（计算机软件与理论专业论文）基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现.pdf

基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 摘要 数字家庭这个概念近几年在消费电子领域正在升温，数字家庭生活所引导的 新兴行业及消费理念，已经成为以家电行业为代表的相关企业的战略重点。与数 字家庭发展相辅相成、密切相关的概念是“三网融合 。我们知道“三网”各自 有不同的管理权限和投资主体，让他们在短期内实现完全融合不太现实。所以对 于目前阶段，怎么样去发掘网络的潜力，把带宽更好地用好，怎么样新增些业 务，是关系数字家庭未来发展至关重要的课题。 如果在终端上通过数字家庭媒体中心从用户端把应用服务融合在一起，就能 使大家可以比较快捷、便利地享受到数字家庭所带来的娱乐。利用数字家庭媒体 中心作为一种全新的技术手段，整个产业将进入三网融合的数字家庭新境界。 本文首先分析了数字家庭产品和服务的发展趋势，总结了目前数字家庭领域 所面临的问题，并且针对数字家庭应用模式做了建设性地探讨。接下来从媒体中 心和运营平台两条主线，从硬件设计、软件平台的搭建等方面，分别介绍了基于 平台的家庭媒体中心的实现方案，之后对本课题的通信和远程控制等关键技术以 及相关软件模块做了重点介绍。 最后，论文对课题所做的工作进行了总结，讨论了还存在的问题，指出了完 善该家庭媒体中心还需要继续研究的几个方向。 关键宇：嵌入式系统；数字家庭；媒体中心；平台；下载；高清播放 d e sig na n dr e a iiz a tio no fh o m em e diao e n t erb a s e do n e m b e d d e dlin u xa n dc o m m er cialpia t f or m a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ed i g i t a lh o m ei n d u s t r ym o d e lf o r t h ef u t u r eb e c o m e sac r i t i c a l p r o b l e mo fh i 曲一t e c hd e v e l o p m e n t a n o t h e rt h ec o n c e p tt h a tc l o s e l yr e l a t e dt od i g i t a l h o m ei s ”t h r e en e t w o r km e r g e ”w ek n o wt h a te a c ho ft h e ”t h r e en e t ”h a sd i f f e r e n t p o w e r sa n do w n e ro fi n v e s t m e n tm a n a g e m e n t ；h e n c et h e ya r eu n l i k e l yt o a c h i e v e c o m p l e t ei n t e g r a t i o ni nt h en e a rf u t u r e s oa tt h i ss t a g e ，h o wt oe x p l o r et h ep o t e n t i a l o fn e t w o r k st op r o v i d eab e t t e ru s eo fb a n d w i d t h ，h o wt oa d ds o m eb u s i n e s s ，i sv i t a lt o t h ef u t u r ed e v e l o p m e n to fd i g i t a lh o m ei s s u e s i fad i g i t a lh o m em e d i ac e n t e rc a nb ec o m b i n e dt o g e t h e rw i t ht h ec l i e n t a p p l i c a t i o ns e r v i c e st h r o u g ht h et e r m i n a l ，p e o p l ec o u l db er e l a t i v e l yq u i c k l ya n d e a s i l yb r o u g h tt oe n j o yt h ee n t e r t a i n m e n to fd i g i t a lh o m e t r i g g e r e db et h eu s i n go f d i g i t a lh o m em e d i ac e n t e ra san e w t e c h n i c a lm e a n s ，t h ei n d u s t r yo fd i g i t a lh o m ew i l l g e tt oa n e w s t a g e t h i sp a p e ra n a l y z e st h ed e v e l o p m e n tt r e n do fd i g i t a lh o m ep r o d u c t sa n ds e