（计算机应用技术专业论文）嵌入系统中数据远程无线传输的研究.pdf

嵌入系统中数据远程无线传输的研究 作者简介：沈静桥，男，1 9 7 2 年1 月生，籍贯四川，2 0 0 3 年从师于苗放教授， 研究方向是计算机网络，2 0 0 6 年7 月毕业于成都理工大学。 摘要 随着信息时代的到来，对于嵌入式系统的研究也是如火如荼，i n t e l 公司 董事长贝瑞特认为：信息技术的发展经过了三次浪潮；第一次是p c 机浪潮，第 二次是互联网浪潮，目前正在兴起的第三次浪潮是嵌入式浪潮。从全球范围看， 近年来基于嵌入式的数字化产品取得了突飞猛进的发展。 我国迫切需要在信息技术飞速发展的世界站有一席之地。以信息化带动工 业化，用信息技术改造传统产业是我国着眼全局经济战略调整的必由之路。嵌 入式产品未来5 年内在全球有2 0 0 0 亿美元的市场，我国商务部也将投入6 0 0 亿 元发展嵌入式产业。因此，大力发展嵌入式软件在我国现阶段具有特别重要的 现实意义。 任何一个嵌入式系统都离不开数据的传输，无论是有线环境还是移动环 境；而数据传输的成本、效率直接影响产品的竞争力。本论文以基于w i n d o w sc e 的p d a 应用为出发点，重点对无线传输环境下不同传输方案的优劣进行了比较、 研究。 本文分为6 个部分。第一部分论述了论文选题的意义、国内外现状、研究 的主要内容和预期目标。第二部分描述了嵌入式系统的相关知识基础知识。第 三部分介绍了在w i n d o w sc e 操作系统中存在的一些基本情况。第四部分重点论 述了数据远程传输的方案和涉及到的通讯技术。第五部分是三种传输方案的应 用效果，描述了三种传输方案豹编程工具和运行效果。第六部分是结论与建议， 总结了本论文的研究成果，并提出了自己的建议，展望了未来数据远程传输的 发展方向和技术前景。 t h er e s e a r c ho fd a t aw i r e l e s sr e m o t et r a n s p o r t i i le m b e d d e d s y s t e m i n t r o d u c t i o no ft h ea u t h o r ：s h e nj i n gq i a ow a sb o r no nj a n u a r y ， 1 9 7 2 ，u n d e rt h eg u i d a n c eo fp r o f m i a of a n gf r o m2 0 0 3 ，m a j o r e di n n e t w o r ko f c o m p u t e r h eg r a d u a t e d a t c h e n gd uu n i v e r s i t y o f t e c h n o l o g y a l o n gw i t ht h ei n f b 加啮t i 衄a g ea r r i v a l ，n 掣叫i n gi n s e r t st h et y p es y s t e mt h e r e s e a r c ha l s oi sl i k ear a g i n gf i r e , c h a i r m a ni n t e l c o r p o r a t i o ns h e l ls w i t z e r l a n d t h o u g h te s p e c i a l l y ：t h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tp a s s e dt h r o u g ht h r e e t i d e s ；f i r s ti st h ep cm a c h i n et i d e ，s e c o n di st h ei n t e r a e tt i d e , a tp r e s e n to i l st h er i s e t h et h i r df i d ei n s e r t st h et y p et i d e l o o k i n gf r o mt h eg l o b a ls c o p et h a t , i nr e c e n ty e a t s h a so b t a i n e dt h ed e v e l o p m e n tb a s e do nt h ei n s e r t i n g - l i k ed i g i t i z a t i o np r o d u c tw h i c h p m g r e a s e sb yl e a p sa n d b o u n d s o u rc o u n t r yi s u r g e n tn e e d st oh a v et h es m a l ls p a c ei n t h ei n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yr a p i dd e v e l o p m e n tw o r l ds t a t i o n ，b yt h eb e c o m i n ga l li n f o r m a t i o nb a s e d s o c i e t yi m p e t u si n d u s t r i a