（计算机软件与理论专业论文）基于XML的用户界面定制技术研究及其在uCOSⅡ中的应用.pdf

基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s - i i 中的应用中文摘要 基于x m l o 勺用户界面定制技术研究及其在 u c o s - ii 中的应用 中文摘要 用户界面在软件系统的人性化、个性化、智能化等方面扮演着非常重要的角色， 用户界面的可定制性是计算机软件技术研究中极其重要的问题之一。关于一般计算机 软件系统的用户界面定制已展开了诸多研究，然而由于嵌入式系统受到硬件环境的制 约，对于嵌入式环境下的用户界面定制的研究还处于起步阶段，因此对于嵌入式环境 下的用户界面定制有着非常重要的理论和研究意义。 本文对x m l 在嵌入式系统中的应用进行了探索和研究，在分析了用户界面定制 技术的基础上，提出了一种u c o s i i 下基于x m l 的用户界面定制技术。该技术主要 是通过在显示层和应用层之间添加界面定制层来分离界面设计和应用模块，提高了界 面的可定制性、通用性和扩展性。本文主要研究内容如下： ( 1 ) 在研究了x m l 核心技术的基础上，针对嵌入式环境下硬件资源较弱的情况， 设计并实现了一款轻量型的x m l 解析器。并对该解析器进行了性能测试，结果显示 该解析器的解析速度快、内存消耗量小，适合在嵌入式环境下使用。 ( 2 ) 将嵌入式系统中用户界面的要求和特点与x l v i l 技术相结合，提出了一种嵌入 式环境下基于x m l 的用户界面定制技术；该技术分为三层结构，分别为界面定制层， 它使用x m l 对界面数据进行定义；应用层完成对界面数据的解析；显示层负责界面 的显示。通过使用该技术，界面的扩展性和开发效率得到了改善。 ( 3 ) 在研究了u c o s i i 的多任务管理机制和消息邮箱通信的基础上，将该技术在 u c o s i i 下进行了设计和实现；基于多任务管理机制，设计了多个任务来完成定制技 术中的三层结构的功能，使用消息邮箱完成任务之间的数据传递。 ( 4 ) 将u c o s i i 下的基于x m l 的用户界面定制技术在全站仪软件系统中进行应用 实现。结果表明使用该定制技术可有效地提高用户界面的开发效率和界面的可扩展 性。 关键字：x m l ，嵌入式系统，u c o s i i ，用户界面，定制 作者：余道琴 指导教师：孙涌 a b s t r a c t r e s e a r c ho f x m l - b a s c du s e ri n t e r f a c ec u s t o m i z a t i o na n di t sa p p l i c a t i o ni nu c o s i i r e s e a r c ho fx m l b a s e du s e ri n t e r f a c ec u s t o m i z a t i o n a n di t sa p p l i c a t i o ni nu c o s - i i a b s t r a c t u s e ri n t e r f a c ep l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei nt h eh u m a n i z a t i o n , p e r s o n a l i t ya n d i n t e l l i g e n c eo ft h es o f t w a r es y s t e m c u s t o m i z a t i o no ft h eu s e ri n t e r f a c ei so n eo ft h e e x t r e m e l yi m p o r t a n tr e s e a r c h e so fc o m p u t e rs o f t w a r et e c h n o l o g y r e s e a r c h e so fu s e r i n t e r f a c ec u s t o m i z a t i o nf o rt h eg e n e r a ls o f t w a r eh a v el a u n c h e dl o t so fs t u d i e s d u et ot h e c o n s t r a i n t so fh a r d w a r ei n t h ee m b e d d e ds y s t e m s ，r e s e a r c h e so fu s e ri n t e r f a c e c u s t o m i z a t i o nf o rt h ee m b e d d e ds y s t e ms o f t w a r ei ss t i l la tt h ef l e d g l i n gs t a g e t h e r e f o r e i t i sm e a n i n g f u lt od ot h er e s e a r c h e so ft h eu s e ri n t e r f a c ec u s t o m i z a t i o ni nt h ee m b e d d e d e n v i r o n m e n t t k