r v i c e s ， a n da l s os u m m a r i z e st h ec u r r e n t l yf a c i n gp r o b l e m si nt h ef i e l do fd i g i t a lh o m e i t g i v e ss o m eg r o p i n ga n dc o n s t r u c t i v ei d e a sa b o u tc o m m e r c i a lm o d e lf o rd i g i t a lh o m e a p p l i c a t i o n s a f t e rt h a t ，i tg i v e sad e t a i l e di n t r o d u c t i o no nt h eh a r d w a r e & s o f t w a r e d e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h em e d i ac e n t e ra n dw e bp l a t f o r m t h ef o l l o w i n gp a r t s m a i n l y f o c u so nt h e k e yt e c h n o l o g i e s a n dr e l a t e ds o f t w a r em o d u l eo nt h e c o m m u n i c a t i o n sa n dr e m o t ec o n t r 0 1b e t w e e nm e d i ac e n t e ra n dw e bp l a t f o i i t i a tl a s t ，t h ep a p e rs u m m a r i z e st h ep r o b l e m st h a ts t i l le x i s t ，a n dt h e np o i n t so u tt h e d i r e c t i o no fr e f i n e m e n t sf o rt h eh o m em e d i ac e n t e r s i ta l s og i v e st h ep r o s p e c to f n e x tw o r k k e y w o r d s ：e m b e d e d s y s t e m ；d i g i t a ih o m e ：m e d i ac e n t e r ：l i n u x ：a r m ： d o w ni o a d l l 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 ( 洼! 垫逛直墓他盖噩挂剔直鳗趁! 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。 学位论文作者躲却磊屯签字日期加尹月产 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) 学位论文作者签名： 搠为 i 签字日期加1 年f 月7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签字： 了引加 签字日期：p p 7 年厂月日 电话：i ；f 邵君呼1 邮编 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 1 绪论 1 1 引言 1 9 9 9 年微软推出”维纳斯计划”，用现有电视作为显示器，利用电话线为通道 接入国际互联网，数字家庭【1 】概念随之浮出，由于当时薄弱的互联网基础设施、 昂贵的上网费用等原因，计划以失败而告终，但是数字家庭的概念并没有消失。 业内给“数字家庭 下的定义为：数码相机、p c 、数字电视等数字家庭的主要 设备，再加上宽频调制解调器及路由器，所有的家电通过这三种设备来连结与操 控，这就组成了一个数字家庭。 另一个与数字家庭相辅相成、密切相关的概念是“三网融合【2 】，。在过去我们 一直侧重于三张网络怎么样融合在一起。实际上发展到今天，网络直接融合本身 难度就很大，另一方面它也涉及到了很多政策方面的因素。当务之急是把一些业 务做一些融合，比如说电信网上做一些视频类的业务，在宽带网上做一些电信的 业务，给大家提供一种融合的方案，使大家可以比较快捷、便利地享受到数字家 庭所带来的娱乐。传统的业务，比如说传统的电信网络“固话业务 ，传统的广 播模拟视频单向的业务等，它们所带来的收益已经逐渐在下降，在运营商的整个 收入比例占的份额也在逐年下降。所以对于运营商来说，怎么样去发掘网络的潜 力，把带宽更好地用好，怎么样新增一些业务，是关系到数字家庭未来发展至关 重要的课题【3 捌。 总而言之，要全面推进数字家庭的是要找一些随着整个生存方式的变化，带 来的社会意识的变化，乃至催生的一些隐形需求【6 1 。比如说微软推出的x b o x ， 这样的方式最终才有可能把电视变成终端的一个应用。数字家庭的演变，更多的 应该是这些内容和服务的供应商催生的，而不是技术的供应商。数字家庭各产业 的融合发展是大势所趋，只有从数字家庭生活的需求出发，以现实i t 技术为基 础，加快网络建设，促进数字家庭整条产业链的协调发展，才能促进数字家庭的 推广和普及。 