（计算机应用技术专业论文）手持式终端平台的设计.pdf

摘要 论文题目：手持式终端平台的设计 学科名称：计算机应用技术 研究生：陈伦 指导老师：崔杜武教授 摘要 签名： 签名： 近年来，电子技术、信息技术、硬件技术相结合的嵌入式技术发展迅速。手持式终端 设备在工业、军事、民用领域应用广泛。本文根据嵌入式开发方法设计了一种终端平台， 并结合我国物流业发展趋势和信息化的需求，引入r f i d 射频识别技术，设计实现了面向 物流管理的应用。 在硬件方面，根据功能需求，详细研究了低层嵌入式c p u 核心及其选型，结合必要的 接口搭起了硬件平台构架，选择采用了亿道公司的x s b a s e 2 5 5 开发板，最后给出了硬件 结构图。软件方面，根据嵌入式系统的开发方法，首先建立起基于a r m 和l i n u x 的交叉 编译环境，接着按照从下而上的开发顺序，针对硬件进行低层系统引导程序代码移植；在 内核开发方面，分析了l i n u x 内核源码结构，针对硬件功能对操作系统内核进行了裁剪并 加入了相关驱动程序，分别移植了m t d ，a c 9 7 和c s 8 9 0 0 a 网卡等驱动程序；引入了嵌 入式数据库，建立了数据模型；然后对应用程序的开发和移植进行了阐述，将数据库建立 的数据模型转变为程序交互的数据结构，便于各程序同的具体操作；最后将嵌入式数据库， 应用程序以及必要的命令制作成文件系统，并将该文件系统移植到平台的f l a s h 存储器 中。 本终端的设计旨在提高物流效率，降低物流成本和工人劳动强度，减少管理中的差错。 文章最后对未来平台的扩展进行了展望。 关键字：手持终端；嵌入式l i n u x ；物流管理；射频识别 1 3 t i e ：t h ed e s i g no fh a n d h e l dt e r m i n a lp l a l - f o r m m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o n n a m e ：l u nc h e n s i g n a t u r e ： s u p e r v i s o r ：p r o f d u w uc u i a b s t r a c t i n r e c e n ty e a r s ，e l e c t r o n i ct e c h n o l o g y , i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , c o m b i n i n gh a r d w m e t e c h n o l o g ye m b e d d e dt e c h n o l o g yi sd e v e l o p i n gr a p i d l y h a n d - h e l dt e r m i n a le q u i p m e n ti nt h e i n d u s t r i a l ，m i l i t a r ya n dc i v i l i a nf i e l d sw i d e l yu s e d b a s e de m b e d d e dd e v e l o p m e n td e s i g n e da t e r m i n a lp l a t f o r ma n dt h el o g i s t i c si n d u s t r yi nc h m aa n dt h ed e v e l o p m e n tt r e n do fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yd e m a n d ，t h ei n t r o d u c t i o no fr f i dt e c h n o l o g y , d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f l o g i s t i c s - o r i e n t e dm a n a g e m e n ta p p l i c a t i o n s o nt h eh a r d w a r es i d e ，b a s e do nt h ef u n c t i o n a ln e e d s ，d e t a i l e ds t u d yo fl o w - l e v e le m b e d d e d c p ua n ds e l e c t i o n ，t h ec o r ew i t ht h en e c e s s a r yi n t e r f a c eh a r d w a r ep l a t f o r me r e c t e do nt h e f f a m e w o r lt oc h o o s eay i d a oc o m p a n yx s b a s e 2 5 5d e v e l o p m e n tb o a r d ，f i n a l l