta l s os t r o n g p o i n tt h a tt h et r a d i t i o n a lm e t e rr e a d e r s d o n th a v e t h e s es t r o n g p o i n tr o o ti nt h ep a r t i c u l a rc h a r a c t e r i s t i c so f t h ep h o t o e l e c t r i cd i r e c t r e a d i n gm e t e r ，n a m e l y ，t h em e t e ri sc o m p l e t e l y p o w e r o f fu n l e s si tr e c e i v e st h er e a di n s t r u c t i o n i fs oi tw i l l s e n dt h e i n d i c a t i n gv a l u et ot h em e t e rr e a d e r d e s i g n e db a s i n go nt h i ss t r o n g p o i n t ， t h ep r o g r a m m e r m e t e rr e a d e rm a k e si tp o s s i b l et og e tr i do ft h ed a t a c o l l e c t o rf r o mt h et r a d i t i o n a lm 依s w h i c hm a k e sl o t so fs e n s et ot h e r e c o n s t r u c t i o no ft h eb i gc i t y sc o s m i c a l 仙喂s t h ep r o g r a m m e r m e t e r r e a d e rw i l lg r e a t l yr e d u c et h ec o s to ft h er e c o n s t r u c t i o nw h i c hn e e d s t h o u s a n d so fd a t ac o l l e c t o r sa n ds a v et h em a i n t e n a n c ec o s t i na d d i t i o n ， c o n s i d e r i n gt h ep r o d u c t i o nc o m p a t i b i l i t y ，t h ep r o g r a n n e r m e t e rr e a d e r r e s e r v e sa l lt h ef u n c t i o n so ft h et r a d i t i o n a lm e t e rr e a d e r s t h ep r o g r a m m e r m e t e rr e a d e r ，w h i c hi sap o w e r f u lp d a ( p e r s o n a l d i g i t a la s s i s t a n t ) ，c o m p r i s e st h ef o l l o w i n gp a r t s ：t w ow a y so f c o m m u n i c a t i n gw i t ht h em e t e r s ，w h i c ha r ei n f r a r e da n dr s 4 8 5 ：t w ow a y so f e x c h a n g i n gd a t aw i t ht h ec o m p u t e r ，w h i c ha r eu s ba n dg p r s ：n a n d f l a s hd a t a m e m o r y ：i n p u ta n do u t p u td e v i c e s ：t h ev o l t a g em o n i t o r ：p o w e rm a n a g e r ： a r m sm i n i m u ms y s t e mi n c l u d i n gn o r f l a s h ，s d r a m ，p e r i p h e r a l sa n ds oo n b l o c k b a s e dm e t h o di sa d o p t e di nb o t hd e s i g n so ft h eh a r d w a r ea n dt h e i l s o f t w a r e i nt h ep r o c e s so fd e s i g n i n gh a r d w a r e 。