1 2 国内外发展现状 西方国家提出数字家庭概念之后，数字家庭产业作为一个朝阳产业正在不断 成长中。与西方发达国家相比，我国数字家庭产业才刚刚起步，正从实验阶段迈 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 向产品化阶段。尽管如此，随着社会信息化进程的加速，在数码技术和互联网技 术不断成熟的大环境下，我国数字家庭产业具有广阔的发展前景。 在我国信息化和互联网的快速发展下，数字家庭概念逐渐深入人心，从遥不 可及的梦想变得日益平民化。虽然我国数字家庭产业正在蓬勃发展，数字家庭产 品不断亮相，但是与发达国家之间还存在着有形的“数字鸿沟”。我国数字家庭 建设，可谓任重而道远。 如果家庭内部的数字设备都能连接在一起，并通过数字宽带与外部的3 c 网 络实现互联，可识别的数字内容能在各种设备间及家庭内外自由传输，那么，人 们不管身处何地都能存取家庭中的数字内容，从而让全球都变成沟通方便的大家 庭。虽然目前仍处于起步阶段，但数字家庭势必会渐渐从梦想迈入现实【7 ，羽。 1 3 课题研究背景 很多厂商在向我们描绘一种数字家庭的应用前景，但是我们看的时候总是难 免心存疑惑，因为有一些应用只是p c 的客厅化，它只不过是通过一些图象系统 把p c 的内容拿到了电视上。这种p c 的客厅化，这种方式有没有可能被消费者 接受，还有很大的讨论余地。另外一种家庭的智能化：门禁系统、电器、炊具、 卫浴和娱乐系统都可以通过网络互联互通。这个方式一个是增加成本，每一个终 端要有一个独立的接受、发射、运算、显示、存储的系统。另外，是不是有一些 家庭设备一定要通过互联互通才能够发挥它的作用? 比如说是不是真的是在冰 箱门上面可以去上网，或者用微波炉可以自动下载食谱，究竟有多少人会去选择 这个看上去太过前卫的生活模式。 多数人更为关注的数字家庭场景，当我们结束了一天的工作后，可以坐在沙 发上，一家人共同欣赏显示在大屏幕高清电视机上的数码相片；可以躺在床上， 从一个存储了几百部高清电影的节目库里，挑出一部在大屏幕高清电视机上欣 赏。随着高清影视的普及，现在很多的高清影视都很大，多数以b t 的方式发布。 现如今网络下载已经成为了人们的一个生活习惯，不必出门就可以获得最新的资 讯以及最新的影片，网络的发展趋势迟早会导致未来的光盘储存介质被取消，我 们可以直接通过网络对影片产品进行付费，然后获得下载，储存到硬盘中收看， 这是一个未来方向。虽然还很远，但目前大部分网友已经养成了这种网络下载的 习惯，无论是音乐或者电影。 2 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 家庭娱乐尤其是高品质影音视听享受依然是普通老百姓家庭中非常重要并 不可或缺的功能，一直以来，电视机在家庭中就发挥着其家庭娱乐核心的功能， 随着科技的发展，高清数字电视已经普及，因此，高品质影音视听享受一时成为 大多数家庭中不可缺少的元素，但是，家庭数字媒体娱乐的发展仍然受到几个方 面的制约1 5 6 j ： 高清数字电视虽然已经成为绝对主流，但高清数字电视信号短时间内无 法对老百姓家庭普及，因此所谓的高清数字电视实际上成为一个摆设； 网络上存在着大量的高清影音资源，如果想要发挥高清数字电视的优势， 不但需要有一台专门的电脑一直开机用于下载，而且更需要一台配置较 高的电脑用来播放； 家庭中总是存在各种各样的影音文件和数码照片等数字资源，但无法统 一管理和更为简便的查找或跟家人朋友分享。 因此，高清下载播放和家庭数字资源存储管理整合的需求便从智能家居的众 多应用中渐渐凸现出来。本文要设计的就是一款下载、代理、播放功能的嵌入式 家庭媒体中心，它不仅具有下载、代理的功能，更重要的是它具有嵌入式设备固 有的优点，迎合数字信息时代节能、无污染的要求。 在深入了解市场需求和嵌入式系统技术的基础上，准确把握i t 界技术发展 新动向，再加上多年嵌入式领域技术的积累，中国海洋大学制造业信息技术中心 提出本课题甚于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现。该课 题来源于“十一五 国家科技支撑计划项目“数字家庭关键技术及服务集成技术 研究”。它涉及嵌入式技术，网络技术以及数字家庭商业模式，都是计算机和网 络通信领域的技术热点，具有很高的学术价值和商业价值。 1 4 课题开展过程 第一阶段，学习嵌入式开发相关知识，做前期理论准备工作。这期间主要深 入了解l i n u x 系统下的下载、代理工具，通过分析比较寻找合适的下载、代理软 件，并且进一步验证了本课题的可行性。( 2 0 0 8 1 - - 2 0 0 8 4 ) 。 第二阶段，系统软硬件平台设计。完成家庭媒体中心硬件平台的选择，l i n u x 嵌入式软件环境的搭建，从软硬件两方面实现家庭媒体中心的雏形，可以使用 p c 在局域网内对其进行控制。( 2 0 0 8 4 , - - 2 0 0 8 6 ) 。 3 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 第三阶段，实现通过互联网访问运营网站平台实现对家庭媒体中心的远程控 制，开发设计运营网站平台，通过该平台实现对媒体中心的控制。( 2 0 0 8 6 2 0 0 8 1 0 ) 第四阶段：系统的实现和调试。