（计算机应用技术专业论文）信息家电接口描述语言及其编译器的研究与设计.pdf

摘要 本文首先讨论了信息家电的特点，提出了信息家电体系结构框架 的构想，并就信息家电接口描述语言在整个体系结构中所起的关键作 用做了介绍；将面向对象的思想引入信息家电体系结构的研究，指导 对信息家电接口定义语言的设计，通过与其他语言的比较使i a i d l 得 到了明确的定位：i a i d l 不能直接用它来编写可执行的程序，它只用 于描述设备信息，是有别于高级语言的非编程语言。接着文章给出了 i a i d l 语言具体的说明，并就各个语句功能和语句的设计目的做了详 细阐述。 本文研究的第二大块是i a i d l 编译器研究与设计。文章分别从编 译原理及编译技术两个方面对i a i d l 编译器做了介绍。具体实现是在 l i n u x 下的l e x & y a c c 和嵌入式数据库m y s q l i r e 下完成的。本文所设 计的i a i d l 编译器可以成功地编译通过用i a i d l 书写的i a i d l 文件， 并能完成对其中信息的提取、加工与数据的存储。文章最后对信息的 加工处理做了分析研究并介绍了数据库表格的结构和m y s q l i t e 提供 的c 语言a p i 接口。 本课题在信息家电体系结构中引入i a i d l ，通过编译i a i d l 文件， 将其中有关信息家电设备的信息提取出来，经过加工存入位于家庭网 关的数据库中，希望能够以此种方式解决远程用户端与设备端之间， 设备端与设备端之间因为异构而带来的问题。 关键字：信息家电、i a i d l 、编译器、l e x & y a c c t h e p r i m a r yo b j e c to ft h i sp a p e rw a sd e f i n i n gi n f o r m a t i o na p p l i a n c e i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ( l a j d l ) a n dd e s i g n i n gc o m p i l e ro fi t f i r s t l y , t h i sp a p e rd i s c u s s e d t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ei n f o r m a t i o n a p p l i a n c e ( i a ) ，b r o u g h tf o r w a r dc o n s t i t u t i n gaf r a m eo ft h ei n f o r m a t i o n a p p l i a n c ea r c h i t e c t u r e ，a n di n t r o d u c e dt h ek e yr o l ew h a tt h ei a i d l a c t e di nt h ew h o l ea r c h i t e c t u r e w i t ht h ed i r e c t i o no f o b j e c t o r i e n t e d ，t h i s p a p e rd e f i n e dt h e1 a i d l a f t e rc o m p a r i n gw i t ho t h e rl a n g u a g e s ，i tg a v e t h ee x a c to r i e n t a t i o no ft h ei a i d l ：i a i d lc a l l t d i r e c t l yb eu s e dt o d e s c r i b i n ge x e c u t a b l ep r o g r a m s ，b u td e s c r i b i n gt h ef e a t u r e o ft h ei a ， i n c l u d i n gt h ea t t r i b u t e s ，s t a t e s ，a b n o r m i t i e sa n do p e r a t i o n s ，i ta l s oo f f e r e d t h em e t h o d so fd e c l a r i n ge n u m e r a t i o nt y p e s od i f f e r e n tf r o mt h eh i g h l e v e ll a n g u a g e s ，i a i d li sn o n p r o g r a m m i n go n e t h e nt h i sp a p e rg a v e t h ed e t a i l so fi t ，a n de x p o u n d e dt h ef u n c t i o no fi t ss e n t e n c e s a n o t h e rr e s e a r c ho ft h i sp a p e ri sc