t h es y s t e mw h i c hi s m o d u l a r i z e da c c o r d i n gt oi t sf u n c t i o n si sc o m b i n e db yu s i n gp t o t e l d x p s h i e r a r c h i c a ls c h e m a t i cd e s i g nm e t h o d t h es o f t w a r e sm o d u l a r i z a t i o n a l s ob a s e do nf u n c t i o n s f o l l o w st h e s er u l e s ：i n d e p e n d e n c ea n d i n t e g r a l i t y ：c o n v e n i e n c et oj o i na n ds e p a r a t e ：v e r s a t i l i t ya n d p o r t a b i l i t y ；n oi n f l u e n c eo nt h es y s t e m sf u n c t i o n e a c hm o d u l ec o m p r i s e s d r i v e rl a y e ra n da p p l i c a t i o nl a y e r t h ed r i v e rl a y e rd e a l sw i t ho p e r a t i o n s o nh a r d w a r ea n dp r o v i d e sc a l li n gi n t e r f a c e st ot h ea p p li c a t i o nl a y e r t h e a p p l i c a t i o nl a y e r ，p o s s e s s i n gf a v o r a b l ep o r t a b il i t y ，i si m m u n et ot h e c h a n g e so ft h eh a r d w a r e a f t e ro n ey e a r se f f o r t ，t h ea u t h o ra c c o m p lis h e st h ed e s i g no f p r o g r a m m e r m e t e rr e a d e ra n dc o m p u t e rs o f t w a r em a t c h i n gw i t hp r o g r a m m e r m e t e rr e a d e ra n dw o r k so u ts e v e r a lu n i v e r s a ls c h e m e sw h i c hc a nb e r e f e r r e di nt h ed e s i g no ft h ee m b e d d e ds y s t e m s ，s u c ha s ： 1 ) d a t as t o r a g ea n di n f o r m a t i o nq u e r ys c h e m e ，d b fd a t ab a s ef i l ed r i v e r + y a f f sf i l es y s t e m + n a n d f l a s hd a t am e m o r y 2 ) t h ed e s i g nm e t h o do ff r i e n d l y ，e x t e n d a b l eh u m a nc o m p u t e ri n t e r a c t i o n 3 ) s o f ts w i t c h e r 4 ) t h ew a yo fm a t c h i n gt h ed i f f e r e n tl e v e ll o g i c 5 ) t h e1 0 w c o s tw a yo fe x t e n d i n gs e r i a lp o r t s 6 ) u s ba n dg p r sd a t at r a n s f e rs c h e m e t h et h e s i sf i r s t l yp r e s e n t st h eb a c k g r o u n da n dt h eo b j e c t i v eo ft h e p r o j e c t s e c o n d l ys o m eb a s i ck n o w l e d g ea n dp r o t o c o l si n v o l v e di nt h e t h e s i sa r ei n t r o d u c e d t h i r d l y ，t h ed e s i g no ft h eb a r d w a r ea n ds o f t w a r e i sd e t a i l e d l yd e s c r i b e d f i n a l l y ，s o m ep r o p o s a l sa r ep r e s e n t e df o rt h e i m p r o v e m e n t k e y w o r d ：m e t e rr e a d e r ：g p r s ： u s b ：d b f ； y a f f s i v 独创声明 本人声明所呈交的学位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。