l i z a t i o n ，i so u rc o u n t r yf o c u s e st h eo v e r a l ls i t u a t i o n e c o n o m i c a ls t r a t e g ya d j u s t m e n tw a yt h a tm u s tb et a k e nw i t ht h ei n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yt r a n s f o r m a t i o nt r a d i t i o ni n d u s t r y w i l li n s e r tt h et y p ep r o d u c tf u t u r ei n5 y e a r st oh a v e2 0 0b i l l i o nu sd o l l a r sm a r k e t si nt h ew h o l ew o f l d - o u gc o u n t r y d e p a r t m e n to fc o m m e r c i a la f f a i r sa l s oi n v e s t s6 0b m i o ny u a nd e v e l o p m e n tt oi n s e r t t h et y p ei n d u s t r y t h e r e f o r e ，d e v e l o p sv i g o r o u s l yi n s e r t st h et y p es o f t w a r et oh a v e t h es p e c i a l l yi m p o r t a n t p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ei n o u rc o u n t r y p r e s e n ts t a g e 。a n y i n s e r t st h et y p es y s t e mn o tt ob ea b l et ol e a v et h ed a t at h et r a n s m i s s i o n ，r e g a r d l e s so f i st h ew i r e de n v i r o n m e n tm o v e st h ee n v i r o n m e n t ；b u td a t at r a n s m i s s i o nc o s t e f f i c i e n c yd i r e c ti n f l u e n c ep r o d u c tc o m p e t i t i v ep o w e r t h ep r e s e n tp a p e rt a k eb a s e d o nt h ew i n d o w sc ep d aa p p l i c a t i o na sas t a r t i n gp o i n t ，k e yt h ed i f f e r e n t t r a n s m i s s i o np l a nf i ta n du n f i tq u a l i t yh a sc a r r i e do nt h ec o m p a r i s o n ，t h er e s e a r c ht o t h ew i f c l e s st r a i l s m i s s i o ne n v i r o n m e n tu n d e r t h i sa r t i c l ed i v i d e si n t o6p a r t s 。t h ef i r s tp a r te l a b o r a t e dt h ep a p e rs e l e c t e d t o p i cs i g n i f i c a n c e ，t h ed o m e s t i ca n df o r e i g np r e s e n ts i t u a t i o n s ，t h er e s e a r c hm a i n c o n t e n ta n dt h ea n t i c i p a t e dt a r g e t t h es e c o n dp a r td e s c r i b e dh a si n s e r t e dt h et y p e s y s t e mt h er e l a t e dk n o w l e d g ee l e m e n t a r yk n o w l e d g e t h et h h t lp a r t i n t r o d u c e d o p e r a t i n gs y s t e mh a ss o m eb a s i cs i t u a t i o n si nw i n d o w s i nt h ec e t h ef o u n h p a r t e l a b o r a t e dt h ed a t a l o n g - d i s t a n c e t r a n s m i s s i o n p l a n a n di n