yt h eh a r d w a r e c h a r ti sg i v e n s o f t w a r e ，a c c o r d i n gt oe m b e d d e ds y s t e md e v e l o p m e n tm e t h o d o l o g y ，f i r s t e s t a b l i s h e db a s e do na r ml i n u xa n dc r o s s - c o m p i l e re n v i r o n m e n t , a n dt h e nf r o mt h eb o t t o mt o t h et o pd e v e l o p m e n to r d e r , a g a i n s tl o w e rh a r d w a r eb o o tc o d et r a n s p l a n t a t i o n ；i nt h ek e r n e l d e v e l o p m e n t , a n a l y s i so fl i n u xk e r n e ls o n r c es t r u c t u r e ，h a r d w a r ef u n c t i o n si nt h eo p e r a t i n g s y s t e mk e r n e la n dt h er e d u c t i o nr e l a t e dt ot h ed r i v e r , t r a n s p l a n t a t i o no fm t d ，t h ec s 8 9 0 0 a n e tc a r d ，a c 9 7 a n do t h e rd r i v e r ；i n t r o d u c t i o no ft h ee m b e d d e dd a t a b a s e ，e s t a b l i s h e dad a t a m o d e l ；t h a nt h ea p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n ta n dp o r t i n go ft h e m t h ed a t a b a s ed a t am o d e l si n t o i n t e r a c t i v ep r o c e s st h ed a t as t r u c t u r et of a c i l i t a t et h ep r o c e d u r e sf o rt h es p e c i f i co p e r a t i o n ； f i n a l l y , e m b e d d e dd a t a b a s e ，a p p l i c a t i o na n dt h en e c e s s a r yo r d e rt oc r e a t eaf i l es y s t e m ，t h ef i l e s y s t e mw i l lb et r a n s p l a n t e dt ot h ep l a t f o r mf l a s hm e m o r y t h e d e s i g no ft h et e r m i n a li ni m p r o v i n g t h ee f f i c i e n c yo f l o g i s t i c sa n dr e d u c el o g i s t i c s c o s t sa n dt h el a b o ri n t e n s i t ya n dr e d u c em a n a g e m e n te r r 0 i s f i n a l l y t h ep l a t f o r mf o rt h ef u t u r e e x p a n s i o n o ft h ep a p e r k e y w o r d s ：h a n d h e l dt e r m i n a l s ；e m b e d d e dl i n u x ；l o g i s t i c sm a n a g e m e n t ；r f i d 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者躲啦参g 月知 学位论文使用授权声明 本人：磁i 乏 在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索；2 ) 为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位沦文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名：缓l 色 导师签名：p 璋6 月i t 日 绪论 1 绪论 1 1 课题背景与技术现状 随着信息化步伐的加快各种新颖的手持设备层出不穷，极大的方便了人们的生活， 相关的硬件和软件也得到了迅速的发展。