通过模拟各种实际网络状况，搭建测试环境， 争取使家庭媒体中心的稳定性能达到产品化的要求。( 2 0 0 8 1 0 现在) 1 5 缩写及术语解释 在课题开发过程中，为了使表述简洁、方便、专业，对一些术语以及关键词 汇使用了缩写。列表如下： 二o 。：缩写、一术语 ”“+ ：j 二n “解释- ：i 专4 “一一二4 毫 ： 数字家庭媒体中心( 可做家庭网关、网盘、媒体中心的家庭前 d - b o x 置机) c s c l ie n t s e r v e r 客户机j r 务器 b sb r o w s e r s e r v e r 浏览器服务器 d - c o n t r o l基于c s 架构的d - b o x 控制系统 s o as e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e 面向服务的架构 d - c e n t e r d b o x 平台网站系统 d c e n t e r d - b o x 平台网站系统( d - c e n t e r ) 内容聚合模块 d - c o n t r o ld - b o x 平台网站系统( d c e n t e r ) d - b o x 控制模块 d - a d m i n d - b o x 平台网站系统( d - c e n t e r ) d - c e n t e r 管理模块 d m i d d le w a r e d - b o x 控制管理平台中间件 d p r o t o c o l d b o x 控制管理平台协议 c e n t e r s e r v e r d - b o x 控制管理平台中间件( d m i d d l e w a r e ) 平台服务器 b o x s e r v e r r d - b o x 控制管理平台中间件( d - m i d d l e w a r e ) d b o x 服务器 s y s c t l d - b o x 控制管理平台d b o x 系统控制软件 m 1 c t l d - b o x 控制管理平台d - b o x 下载控制软件 d m i d d l e w a r e d - b o x 控制管理平台中间件 表1 1 缩写及术语解释 2 数字家庭媒体中心概述 2 1 数字家庭媒体中，心应用模式探讨 数字家庭的根本，还是要使得我们的家庭生活变得更加丰富和更加简单，其 最终目标，是推动消费者生活和消费习惯的转变，从而促进产品与服务的销售， 以及产品与服务销售价值的提升。而销售价值的提升，不外乎两个途径：一是发 挥品牌效应，卖的更贵；二是发挥规模效应，卖的更多。数字家庭正是需要恰到 4 基f 运营平台和嵌入式技术白勺隶庭媒体中心的研究实现 好处的设计产品与服务的逻辑关系，通过产品与服务的融合，让用户获得全新的 生活体验和最多的认可，形成销售的规模效应。 从某种意义上来说，数字家庭并没有什么新的盈利模式，而是需要参与各方 相互结合做好儿件事情：产品制造商最快的进行产品的技术革新：服务提供商提 供高质量、精准的服务内容和管理；服务平台运营商设计好产品和服务的逻辑关 系。如果各方都想充当所有的角色，必定会适得其反。另外数字家庭给各方带 来的应当是一种增值，而不是去抢占其他一方的固有利益，否则就无法相互融合。 本课题提出的基于运营平台的家庭媒体中心( 以下简称为d b o x ) ，验证了 以上所说的数字家庭服务模式，它集成了下载机、路由器和家用网络存储器的功 能m “，可以直接连接i n t e r a c t 网络下载各种内容服务资源，而不需要开启p c ， 也可以将存储的资源发布至网络共享。在控制方面，可毗通过p c 进行直接控 制、远程控制，或者通过电视进行控制。也可以将下载存储的媒体资料通过电视 直接播放。图2 - 1 展示了d b o x 作为数字家庭媒体中心的应用模式。对于消费者 而言，它提供了增值服务，可以充分利用宽带空闲进行资料下载；对于产品制造 商而言，它可以作为种新的产品，或作为一个新的功能附加十其他产品，也提 供了销售增值；对于内容服务提供商而言，它使得服务资源被更多用户接受，也 是增值服务；而对于运营商而言，通过统一的管理，集中了提供小间内窑的服务 提供商，形成了针对消费用户的服务超市，从而吸日i 了更多产品和服务提供商i 三【 及广告商的关注，也获得了增值服务。 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 图2 1d - b o x 数字家庭媒体中，b 的应用模式 当然，数字家庭的推广，还涉及其他许多关键问题，例如服务运营的管理， 需要成熟的商业模型作为支撑，对此需要进一步的研究和论证。 2 2 数字家庭媒体中心功能需求 如图2 2 所示，数字家庭媒体中心能很方便地连接家庭网络，将各种信息终 端互联互通，共享家庭成员所能接触到的所有媒体，支持所有显示这些媒体内容 的终端，同时具有低廉的成本。通过市场调研以及网络调查，本开题所述的家庭 媒体中心d b o x 具备以下功能。 下载中心 d b o x 可下载s o a 平台上的资源，用户可以通过网站平台对d b o x 进行 远程控制，如启动下载、查询下载进度、更改设置等。支持e m u l e 、b t 、s o u l s e e k 等多种p 2 p 协议。