v o l v e st ot h e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yw i t h e m p h a s i s t h e f i f t h p a r t i st h r e el 【l n do f t r a n s m i s s i o n sp l a n sa p p l i c a t i o ne f f e c t ，d e s c r i b e dt h r e ek i n do ft r a n s m i s s i o n sp l a n s p r o g r a m m i n gt o o la n dt h em o v e m e n te f f e c t t h es i x t hp a r ti st h ec o n c l u s i o n , t h e s u g g e s t i o na n dt h ef o r e c a s t ，s u m m a r i z e dt h ep r e s e n tp a p e rr e s e a r c hr e s u l t s ，a n d p r o p o s e do w ns u g g e s t i o n ，h a v ef o r e c a s tt h ef u t u r ed a t al o n g - d i s t a n c et r a n s m i 鹳i o n d e v e l o p m e n td i r e c t i o na n dt h et e c h n i c a lp r o s p e 蛾 k e y w o r d s ；e m b e d d e d ，m o b i l e , t i p ，w i n i n e t , w l a s o c k i v 第1 章引言 第1 章引言 美国著名未来学家尼葛洛庞帝1 9 9 9 年1 月访华时预言，4 5 年后嵌入式智能( 电脑) 工具将是继p c 和因特网之后最伟大的发明，这预言现已被证实。嵌入式( e m b e d d e d ) 这个词现在变得越来越流行，但它与貌们经常使用的台式机操作系统有什么区别? 与现 在工业控制中大量使用的单片机系统样吗? 在嵌入式操作系统产品中，w i n d o w sc e 虽 然发布了才短短，1 年，但是迅速占据了很大部分市场f 额，现在的很多嵌入式应用都 采用了w i n d o w sc e 操作系统。与其它嵌入式操作系统相比，它究竟有哪些优点和特性? 本文首先阐述了什么是嵌入武系统，以及嵌 式系统的概念，分类，特点，前景； 其次对各种嵌入式操作系统和w i n d o w sc e 的特点及开发工具进行分析比较：然后介绍 个我们基于p d a 在m i c r o s o f tw i n d o w sc e3 0 环境下开发的移动文件传输系统开发 要点和实现过程。 成都理工大学硕士学位论文 2 1 论文的研究背景 第2 章概述 本论文的研究内容是博士点基金项目重大专项“基于3 s 技术的便携式核地 球物理数据系统研究”中的一部分。该项目要求在无法接入有线网络的野外环 境下将野外地理数据实时上传到后台服务器。 由于信息技术的发展，人们不仅要求能够在运动中进行移动电话通信，更 要求进行计算机数据通信，运动通信的唯一手段就是利用无线信道进行信息传 输，也就是无线网络技术。由于无法接入有线两络，对于野外工作人员而言，可 行的选择只有无线远程传输。同时随着人口流动性的增加，移动计算环境越来越 普遍，利用移动手持设备进行实时数据交换已成必然。也许，未来的办公环境将 是移动办公环境。 该项目的硬件环境要求具有g p r s 或c d m a 功能豹p d a 作为客户端，以p c 机 作为服务器端。软件环境采用w i n d o w sc e3 0 作为客户端操作系统，服务器操作 系统不作严格限制。 2 2 论文的研究意义和目的 在嵌入式软件风靡全球的时候，我们砸对的嵌入式操作系统很多；对于用户 而言他们熟悉的界面仍然是微软的w i n d o w s 操作系统。尽管微软早期并不关注嵌 入式操作系统的研发，但从2 0 0 1 年起，微软开始在嵌入式操作系统上投入了很 大的力量，并且在2 0 0 2 年开始占据了近5 0 的手持设备操作系统市场份额。在 国内市场上，微软具有很大的桌面操作系统客户群，因而采用微软阵营的产品可 以在最大程度上节省对客户的培训成本。 对于开发者而言，在台式机上进行w i n d o w s 程序的开发是比较普遍的事情； 而转向c e 的开发，可以极大的减小开发难度。尽管e v t 3 0 开发工具的使用方法 和v i s u a ls t u d i o 有些差别。但从微软的发展战略看，从v i s u a ls t u d i o2 0 0 3 以后微软开始致力于将所有平台的应用统一起来，从而屏蔽掉平台之间的差别， 进而快速的开发和部署相关的应用。 微软总裁比尔盖茨1 9 9 9 年曾提出了维纳斯计划，试图通过简单增加机顶盒 的方式将电视网、通信网、互联网统一起来，但由于标准不统一，和益有冲突没 2 第2 章引言 有实质性进展。随着信息化家电逐步进入市场，基于w i n d o w sc e 的应用再次进 入高潮，到2 0 0 5 年微软最年轻的部门w i n d o w sm o b i l e 成为业务增长最快的部门。 