针对不同的应用领域，本文对物流业现状进行分 析发现以下特点：企业规模越来越大，具有国际化、全国性、仓储分布分散的趋势，但另 一方面我国的物流信息化水平较低。主要表现为物流信息系统运作管理标准不一、集成度 低和适应性差，物流服务系统功能分散、单一、基础设旌、业务模式和运作杌常8 还停留在 传统的信息系统构架模式上，一个公司或一个仓库一个信息管理系统，没能在各个仓库或 子公司问达到信息共享自由交流，对货物的实时跟踪管理更是缺乏，降低了货物的流通效 率，增加了流通成本。这样就造成我国物流企业竞争力较差，同时也无法满足经济对货物 快速高效流通的需要n 1 。 另一方面，砒1 d 电子标签的成本不断降低，信息存储量不断增加，在国外被大量应 用。嵌入式操作系统，数据库技术的成熟并得到广泛发展。将r f d 电子标签结合嵌入式 技术研制出手持设备在技术层面上已经得到有效性验证。结合国内物流业不断发展的需 求，紧跟国际化、信息化、规模化的趋势，有必要对手持设备在物流业应用的相关技术进 行研究。 1 2 课题研究的应用背景分布式自治物流信息系统 电子标签价格的降低和性能的提高，使i 江d 广泛应用于物流系统变成可能。i 口d 的引入引起了物流信息管理模式和物流控制方式的改变。由于电子标签的使用，其存储 的信息量大，读写方便，可以记载所属仓库，物体名，唯一的d 号等多种属性，使原来 以仓库为中心或单个公司单一模式管理的方式转变为基于货物进行物流规划和管理。电 子标签的加入便于物体各种属性的识别和物体的定位。利用这一功能可以构造出一种在 各个不同公司或单个大型公司的不同仓储之问实现自治的和分布式的协调框架。即在该 框架下物流管理既具有自治能力( 可以使物流在公司内部自由顺畅) 又具有分布式( 各 个公司或大型公司内部的各个仓储单位之间进行管理) 和伸缩性( 能够使新的零售商或 仓储单位方便的加入或退出该框架) 等特点2 1 。 在分布式自治物流管理系统下需要有各个公司或子公司之间进行统一管理协调的能 力，又要有对运输货物进行跟踪的能力( 图1 1 ) 西安理工大学硕士学往论文 物流管理系统模块 公司问部门问通讯 采购与调配管理模块 协调模块统一 据谓 公司问通信表示协议与数据模型 系统 供应商，配送中心，零售商后台数据库 手持端数据库及通信模块 跟踪 系统 r f l d 标签信息 图1 - 1 构架层次结构 f i g 1 1f r a m es t r u c t u r e 统一协调子系统是在各个公司内部原有系统实现自治的基础上的分布式信息协作。是 一种基于w e b 技术和i n t e r a c t 的信息交流平台。这种平台要有统一的结构模型对货物进 行描述。在供应商与配送中心之间要有数据协议，便于运输方案的制定和货物的标识。 跟踪子系统是一种流动的和变化的系统，是r f i d 电子标签作为信息载体对货物的流 动跟踪进行管理。该信息记载着货物的供应商，当前所在位置，目的地以及最后期限等各 种属性，便于到货时校验。本文将实现该前端手持平台的设计。 1 3 课题研究的主要目的及意义 构建应用在分布式自治物流信息系统构架下的手持设备并付之实践，具有重要意义： ( 1 ) 缩短作业流程。对于仓储管理或配送中心来说，出入库在平时作业中占有很大比 例。在托盘上或包装箱上贴上r f i d 标签，在配送中心出入库口处安放阅读器，这样出， 入库时，利用叉车将货物送入，出仓库，在出入口处无须停止就可进行扫描，阅读器可以 远距离动态的一次性识别多个标签。从而大大节省了出，入库的作业时间，提高了作业效 率。 ( 2 ) 改善盘点作业质量。由于每个包装箱和托盘上都贴有r f i d 标签，进行盘点作业时， 只需利用手持设备依次经过所有货架，阅读器就会自动获取所有标签上的信息，再将信息 传入后台p c 进行盘点记录。利用r f i d 技术将大大减少传统盘点作业中所出现的遗漏等 差错，增强了信息的准确性和可靠性。 ( 3 ) 增大配送中心的吞吐量。当配送中心的主要作业一出入库作业效率提高以后，配 送中心对货物的处理能力将大大提高，这样就可以增加配送中心每日的货物吞吐量，为配 送中心获得更大的经济效益。 “) 降低运转费用。由于r f i d 技术可以动态的同时识别多个数据且识别距离较大。在 出入库作业过程中，验收和出入库几乎同时完成。这样大大减少了货物在配送中心内的 搬运次数，降低了搬运所带来的设备费用和人工费用。 ( 5 ) 供应链上的物流跟踪。r f i d 技术的核心是标签上的e p c ( 产品电子码) ，由于e p c 提供对物理对象的唯一标志，所以利用e p c 可以实现货物在整个供应链上的物流跟踪和 供应链的自动化管理。 2 绪论 ( 6 ) 增加供应链管理的透明化程度。应用r f i d 技术以后，产品从制造商开始，它在供 应链上的整个流动过程都会被非常及时、准确的跟踪。 ( 7 ) 信息的传送更加迅速、准确。由于远距离、动态自动识别、一次识别等多个优势， r f i d 技术将使信息的传递更加迅速，远远超过了现在广泛采用的条码技术。同时信息的 传递也更加准确，大大减少了错误和遗漏的发生。