sp a p e rd i ds o m ee x p l o r a t i o n sa n dr e s e a r c h e so nt h ea p p l i c a t i o n so fx m li nt h e e m b e d d e de n v i r o n m e n t b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h eu s e ri n t e r f a c ec u s t o m i z a t i o n t e c h n o l o g y ，a nx m l - b a s e du s e ri n t e r f a c ec u s t o m i z a t i o nm e c h a n i s mi sp r o p o s e d b y a d d i n gac u s t o mi n t e r f a c el a y e r t o s e p a r a t et h ed i s p l a ya n da p p l i c a t i o nl a y e r ，t h i s m e c h a n i s mc a ni m p r o v et h ec u s t o m i z a t i o n ，v e r s a t i l i t ya n ds c a l a b i l i t yo ft h eu s e ri n t e r f a c e n 玲s t u d i e sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) d e s i g n e da n dr e a l i z e dam i c r o x m lp a r s e ro nt h eb a s eo fa n a l y s i so ft h ec o r e t e c h n o l o g yo fx m la n dt h el i m i t e dr e s o u r c e su n d e rt h ee m b e d d e de n v i r o n m e n t t o o ka p e r f o r m a n c et e s to ft h ep a r s e ra n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep a r s e rw a ss u i t a b l ef o ru s i n g i nt h ee m b e d d e de n v i r o n m e n tw i t hh i 曲s e a r c hs p e e da n ds m a l lm e m o r yc o n s u m p t i o n ( 2 ) c o m b i n e dt h ef e a t u r e so fr e q u i r e m e n t sa n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h eu s e ri n t e r f a c eo f t h ee m b e d d e ds y s t e mw i t hx m l t e c h n o l o g y a nx m l b a s e du s e ri n t e r f a c ec u s t o m i z a t i o n m e c h a n i s mi sp r o p o s e d t h em e c h a n i s mi sm a d c u pb yt h r e el a y e r s c u s t o m i z a t i o nl a y e r d e f i n e st h ei n t e r f a c ei nt h ex m l f i l e a p p l i c a t i o nl a y e ra n a l y s i st h ex m ld a t a d i s p l a y l a y e ri sr e s p o n s i b l ef o rt h ed i s p l a y a sar e s u l to fu s i n gt h em e c h a n i s m ，t h es c a l a b i l i t ya n d d e v e l o p m e n te 佑c i e n c yo fi n t e r f a c eh a si m p r o v e d ( 3 ) d e s i g n e da n di m p l e m e n t e c dt h em e c h a n i s mo nt h eb a s eo fu c o s - i im u l t i t a s k i n g m a n a g e m e n ta n dm a i l b o xc o m m u n i c a t i o n s d e s i g n e dt h r e et a s k st or e a l i z et h et h r e el a y e r s m e n t i o n e da b o v eb