3 g 标准的执行，又会为移动计算、远程无线控制、嵌入式应用提供一个广阔的 舞台。而我国制定的3 g 标准有可能成为世界通用标准，这为我国占领下一代移 动应用市场提供了机会。在上述背景下着力研发基于w i n d o w sc e 环境下的数据 远程无线传输对加速“四跨合一”，加强移动人口管理、推广、提高信息化家电 水平具有重要意义。同时，利用上述软、硬件平台加速国家数字娱乐产业的发展 也是“十一五”期间国家产业调整的一个重要方向。国内目前的电子游戏也较多 的在互联网p c 机上运行。未来的电子游戏将会是手机、p c 机移动通讯设备共同 在无线网络上运行的数字娱乐场所。 而所有这一切都要建立在数据远程无线传输的基础上才能有一个良好的运 行环境；同时，在传输过程中还要考虑传输成本问题。如果把这些因素考虑进去， 嵌入系统中数据远程无线传输的研究既是一个基础性研究课题又是一个应用性 研究课题 在上述背景下着力研发基于w i n d o w sc e 环境下的数据远程无线传输对加速 “四网合一”，加强移动人口管理、推广、提高信息化家电水平具有重要意义。 同时，利用上述软、硬件平台加速国家数字娱乐产业的发展也是“十一五”期间 国家产业调整的一个重要方向。国内目前的电子游戏也较多的在互联网p c 机上 运行。未来的电子游戏将会是手机、p c 机移动通讯设备共同在无线网络上运行 的数字娱乐场所。 而所有这一切都要建立在数据远程无线传输的基础上才能有一个良好的运 行环境；同时，在传输过程中还要考虑传输成本问题。如果把这些因素考虑进去， 嵌入系统中数据远程无线传输的研究既是一个基础性研究课题又是一个应用性 研究课题。 2 3 论文的国内外研究现状 早期的移动互联网络理论与技术的研究主要有以下几个重要方面：一个是 1 9 9 1 年由美国哥伦比亚大学的j o h nl o a n n i d i s 等人提出的，采用了虚拟移动子 网和i pi ni p 隧道封包的方法，被称作c o l u m b i am o b i l ei p ，此后，3 0 h e n l o a n n i d i s 又迸一步完善了c o l u m b i am o b i l ei p 的设计思想和方法：另一个是 s o n y 公司的f u m i o t e r q o k a 等人设计的移动节点协议，即虚拟i p ( v i r t u a li p ， v i p ) 。后来，i b m 的c p e r k i n s 和y r e k h t e r 利用现有i p 协议的松散源路径也 设计了一种移动节点协议。1 9 9 4 年a m y l e s 和c p e r k i n s 综合了上述三种移动 节点协议，设计出一种新的协议m i p ，并由i e t f 组织发展为现在的m o b i l ei p 的 1 成都理工大学硕士学位论文 r f c 3 3 4 4 协议。1 9 9 6 年i e t f 相继公布i p v 4 的主机移动支持协议规范，包括 r f c 2 0 0 2 ( i p 移动性支持) 、r f c 2 0 0 3 ( i p 分组到i p 分组的封装) 、r f c 2 0 0 4 ( 最小 封装协议) 、r f c 2 0 0 5 ( 移动i p 的应用) 和r f c 2 0 0 6 ( i p 移动性支持管理对象的定义) 等，初步总结了移动i p 的些前期研究成果，奠定了相关研究的基础。2 0 0 3 年， i e t f 颁布了移动i p v 4 的新规范r f c 3 3 4 4 ，取代了r f c 2 0 0 2 。 与此同时，i e t f 于2 0 0 3 年针对i p 网络移动路由的研究趋势专门设立了四个 工作组负责相关的理论研究和协议标准化工作，分别是i p v 4 移动工作组、i p v 6 移动工作组、移动i p v 6 信令和切换优化工作组( m i p v 6s i g n a l i n ga n dh a n d o f f o p t i m i z a t i o n ，m i p s h o p ) 以及网络规模移动工作组( n e t w o r km o b i l i t y ，n e m o ) 。 大大促进了该领域的发展。 随着i p v 6 被选为下一代i p 网络协议，将移动i p v 4 的研究成果应用到移动 i p v 6 的协议设计以及i p v 6 协议的性能改进与完善成为了一个重要研究方面。 1 9 9 6 年i e t f 公布了第一个移动i p v 6 草案，到2 0 0 4 年初i p v 6 主机移动协议草 案已经发展到了第2 4 号版本，并于2 0 0 4 年6 月发布为r f c 3 7 7 5 成为第一个移动 i p v 6 的标准。移动i p v 6 利用了i p v 6 自动配置、优化的报头和扩展选项，简化 了主机移动协议的设计，解决了移动i p v 4 人口过滤、三角路由等问题，并降低 了网络开销，提高了工作性能。 2 4 论文的主要内容 研究基于w i n d o w sm o b i l e 平台上可行的、嵌入系统中数据远程无线传输 要面对的传输方案适用性比较：；对嵌入式操作系统的种类特点，使用情况做整 理；对数据远程传输所涉及的新兴技术进行一定程度的探讨：把数据的远程传输 分为两个部分来讨论 w i n d o w sc e 操作系统平台的层次及结构图如下所示： 4 第2 章引言 厂 堂叁塞丛宣 j 幽坚堕竺! 