这是因为标签只要在磁场的有效范围内， 阅读器就能够自动捕获数据。这在出，入库操作和盘点作业中体现的淋漓尽致。特别是盘 点作业，遗漏和错误的发生一直是盘点作业的一大难题，r f i d 技术不仅提高了盘点的效 率，而且大大增加了信息的准确性 1 4 论文的研究内容与组织结构 论文是围绕嵌入式系统在物流管理中的应用展开的，主要涉及嵌入式系统的基本理 论，硬件平台的深入了解以及内核裁减、编译、移植，驱动开发，界面工具的移植等。论 文的组织结构如下： 第一章绪论。主要包括课题的研究背景、现状、目的及意义。 第二章系统平台的搭建。主要包括平台的功能需求分析以及搭建该平台所需的软硬 件概要设计，相关技术的概述。硬件方面，嵌入式c p u 的特点与选型，硬件 拓扑结构等；软件方面，操作系统的选择，内核开发，支撑的数据库，g u i ， 驱动开发以及软件层次结构图等。最后一节，简要介绍了r f i d 射频识别技 未。 第三章终端系统的详细设计与实现。根据嵌入式系统启动流程，从最低层的引导程 序到高层应用的顺序详细介绍了整个平台的开发过程。主要包括：b o o t l o a d e r 操作系统引导程序，交叉编译链的建立，内核的配置、编译、链接，嵌入式 数据库的建立，应用程序以及文件系统的安装等。 第四章手持终端在物流管理中的应用。主要介绍该课题开发的终端在具体的物流管 理中的应用背景。包括分布式自治物流管理构架的概念，层次结构以及具体 的应用背景。 第五章结论与展望。对课题开发过程做出总结，并对该领域手持终端的开发趋势以 及产品如何扩展作了初步研究。 西安理工大学硕士学位论文 2 手持终端系统平台概要设计 2 1 终端系统构成及功能分析 手持终端主要实现r f i d 电子标签的读取，信息的校验以及与后台数据库的远程连接。 完成后台数据库的存取、查询以及更新。主要功能模块图2 - l 所示： 戮 1 日妒 主控 模块 显矛jf 袈霎 本 地 教 据 库 模 块 l ll 器i i _ j i _ j 圈2 - i 功能结构框图 f i g 2 一if u n c t i o n a lb l o c kd i a g r a m 初始化模块完成系统上电初始化和数据库初始化：主控模块完成整个系统的调度和系 统界面的建立；通信处理模块负责与后台供应商、配送中心或零售商建立数据库的通路， 通过i n t e m e t 进行传输，提供网卡驱动；本地数据库模块负责手持端的数据库创建和操作： 条码阅读模块实现r h d 的驱动模块，读取电子标签信息等。 2 2 硬件系统概要设计 2 2 1 嵌入式c p u 核心构架介绍及选型 个人电脑主要使用x 8 6 或p o w e r p c 的中央处理器核心构架，而嵌入式系统则有较多 不同的c p u 核心构架。常见的嵌入式系统c p u 核心构架有m p s 、a r m 、s u p c r h 、x 8 6 和p o w e r p c 等。有时，为减少成本或要符合嵌入式系统的某些特别要求，一些嵌入式系 统甚至会利用有特殊用途的集成电路( i n i t i a t e dc 打c u i t ，i c ) 来代替一般用途的c p u 。目 前主流嵌入式c p u 构架主要有以下几种”1 ： m i p s ( m i c r o p r o c e s s o rw i t h o u ti n t e r l o c k e dp i p e l i n es t a g e s ) 构架是由m i p sc o m p u t e r s y s t e m s ，i n c 公司开发，m i p s 处理器采用了精简指令集( r e d u c e di n s t r u c t i o ns e t c o m p u t i n g , r s c ) 。于s g i 的电脑产品及众多的嵌入式系统产品中甚为广泛使用，当中包 括有w i n d o w s c e 装置、c i s c o 路由器、n i n t c n d 0 6 4 操作台、s o n y p l a y s t a t i o n 操作台、s o n y p l a y s t a t i o n 可便携式手提系统等等，都是使用了m i p s 处理器。现时m i p s 处理器已经由 4 手持终端系统平台概要设计 最初的3 2 - b i t 发展到有6 4 - b i t 的版本。m i p s 处理器指令集有多个更新版本，分别为m i p s i 、m i p s 、m i p sm 、m i p si v 及m i p s 3 2 6 4 。m i p s 处理器指令集亦有多个附加的扩展 部分，当中有：( 1 ) 利用涉及浮点运算的s i m d ( s i n g l ei n s t r u c t i o nm u l t i p l e d a t a ) 指令集， 提升三维运算功能的m i p s 一3 d 扩展；( 2 ) 利用6 4 - b i t 浮点运算功能的强化s i m d 指令集 m d m x 扩展；( 3 ) 提供多执行绪( m u l t i t h r e a d i n g ) 功能m i p sm r 扩展“。 