a s e do nt h em u l t i - t a s k i n gm a n a g e m e n ta n du s e dt h em a i l b o xt o c o m p l e t et h ec o m m u n i c a t i o n so ft h et h r e et a s k s ( 4 ) a p p l i e dt h ex m l - b a s e du s e ri n t e r f a c ec u s t o m i z a t i o nm e c h a n i s mu n d e rt h e u c o s i ii nt h et o t a ls t a t i o ns y s t e ms o f t w a r e t l l em e c h a n i s me n h a n c e dt h ee f j f i c i e n c yo f d e v e l o p m e n ta n dt h es e a l a b i l i t yo ft h eu s e ri n t e r f a c e k e y w o r d s ：x m l ，e m b e d d e ds y s t e m s ，u c o s - i i ，u s e ri n t e r f a c e ，c u s t o m i z a t i o n w r i t t e n b y ：d a o q i ny u s u p e r v i s e db y ：y o n gs u n 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提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。除文中已经注明弓 用的内容外，本论文不含其他个人或集体己经发 表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使 用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人承担本声明的法律责任。 研究生签名：牲日期：通：丛歹 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、中国 社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的 内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包 括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办 办理。 期：冱丕型：z 期：巡理丛：! 基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s i i 中的应用第一章弓f 言 第一章引言 1 1 研究背景与意义 用户界面是软件系统中重要组成部分，“从某种意义上来说，界面对于用户而言 就是整个软件系统” 1 l 。据统计，用户界面在应用软件开发中平均占开发量的4 8 和 。- 5 0 2 1 ，提高用户界面的开发效率是提高软件开发效率的有效方法。另外，由于用户 界面也是软件系统中最容易发生变化的部分，越来越多的软件系统不仅要求能够快速 开发出优质的用户界面，对用户界面的扩展性又提出了新的要求。而x m l 文档中元 素和属性之间的层次和嵌套关系与构成图形用户界面的各种元素及元素值之间的关 系十分相似，选择x m l 来描述用户界面是十分合理的选择。因此，基于x m l 的用户 界面定制管理技术对于用户界面的可扩展性和界面的开发效率的提高都有着重大意 义。于是，基于x m l 的用户界面定制管理技术近年来在国内外都展开了深入研究。 虽然可定制的用户界面技术在许多计算机软件中已经取得了应用，但其在嵌入式 系统这种受到硬件环境制约的用户界面定制的研究还处于起步阶段。 嵌入式系统目前已广泛应用于办公自动化、消费电子、通信设备、智能仪器和军 事电子设备等各个领域。许多设备已经配备了液晶显示器和3 2 位的微处理器，设备的 硬件条件的提高，对图形用户界面的人性化、个性化需求越来越迫切。与通用系统相 比，当前嵌入式系统普遍存在c p u 运算速度慢、内存容量小等特点，所以嵌入式系统 的图形用户界面的特点有：( 1 ) 图形算法简洁、快速、占用资源少；( 2 ) 模块化程序 结构，便于移植；( 3 ) 以用户为中心，根据特定用户群的需求定制用户界面；( 4 ) 对 用户有一定引导作用，易于使用。真正应用于实际使用的设备的界面设计还涉及认知 心理学、设计学、语言学等多个学科的综合运用。介于以上原因，目前针对这一领域 展开的研究工作还比较少。 嵌入式软件系统是一种内嵌于信息家电等设备中的软件系统，不同的设备界面特 性差别很大，针对不同的用户和应用，界面的表现形式和功能都有一定的差别【3 j 。目 前的嵌入式系统当用户需求变化或者增删功能时需要不断修改代码、重新烧录来改变 界面和数据视图。如果能开发出一套可以分离界面设计和显示的界面定制技术，不仅 能使这一情况大为改观，并且还可以通过适当的改造将技术用于其它软件的界面开发 匕。 