支持有线路由和可扩展的无线路由功能。它可以作为数字家庭 的内部网关【1 4 j 。 存储中心 d - b o x 可作为家庭中多媒体资源的存储中心和数据资料的备份中心，可以和 移动硬盘、数码相机、摄像机等连接，用户可通过电视机轻松的浏览和欣赏d - b o x 里的资源。 共享中心 集成资源存储管理功能，可方便管理下载资源。d - b o x 可作为家庭中多媒体 资源的存储中心和数据资料的备份中心，可以和移动硬盘、数码相机、摄像机等 连接，用户可通过电视机轻松的浏览和欣赏d b o x 里的资源。 6 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 is o a 平台 i 图2 2d b o x 功能能示意图 d b o x 是基于嵌入式s o c 的数字家庭媒体中心，除了上述功能，d b o x 在 硬件设计上应当具有很强的扩展性，有能力担当数字家庭服务和管理中心，实现 对家庭中各种智能家电的控制，实现智能门禁和三表三防等，也可以作为多种数 字化服务家庭接入的终端设备，具有很强的应用前景。 2 3 媒体中心的三种控制方式 结合d b o x 和其它设备( p c 、t v 等) 可以实现对d b o x 的多种控制管理 方式，不同的控制管理方式可以形成不同的产品模式，进而形成多样化的商业运 作模式，所以对于d b o x 控制方式的研究具有重要的意义。d - b o x 作为数字家 庭媒体中心主要有三种有效的控制方式，如图2 3 所示。 7 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 d - b o x 的三种控制方式 图2 3d b o x 的三种控制方式 1 使用p c 在局域网内对d b o x 进行控制，即本论文第3 章所论述的内容。 这种控制方式在本课题开发的第一阶段已经基本实现，目前进入后期完善和产品 化阶段。 2 用户通过互联网访问运营网站平台实现对d b o x 的远程控制，该控制方 式具有很好的商业运作价值。运营平台不仅实现对分散在各个家庭的d b o x 进 行控制，它更是集合了各种媒体资源和服务，使d b o x 从平台本身就可以获得 大量高效、优质的媒体资源。运营平台概念的提出以及设计是本课题的关键部分， 也是本课题的难点所在； 3 使用t v 或者高清播放机对d b o x 进行控制，该种控制方式在数字家庭 应用中也是必须的，具有更好的用户体验。用户通过电视也可以直接管理d b o x 里存储的媒体资源，直接通过d b o x 的高清播放模块来播放这些媒体资源，这 种控制方式无疑是必须的。在课题的第三个阶段，我们会协同相应配套设备( 如 t v 、高清播放机) 进行研发，可以作为模块与海尔、海信等电视机生产商合作 开发。 2 4 运营平台概述 运营平台是指d b o x 管理与内容服务提供平台，它是在互联网上搜集资源， 连接内容提供站点，是架设在互联网和d b o x 之间的一个桥梁。用户可以从平 8 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 台下载相要的各种资源，并且通过平台远程访问管理自己的d b o x ，获得平台提 供的各种服务。d b o x 和平台的协同应用将会更好的为数字家庭各种应用提供服 务。 2 4 1不使用平台的局限性 用户很难远程控制d b o x d b o x 如果没有外网地址( 用拨号器拨号上网) ，那么用户无法在公司或者 其他可以接入因特网的地方通过其他机器上的浏览器访问d b o x 。不能在其他地 方监控d b o x 的下载进度和添加删除下载。 用户只能自己寻找下载资源 如果没有平台的支持，用户只能自己从庞大的互联网上搜索想要的资源，这 样会浪费大量的时间，此时的d b o x 也只是担当一个下载者的工作，这并没有 发挥出它应有的功能。 很难提供自动下载服务 如果没有平台的支持，用户只能自己搜索资源，然后手动实现通过d b o x 的下载，d b o x 不会自动下载服务。现在很多用户都有在网上下载观看电视剧的 习惯，很多连续剧是分集在网络上发布的，用户需要定期关注发布日期然后再下 载观看，这占用用户的大量时间和精力。 不能自动获得自己感兴趣的资源的更新 如果没有平台的支持，用户只能自己搜索查找感兴趣的资源，无法及时发现 最新资源发布等信息。 2 4 2使用平台后能提供更多的功能 d b o x 在用户处使用时，我们无法了解用户对d b o x 的使用情况，同时也 无法向用户提供必要的服务，因为我们没有一个平台去管理d b o x 和提供服务， 所以建设一个平台是很有必要的，这样我们不仅仅是卖给用户一个产品而更重要 的是我们可以卖给用户服务。 提供对d b o x 的远程控制 通过协议只要下载器连在网络上就可以在互联网上找到它，用户可以直接通 过口地址或经过平台控制家庭d b o x 。这给用户带来很大的方便。 提供自动下载服务 9 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 d b o x 能够定期自动从平台上将用户预定的节目内容下载下来，从而实现自 动下载服务，比如，如果用户对于某部电视连续剧感兴趣，可以订制自己的时间 列表，定期将影片下载到d b o x 的存储硬盘中。