堡丛壹 固园圄圈固固 匾田园囤固 启动加载器ii 鳜动l 毋落叛动ij 寸件鳜云f i il 网龌鳜动l 圈2 - lw i n d o w so e 操作系统平台的层次结构图 2 5 论文的预期目标 采用w i n d o w sc e 作为技术支撑平台，使得不同传输要求的数据在手持设备 和服务器之间能稳定的、低成本的传输 具体表现在： 1 ) 采用v d n d o w sc e 作为技术支撑平台，调试安装好e 、呵组件，并使其 能全面地使用和快速地运行。 2 ) 在w i n d o w sc e 系统平台上，完成一种方式的数据上传，并对其他方 式加以探讨。 3 ) 对不同要求的传输环境给出定性的结论，提出低成本方案的选择建议 成都理工大学硕士学位论文 3 1 嵌入式系统 第3 章嵌入式系统概述 虽然嵌入式系统( e m b e d d e ds y s t e m s ) 是近几年才风靡起来的，但 是这个概念并非新近才出现。从2 0 世纪七十年代单片机的出现到今天各 式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有 了近3 0 年的发展历史，基于嵌入式的数字化产品在全球范围内得到了突 飞猛进的发展，产生了许多形态各异的嵌入式设备，如手持电脑、可上 网的无线移动手机、机顶盒、家庭网关、可上网的电视机、可上网的车 载盒、智能家用电器等等。 按照以上定义，嵌入式系统( e m b e d d e ds y s t e m s ) 是指不同于常见计 算机系统的一种计算机系统，它不以独立设备的物理形态出现，即它没 有一个统一的外观，它的部件根据主体设备以及应用的需要嵌入在设备 的内部，发挥着运算、处理、存储以及控制作用。从体系结构上看，嵌 入式系统主要由嵌入式处理器、支撑硬件和嵌入式软件组成。其中嵌入 式处理器通常是单片机或微控制器：硬件通常包括微处理器、存储器、 外部设备和i o 端口、图形控制器等等。嵌入式系统的层次结构如图所 示： 嵌入式应用软件 嵌入式摄作系统 嵌入式处理器嵌入式外围设备 嵌入式硬件平台 图3 1 嵌入式系统的层次结构图 6 第3 章嵌入式系统概述 嵌入式系统和通用的计算机系统相比具有以下几个重要特点： 系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统 资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。 系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分， 不管是硬件还是软件都要高效率的设计，力争在相同的资源条件下实现 更高的性能。 专用性强。嵌入式系统通常是面向特定应用的，嵌入式系统的设计 和开发必须要考虑特定环境和系统的要求。而且嵌入式系统将软件系统、 硬件和具体应用及行业特点有机的结合在一起，一般要针对硬件进行系 统的移植，即使在同品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的 交化和增减不断进行修改。 而且为了提高系统的执行速度和可靠性，嵌入式系统的软件一般都 固化在存储器芯片或单片机中：同时软件代码要求高质量和高可靠性。 由于嵌入式系统其本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用 户通常也是不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环 境才能进行开发。 3 i i 嵌入式系统的分类 根据不同的分类标准，嵌入式系统有不同的分类方法，如可以从硬 件和软件等进行划分。从软件方面划分，主要可以依据操作系统的类型。 目前嵌入式系统的软件主要有两大类：实时系统和分时系统。其中实时 系统又分为两类：硬实时系统和软实时系统。从硬件方面划分，可以根 据不同的嵌入式处理器进行划分，如可分为嵌入式微处理器( e m b e d d e d m i c r op r o c e s s o ru n i t ，e m p u ) ，嵌入式微控制器( e m b e d d e d m i c r o c o n t r o l l e ru n i t ，e m c u ) ，嵌入式d s p 处理器( e m b e d d e dd i g i t a l s i g n a lp r o c e s s o r ，e d s p ) ，嵌入式片上系统( e m b e d d e ds y s t e mo n c h i p ，e s o c ) 等等。另外还可以根据系统复杂性分类，分为单个微处理器， 不带计时功能的微处理器装置，带计时功能的组件，在制造或过程控制 中使用的计算机系统。 当然，除了上述分类之外，还有许多其他分类方法，比如从应用方 面可分为工业应用和消费电子等，在这里就不一一累述了。 