基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c ，o s i l 中的应用 传统的嵌入式系统的用户界面开发将用户界面的代码固化在应用程序中以供运 行，界面与应用逻辑之间的耦合非常紧密，相互之间直接引用。两者必须共同编译、 链接才能生成可运行的系统，对用户界面的修改往往会直接影响到应用逻辑代码。软 件在发布前，用户界面的维护代价相对较小。一旦发布之后，用户界面发生改动、甚 至微小的更改都可能导致软件进行大量修改后重新烧录发布，这极大的限制了用户界 面的扩展性和系统的开发效率。界面开发中还可以改进和研究的问题有： ( 1 ) 界面代码与应用逻辑代码处于相同级别，一旦对界面信息进行修改后还必须 通过编译、连接之后才能反映到应用程序中，扩展性有限，用户界面的维护代价非常 高： ( 2 ) 多面向程序员，而普通程序员往往缺乏人机工程学知识，对最终用户的使用 心理难以把握，设计的用户界面常常难以获得最终用户的好评； ( 3 ) 最终用户无法根据其个人的习惯修改用户界面，降低了软件系统的易用性和 宜人性。 计算机软硬件技术的飞速发展使得利用界面管理技术来进行嵌入式系统的界面 开发和定制成为可能，如果这种定制技术应用成功，可以大大提高整个软件的开发效 率和可扩展性。 1 2 课题来源、研究目的 本课题来源于t - 6 0 0 全站仪系统项目。 本文研究的目的是全站仪系统项目中全站仪前台人机交互界面显示模块，并在此 基础上完成系统的可定制需求。为最终开发出带有界面定制功能的全站仪系统的开发 做好系统框架的搭建，后台其他功能的开发实现需在此框架基础上进行，同时无需对 界面的显示进行单独设计和编码。 研究着眼于u c o s i i 环境下的用户界面定制，以x m l 技术为基础，引入适合本系 统的用户界面定制技术并根据需要加以改进；根据研究对象的特点设计并实现 u c o s i i 下适用的x m l 解析器，为定制的实现提供最必要技术支撑。研究尝试通过对 全站仪系统中的界面定制的研究，对x m l 技术和用户界面定制技术在嵌入式环境下 的应用做了探索和尝试，对其他嵌入式系统相关开发有一定的借鉴意义。 2 基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s i i 中的应用第一章弓f 言 1 3 研究现状 1 3 1 国外研究现状 美国国防关键技术计划不仅把人机交互界面列为软件技术发展的重要内容之一， 而且还专门增加了与软件技术并列的“人一系统界面 这一内容。美国2 l 世纪信息技 术计划的基础研究内容( 软件、人机交互、网络、高性能计算) 中就包含了人机交互技 术的研究。与此同时，围绕人机建模已形成了计算机产业又一新的竞争领域。美国人 机建模研究在信息技术中被列为与软件和计算机并列的六项国家关键技术之一，并被 认为“对于计算机工业有着突出的重要性，对其它工业也是很重要的。日本f p i e n d 2 1 计划( f u t u r ep e r s o n a l i z e di n f o r m a t i o ne n v i r o n m e n td e v e l o p m e n t ) 的目标就是开发2 l 世 纪的计算机界面 4 1 。 1 9 9 6 年，x m l 初见雏形，并向w 3 c ( 全球信息网联盟) 提案，而在1 9 9 8 年2 月发布 为w 3 c 的标准( x m l l 0 ) 。x m l 的结构和层次的关系和用户而界面元素之间的关系十 分相似，选择x m l 作为界面描述语言成为十分自然和有效的方法，因此各种描述用 户界面的x m l 语言也由此纷纷出现。m i c r o m e d i a 公司针对其独有的f l a s h 技术，发布 了一种描述图形用户界面的x m l 语言m x m l ，并发行了基于m x m l 的开发环境 f l e x 5 】；m i c r o s o f t 公司也宣称在其下一代的w i n d o w s 操作系统l o n g h o m 中将嵌入使用 x 枷l 语言的图形用户界面引擎a v a l o n 6 】【7 】：m o z i l l a 开发小组专f - 为m o z i l l a 浏览器定 义开发了一种用于描述用户界面的语言x u l 8 】【9 】【1 们。在j ，a 环境下，也有许多相关成 果。例如，在s u nm i c r o s y s t e m 公司推, m , j a v a 集成编辑环境n e t b e a n s 3 5 及以上版本中， 图形用户界面的编辑器就采用一种自定义的x m l 格式描述图形用户界面开打开的中 间结果。 x m l 技术在嵌入式系统中的应用研究主要集中在利用x m l 在网络数据传输方面 进行研究【1 1 1 【1 2 】【1 3 】【1 4 】，在嵌入式系统中使用基于x m l 的用户界面描述语言来进行界面 的定制和显示还比较少。 1 3 2 国内研究现状 我 雪9 7 3 、s - - 8 6 3 、十五计划均将人机交互列入为主要内型4 1 。近年来许多国 内学者对用户界面管理系统进行了很多研究并取得了较好的结果。陆薇等人【1 5 】提出了 在c a d 系统中作为单独组件，具有第四代用户界面管理系统特征的交互界面管理框 第一章引言基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s i i 中的应用 架。