这样更大程度的发挥了d b o x 的功能，为用户提供方便快捷的下载。 提供杀毒服务 虽然d b o x 操作系统拟采用嵌入式l i n u x 系统，中病毒的几率不大，但是 下载的资源可能带有病毒，所以可以通过平台对用户下载的内容查杀病毒，另外 对d b o x 的系统进行杀毒维护也是需要的。 提供用户感兴趣的信息通知 用户可以在平台上定制自己感兴趣的影视资讯或者新游戏信息等，信息中提 供影视或游戏的下载链接，用户可以很方便的下载。 适量向用户发送广告信息 可以在网站上和提供给用户的信息中加入广告。 提供下载代理服务 可以利用平台的带宽优势下载用户请求的资源，然后以较快的链接速度下载 给d 。b o x 。 2 5 媒体中心与平台的系统框架 根据在2 1 中提出的运营模式以及2 3 中提出的基于平台的控制方式，本课 题在实际开发过程中以媒体中心d b o x 和运营平台两大主线，循序渐进，同时开 发。针对项目的实际需求，考虑灵活性和可扩展性，本课题从软件到硬件都采用 模块化、插件化设计，从而可以构成完整的、模块层次结构清晰的系统架构，并 且所有的模块组件是可裁剪的，从而使系统开发、维护和升级都非常方便【1 5 , 1 6 】。 图2 - 4 是基于嵌入式技术和平台运营的家庭媒体中心的系统框架图。关键 点在于运营网站平台( 即服务器端) 和d b o x ( 即客户端) 软件体系的架构设计。 ( 1 ) 图中的d - b o x 是本课题提出的基于嵌入式技术的家庭媒体中心。d b o x 端的软件体系分为三层：网络连接层、控制层、应用程序层。 网络连接层由b o x s e r v e r 和控制端组成，b o x s e r v e r 连接服务器端的 c e n t e r s e r v e r 并传递指令；控制端解析服务器端的指令传递给控制层对应 的程序接口，并将控制层的反馈信息封装传递给b o x s e r v e r 。 1 0 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 控制层，由m l c t l 等应用程序控制接口组成。接收网络连接层传递的指 令，传递给应用程序层。 应用程序层，由m l d o n k e y 下载软件等应用软件组成。根据控制层传递 的指令，控制相应的软件来完成客户端的远程操作。 ( 2 ) 服务器端是指能够提供资源下载并对d - b o x 进行远程控制的平台系统 分为网络连接层、平台网站系统和数据库三部分。 网络连接层由c e n t e r s e r v e r 和控制端组成，c e n t e r s e r v e r 连接d b o x 端的 b o x s e r v e r 并传递指令：控制端解析d b o x 端指令，接收平台网站系统 的指令并封装后传递给c e n t e r s e r v e r 。 平台网站系统由内容聚合和控制管理两部分组成，内容聚合模块与内容 提供商，提供影视、教育等多媒体资源的下载；控制管理模块，向用户 管理d b o x 的a p i 接口。 数据库存放身份验证信息，用户操作信息，家庭下载服务器d b o x 的操 作及下载记录等。 ( 3 ) 通信协议在服务器端和d - b o x 端传递指令 图2 4 基于嵌入式技术和平台运营的家庭媒体中心的系统框架图 3 基于c s 架构的媒体中心d - b o x 的设计与实现 3 1 嵌入式系统介绍 媒体中心d - b o x 采用了嵌入式技术的设计方案。嵌入式系统( e m b e d d e d s y s t e m ) 1 7 - 2 5 l 的开发有着其特殊的环境与过程，它是结合微处理器的系统电路及 其专属的软件，来达到系统操作效率成本的最高比。今天的各种电子产品及工业 1 1 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 控制设备，如电视、手机、p d a 等无一不包含嵌入式系统，正在开发中的机顶盒、 智能电话及未来的智能型家电等设备也都少不了嵌入式系统的参与。 3 1 1 嵌入式系统的定义 嵌入式系统( e m b e d d e ds y s t e m ) 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、功耗有严格要求的专 用计算机系统。与通用计算机系统不同，嵌入式系统的最大特点是其所具有的目 的性或针对性，即每一套嵌入式系统产品的开发设计都有其特殊的应用场合与特 定功能，这也是嵌入式系统与通用的计算机系统最主要的区别。嵌入式系统是针 对具体应用的专用系统，目的就是要把一切变得更简单、更方便、更普遍、更适 用；它的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的 硅片面积上实现更高的性能。 嵌入式系统的开发有着其特殊的环境与过程，它是结合微处理器的系统电路 及其专属的软件，来达到系统操作效率成本的最高比。今天的各种电子产品及工 业控制设备，如电视、手机、p d a 等无一不包含嵌入式系统，正在开发中的机顶 盒、智能电话及未来的智能型家电等设备也都少不了嵌入式系统的参与。 