r a f t i n gac o m p i l e ro fi a i d l t h i s p a p e ri n t r o d u c e dt h ei a i d l - c o m p i l e rb o t hi np r i n c i p l e sa n dt e c h n o l o g y t h ei a i d l - c o m p i l e rh a sb e e na c t u a l i z e db yl e x & y a c cw i t ht h ed a t a b a s e m y s q l i t e i tc a ns u c c e s s f u l l yc o m p i l et h ei a i d l - f i l ea n dp r o c e s s ，s t o r e t h ei n f o r m a t i o nt h a tp i c k e d u pf o r mt h ef i l e i nt h e 4 t hc h a p t e r , i t i i i a n a l y z e dh o wt op r o c e s s i n gt h ei n f o r m a t i o n ，a n de x p l a i n e dt h et a b l e si n t h ed a t a b a s e ，t h ea p if o rcp r o v i d e db yt h em y s o l i t ea l s ob e e ng i v e n h e r e t h i sp a p e rt r i e d t o s e t t l et h eh e t e r o g e n e i t yo ft h ep r o g r a m m i n g l a n g u a g ea n dt h eh e t e r o g e n e i t yb e t w e e nt h ec l i e n t a n dt h ei at h r o u g h i a i d l ：c o m p i l i n gt h ei a i d l - f i l et h a tb ee m b e d d e di n t h ed e v i c e ，a n d s t o r i n gt h ep r o c e s s e di n f o r m a t i o nw h i c hw a sp i c k e du pf r o mt h ef i l ei n t o t h ed a t a b a s eo r lt h eg a t e w a y k e y w o r d s ：i n f o r m a t i o na p p l i a n c e ，i a i d l ，c o m p i l e r , l e x & y a c e 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不合任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：细偈1 廖柳年占月日 湖南师范大学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， 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属湖南师范大学。 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的 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 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密吼 ( 请在以上相应方框内打“ ”) 作者签名：阳吓屠日期：姊年名月乡日 导师签名： 纠丢 日期：0 2 年韶月靠日 ( 信息家电接口定义语言及其编译器的研究与设计 1 1 信息家电 第一章绪论 随着“后p c 时代”的来临，信息产业界开始朝向i n f o r m a t i o n a p p l i 柚c c ( 1 信息家电) 产业发展。虽然信息家电的产业尚在起步阶 段，但由于信息家电产业整合了3 c 概念：计算机( c o m p u t e r ) 、通讯 ( c o m m u n i c a t i o n ) 及消费性电子( c o n s u m e re l e c t r o n i c s ) 的特性， 使它成为未来的大势所趋。 1 1 1 信息家电的概述 我们将传统家电分为白色和黑色两种，其中白色家电包括电冰 箱、洗衣机、微波炉等，是指可以替代人们家务劳动的产品，它是通 过电机将电能转换为热能、动能进行工作的设备；黑色家电则是带给 人们娱乐、休闲的产品，如电视机、录象机、音箱、v c d 、d v d 等， 其核心零部件则更多的是电子元器件、电路板等i 。 