朱军等人【l6 】提出了基于c o r b a 的用户界面体系结构，并在此基础上开发了试验性 的o m t t o o l s 。田边等人【1 7 】提出基于持久存储机制实现的用户界面管理系统p d u i m s ， 利用面向对象中提供的串行化方法，将实例的状态信息转换为串行的流，通过i o 函 数保存到持久存储介质中，在显示时利用反串行化方法重新生成界面。王云鹏等人【1 8 】 提出了一种基于x m l 的用户界面管理技术，使软件用户界面具有了良好的扩展性与 定制能力。针对嵌入式软件界面的特点，李小将等人【3 】提出了一种界面可定制模型。 国内x m l 技术在嵌入式系统中的应用研究也主要集中在利用x m l 进行网络数据 传输方面进行研究【1 9 1 2 0 1 ，最近两年出现了少量关于嵌入式系统下的使用x m l 进行用 户界面的描述和显示的研究【2 1 1 t 2 2 1 。 本课题研究对象的特点与上述研究均有所不同。本课题是基于3 2 位a r m 微处理 器l p c 2 1 4 8 和嵌入式实时操作系统u c o s i i 的平台，研究的最终目标是以全站仪投入 实际应用为目标。针对该条件苛刻的软硬件系统环境，将x m l 应用到嵌入式系统中 并实现基于x m l 的用户界面定制需要做多方面的优化和简化。这对于其他一些内存、 能源有限的嵌入式设备上进行x m l 的应用及开发有一定的借鉴意义。 1 4 研究内容 嵌入式系统存储空间、内存、能源都相对有限，这对将) ( 】l 引入到嵌入式系统 中并进行界面的定制有一定的挑战。本研究试图通过简化解析过程、提高处理速度、 减少运算时间，以实现有效的用户界面定制为目标，在总结国内外研究成果的基础上， 研究适合本特定系统下的界面定制处理的流程和方法。 本课题研究的全站仪是一种集光、机、电及精密机械加工等高精尖技术于一体的 先进测量仪器。不仅精度高，而且速度快、操作简便，在测绘、测试、监测甚至国防、 军事领域都有广泛的应用。据作者目前掌握的资料来看，目前以n i k o n 公司为代表的 系列全站仪还未有将x m l 技术引入其中加以应用的报道。 本文研究的可定制的图形用户界面模块是全站仪系统中重要的组成部分之一。其 中用户界面的设计和实现是为系统其他功能模块的展开做好前台准备。本文将x m l 技术用于u c o s i i 环境下的用户界面定制。对x m l 在嵌入式系统中的应用进行了探索 和研究，在分析了用户界面定制技术的基础上，提出了一种u c o s i i 下基于x m l 的用 户界面定制技术。该技术主要是通过在显示层和应用层之间添加界面定制层来分离界 4 基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s - i i 中的应用 第一章引言 面设计和应用模块，用以提高界面的可定制性、通用性和扩展性。最后将该技术在全 站仪系统软件中进行应用说明。 本文主要研究内容： ，( 1 ) 结合嵌入式系统中用户界面的要求和特点与x m l 技术，提出了一种嵌入式环 境下基于x m l 的用户界面定制技术。该技术在传统界面开发的应用层和显示层之间 添加了一个定制层。定制层将界面元素定义为x m l 标记，将界面元素以及相关信息 写入x m l 文件中，此x m l 文件即定义了相应的用户界面。应用层负责对定制层定义 好的x m l 文件进行解析并对相关结构进行初始化。显示层则负责将应用层传递过来 的结构中的数据按规定在屏幕上进行显示。通过该技术在无需修改程序的情况下通过 修改x m l 文件来改变用户界面的显示； ( 2 ) 研究x m l 核心的解析技术，从嵌入式环境的特点和界面定制的需求出发，采 用多种优化和简化的方法，设计并实现一款轻量型的x m l 解析器。对解析器的构建 速度、内存消耗和解析速度进行性能测试并给出测试分析结果； ( 3 ) 在研究了u c o s i i 的多任务管理机制和消息邮箱通信的基础上，利用u c o s i i 的这两个特点设计并实现了u c o s i i 下的基于x m l 的用户界面定制技术；定制任务启 动x m l 解析器对x m l 文件中所定义的元素进行解析并赋值给相应的界面数据结构； 监听任务负责监听用户的操作来确定将显示的页面；显示任务根据监听任务的指定显 示对应的页面。利用消息邮箱完成这三个任务之间的数据通讯； ( 4 ) 将u c o s i i 下的基于x m l 的用户界面定制技术在全站仪系统软件中进行应用 实现。以实际的定制例子详细展示该技术根据x m l 文件动态生成页面的过程。 1 5 文章结构 第一章引言。论述了课题的背景，研究的目标、意义，然后重点介绍了本文的 研究内容。 第二章课题相关技术与理论。介绍了本文所涉及的嵌入式系统开发平台软硬件 的选择和环境的搭建开发方式，u c o s i i 的多任务管理机制和消息邮箱通信机制，最 后就x m l 技术相关概念及理论进行了分析和研究。 第三章轻量型x m l 解析器的设计与实现。针对本嵌入式系统实际需求和特点， 在研究了x m l 核心技术和网上众多开源的x m l 解析器的基础上，设计并实现了一款 第一章引言基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s i l 中的应用 经过简化和优化的适合嵌入式系统使用的x m l 解析器c s i m p l e d o m p a r s e r 。