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，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未获得l 连；坌珏翌查基丝爰薹挂型直盟 丝：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。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谢意。 学位做储签名邢、m 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者繇獬1 ；8 1 1 签字日喇月o 0 仫 签字日期了，歹每f 月f 日 电话： 邮编： 光i u 直葭武远传表编程瓣及抄表仪的研制 1 绪论 1 1引言 随着经济的发展和生活水平的不断提高，家庭智能计量的电表、水表、气表、 热量表的使用越来越广泛，同时，随着人口的不断增加，这些仪表的抄录工作量 变得越来越大，传统的抄录方式已很难满足社会发展的要求。 建设部2 0 0 0 小康型城乡住宅科技产业工程城市示范小区规划设计导则 中已经明确提出：推广应用户外计量( 含水、电、暖、燃气表) 技术。在中国 住宅户年品发展纲要也明确指出：实现方便查表，不干扰住户，使大量人工查 表工作逐步过渡到数字化传输，开发智能化的水、电、气、热计量装髯。 随着社会的进步，科技的发展，将用户的电表、水表、热量表以及煤气表纳 入自动化抄表系统a m r s ( a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gs y s t e m ) ，形成家庭智能化管 理，提高物业和智能管理部门的管理水平，减少劳动强度成为未来发展的必然选 择。抄表，统计及控制的自动化，节省大量的人力物力，降低抄表费用，实现管理的 规范化，自动化，科学化，避免入室抄表对用户造成的不便。实施自动化抄表系统 势在必行【1 l o 用无线或有线的通讯方式，将数据采集器的数据传输到抄表器，再由抄表器 传输到收费系统，是目前自动化抄表系统传输数据的有效方法；以抄表器为载体 的自动化抄表系统，是多种自动化抄表系统中，使用较普遍的一种阁阁。 1 2 手持抄表器的起源、发展状况及不足 手持抄表器( 又称抄表仪、掌上电脑、手持终端、数据采集器等) 是用于移 动数据采集的掌上设备。国外有关抄表器的报导最早见于美国1 9 8 5 年电世界 ( e l e c t r i cw o r l d ) 杂志：美国宾夕法尼亚电力公司在1 9 8 3 年试制成功一种手 持数据终端用以装备抄表人员。抄表器在发展初期主要由美国生产，主要厂家为 m s i 、r a d i x 和i t r o n 三家公司【2 】【3 】。 抄表器是1 9 8 5 年以后彳。在我国开始流行起来，起初，我国也曾经引进一些 国外的自动抄表设备，但是由于系统不支持中文，程序固化，不适合当时的国情， 体积庞大不便现场操作，价格昂贵种种原因，使得进口系统未能在国内迅速推广 【4 】 光叱直i 卖a 远传表缚程辨发抄袭仪的研制 我国自1 9 8 6 年丌始自行研制和推广抄表器，在此后的七八年中，由于抄表 器与纸卡抄表相比具有明显的优势，国内对抄表器的需求大幅度增加抄表器在 这期间获得了迅速的推广【1 胴。 至今，抄表器在我国各级市县的普及率己达到7 0 以上，其中一些经济发达 地区的酱及率几乎达到了l o o 【”。 图卜1 传统的自动抄表系统图 传统抄表系统如图卜1 所示，它虽然比纸卡抄表方式有了很大进步，但图中 传统抄表系统工作方法是基于脉冲远传表而研制出来的，由于脉冲远传表需要每 分每秒的工作，否则将丢失脉冲形成累计误差，所以图中的采集器就成为不可缺 少的设备，在大城市需要上几千个采集器的大规模自动抄表系统改造工程，若能 省掉造价上千元的采集器，意义就相当大了，因为这既降低工程的总造价，又节 省了因采集器损坏而造成的巨大维护费用。这就是我们研发编程器抄表仪的意 义所在以及现在各大公司正在致力研制这一课题的原因。 1 3 编程器& 抄表仪的功能及工作原理 编程器抄表仪这种技术的得以实现，很大程度上依赖于光电直读式远传表 的研制成功，我们实验室在这方面取得丰硕的研究成果，研制出了光电直读式远 传表，其主要特点： 1 ) 表具内没有电源，光电直读装置在抄表瞬间加电工作，避免了传统方式因电 源或电池故障造成的漏计现象。 2 光l u 直缕式远传表编程器发抄表仪的聊 制 2 ) 表具有地址施工方便维护简单。