信息家电就是利用电脑、电信和电子技术与传统家电相结合的创 新产品，是为了使数字化与网络技术更广泛地深人家庭生活而设计的 新型家用电器。它包括p c 、机顶盒、h p c 、d v d 、超级v c d 、无线 数据通信设备、视频游戏设备、w e b t v 、i n t e r n e 电话等所有能够 通过网络系统交互信息的家电产品。目前，音频、视频和通信设备是 信息家电的_ e 要组成部分。此外，在传统家电i j 融入信息技术也成为 1 硕十学位论文 信息家电发展的一个趋势，这种技术将使传统家电的功能更加强大， 使用更加简单、方便和实用，如模拟电视发展成数字电视。 那么什么是信息家电，美国国家半导体公司是这样定义的：信 息家电( i a ，i n f o r m a t i o na p p l i a n c e s ) 是一种廉价、易用、以互动方式与 互联网连接的小型设备。它是网络上的家电，而不是p c 的外设。所 有能够通过网络系统交互信息的家电产品都可以称之为信息家电f 2 】。 1 1 2 信息家电的特点 信息家电大多指带有嵌入式处理器的小型家用( 个人用) 信息设 备，它的基本特征是与网络( 主要指互联网) 相连并具有一些具体功能， 可以是成套产品，也可以是一个辅助配件。它由嵌入式处理器、相关 支撑硬件( 如显示卡、存储介质、i c 卡或信用卡等读取设备) 、嵌入 式操作系统以及应用层的软件包组成。信息家电主要具有如下特点1 3 1 ： 首先，它操作简单易于学习、经久耐用、功能单一； 信息家电是把p c 的某些功能分解出来，设计而成的能简单有效 地完成某些特殊任务的设备。对于丈多数用户来说，它应该是通过平 时积累的经验就能熟练使用的，是具备高性能、低价格、易操作特点 的与i n t e r a c t 相连的设备。 其次，信息家电是信息化的，它能够与因特网相连，实现设备 与用户之间、设备与设备之问的双向交流； 用户可以通过网络对家电设备进行远程遥控，设备也可以根据不 同需要，主动地或被动地将其各种信息传送给远程客户，包括它的属 信息家电接口定义语言及其编译器的研究与设计 性，各种可操作的控制信息，各部件的实际状态信息等，此外，对于 需要协同工作的设备，它们的信息也可以相互交流以更好的分工合 作。 信息家电一般有一个嵌入式系统，它使得信息家电能够智能地 为用户服务并具有实时性； 最后，为了使不同协议的信息家电之间能相互连接。必须参考 已有的通信协议来制定数据交换标准，使通信协议标准化。 1 1 3 信息家电的未来 现在信息家电正迅速发展，其类型和应用业务越来越多，各种新 技术的发展将推动不同形式家电的爆炸性增长。在这些发展过程中， 信息家电将呈现出以下几种明显的趋势| 4 】：。， v 少数信息家电将是通用型装置，多数则将是带有最佳接口而成 为便于执行特定任务的装置。好的信息家电将与个性化操作融为一 体，完全适合用户所执行的特定任务的要求，操作起来非常方便并且 不会分散用户的注意力。 v 各种信息家电尽可能使用一种无线技术实现互连，以充分利用 w e b 提供的信息资源。同时，可以连接到信息家电的基于w e b 的业 务将为进行这种业务的用户所共享。 v 新技术将为新的信息家电带来更多新的应用。 v 提供前所未有的新业务的全新概念将产生出惊人的发明创造。 例如，参照w e b 的停车场导航工具，可以找到空闲停车场的停车位 置，并通过4 ：一i - 的g p s 系统将用户引导到该处，并从用户的电子钱 1 硕士学位论文 包中自动扣除车费。 1 1 ，4 信息家电与嵌入式系统 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可 裁剪，适应应用系统，对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求 的专用计算机系统f 5 l o 嵌入式系统一般由嵌入式硬件和软件组成，且 软件和硬件是紧密集成在一起的。硬件以嵌入式微处理器为核心，集 成存储器和系统专用的输入输出设备；软件包括初始化代码、驱动、 嵌入式操作系统和应用程序等，这些软件有机地结合在一起，形成系 统特定的一体化软件。嵌入式系统是整个信息家电体系中不町缺少的 部分，它内置在各个信息家电当中，包含各项服务的最终实现代码。 是整个信息家电体系中控制设备完成各种操作的核心控制部件。 1 2 本课题的意义以及在信息家电体系结构中的作用 1 2 1 课题研究的意义 可以预见，信息家电作为一类新兴的融合计算机技术的家电产 品，必将成为我们生活不可或缺的设备，但目前，对于它的研究还处 于开发实验阶段，要真正在信息家电方面形成大规模的产业，还有很 多问题亟待解决。 没有标准的信息家电体系结构是诸多问题中最为藿要的个。 目前，许多计算机、通信、家电行业的f 主人都认识到信息家电的巨大 市场潜力，纷纷进入这个领域。c i s c o 、i n t e l 、n o r t e l 、m o t o r o l a 、3 c o m 、 i b m 等公r 司部已开始建立智能信息家电的研究机构。由丁困阿i ：还没 信息家电接口定义语言及其编译器的研究与设计 有形成统一的家庭信息化标准，各种标准纷杂，家电设备制造厂家无 所适从，为此，进行信息家电基础平台的研究有着重要的实用价值和 战略意义。 