对解析器 进行了性能测试，主要是对于内存消耗和解析速度的测试，并给出测试分析结果。 第四章嵌入式系统中图形用户界面定制。提出一种嵌入式系统下适用的可定制 用户界面的设计方案。该方案包括两个部分：首先是嵌入式环境下的用户界面的研究； 其次在图形用户界面的基础上进行可定制功能的研究和设计。最后将嵌入式系统下的 基于x m l 的用户界面定制技术在u c o s i i 中加以设计和实现。 第五章用户界面定制技术在全站仪软件中的应用。以全站仪软件系统为基础平 台，将u c o s i i 下的基于x m l 的用户界面定制技术在全站仪软件中加以应用。 第六章总结与展望。总结了本文所做的主要工作，同时也提出了进一步可以开 展的工作及x m l 在嵌入式系统中其他领域的应用和扩展。 6 基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s i i 中的应用第二章课题相关技术与理论 第二章课题相关技术与理论 嵌入式环境下基于x m l 的用户界面定制的研究与实现所涉及到的技术和理论知 识包括嵌入式系统开发所需的软硬件技术、删l 相关知识和技术、u c o s i i 的多任务 管理机制和消息邮箱通信机制等等。本章针对以上几个主要技术和理论点进行分析和 研究，为后续章节做技术和理论知识铺垫。 2 1 嵌入式系统 2 1 1 嵌入式系统的定义 嵌入式系统的定义，可以分别从广义上和狭义上讲田】：广而言之，可以认为凡是 带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。作为系统核心的微处理器又 包括三类：微控制器( m c u ) 、数字信号处理器( d s p ) 、嵌入式微处理器( m p l d 。嵌入 式系统是“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对 功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统 。从狭义上讲，嵌入 式系统是指那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己的操作系统并且具有某 些特定功能的系统，这里的微处理器专指3 2 位以上的微处理器。 2 1 2 嵌入式系统的总体结构 目前所提及的嵌入式系统一般指嵌入式计算机系统，下面对嵌入式计算机系统的 组成进行简要描述。图2 1 为嵌入式系统的典型组成示意刚2 3 1 。 ( 1 ) 硬件层 硬件层由嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和i 0 接1 3 ( a i d 、d a 、i o 等) 组成。 ( 2 ) 中间层 硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层( h a r d w a r ea b s t r a c tl a y e r ，地u ) 或板级支持包( b o a r ds u p p o r tp a c k a g e ，b s p ) ，它把系统软件与底层硬件部分隔离，使 得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。 ( 3 ) 软件层 软件层是由实时多任务操作系统( r t o s ) 、文件系统、图形用户接i ( g u i ) 、网络 系统及通用组件模块组成。r t o s 是嵌入式应用软件的基础和开发平台，它实际上是 段嵌入式目标代码中的程序，系统复位后首先执行，相当于用户的主程序，用户的 7 第二章课题相关技术与理论基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s i i 中的应用 其他应用程序都建立在r t o s 之上。本文的的软件开发集中在此层的开发。 嵌入式计算机系统； 一一- - - 一一一一- - - 一一- 一一一一一一一一一一- - 一- 一一- - - 一一- 一一 图2 1 嵌入式系统的典型组成 ( 4 ) 功能层 功能层由基于r t o s 开发的应用程序组成，用来完成对被控对象的控制功能。功 能层是面向被控对象和用户的，为方便用户操作，往往需要提供一个友好的人机界面。 2 1 3 嵌入式系统的一般设计方法 图2 2 嵌入式系统的开发流程 基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s i i 中的应用 第二章课题相关技术与理论 在嵌入式系统的应用开发中，整个系统的开发过程如图2 2 所示。可见，在应用 成熟的。所以，在开发过程中减少了硬件系统错误的引入机会；同时，因为嵌入式操 作系统屏蔽掉了底层硬件的很多复杂信息，使得开发者通过操作系统提供的函数就可 以完成大部分工作，大大地简化了计发过程，提高了系统的稳定性。 嵌入式系统的开发通常采用“宿主机h 标机方式( 如图2 3 所示) 。首先，利用 宿主机上丰富的资源及良好的开发环境开发和仿真调试目标机上的软件；然后，通过 f 幢二 q 嵩j 一、t 川j 图2 3 宿主机目标机的开发方式 在本应用系统开发中，采用的就是如图2 3 的宿主机目标机的开发方式，主机上 运行的是a r m 公司的a d s l 2 集成开发环境，j t a g 仿真器采用的是适用于 a r m 7 t d m i 的j t a g 调试器，通过并口与主机相连，并通过标准的2 0 针j t a gh 与系统 硬件平台连接。 