传统脉冲抄表方式没有表具地址，完全依 靠物理接线区分施工和维护均比较困难： 3 ) 直接读取表具的计数器码盘的数字即“窗口值”不是累计脉冲换算，没有累 计误差，真f 实现了“读表”。 从上述我们可以看出，光电直读式远传表在平时完全处于不工作状态，只 有得到抄表指令时，通过光电装置像电子跟一样将表具子轮示值传输到抄表仪 中，基于这一特点我们着手研制一种多功能仪器：既能克服传统自动抄表系统之 不足，又能满足光电直读式远传表的特殊要求：既能满足我们的特殊需要，又能 实现一般手抄表功能；既能满足未来发展需要，又能与传统的抄表系统兼容；我 们称其为光电直读式远传表编程器及抄表仪( 以下简称编程器抄表仪) 。 编程器抄表仪是配备相应的编程和抄表应用软件的掌上电脑( p d a ) ，生产 人员可以利用它来测试表具的产品质量，施工安装人员可以利用它对表具和采集 器进行总线编址，工作人员可以利用抄表仪的读取和抄录表具的有关数据，再将 数据回传给管理中心计算机。 编程器抄表仪在自动抄表系统中的位罱如图1 - 2 所示。 闰1 - 2 编程器抄表仪在自动抄表系统中的位置 编程器抄表仪的具体功能，也就是我们的设计目标，如下： 1 ) 能对表具编程，需要采集器的地方的还能对采集器编程； 2 ) 在抄表时给表具供电； 3 ) 提供多种与表具通讯的方式； 4 ) 大城市或者居住比较分散的地方，能方便快捷的和管理中心联系 5 ) 利用u s b 接口与计算机连接上传和下载数据； 光l 乜直续a 远传表编程器及抄表仪的嘶删 6 ) 一般抄表器的红外通讯、抄表、查询，统计、计算以及对表具阀门控制功能； 7 ) 具有闩期、时间功能； 8 ) 自动关机： 9 ) 支持在线升级； l o ) 一套与之功能匹配的计算机软件系统。 1 4 文章内容分布 全文共分为五章，分布如下： 第l 章绪论主要介绍了自动化抄表系统的发展历史及现状，阐述了编程器抄 表仪的立项意义，功能要求； 第2 章详细介绍设计编程器抄表仪中用到的基本知识和协议规范，包括 u s b l 1 协议、g p r s 网络、y a f f s 文件系统、d b f 文件结构、a t 指令、红 外通讯以及r s 4 8 5 总线标准； 第3 章具体阐述编程器抄表仪的硬件设计，包括两种和表的通讯方式、两种数 据传输方式、数据存储设备、a r i d 的最小系统、输入输出设备以及系统 的抗干扰设计； 第4 章具体阐述编程器抄表仪的软件及与其匹配的计算机端的软件设计，包括 数据传输、数据存储和信息查询、对表具或采集器的操作以及人机交互 界面的设计； 第5 章结束语对本文的设计工作做出了全面的总结，并提出了进一步完善的建 议。 4 光i 乜直读a 远传表编程器及抄表仪的研制 2 相关的基本知识和协议规范 本章丰要介绍了设计中涉及的协议标准和基本概念。包括：y a f f s 文件系统， d b f 数据库文件的格式，u s b l 1 协议，g p r s 网络连接，r s 4 8 5 总线标准以及红外 通讯的基本理论 2 1 y a f f s 文件系统 2 1 1 y a f f s 文件系统简介 y a f f s ( y e ta n o t h e rf l a s hf i l es y s t e m ) 文件系统是专门针对n a n dp , i 存而 设计的嵌入式文件系统，并且是在g p l ( g e n e r a lp u b l i cl i c e n s e ) 协议下发布 的，可在其网站免费获得其源码。 y a f f s 文件系统有些类似于j f f s j f f s 2 ( j o u r n a l i n gf l a s hf i l es y s t e m ) 文件系统，与之不同的是j f f s l 2 文件系统最初是针对n o rf l a s h 的应用场合设 计的，而n o rf l a s h 和n a n df l a s h 本质上有较大的区别，所以尽管j f f s i 2 文 件系统也能应用于n a n df l a s h ，但由于它在内存占用和启动时间方面针对n o r 的特性做了一些取舍，所以对n a n df l a s h 来说通常并不是最优的方案 8 1 。 2 1 2y a f f s 文件系统数据的存储方式1 1 0 l y a f f s 对文件系统上的所有内容( 如正常文件，目录，链接等) 都统一当作 文件来处理，每个文件都有一个页面专门存放文件头，文件头保存了文件的模式、 所有者i d 、组i d 、长度、文件名、p a r e n to b j e c ti d 等信息。充分考虑了n a n d 型f l a s h 的特点，y a f f s 把这个数据块头储存在f l a s h 的1 6 字节的备用空间中， y a f f s 文件系统数据在n a n df l a s h 中的存储布局如表2 - i 所示。 y a f f s 一共使用了8 个字节用来存放文件系统相关的信息( y a f f s _ t a g s ) 。 这8 个字节的具体使用情况按顺序如表2 - 2 。 