成都理工大学硕士学位论文 3 2嵌入式操作系统 3 ，2 1 嵌入式操作系统的概念和特点 嵌入式操作系统e o s ( e m b e d d e do p e r a t i n g s y s t e n t ) 是一种支持嵌入 式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统( 包括硬、软件系统) 极为 重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设 备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等b r o w s e r 。 嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，如能够有效管理越 来越复杂的系统资源；能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动 程序移植和维护中解脱出来；能够提供库函数、驱动程序、工具集以及 应用程序。与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、 硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出 的特点。其中，其最大的特点就是可定制性，也就是它能够提供可配置 或可剪裁的内核功能和其他功能，可以根据应用的需要有选择的提供或 不提供某些功能以减少系统开销 8 第3 章嵌入式系统概述 3 2 3 常见的嵌入式操作系统 2 0 世纪8 0 年代，商业化的嵌入式操作系统开始得到蓬勃发展。目 前国内外已有几十种商业操作系统可供选择，如v x w o r k s 、p s o s 、 p a l mo s 、n e c u l e u s 、w i n d o w sc e 和”女娲h o p e n ”等。( 见表 3 2 ) 表3 2 嵌入式操作系统的种类 操作系统应用领域 地域 c e l l v i c掌上电脑韩国 c h o r u s o s 电信美国 c x 消费电予，汽车，医疗设备，通讯，航空，工控美国 e c o s 信息电器( 家电，通讯)美国 e m b e d i x 消费电子，电信，工控，信息家电，运输，零售美国 e p o c无线信息设备美国 h o p e n消费电子，信息家电，导航系统中国 i n f e r n o网络设备，信息家电，工控，汽车，军事，航空美国 l y n x 0 s电信，航空，防御系统美国 消费电子，网络设备，无线，导航，办公设备控制，医疗设 n u c l e u s 美国 备 0 s 9 消费电子，信息电器，汽车多媒体系统美国 p a l m0 s 掌上电脑美国 p e n b e x掌上电脑台湾 消费电子，工控，网络设备，航空，防御系统，汽车，交通， p s o s美国 医疗设备 加拿 q n x消费电子，电信，汽车，医疗设备 大 s u p e r t a s k机顶盒美国 消费电子，工控，阿络设备，航空，防御系统，汽车，交通， v x w o r k s 美国 医疗设备 w i n c e消费电子美国 1 p a l m0 s 3 c o r n 公司的p a l mo s 是一种3 2 位的嵌入式操作系统。p a l m 提供 了串行通信接口和红外线传输接口；利用它可以方便地与其它外部设备 通信、传输数据；拥有开放的o s 应用程序接口，开发商可根据需要自 9 成都理工大学硕士学位论文 行开发所需的应用程序。p a l mo s 是一套具有极强开放性的系统，现在 有大约数千种专门为p a l mo s 编写的应用程序，从程序内容上看，小到 个人管理、游戏，大到行业解决方案，p a l mo s 无所不包。在丰富的软 件支持下，基于p a l mo s 的掌上电脑功能得以不断扩展。p a l mo s 操作 系统的一个最大特点就是省电以及系统资源开销少。由于p a | mo s 采用 开放式架构，许多p a l mo s 的使用者都投入到软件开发中。 v x w o r k s 操作系统是美国w i n d r i v e t 公司于1 9 8 3 年设计开发的一种 嵌入式实时操作系统( r t o s ) 。它的良好的持续发展能力、高性能的内核 以及友好的用户开发环境，使其在嵌入式实时操作系统领域占据席之 地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、 航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军 事演习、弹道制导、飞机导航等。在美国的f - 1 6 、f a - 1 8 战斗机、8 - 2 隐 形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1 9 9 7 年4 月在火星表面登陆的火星探 测器上也使用到了v x w o r k s 。 v x w o r k s 具有可靠性，良好的实时性，高度灵活的可裁减性等突出 特点。 3 嵌入式l i n t i z l i n u x 现在已经是最为流行的一款开放源代码的操作系统。l i l l t l x 从1 9 9 1 年阀世到现在，短短十几年的时间内己发展成为一个功能强大、 设计完善的操作系统。由于l i n u x 系统本身是开放源码的，又是种多 任务、稳定性高、内核可裁减的操作系统，它在嵌入式系统方面大放光 芒。在各种嵌入式l i n u xo s 迅速发展的状况下，l i n u x 在嵌入式o s 方 面的发展速度和影响是任何一种操作系统不能比的。 