2 1 4 嵌入式系统的选型 ( 1 ) 硬件平台的选择 嵌入式微处理器有许多种流行的处理器核，芯片生产厂家一般都基于这些处理器 核生产不同型号的芯片。当前主流的嵌入式处理器架构有：a r m x s c a l e 、m i p s 、p o w e r p c 、x 8 6 、6 8 k c o l d f i r e e 。 嵌入式开发的硬件平台的选择主要是嵌入式处理器的选择。在一个系统中使用什 9 第二章课题相关技术与理论 基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s - i i 中的应用 么样的嵌入式处理器内核主要取决于应用的领域、用户的需求、成本、开发的难易成 都等因素。表2 1 中列出了几种常见的嵌入式处理器的特性。 表2 1 常见的嵌入式处理器 处理器类型处理器价格 主要性能及应用 a r m低功耗低，适用于个人便携式设备 d r a g o n 低 速度低，主要应用于p d a 通信、网络等设备：单位附加值高，市场小特别是对性 p o w e r p c 高 能有较高要求时，应用于高端嵌入式中 在本系统中选择 p h i l i p s 公司的基于删7 ) m i 内核的l p c 2 1 4 8 微处理器，充分 考虑了系统成本、c p u 性能、应用前景等因素。a r m 7 微处理器的优势在于【2 3 】： 1 1 处理速度快 a r m 是r i s c 结构的处理器，而且a r m 内部集成了多级流水线。如a r m 7 中使用3 级流水线；a r m 9 q b 使用5 级流水线技术，大大增加了处理器速度。 2 ) 超低功耗 各种档次的a r m 的功耗都是同档次其他嵌入式处理器中较低的。处理器的散热 问题不用考虑；低电压，微电流供电，这些都无疑是便携式设备最理想的选择。 3 ) 应用前景广泛 因为a r m 公司不是生产处理器的，它专门为i c 帝j 造商提供各种处理器的解决方 案。所以，a r m 的使用很广，同时应用前景广阔，开发资源丰富，有利于缩短产品 的研发周期。 4 ) 价格低廉 在各种嵌入式处理器中，a r m 的价格适中，而且使用量大，容易购买。 正是基于上述综合考虑，本课题在应用系统中选择p h l i p sl p c 2 1 4 8 微处理器。 ( 2 ) 实时操作系统的选择 实时嵌入式操作系统的种类繁多，大体上可分为两种：商用型和免费型。商用型 的实时操作系统功能稳定、可靠、有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵。 当前主流的商用型嵌入式实时操作系统有如下几种：v x w o r k s 、w i n d o w se m b e d d e d 、 p s o s 、p a l mo s 、o s 9 、l y n x o s 、q n x 。免费型的实时操作系统在价格方面具有优 1 0 基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s i i 中的应用第二章课题相关技术与理论 势，目前主要有嵌入式l i n u x 和u c o s 。 在本系统中，根据系统功能需求、系统成本、开发的难易程度等原因选择了 u c o s i i ，u c o s i i 是u c o s 的升级版本。与其他实时操作系统相比，u c o s i i 有其自 身的特点： 1 1 ) 结构简单 u c o s i i 采用c 语言和汇编语言，绝大部分用c 语言，结构非常简洁： 2 ) 容易移植 u c o s i i 可移植性非常好，很容易就能被移植到各种微处理器上，而且在移植过 程中，用户只需要做少量的工作即可。 本课题的由学院和单位合作开发，硬件部分由机电学院完成，本文在此基础上进 行软件部分中用户界面的显示和定制的研究。 2 2u c o s - i i 系统多任务调度机制和消息邮箱通信机制 2 2 1 多任务调度机制 u c o s i i 中的任务有5 种状态：睡眠态( t a s kd o r m a t ) ：任务驻留于程序空间( r o m 或 r a m ) 中，暂时没交给u c o s i i 处理；就绪态( t a s kr e a d y ) ：任务一旦建立，这个任务就 进入了就绪态；运行态( t a s kn m n i n g ) ：调用o s s t a r t ( ) 可以启动多任务。o s s t a r t ( ) 函数 只能调用一次，一旦调用，系统将运行进入就绪态并且优先级最高的任务；等待状态 ( t a s kw a i t i n g ) ：正在运行的任务，通过延迟函数或p e n d ( 挂起) 相关函数后，将进入等 待状态：中断状态( i s rr u n n i n g ) ：正在运行的任务是可以被中断的，除非该任务将中 断关闭或者u c o s i i 将中断关闭。各状态的转换如图2 4 所示。任务之间的调度需 要一定的调度方式，多数的内核是基于优先级调度的。每个任务根据其重要程度的不 同，被赋予一定的优先级。