而本文研究的内容“信息家电接口描述语言及其编译器的研 究与设计”正是试图解决这个异构问题。本文从分布计算理论得到启 发，用接口定义语言( i d l ) 来定义分布式对象( 家电设备) ，认为建 立基于i d l 的体系结构是解决异构系统集成的基础。为此，本文设想： 从信息家电的特殊性出发，设计出种信息家电的接口定义语言 ( i a i d l ) ，并建立i a i d l 编译器。对信息家电的整个研究将基于 i a i d l ，将从体系结构上研究信息家电的基础平台，该基础平台将与 具体的操作系统、编程语言、网络协议及具体的信息家电的功能实现 等无关。 1 2 2 课题在信息家电体系结构中的作用 本文研究的课题是整个体系结构的重要组成部分，起到基石作 用。各个家电设备在接入网络前都要用信息家电接口描述语言来描述 自己的特性和功能，这就好比来自不同国家，不同地区的人在建立联 系前先用统一的语言( 如英语) 做自我介绍；而本文设计的编译器则 是用来将设备描述文件中的代表设备自身特点的信息提取出来并加 以处理，形成便于存储、操作的中间信息保存到位于网关上的数据库 中去。 下一节将主要就信息家电体系结构给出一个框絮性介绍，为后面 本文研究的主要内容提供服务。 s 硕十学位论文 1 3 信息家电的基本体系框架 1 3 1 家庭网络的构成 按照组成家庭网络的元素的不同，各种设备提供服务的不同，以 及家庭网络实现各种功能方式的不同，可以将家庭网络分为三种类型 的子网：娱乐性家庭网络( 包含如电视机、d v d 等) 、数字通信家庭 网络( 包含如电话、传真机等) 和家庭控制网络( 包含如防盗系统、 健身设备等) ，这些子网都通过家庭网关与社区网关相连并最终接入 1 3 2 信息家电接口定义语言 信息家电远程控制系统是一种分布式应用程序，客户机和服务器 之间需要通信的基本信息，例如客户机能请求的可用操作及该操作的 参数等，我们把这些信息包含在接口里。接口定义了某类设备( 如音 响、电脑、电视机等) 的特性和行为，包括服务器能在这类设备上施 加的操作，这些与面向对象里的类很相似。 信息家电的接口可以使用i a i d l ( i n f o r m a t i o na p p l i a n c ei n t e r f a c e d e f i n i t i o nl a n g u a g e ，信息家电接u 定义语言) 来编写。i a i d l 是定义 语言而不是编程语言，只能用来定义接口和数据结构，而不能用来编 信息家电接口定义语言及其编译器的研究与设计 写算法。按照i a i d l 规范书写的设备描述文件即i a i d l 文件由厂商 提供，它为应用软件开发商开发相应软件，用户远程操作信息家电设 备提供了最基本的原料信息，具体的将在后面的章节做详细介绍。 1 3 3 网关 网关是一种复杂的网络连接设备，可以支持不同协议间的转换，实 现不同协议网络之间的互连。它不能完全归为一种网络的硬件，用概 括的术语来讲，它应该是能够连接不同网络的软件和硬件的结合产品 嘲。 信息家电网络中，网关要完成媒体转换、速度匹配、防火墙、加 密证实、l p 地址获得、地址解析等功能，还要执行多协议的转换、系 统管理、多个网络的连接等功能，在网关上除了最基本的t c p i p 协 议外，还运行着网络地址翻译协议、动态主机配置协议和超文本传输 协测硼踟。在本文的信息家电体系里，网关处于核心位置，它除了扮 演通常意义上的角色外，他还是应该是个代理器和控制器。 代理器 代理器是分布式系统中若干个客户机与一个或多个服务器( 信息 家电设备) 之间的中间件。代理器在客户机请求服务器时表现为一个 客户机，在服务器响应客户机时表现为一个服务器。这样，客户机和 服务器就可以无须了解对方，实现真正的分离，并且打破了原来传统 的一对一的客户机朋啜务器的关系，可以是多个服务器为单个客户机 服务，也可以是个服务器为多个客户机服务1 9 】如图1 2 所示。 硕士学位论文 。 圈i - 2 代理器 控制器 它的存在犹如在信息设备与客户端之间开辟了一条信息交互的 通道，使得客户端的控制信息能准确地发送到信息设备上，并且信息 设备的返回值和工作状态信息也能及时地反馈给远程客户端。 同时在家庭网络中，网关应该要提供以下基本的服务： 注册管理 某信息家电设备连入网络时，网关上的设备解释器( 即i a i d l 的编译器) 将根据该设备的i a i d l 文件，把设备的属性、所提供的 操作、操作所带的参数以及设备的状态信息和异常信息提取出来，并 将这些信息以某种数据形式存储到网关对应的数据库中。同时，网关 还要给当前设各分配一个能唯一标识它的设备引用( 包括设备序列号 等) ，并将这个引用告知所有的客户端，当该设备撤离网络的时候， 网关同样要将该信息告知所有用户，并在数据库中保持所有数据信息 的一致性。 控制管理 网关分析远程客户端发来的信息，然后打包转发给信息设备，若 有返回值，则等待信息设备返回的结果，再将结果送回给客户端。 状态管理 信息家电接口定义语言及其编译器的研究与设计 任何时候设备都处于某一种特定的状态，即便是刚刚接入网络的 设备也有一个初始状态。