其中s e r i a ln u m b e r 在文件系统创建时都为0 ，以后每次写具有同一o b j e c t i d 和c h u n k l o 的页的时候都加一，因为y a f f s 在更新一个页的时候总是在一个新的 物理页上写入数据，再将原先的物理页删除所以该s e r i a ln u m b e r 可以在断电 等特殊情况下，当新的页已经写入而老的页还没有被删除的时候用来识别正确的 页，保证数据的正确性。 o b j e c t i d 号为1 8 位，所以文件的总数限制在2 5 6 k 即2 6 力j 个左右。 光l b 直读式远传表编程器发抄表仪的埘制 由于文件系统的基本组织信息保存在页面的备份空白j 中因此当文件系统 被挂载时，只需要扫描存储器的备用空扫j 就能将文件系统信息读入到内存，并且 驻留在内存中，加快了文件系统的加载速度，也提高了访问文件的速度，但是增 加了内存的消耗。 表2 - 1 文件系统数据的存储布局 位 内容 0 5 1 1 数据区域 5 1 2 5 1 5y a f f st g 5 1 6d a t as t a t u sb y t e 5 1 7b l o c ks t a t u sb y t e 坏块标志位 5 1 8 5 1 9y a f f st g 5 2 0 5 2 2 j 1 斤2 5 6 字：1 y 数据的e c c 技验结果 5 2 3 5 2 4y a f f st g 5 2 5 5 2 7 前2 5 6 字节数据的f x c 校验结果 表2 - 2y a f f s _ t a g s 的含义 位含义 2 0 c h u n k i d ，该p a g e 在一个文件内的索引号，所以文件 大小被限制在2 2 0p a g e 即5 1 2 f f o 22b i t ss e r i a ln u m b e r 1 0 b y t e c o u n t 该p a g ei j j 的有效字节数 1 8 o b j e c t i d 对象i d 号，用来唯一标示一个文件 1 2 e c c ，y a f f st a g s 本身的e c c 校验和 2u n u s e d 2 1 3y a f f s 文件系统的组织方式【1 0 i 为了节省内存和提高文件数据块的查找速度，y a f f s 利用了更高效的映射 结构来把文件位置映射到物理位置，文件的数据段被组织成树形结构如图2 1 所示，这个树型结构具有3 2 字节的节点，每一个内部节点都包括八个指向其他 节点的指针，叶节点包括1 6 个两字节的指向物理地址的指针l 。 y a f f s 在文件进行改写时总是先写入新的数据块，然后将旧的数据块从文 件中删除，这样即使在修改文件时意外掉电，丢失的只是这一次修改数据的最小 写入单位，这样实现了掉电保护和保证数据完整性。 6 光l u 直读式远传表编程器发抄表仪的j f f 制 结合贪心算法的高效性和随机选择的平均性，y a f f s 实现了兼顾损耗平均 和降低系统丌销的目的，当满足特定的小概率条件时，就会尝试随机选择一个可 回收的页面；而在其他情况下，则使用贪心算法来回收晟“脏”的块。 幽2 - 1y a f f s 文件的组织结构 y a f f s 文件系统是按层次结构设计的，分成以下的四个部分： y a f f s g u t s c ：文件系统的主要算法，这部分代码完全是用可以移植的c 语言 编写的；y a f f s f s c ：l i n u x v f s 层的接口；n a n d 接口：y a f f s g u t s 和n a n d 内 存访问函数之间的包装层，例如：调用l i n u xm t d 层或者r a m 模拟层；可移植 函数：服务的包装函数。其结构图以及与其它文件系统对比的位置如图2 - 2 所示 1 4 圈2 - 2y a f f s 文件系统的结构及其与其它文件系统对比的位置图 光i 也直读式远传表编程精度抄表仪的训制 其结构个重要的特点是，y a f f s 提供直接调用的模式，这才使得我们有 机会在不使用操作系统的系统内使用y a f f s 文件系统。 2 1 4y a f f s 文件系统的使用1 9 l 这晕主要讨论直接调用方式的使用。 可以在h t t p ：w w w a l e p h l c o u k c g i - b i n v i e w c v s c g i 获得d i r e c t 源 码，包括以下几个文件及其头文件： y a f f s c f g c ：设置各种设备参数和系统参数； y a f f s f l a s h i f c ：n a n df l a s h 操作函数接口，就是直接对存储器操作的底 层函数，为了测试，此文件用r a m d i s k 模拟的方法实现了对了f l a s h 存储器的操 作，实际应用中，我们需要修改其中( y a f f s f l a s h i lc ) 对f l a s h 硬件操作函 数的定义。