3 1 2 嵌入式系统的构成和特点【2 6 】 嵌入式系统是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图象 数据传输技术，甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合产物。因此，它往 往是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识密集型系统，能够反映当 代最新技术的先进水平。嵌入式系统一般功能单一、简单，且在兼容性方面要求 不高，但是在大小，成本方面限制较多。另外，从某种意义上来说，通用计算机 行业的技术是垄断的。嵌入式系统则不同，它是一个分散的工业，充满了竞争、 机遇与创新，没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。即便在体 系结构上存在着主流，但各不相同的应用领域决定了不可能有少数公司、少数产 品垄断全部市场。因此嵌入式系统领域的产品和技术，必然是高度分散的，留给 各个行业的中小规模高技术公司的创新空间还很大。又因为社会上的各个应用领 域是在不断向前发展的，要求其中的嵌入式处理器核心也同步发展，这也构成推 动嵌入式工业发展的强大动力概括起来，嵌入式系统有以下几个特点| 9 1 ： 1 2 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 1 、嵌入式系统应用领域的广泛性 嵌入式技术广泛应用于工业控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、 航天、军事、消费等各个领域。嵌入式系统几乎在我们周围随处可见，像手机、 m p 3 、d v d 等，在数量上远远超过了各种通用计算机。 2 、嵌入式系统是完成专用功能的最小系统 嵌入式系统和通常p c 机上的应用系统不同，就是针对不同的具体应用而设 计的嵌入式系统之间差别也很大。嵌入式系统一般功能单一，用来完成某种具体 应用，在兼容性方面要求不高，但是在大小、成本方面限制较多，要求硬件、软 件都要发挥最高效率，可靠性高，力争以最小系统达到最高性能。 3 、嵌入式系统对软件的要求一般比较高 由于嵌入式产品要求体积小，可靠性高，一般不具有硬盘等大容量存储设备。 而且由于成本的限制，嵌入式系统软件一般固化在容量较小的f l a s h 存储器中。 这就要求软件代码具有较高的质量和可靠性，有的系统还要求软件具有实时处理 能力。 4 、嵌入式系统的开发环境和开发工具 由于嵌入式系统自身没有足够的资源，不具备自主开发能力，所以一般嵌入 式系统的开发模式是作为目标机的嵌入式系统与作为宿主的主机相连接，以编译 器、链接器等作为开发工具，来构成交叉开发环境。 般来说，嵌入式系统由硬件和软件两大部分组成，图2 1 为一个简单的嵌 入式系统的结构图【勿。本系统的基本架构也如此。 1 3 基f 运营平台和嵌 式技术的家庭媒体中心研究与实现 围3 嵌入式系统结构框图 嵌入式系统事实上也算是计算机体系结构中的一个分支而一个标准的计算 机体系中必然包括中央处理单元、内存、输入，输出堤备和其他的一些必要外设， 因此，嵌入式系统中也具有这些单元，只不过都以比较特殊的形式存在，例如手 机的输入设备就是它的特殊键盘，输出设备是它的液晶显示屏。 在嵌入式系统的硬什中，核心为嵌入式处理器。到目前为止，全球嵌入式处 理器的体系结构超过3 0 个，芯片型号更是多达千种以上其中处理器种类展多 的体系结构为8 0 5 i ，达到了3 5 0 多种。当前嵌入式处理器的速度一般为 0 1 2 0 0 0 m i p s 。近年来，随着半导体工艺水平的发展，嵌入式微处理器的性能提 高很快，功耗也不断降低，并且出现了专门的i p 核供应商，如a r m ，m i p s 等。 他们并不生产芯片，只是向各个半导体厂商提供处理器内核，厂商在内核外增加 一些必要的外设来生产各个应用领域的处理器芯片。 32 媒体中心d - b o x 的设计原则 易用性 家庭应用面向普通用户，用户的年龄结构、教育程度等因素非常复杂，操作 的易用性至关重要。使用过程中的细节有可能决定方案实施的成败。 经济性 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 根据现有的技术条件及业务需求，充分考虑系统的可实现性及环境的复杂 性。特别是d - b o x 的设计，由于涉及到批量生产，其经济实用性显得更为重要。 实用性 家庭用户的网络通讯方式、设备安装方式可能会干差万别，但必须保证方案 的实用性，保证方案是可以真正实施的。 可靠性 系统是一个长期运行的系统，数字家庭平台需要n 2 4 小时不问断运行， d - b o x 需要不间断运行的时间较短，但也要充分考虑。此外，数字家庭平台设计 时还要考虑后备以及恢复机制，使系统在部分故障时仍然能够提供对用户的服 务，并且能够很快的排除故障恢复正常运行。 安全性 数字家庭平台的安全性对于系统而言是极为重要的。建立系统的网络安全机 制，设置权限控制，通过网络的自检、实时监控和自动故障报警检测以及一定程 度的自恢复，确保网络和数据安全，成为必须具有的特性。 开放性 整个内部网络传输采用标准的t c p i p 协议；对于其他部分，如果已有国家 行业标准和规范，系统尽可能采用相应的标准和规范，如果没有相应的标准和规 范，则在设计过程中，要考核相应标准和规范的制定。必须充分保证系统的开放 性，并在设计时保留必要的接口，实现与其他系统的对接。 