设备状态对于客户端访问、操作该设备十分 重要，网关要不断的将该信息同步的反映到网关中的数据库中，并显 示在客户端生成的操作界面上供远程客户端参考使用。状态的变化与 否将直接关系到客户端对设备的操作是否成功( 在2 3 节将详细阐 述) 。 设备获取管理 客户端对信息家电设备进行操作前，要先获取所有在线设备的列 表，这部分工作也要由网关来完成。当客户端要求具体设备的具体信 息时，网关要将该设备的属性、操作、状态等信息传给它，使客户端 形成操作界面。 网关提供多个s o c k e t 口，对于每一个上线的控制端的服务请求都 启动一个相应的线程来响应它们对家电设备的服务请求，这样通过采 用多线程的通信结构，将保证整个远程监控系统的实时性与准确性。 1 3 4 解释器 i a i d l 定义的设备接口都是以i a i d l 文件的形式存在的，所以 对于接口信息的使用很不方便，这就需要将i a i d l 中的信息提取出 来，以一种容易记录、存储和使用的方式表示，这种容易记录、存储 和使用的信息我们称之为中间信息。我们将中间信息存储在网关上的 各种数据库中，当客户端对某设备提出请求时，我们先根据相关数据 库中的信息在客户端生成一个操作界面，并将该设备的一些信息，如 状态信息和属性值等在界面上反映出来，j 与操作执行完后，若设街的 口 硕士学位论文 属性和状态发生了变化，这些也将同步地在数据库中和客户机的操作 界恧上体现出来。 这种完成中间信息的提取工作和界面自动生成工作的软件我们 称之为接口解释器和界面解释器如下图1 3 所示。 设备端网关客户端 l l l 接口解释器界面解释器 i a i d l 蚶u jj ，h h i ，士白j 操作界面 7 _一i l 叫1 日，t q i 1 3 5 客户机与服务器 图1 - 3 解释器 这里客户机与服务器( 信息家电设备) 是正式分开的，客户机只 需要知道如何请求做某些事，服务器只要知道如何完成客户机所请求 要完成的任务。 它们用一种称为“请求( r e q u e s t ) ”的消息来通信。请求由以下 部分组成： 一个操作的标识，这可以从i a i d l 文件得知； 一个特定设备的引用，操作是在该设备上完成的。设备引用是 在信息家电接入网络，在网关上注册时由网关确定的； 有关请求成功或失败的返回异常信息的机制，包括用户异常和 系统异常，它与i a i d l 文件中描述的设备状态与异常信息有关； 语义对象，它是一个语义串，如“f u n c t i o ns e t _ t e m p e r a t u r ev o i d t e m p ( i ni n ts t ( 2 0 ，4 0 ) ) ；”中的“s e tt e m p e r a t u r e ”； 信息家电接口定义语言及其编译器的研究与设计 零个或一个与被请求的操作相关的参数。 客户机要对信息家电设备发送请求，首先要知道被请求信息设 备的设备引用，设备引用至少应该包含以下内容： r e p o s i t o r yi d 提供了设备的类型检查，例如检查对于音响的操 作是否操作到了其它类型的设备上去了； e n d p o i n ti n l b 标识目标地址，包括i p 和端口号，或者是设备 在注册时得到的具有唯一性的设备序列号，因为该序列号就是根据i p 和端口号等生成的； o p e r a t i o ni d 用来定位设备上的具体操作，事实上，在编译设 备描述文件时，对文件中声明的每个操作都给了一个确定的编号 o p _ i d ，而且通过该编号还可以与状态建立联系，因为在设计状态和 操作的说明规范时，在状态名和操作名的定义规则上建立了相应操作 和该操作企图改变的设备状态之间的联系。 可以通过以下途径获取设备的设备引用： 通过将设备引用转换成一个串写入一个文件中，使用时从文 件中读出这个串并将其转换成为设备引用； 通过公共服务程序如n a m i n gs e r v i c e 来获取： 通过e m a i l 、w r e b 页发布。 1 3 6 设备请求代理器( d r b ，d e v ic er e q u e s tb r o k e r ) 设备请求代理器为系统巾的所有设备提供通信中枢，它提供了设 备问信息流动所需的通路，如下图1 4 所示。 客户端戍用程序要访问某设备，首先发送请求给客户端的d r b ， 硕十学位论文 d r b 按协议将请求打包，发送给服务器，服务器端的d r b 按协议将 打包了的信息解包( 此时的网关就是服务器) ，网关再根据设备引用 将调用请求定位到确定的信息家电设备的具体实现上，如果操作有结 客户机应用程序 客户机d r bl _ j 服务器端d r b 图1 4 设备请求示意图 闹 i - j n 磊一 果返回，也将由网关负责传回到客户端，如果操作不成功，相应的异 常信息也将通过网关传回到客户机。 1 4 编译器的发展历史删d 1 悯 最早的编译器是上世纪5 0 年代开发的f o r t r a n 语言编译器， 它是i b m 的j o h nb a c k u s 带领的研究小组完成的，但这个项目的开发 工作既复杂又艰苦。同一时期，n o a mc h o m s k y 开始了他对自然语言 结构的研究。