包括y f l a s h e r a s e b l o c k i n n a n d ( ) ，y f l a s h _ w r i t e c h u n k t o n a n d ( ) ， y f l a s h _ r e a d c h u n k f r o m n a n d ( ) ，y f l a s h _ i n i t i a l i s e n a n d ( ) ； y a f f s g u t s c ：y a f f s 文件系统的主要实现算法； n a n d _ e c c c ：e c c 算法； y a f f s _ r a m d i s k c ：r a m d i s k 支持代码，用内存来模拟f l a s h 存储器； y a f f s f i l e e m c ：用主机上的一个文件来模拟f l a s h 存储器，只用来测试； d t e s t c ：直接调用文件系统的测试函数； y a f f s f s c ：主要实现直接调用的接口函数如：打开文件，写文件，关闭文 件等。使用时在应用程序中包含其头文件即可”o l 。 2 2d b f 数据库文件 d b f 文件是x b a s e 数据库的核心文件，其他的数据库文件都是与之相关的。 它可以分为两部分，第一部分是文件头，以二进制存储；第二部分是实际存放每 一个记录的数据，以a s c i i 码存储洲【馏。 2 2 1 文件头部分 d b f 文件最开头的3 2 个字节是对文件的整体描述，接着每3 2 个字节定义一 个字段，直到碰到一个o d h ( 字段描述结束符) 为止。 前3 2 个字节说明【1 2 1 ： o o h 版本号( v e r s i o nn u m b e r ) 也叫特征码( s i g n a t u r e ) 来区分数据库 光i 乜直读武远传表编程嚣及抄表仪的研制 的类型； o l h 最近一次更新的年份j 0 2 h 最近一次更新的月份； 0 3 h 最近一次更新的同子； 0 4 h 0 7 h 文件中存储的记录( r e c o r d ) 条数，无符号( u n s n i g n e d ) 二迸制 形式，小端存储( l i t t l ee n d i a n ) ； 0 8 h 0 9 h 文件头的长度，无符号二进制形式，小端存储。其值= 2 6 3 ( 备 份空白j 的大小) + 3 2 ( 文件整体描述的大小)+ n 宰3 2 ( 描述n 个字段的大小) + l ( 文件头结束标志o d h ) ； o a h o b h 每条记录的长度，无符号二进制形式，小端存储，其值= 以字节 为单位的各个字段( f i e l d ) - 的长度之和+ l ( 记录的删除标志) ； o c h o d h 保留，填充为0 ； o e hd b a s e i v 的未完成的事务处理标志( i n c o m p l e t et r a n s a c t i o n ) ： o f h 加密标志； l o h 1 3 h 空闲的记录线程，为l a n 应用保留； 1 4 h 1 b h 为多用户保留； 1 0 hm d x 索引标志； 1 d h 驱动语言i d ： 1 e h l f h 保留； 从第3 2 个字节开始到o d h 为止是字段描述区，每3 2 个字节定义一个字段， 包括字段名、字段类型、字段长度、小数位数等。字段描述的各字节意义： o o h o a h 字段名称，以a s c i i 码表示，不足1 1 个以o o h 填充： o b h 字段数据类型，以a s c i i 码表示。常见的数据类型列在表2 3 中【铘； o c h o f h 字段数据的地址，有两种不同的解释，如表2 - 4 所示【竭； l o h l l h 字段长度，对于数字型的数据，l o h 代表字段的整数位数，小于 2 5 5 ，1 l h 表示字段的小数位，小于1 5 ；对于非数值型的字段，l o h 表示字段长 度的低字节，1 1 h 表示字段长度的高字节； 。 1 2 h 1 e h 保留； 1 f h 索引字段标志。 v i s u a lf o x p r o 的头文件还包括在头文件结束标志o d h 后面的2 6 3 字节的备 份空问。 9 光i u 直缕，远传表编程器及抄表仪的圳材 表2 - 3d b f 文f 1 ：中常见的数据类璀 代号类型 cc h a r a c t e r n n u m b e r l l o g i c m dd a t e mm e m o ff l o a ti n gp o i n t n c h a r a c t e rn ev a r i a b l e b b i n a r y gg e n e r a l pp i c t u r e y c u r r e n c y td a t e t i m e i i n t e g e r v v a r i f i e l d 表2 - 4 对字段数据的地址的两种不同解释 版本偏移量 描述 d b a s e1 2 - 1 5 在存储器中的地址 f o x p r o1 2 - 1 3字段在记录中的偏移 2 2 2 记录数据部分【1 2 i 文件头之后存放数据记录。