可扩展性 系统设计除了可以适应目前的需要以外，充分考虑用户日后的业务发展需 要。按最经济的原则，规划成个扩展性很强且在扩容升级时浪费最少的系统。 支持软件支持二次开发，计算机网络系统适应将来的广域扩展【2 1 。 3 3 总体设计思想 d b o x 采用了嵌入式技术设计方案，通过剪裁定制适合下载与存储管理模块 功能的硬件板作为系统的硬件平台，再编写相关的板载软件、以及基于p c 客户 端管理软件来完成整个系统的搭建。如图3 2 所示，软件部分主要是实现对系统 和板载软件的控制，从功能上划分为系统管理、网络管理、已下载资源的管理、 1 5 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 正在下载任务的管理四个部分。 在系统架构上，我们重点突出模块化功能，包括硬件和软件的模块化。硬件 模块化包括：硬件外设可定制，板卡、硬盘可插拔，系统平台以嵌入式微处理器 a r m 9 为核心最小系统，可根据需要扩展外部设备。软件模块化主要是：l i n u x 内核可裁减、功能可裁减、提供给用户的是封装好的模块化的应用程序。模块层 次结构清晰，模块组件功能独立，因此每个模块都可独立改动，从而使系统开发、 维护和升级都非常方便。 w e b 服务器 浏览器管 b s 架构 理界面 互联网 资源 l i n u x 内核 客户端软 板载软件 c s 架构 件 软件部分 硬件部分硬件板 图3 - 2 家庭媒体中心d - b o x 系统框架图 3 4 硬件设计方案 硬件板采用g e m i n is l 3 5 1 2b o a r d 进行剪裁。如图3 3 所示，裁剪和定制后， 本实用新型的硬件系统大体可以划分成主控制器模块、网络模块、存储模块以及 按钮模块四部分。 ( 1 ) 控制器模块由嵌入式处理器、存储芯片、内存单元相互连接组成。嵌入 式处理器采用了s t o r ms e m i c o n d u c t o r 的s l 3 5 1 2 处理器。s l 3 5 1 2 是一款基于 a r m 9 2 0 t 核心的3 2 位微控制器，它的优势主要是用作基于互联网的应用系统， 可满足n e t w o r ka t t a c h e ds t o r a g e ( n a s ) ，家庭网关等多种网络应用。其中嵌入 式处理器主要负责系统的整体调度，为整个系统的核心；存储芯片采用1 6 m 的 n o rf l a s h ，里固化了l i n u x 的b o o t l o a d e r 、系统内核、只读文件系统和部分应用 1 6 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 程序；内存单元s d r a m ( 6 4 m ) 供系统运行时直接与嵌入式处理器交换数据时 使用。 ( 2 ) 网络模块包括以太网控制芯片、交换机芯片、无线网络扩展插槽 ( m i n i p c i ) ，持互联网和家庭局域网的互联通信。交换机芯片预留了和天线的连 接接口，可以非常方便地将其扩展为无线网络。 ( 3 ) 存储模块包括两个s a t a 硬盘接1 2 1 ( 可支持2 块硬盘，可以构建磁盘冗 余系统) ，和一个内置硬盘托架组成。该硬件还提供u s b2 0 接口，可支持移动 存储设备的接入。 ( 4 ) 接口模块包括一个1 0 m 1 0 0 m 以太网接口( w a n ) ，它连接到网络模块 的以太网控制芯片，用于互联网连接；一个4 口交换机网络接口( l 州) ，它连 接到网络模块的交换机芯片，用于构建家庭局域网；u s b 接口，包括1 个u s b h o s t 接口，1 个u s bs l a v e 接口、一个内置针式的调试接口。 图3 - 3 硬件设计图 3 5 软件设计方案 3 5 1 嵌入式l i n u x 操作系统 嵌入式操作系统的选择主要考虑以下几个方面：操作系统的硬件支持程度， 是否支持目标硬件平台；源码是否开放、可移植性如何；开发工具的支持程度， 是否有利于项目的加快开发；z h l 匕l - - , 否满足应用需求，如对操作系统实时性能的要求， 1 7 基于运营平台和嵌入式技术的家庭媒体中心的研究与实现 网络性能，对中文的支持等：是否收取费用，是否对产品的成本产生严重影响。 本课题的操作系统选用的是当前比较流行的l i n u x 操作系统【2 8 1 ，与目前市场 上的中国商业的实时系统相比，嵌入式l i n u x 除具有内核稳定、功能强大、支持 多种硬件平台、兼容性好的优势外，还具有其他商业软件无法比拟的特点，首先 它是开源的、是免费的，这使得获得、修改、裁剪l i n u x 成为可能；再就是它有 丰富的应用软件支持，虽然商用软件的实时操作系统也试图提供各种常用软件工 具包，但其数量是无法和l i n u x 操作系统匹敌的。 操作系统之所以采用l i n u x ，是因为l i n u x 作为一种优秀的操作系统，近几 年在嵌入式领域异军突起，成了最有潜力的嵌入式操作系统。突出的一个优点就 是免版税和开放源码，另外它可应用于多种硬件平台，具有良好的移植性、高的 可靠性、优秀的网络功能、完备的文件系统以及丰富的a p i ，为嵌入式网关提供 了强大的软件支持。 3 5 2 嵌入式w e b 服务器的选择 w e b 服