基于优先级调度是指c p u 总是让处于就绪状态的，优先级 最高的任务运行。何时高优先级的任务掌握c p u 的使用权，由使用的内核的类型决定。 u c o s i i 以及绝大多数商业内核都是可剥夺型内核。最高优先级的任务一旦就 绪，总能得至u c p u 的使用权。当一个运行的任务使一个优先级高的任务进入就绪态时， 当前c p u 使用权就被剥夺了，高优先级的任务获得c p u 的使用权。如果是中断服务子 程序使一个高优先级的任务进入了就绪态，中断完成时，中断任务被挂起，优先级高 的任务开始运行【2 5 1 。 第二章课题相关技术与理论基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s i i 中的应用 o s t a s k d e l o 【s t 鹞k c 佗a t o s t a s k c r c a t e x t o 等待状态 o s f l a g p o s t o o s m b o x p o s t o 0 s m u t e x p o s t o o s q p o s t o o s o p o s t f r o n t o o s q p o s t o p y o 0 s s e m p o s t o o s t a s k r e s u m e 0o s s t a r t 0 o s t i m e t i c k oo s i n t e x i t ( ) 0 st a s ko w 0 睡眠态( 就绪态 i亡堡堑塑竺! 旦篁旦壑墼型空 0 s t 越k d e l oo s t a s k d e l o o s f l a g p e n d 0 o s m b o x p e n d o o s m u e x p e n d 0 o s q p e n d 0 o s s e m p e n d 0 o s t a s k s u s p e n d o o s t i m e d l y 0 o s t i m e d l y h m s m 0 中断 运行态l( 中断态 2 2 - 2 消息邮箱通信机制 图2 4 任务状态转换图 o s i n t e x i t 0 消息邮箱也称作交换消息，是用一个指针型变量，通过内核服务，一个任务或一 个中断服务程序可以把一则消息( 即一个指针) 放到邮箱里去。同样，一个或多个任务 可以通过内核服务接收这则消息。发送消息的任务和接收消息的任务约定，该指针指 向的内容就是那则消息。每个邮箱有相应的正在等待消息的任务列表，要得到消息的 任务会因为邮箱是空的而被挂起，且被记录到等待消息的任务表中，直到收到消息。 一般地说，内核允许用户定义等待超时，等待消息的时间超过了，仍然没有收到该消 息，这任务进入就绪态，并返回出错信息，报告等待超时错误。消息放入邮箱后，或 者是把消息传给等待消息的任务表中优先级最高的那个任务( 基于优先级) ，或者是将 消息传给最先开始等待消息的任务( 基于先进先出) 。 本文第四章中将设计u c o s i i 下的基于x m l 的用户界面显示和定制就是基于 u c o s i i 的这两个特性。设计多任务完成界面显示，任务之间由消息邮箱传递信息， 在第四章将有详细设计和实现。 2 3x m l 相关背景 2 3 1x m l 介绍 可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 2 5 】是一套定义语义标记的 1 2 基于x m l 的用户界面定制技术研究及其在u c o s i i 中的应用第二章课题相关技术与理论 规则，这些标记将文档分成许多部分并对这些部分加以标识。所谓标记，是含有特定 含义的单词。例如，在h t m l 中，标记 表示其后的内容是一个表格，而标记 表示其后的内容是一段脚本。但是x m l 并非像h t m l 那样，提供了一组事 先已经定义好了的标记，而是提供了一个标准，利用这个标准，使用者可以根据实际 需要定义自己的语言，并为这个语言规定它特有的一套标记【2 5 1 。换句话说，x m l 是 二种标记语言，它允许人们根据它所提供的规则，制定各种各样的语言。 例如，当人们需要描述学生的信息的时候，可以定义如下标记： ：表示一个学生 ：表示学生的学号 ：表示学生的姓名 ：表示学生的学校 用这些标记组成的x m l 文档可能如下： 1 2 3 4 5 6 7 8 张三n a m e 苏州大学 这样一个简单的x m l 文档描述了一个学生信息，该学生学号为“1 2 3 4 5 6 7 8 ”，姓 名为“张三 ，学校为“苏州大学。 x m l 具有许爹；h t m l t 2 6 】所不具备的优点：) ( 】l 的可扩展性好，x m l 的标记可以 完全由用户自行定义。可以为不同的应用制定相应的x m l 文法，进而可以产生各种 语言来适应不同的需求；x m l 内容与形式分离，非常便于检索；x m l 的语法非常严 格，从而有利于编写简单高效的处理工具。x m l 的最大优点在于它的数据存储格式 不受显示格式的制约。一般来说，一篇文档包括三个要素：数据、结构以及显示方式。 对于h t m l 来说，显示方式内嵌在数据中，这样在创建文本时，要时时考虑输出格式， 如果因为需求不同而需要对同样的内容进行不同风格的显示时，要重新创建一个全新 的文档，重复工作量很大。x m l 的自我描述性质能够很好地表现许多复杂的数据关