每一条记录以定长格式顺序存贮，每个记录的第 一个字节是删除标识，有删除标记的记录，则该字节是2 a h ( 对应符号“宰”) ， 无删除标记的记录，该字节为空格( 2 0 h ) 。每个记录的各字段之间没有分隔符， 并且记录无终止符，各种类型的数据均以a s c i i 码存放。数据记录之后为一个字 节的文尾标识( 1 a h ) 。 2 3u s b1 1 协议简介 2 3 1u s b 的设计目标、特色及电气特性1 1 4 1 1 0 光i u 直读式远传表编程器及抄表仅的研制 u s b ( u n i v e r s a 】s e r i a lb u s ) 的工业标准是对p c 机现有的体系结构的扩充。 u s b 的设计主要遵循以下几个准则： 易于扩充多个外围设备： 价格低廉，且支持1 2 m 比特率的数据传输： 对声音音频和压缩视频等实时数据的充分支持： 协议灵活，综合了同步和异步数据传输； 具有兼容了不同设备的技术； 综合了不同p c 的结构和体系特点； 提供一个标准接口，广泛接纳各种设备。 u s b 的规范能针对不同的性能价格比要求提供不同的选择，以满足不同的系 统和部件及相应不同的功能，其主要特色可归结为以下几点： 终端用户的易用性： 为接缆和连接头提供了单一模型： 电气特性与用户无关； 自我检测外设，自动地进行设备驱动、设置； r 动态连接，动态重罱的外设。 广泛的应用性： 适应不同设备，传输速率从几千比特率到几十兆比特率； 在同一线上支持同步、异步两种传输模式： 支持对多个设备的同时操作，可同时操作1 2 7 个物理设备； 在主机和设备之间可以传输多个数据和信息流。 灵活性： 允许对设备缓冲器大小的选择； 通过指定数据缓冲区大小和执行时间，支持各种数据传输率； 通过协议对数据流进行缓冲处理。 健壮性： 协议中使用出错处理差错恢复机制； 对用户感觉而言，热插拔是完全实时的。 v b u s d 毒 d g n d 幽2 - 3u s b 的电缆 v b u s d 中 d - g n d 光i u 直读式近传表螭程器发抄表仪的删f 制 u s b 传输信号和电源是通过一种四线的电缆图2 - 3 中的两根线是用于发送 信号。存在两种数据传输率： l i s b 的高速信号的比特率定为1 2m b p s t 低速信号传输的模式定为1 5m b p s ： 电缆中包括v b u s ，g n d 二条线，可以给设备提供+ s v 电源。u s b 对电缆长度 的要求很宽，最长可为几米。 2 3 2i j s b 系统的结构【1 4 】 不同层次的实现者对u s b 的有不同要求，必须从不同的层次观察u s b 系统。 它能使不同层次的实现者只关心u s b 相关层次的特性功能细节，而不必掌握从硬 件结构到软件系统的所有细节u s b 的这种层次结构如图2 - 4 所示。 “气主机 u s b ? 各 j 1 - 。- 实际通信流 ：= 2 2 2 2 5 = 逻辑通信流 二二二二二 需实现的区域 豳2 4u s b 的层次结构图 1 2 光i u 直读式近传表编程器发抄表仅的研制 有四个层次的实现是较为集中的： 1 ) u s b 物理设备( u s bp h y s i c a ld e v i c e ) ：u s b 上的一种硬件，可运行一些用户 程序； 2 ) 客户软件( c l i e n ts o f t w a r e ) ：为一个特定的u s b 设备而在主机上运行的软 件。这种软件由u s b 设备的提供者提供，或山操作系统提供； 3 ) u s b 系统软件( u s bs y s t e ms o f t w a r e ) ：此软件用于在特定的操作系统中支持 u s b ，它由操作系统提供。与具体的u s b 设备无关，也独立于客户软件； 4 ) u s b 主机控制器( u s bh o s tc o n t r o l l e r ) ：总线在主机方面的接口，是软件和 硬件的总和。用于支持u s b 设备通过u s b 连到主机上。 本文设计的编程器抄表仪是u s b 物理设备层次的，这里就主要介绍u s b 设 备及其特性。 u s b 设备分为集线器、分配器以及文本设备等种类。u s b 设备需要提供自检 和属性设最的信息。u s b 设备必须在任何时刻执行与所定义的u s b 设备的状念相 一致的操作。 r 当设备被连接、编号后，该设备就拥有一个唯一的u s b 地址。设备就是通 过该u s b 地址被操作的，每一个u s b 设备通过一个或多个通道与主机通讯。所有 u s b 设备必须在零号端口上有一指定的通道，每个u s b 设备的u s b 控制通道将与 之相连。通过控制通道，所有的u s b 设备都列入一个共同的准入机制，以获得控 制操作的信息。 在0 号端口上，控制通道中的信息应完整的描述u s b 设备、此类信息主要 有以下几类： 标准信息：这类信息是对所有u s b 设备的共同性的定义，包括一些如厂商识 别、设备种类、电源管理等的项目，设备设置、接口