嵌入式l i n u x 是在标准l if l u x 的基础上针对嵌入式系统进行内核裁 减和优化后形成的，使其体积更小、性能更高，同时，由于它是免费的， 没有其它商业性嵌入式操作系统需要的许可证费用，所以具有很强的市 场竞争力。 4 w i n d o w sc e w i n d o w sc e 是微软公司在嵌入式操作系统市场上的一个重要产品。 它最早于1 9 9 6 年开始发行，但是最初并没有取得成功，直到w i n d o w sc e 3 0 以后他才真正被人们所接受。目前的最新版本为w i n d o w sc e5 ，0 。 w i n d o w sc e 是一个3 2 位、多线程、多任务的嵌入式操作系统，其操作 界面虽来源于w i n d o w s9 5 9 8 ，但w i n d o w sc e 是基于w i n 3 2a p i 重新 l o 第3 章嵌入式系统概述 开发的、新型的信息设备平台。w i n d o w sc e 具有模块化、结构化和基于 w i n 3 2 应用程序接口以及与处理器无关等特点，适用于各种嵌入系统和 产品。它的模块化设计方式使得系统开发人员和应用开发人员能够为多 种多样的产品来定制它。 关于w i n d o w sc e 的更多优点和特性将会在下一章做详细的介绍。 表3 3 几种最流行的嵌入式操作系统比较 嵌入式操 优点不足 作系统 多媒体功能、更强的i n t e r n e t 非开放导致很难定 w i n d o w s制、应用程序庞大、非 功能、高度模块化、很好的开发支 c e 高效节能、版权费、昂 持环境、与w i n d o w s 系列兼容。 贵。 跨平台、裁剪性好、性能稳定、自身过于庞大、开发 开放源代码、内核小、效率高、免难度较高、标准未成形。 l i n u x 费、无线连接、开发速度快、支援 软件有限。 来自欧洲的操作系统，由世界上功能以手机为主，并 三大移动电话厂商诺基亚、爱立不打算授权。 e p o c 信、摩托罗拉共同开发，市场潜力 很大。 众多支持软件、市场占有率高、授权困难。 p a i mo s 开放系统、有3 c o m 、s o n y 、i b m 等 支持、简单实用。 良好的可靠性和卓越的实时实际应用中不是所有 性，在工业控制领域有广泛应用。的实时性要求都必须那 v x w o r k s 么高，在其它使用中并 不普遍 儿 成都理工大学硕士学位论文 3 3 嵌入式系统发展前景 嵌入式系统的出现至今已经有3 0 多年的历史，近几年来，计算机、 通信、消费电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成为一个研究热 点和消费热点。进入2 1 世纪以来，嵌入式技术逐渐成熟并全面展开，已 成为通信和消费类产品的共同发展方向。目前嵌入式产品形态丰富多样， 产品市场潜力巨大，已经在掌上电脑( p d a ) 、机顶盒、手机、数码相 机、数字电视等领域蓬勃发展。嵌入式系统的软硬件开发，已被公认为 是一个具有良好发展潜力的行业。在芝加哥举办的嵌入式系统会议上， 与会专家一致认为，2 l 世纪嵌入式系统将无所不在，它将为人类生产消 费电子的一体化趋势日益明显。嵌入式技术已成为一个研究热点和消费 热点。进入2 1 世纪以来，嵌入式技术逐渐成熟并全面展开，已成为通信 和消费类产品的共同发展方向。目前嵌入式产品形态丰富多样，产品市 场潜力巨大，已经在掌上电脑( p d a ) 、机顶盒、手机、数码相机、数 字电视等领域蓬勃发展。嵌入式系统的软硬件开发，已被公认为是一个 具有良好发展潜力的行业。在芝加哥举办的嵌入式系统会议上，与会专 家一致认为，2 1 世纪嵌入式系统将无所不在，它将为人类生产带来革命 性的发展，实现“p c se v e r y w h e r e ”的生活梦想。在通信领域，无线通 讯产品将成为嵌入式软件的重要应用领域，一方面，已有无线产品将借 助芯片技术和嵌入式软件来提高性能，另一方面当前许多嵌入式产品都 将增加无线通讯功能。因此，未来几年，蓝牙等相关技术会与嵌入式软 件相互促进，共同发展，使更多的产品具有通讯功能，使更多的通讯产 品更好地为用户服务。 在广播电视领域，嵌入式的数字技术正在全面取代模拟技术。美国 已开始由模拟电视向数字电视转变，欧洲的d v b ( 数字电视广播) 技术 已在全球大多数国家推广。数字音频广播( d a b ) 也已进入商品化试播阶 段。在个人领域中，嵌入式产品将作为移动的数据处理和通讯软件等的 主要产品。由于嵌入式设备具有自然的人机交互界面，g u i 屏幕为中心 的多媒体界面给人很大的亲和力。手写文字输入、语音拨号上网、收发 电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。 另外，嵌入式产品与互联网应用相互促进，快速发展，嵌入式产品 将成为互联网的主要终端之一，网上将出现大量的服务于嵌入式产品的 软件，并有专门服务于嵌入式产品的内容。 但是，嵌入式操作系统是在多种硬件平台上发展起来的，随着嵌入 第3 章嵌入式系统概述 式系统的广泛应用，信息交换、资源共享机会增多，由此相关的标准问 题也将日渐突出，如何建立相关标准成为一个重要的问题。 