他的发现最终使得编译器的结构异常简单，甚至还带有 了一些自动化。 c h o m s k y 的研究导致了根据语言文法的难易程度以及识别它们 所需要的算法来对语言分类，这就是现在所称的c h o m s k y 架构 ( c h o m s k yh i e r a r c h y ) ，它包括了文法的四个层次：0 型文法、1 型文 法、2 型文法和3 型文法，且其r p 的每一个都是其前者的特殊情况。 2 型文法( 或上下文无关文法) 被证明是程序设计语言q - 最有j 羁的， 燮一 黑 信息家电接口定义语言及其编译器的研究与设计 而且今天它已代表着程序设计语言结构的标准方式。 分析问题( p a r s i n gp r o b l e m ，用于上下文无关文法识别的有效算 法) 的研究是在6 0 年代和7 0 年代，当它变得越来越明朗时，人们开 始关注p a r s i n gp r o b l e m 这部分的编译器自动构造的问题，最初这些 程序被称为编译器的编译( c o m p i l e r - c o m p i l e r ) ，但更确切地应称为分 析程序生成器( p a r s e rg e n e r a t o r ) ，这是因为它们仅仅能够自动处理编 译的一部分。这些程序中最著名的是y a c c ( y e ta n o t h e r c o m p i l e r - c o m p i l e r ) ，它是由s t e v ej o h n s o n 在1 9 7 5 年为u n i x 系统编 写的。类似的，有限状态自动机的研究也发展了一种称为扫描程序生 成器( s c a n n e rg e n e r a t o r ) 的工具，l e x ( 与y a c c 同时，由m i k el e s k 为u n i x 系统开发) 是这其中的佼佼者。 在7 0 年代后期和8 0 年代早期，大量的项目都贯注于编译器其它 部分的生成自动化，这其中就包括了代码生成。大概是因为操作太复 杂而人们又对其不甚了解，这些尝试并未取得多少成功。 大约在1 9 9 9 年，s g i 公布了他们的一个工业化的并行化优化编 译器p r 0 6 4 的源代码，后被全世界多个编译器研究小组用来做研究平 台，并命名为o p e n 6 4 。o p e n 6 4 的设计结构好，分析优化全面，是编 译器高级研究的理想平台。 1 5 论文结构 本文研究的内容主要分为两个部分，一个是定义信息家电接口描 述语言i a i d l 的规则，另个就是针对这个i a i d l 设计制作它的编 硕士学位论文 译器。 论文总共分为五章： 第一章绪论，概述了信息家电的特点和发展的趋势；通过介绍信 息家电的体系结构框架，阐述了本课题的研究意义和在整个体系结构 中所起到的基础性作用：通过编译用i a i d l 语言书写的i a i d l 文件， 提取相应信息并存储到位子网关的数据库上的举措，使之各个客户端 与设备之间可以通过读取数据库而自由通信，从而消除他们之间因软 件或硬件的不同而存在的异构问题。 第二章i a i d l 的设计及相关编译原理，论述了提出设计i a i d l 的必要性，并通过与其他语言的比较，对1 a 1 d l 的性质、作用给出 了定位，并确切定义了什么是i a i d l 。随后引入面向对象的思想，对 信息家电的共同特性做了详细分析，结合编译原理的相关理论研究出 了i a i d l 语言描述设备所应该涉及到的主要方面，并分析了之所以 要这样设计的原因，本章最后用e x t e n d e db a c k u s n a u rf o r m a t ( e b n f ) 的形式给出了i a i d l 的具体说明和例子。 第三章词法分析与语法分析，这一章节先就词法分析和语法分析 作了介绍。由于本文设计的i m d l 编译器是用l i n u x 下的l e x & y a c c 完成的，而y a c c 的规则段部分要求i a i d l 满足l a l r ( 1 ) 文法规则， 所以对l r ( k ) 分析器的内容做了详细说明。同时这章也是i a i d l 编译器制作的技术篇，在3 3 节中，对l e x & y a c c 的编程技术结合i a i d l 编译器制作做j ，较为全而的介绍。 第四錾中问信息的规划和信息的存储，事实上这部分的 作在制 信息家电接口定义语言及其编译器的研究与设计 作编译器时就已经完成了。这章主要介绍了在编译i a i d l 文件的时 候，对其中的信息作了怎样的处理，对各种信息采取了什么样的数据 形式进行存储，并且对数据库的结构做了详细介绍，还结合实例分析 了之所以这样加工信息和设计数据的原因。本章还介绍了所采用的数 据库m y s q l i t e 和它所提供的c c + + 语言的a p i 函数。 第五章结语对本文的研究内容做了总结，对不足的地方进行了分 析，且就下一步工作进行了展望。 最后是参考文献、附录一、附录二、致谢和原创性声明。 信息家电接口定义语言及其编译器的研究与设计 第二章i a i d l 的设计及相关编译原理 从1 9 9 9 年开始，国内外各大组织和企业就尝试对信息家电制定 标准，但到目前为止国际上尚未有统一的规范。