成都理工大学硕士学位论文 第4 章w in d o w so e 嵌入式操作系统 4 1w in d o w sc e l i c r o s o f tw i n d o w sc e 是一个3 2 位的、紧凑的、高效和可扩展的操作 系统，适用于各种嵌入系统和产品。它拥有多线程、多任务、确定性的 实时、完全抢占式优先级的操作系统环境，专门面向只有有限资源的硬 件系统。同时，它的模块化设计方式使得系统开发人员和应用开发人员 能够为多种多样的产品来定制它，可以选择、组合和配置w i n d o w sc e 的模块和组件来创建用户版的操作系统，例如客户电子设备、专用工业 控制器以及嵌入式通信设备等等。w i n d o w sc e 直接支持多类硬件外围设 备，如键盘、鼠标设备、触摸面板、串行口、以太网卡、调制解调器、 u s b 设备等等。 w i n d o w sc e 的图形用户界面相当出色。其中c e 中的c 代表袖珍 ( c o m p a c t ) 、消费( c o n s u m p t i o n ) 、通信能力( c o n n e c t i v i t y ) 和伴侣 ( c o m p a n i o n ) ；b 代表电子产品( e l e c t r o n i c s ) 。w i n d o w sc e 是所有源 代码全部由微软自行开发的嵌入式新型操作系统，其操作界面虽来源于 w i n d o w s9 5 9 8 ，但w i n d o w sc e 是基于w i n 3 2a p i 重新开发的、新型的 信息设备平台。w i n d o w sc e 具有模块化、结构化和基于w i n 3 2 应用程序 接口以及与处理器无关等特点。同时，w i n d o w sc e 支持超过i 4 0 0 条最 频繁使用的w i n 3 2a p i ，因此w i n d o w sc e 开发者就能利用大量其它的编 程资源、工具、软件例子以及文档来进行w i n d o w sc e 的开发工作。 虽然w i n d o w sc e 目前还不是最为流行的操作系统，但由于他的多任 务、实时性、模块化及可伸缩性、强大的通信能力等特点，已经在嵌入 式系统的诸多领域有了广泛的应用。相比目前最为流行的嵌入式操作系 统l i n u x ，由于l i n u x 开发难度较高，核心调试工具不全，没有很好的 用户图形界面，占用内存大等缺点，w i n d o w sc e 已经迅速的抢占了很大 的一份市场份额，成为目前深受欢迎的嵌入式操作系统。而在p d a 领域， 微软对w i n d o w sc e 进行区分而产生的p o c k e tp c 操作系统，也对掌上电 脑市场上独占其霸主地位已久的3 c o m 公司的p a l m o s 进行了强有力的冲 击，由于i n d o w sc e 系列系统开放型好、应用程序开发商多、功能强大 等优点，已经逐步在目前的p d a 类市场中占据了上风。另外，在工业控 制等领域，w in d o w sc e 也逐渐被人们所接受，取代v x w o r k s 等嵌入式o s 1 4 第4 章w i n d o w sc e 嵌入式操作系统 成为实现各种嵌入式系统的主流开发环境。 4 2 开发环境 在w i n d o w sc e 产品开发中，有两个非常重要的方面，一个是内核定 制，一个是应用程序的开发，微软在这两个方面都提供了非常好的开发 工具，这就是内核定制工具p l a t f o r mb u i l d e r ( 简称p b ) 和e m b e d d e d v i s u a lc + + ( 简称e v c ) 。 4 2 1p ia t f o r mb u i | d o r p l a t f o r mb u i l d e r 是微软提供给w i n d o w sc e 开发人员进行基于 w i n d o w sc e 平台下嵌入式操作系统定制的集成开发环境。它提供了所有 进行设计、创建、编译、测试和调试w i n d o w sc e 操作系统平台的工具。 它运行在桌面w i n d o w s 下，开发人员可以通过交互式环境来设计和定制 内核、选择系统特性，然后进行编译和调试。同时，开发人员还可以利 用p 1 a t f o r mb u i l d e r 来进行驱动程序开发和应用程序项目的开发等等。 p l a t f o r mb u i l d e r 的强大功能，已使其成为w i n d o w sc e 平台下嵌入式 操作系统开发和定制的必备工具。 成都理工大学硕士学位论文 第5 章数据的远程无线传输 数据传输的方法大体上可分为数据库和文件传输方式无论哪一种方式均要适合一 定的传输和应用环境。数据的远程传输伴随着计算机系统环境的变化而发展，扶传输介 质讲已经历了有线，光纤，无鳓吝几个阶段。系统的架构分为集中式和分布式两类，其 中分布式可分为b s ，c s ，p 护三种模式；而本文讨论的方案中有分布武力案。近年来 计算僦先后经历了集中式计印随，分布计算环境网络计算以至目前备受关注的移 动计算环境( m o b i l ec c e 训t e re n v i r o n m e n t ) 和普遍化计算环境( p e r v a s i v e c o q 砒t e rf n v i r o m m t ) 在有线环境下的传输方案各种文献已论述的很完整，本文仅论述无线环境( 移动计 算环境) 下的各种传输方式中和有线条件下具有共同应用特点和使用成