近年，由我国国家经 贸委和信息产业部共同组织的“家庭信息化网络技术体系结构及产品 开发平台”项目，和海尔主导的网络家电标准组织“e 家佳产业联盟”也 先后提出在信息家电体系中引入“设备描述文件”和家庭网络设备 描述文件规范的想法( 1 3 1 。2 0 0 6 年6 月，“e 家佳”联盟向 i s o i e c j t c l s c 2 5 ( 国际标准化组织国际电工委员会信息技术委员 会的2 5 分委员会) 提交了核心协议和设备描述文件( 遭到了失败) 1 1 4 1 。它们的想法与本课题的思想十分相似，因此对信息家电接口描述 语言进行研究是有现实意义的。 2 1 引入l a f o l 的意义 信息家电基本的功能之一就是通过网络进行信息交互。要使信息 家电之间( 同类型的或不同类型的) 相互通信，进而达到相互控制的 目的，就必须使它们之间能够相互“认识”并“理解”各个设备之间 交互的信息，并且这种“认识”和“理解”应该是不受各个信息家电 设备的软件、硬件约束的。所以本文提出构建信息家电接口描述语言， 为信息家电系统的软、硬件异构问题提供了解决的办案，并为建立一 个标准的信息家电体系结构( i n f o r m a t i o na p p l i a n c ea r c h i t e c t u r e ) 提供 硕士学位论文 基石，如图2 - l 所示。 远程用户 家庭网关 端 二3 信息家电i i 用户1 ：一尝宅一功能实 i 现模块 用户2l 中f b 】两编 1 一 设备协 冀c。1 蕊。j 用户3作模块 2 2i a i d l 定义与定位 图2 - 1 信息家电体系结构框架 信息家电接口定义语言( i n f o r m a t i o na p p l i a n c ei n t e r f a c e d e f i n i t i o nl a n g u a g e ，i a i d l ) 是一种用来定义家庭网络中信息家电的 说明性语言。它采用面向对象的方法，将信息家电设备抽象为标准的 “对象”，把设备的内部数据值转换为通用的、抽象的数据结构来实 现数据通信。网关或网络控制器通过对对象的i a i d l 文件的理解、 分析来识别和访问设备，并通过相应的应用程序去远程操作、控制家 电设备的状态。 i a i d l 不能直接用它来编写可执行的程序，它只用于描述设备信 息，是有别于高级语言的非编程语言。 用i a i d l 编写的文件，记录了设备的可用信息，通过编译该文 件，将这些信息提取出来，存储到位于网关的数据库中，供应用程序 的开发者使用，所以它义有别予类似对象管理组( o b j e c tm a n a g e g r o u p ，o m g ) 制订的接l 定义语言( i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ， l r 信息家电接口定义语言及其编译器的研究与设计 i d l ) 这样的非编程语言。 o m gi d l 也是定义语言，只能用它来定义接口和数据结构。但 o m g 为这些接口和数据结构定义了数种编程语言的联编，用户能从 o m gi d l 源文件生成这些语言的源代码【9 】 1 5 l 。所以o m gi d l 虽然也 是非编程语言，但还是带有编程特性的，与i a i d l 不同。 2 3i a i d l 描述的内容 2 3 1 属性 属性用来描述设备的实际特性，是和具体设备密切相关的，是一 些不会随时间和用户的使用而改变的设备特性。 例如：设备的名字、厂家、功率、版本号、设备出厂号等。 它的值一经厂家设定，存入数据库后就不会改变，对用户而言是 些只读的可见信息。 2 ，3 2 操作 将硬件提供的功能以类似函数接口的形式向( 软件) 应用程序开 发者提供，最终用户也是通过这些接口信息来定位某个特定设备上的 具体功能的。 i a i d l 将描述该函数的基本特性包括：函数名，功能说明，函数 返回值，函数的参数，参数方向、参数类型和参数的取值范围。 功能说明语句也就是前面提到的语意对象的。一种，它是一个字符 串，用来解释说明操作所实现的具体功能。 根据实际情况，函数返回值类型考虑给出了以下几种：无返回值 硕七学位论文 类型( v o i d ) 、整型( i n t ) 、浮点型( f l o a t ) 、字符串型( s t m i g ) 。 函数参数方向有三种： i n 表示参数是由客户端发送给服务器端的，不需要返回值； o u t 表示参数是由服务器端发送给客户端； i n o u t 表示参数是由客户端初始化，发送给服务器端，服务器 能够修改参数的值。 一般情况下，对设备的操作是对设备某一状态的改变，所以，希 望在定义一个操作时指明该操作与具体的哪一个状态的改变有关，因 此在定义操作名时将操作名命名为如下形式：s t _ 状态名，并且在操 作中至少有一个参数的参数值类型与相对应的状态名的状态值类型 是一样的( 该参数值是某次特定的操作对相应状态设置的期望值，称 为期望状态值) 。 2 3 3 状态 描述设各的状态，状态声明应在操作声明之前： s t a t e 状态说明状态名状态值类型 ( 期望状态值，实际状态值， ， ) ； 状态名：与改变该状态的函数名直接相关，如果有一个名为 “t e m p ”的状态，则改变温度的函数名应该为“s t _ t e m p ”。 状态说明：和操作中的功能说明一样，是语意对象的种，它 是一个字符串。 2 0 信息家电接口定义语言及其编译器的研究与设计 状态值类型：它对其后括号内的值都具有约束性，可以是i m 、 f l o a t 、s t r i n g 和枚举类型。 期望状态值：记录每次用户试图改变该状态所设的值，它在出厂 时由厂商设定一个初始值，初始值应与出厂时该状态的实际值保持 一致。在数据库中，它的值由用户通过操作( 调用函数) 来改变。 实际状态值：它将始终客观地反映设备的实际状态。在数据库 中，对应数据值的改变应该采用“推”模型，即当设备状态改变后， 由设备主动地写入数据库，并反映到用户终端上。 警戒值：是由厂家设定的一组特殊值，如设备某功能实际取值的 最大值和最小值等。 异常信息：它是当某状态到达某个特殊值时所对应的报警信息， 如“取值过大”和“取值过小”等。 当然在应用程序远程调用时，可以通过对参数的取值的有效性进 行控制，例如，由“f u n c t i o n 设置温度v o i d t e m p ( i ni n ts t 2 0 ，加】) ；”， 可知空调温度的取值范围是2 0 4 0 ，若远程调用的参数不合法时 ( 大于4 0 或小于2 0 ) ，可以进行提示错误信息，但这只是软件方 面的保证。有了“ ”就增加了硬件保证， 因为它是由设备自我监控到的。 2 3 4 基本数据类型 整型、浮点型、字符串型、和牧举型。 枚举型的定义在所有操作和状态定义之前，对某枚举型类型的使 用遵循先定义后使用的筠i 则。 ，1 硕十学位论文 e n u m 枚举类型名称= ( 枚举值1 ，枚举值2 ，枚举值n ) ； 2 3 5 离散型设备的描述 离散型设备是功能单一、操作简单的、使用数量较多的设备类型 如电灯，窗户等。 对这类设备可以统一通过一个控制板集中管理、控制。该控制板 提供一组接口供设备连接，所以，对离散型设备的管理转为对该控制 板的管理。 2 4i a i d l 相关编译原理 信息家电接口定义语言作为一种特殊的描述语言，具有自己特定 的文法。 2 4 1i a i d l 的字母表与符号串 字母表是元素的非空有穷集合。例如，由2 6 个英文字母组成的 集合是一个字母表，记为。字母表中的元素称为符号。例如，2 6 个英文字母中的元素a 、b 、c 等都称为符号。 由字母表中的符号组成的任何有穷序列称为符号串。空符号串 不包含任何字符，以希腊字母e 表示。符号串所包含符号的个数称为 符号串的长度，空符号串的长度等于零。 由于描述的是各种信息家电的信息，所以大小写2 6 个英文字母， 十个数字符号和一些常用的符号都包括在i a i d l 的字母表l l 。 诊i a i d l 字母表= a z 、a - z 、0 - 9 、 、( 、) 、 、 ：、；、= 、 一 ，共包含7 3 个符号。 2 2 信息家电接口定义语言及其编泽器的研究与设计 一般来讲，i a i d l 中的字符串长度不大于2 5 5 ，空格和制表符均 视为空串，不做任何处理。 2 4 2l a i d l 的正则表达式 正则表达式表示字符串的格式。正则表达式r 完全由它所匹配的 串集来定义。这个集合称为由正则表达式生成的语言( 1 a n g u a g e g e n e r a t e db yt h er e g u l a re x p r e s s i o n ) ，记作u r ) 。此处的语言只表示“串 的集合”，它与程序设计语言并无特殊关系。该语言首先依赖于适用 的字符集，它一般是a s c i i 字符的集合或它的某个子集。有时该集比 a s c i i 字符的集合更普通一些，此处集合的元素即为符号，这个正规 符号的集合就是字母表。 正则表达式r 还包括字母表中的字符，但这些字符具有不同的含 义：在正则表达式中，所有的符号指的都是模式。如a 就是一个作为 模式的字符a 。 最后，正则表达式r 还可以包括有特殊含义的字符。这样的字符 称作元字符( m e t a c h a r a c t e r ) 或元符号( m e t a s y m b 0 1 ) 。它们并不是字 母表中的正则字符，否则当其作为元符号时就与作为字母表中的字符 时很难区分了。源代码层一般用反斜杠和弓 号这样的转义字符( e s c a p e c h a r a c t e r ) 来关掉元字符的特殊意义1 1 6 1 。 定义正则表达式是以下的一种1 1 7 1 ： 1 基本( b a s i c ) 正则表达式由个单字符a ( 其中a 在正规字符 的字母表中) ，以及元符号或元符号d 组成。在第1 种情况下， u a ) = a ) ：在第2 种情况下uf ) = ；l ( 够) = 。 2 3 硕士学位论文 2 r i s 格式的表达式：其中r 和s 均是正则表达式。在这种情况下。 l ( r l s ) = l ( r ) ul t s ) 。 3 r s 格式的表达式：其中r 和