s u p e r h 构架最先由h i t a c h i 公司开发，愿意取代旧式的h 8f a m i l y 家族处理器，s u p e r h 构架现在由h i t a c h i 和s tm i c r o e l e c t r o n i c s 两家公司共同拥有。s u p e r h 处理器亦常用于嵌 入式系统产品中。最新s h 5 版本处理器为一个6 4 - b i t 的高效能处理器，它拥有一个1 2 8 - b i t 的向量浮点运算器( v e c t o rf l o a t i n gp o i n tp m c 龉s m g 岫i t ，f p u ) 及一个带有s m d 支援与6 3 个6 禾b i t 暂存器的整数运算器，效能卓越。 x 8 6 构架又常称为8 0 ) ( 8 6 构架，泛指由全球知名的主流硬件生产厂商i n t e l 公司所生 产的微电脑处理器。x 8 6 构架指令集是复杂指令集( c o m p l e xi n s t r u c t i o ns e tc o m p u l 盯， c s i c ) 的一种，x 8 6 构架在桌上型电脑、手提式电脑及伺服器市场上占有主要地位。 p o w 既p c 构架最初由a p p l ec o m p u t e r 、m m 和m o t o r o l a 三家公司所共同开发，因此 也被成为a i m 。p o w e r p c 是采用了精简指令集( r i s c ) 的微电脑处理器，起初只针对个 人电脑市场而设计开发，而后p o w 钉p c 处理器亦被广泛使用到嵌入式系统中，以效能卓 越见称。p o w e r p c 构架本身原于早期的i b mp o w e r 构架，故此与p o w e r 构架有高度 的相容性( c o m p a t i b i l i t y ) 。现在p o w 钉p c 处理器家族中已扩展到有6 * b i t 的类型。使用了 p o w e r p c 处理器的产品包括有a p p l em a c i n t o s hp o w c r m a c s 系列、m mr s 6 0 0 0u n i x 工作 台、c i s c o 路由器、a m i g a o n e 、n i n t e m d og a m e c u b e 游戏机及许多的嵌入式系统设备( 如 t w o 个人视频录像机) 等等。多种新一代的游戏机将会采用p o w e r p c 处理器，当中包括 有s o n y 的p l a y s t a t i o n3 、m i c r o s o r 的x b o x 3 6 0 及n i n t e n d or e v o l u t i o n 。 a r m 构架最初是由a c o r nc o m p u t e rl i m i t e d 公司开发，其后该公司跟苹果公司合作，另 起成立了名为a d v a n c e dm s cm a c h i n e s 的新公司，其后，a d v a n c e dr i s cm a r h i n e s 于伦 敦股票交易市场及美国那斯达克证券交易市场以a r ml i m i t e d 之名上市。a r m 是一个 3 2 - b i t 的处理器，同样采用了精简指令集，于众多的嵌入式系统产品中被受广泛使用，例 如a r m 6 处理器就被用在苹果电脑的a p p l en e w t o np d a 上，a r m 7 t d m i 处理器被用于 数以千万部的移动电话和手提式视频游戏机上。a r m 的知识产权核, i = l , ( i n t e l l e c t u a lp r o p e r t y c o r e , pc o r e ) 已被授权给其他处理器开发商使用，世界上几乎所有的主要半导体厂商都 生产基于a r m 体系结构的通用芯片，或在其专用芯片中嵌入a r m 的相关技术。其他已 获授权使用a r mi p 的处理器开发商包括有f r e e s c a l e 、i b m 、i n f e r n ot e c h n o l o g i e s 、t e x a s i n s t r u m c m t s 、n i n t e n d o 、p h i l i p s 、v l s i 、a n n e l 、s h a r p 、s a m s u n g 及s tm i c r o e l e c t r o n i c s 等各大集成电路生产商。a r m 处理器在3 2 - b i t 处理器市场上，拥有超过7 0 的市场占有 率，在电脑硬盘，手提电话，网络设备，计算机以及儿童玩具上都经常会使用到a r m 处 理器。在2 0 0 1 年，基于a r m 内核的处理器年产量突破5 亿个，已经成为业界龙头。 西安理工大学硕士学位论文 在前面集中常见的构架中，最常见的构架就要算a r m 和x 8 6 ，然而x 8 6 在功耗上较 大，所以x 8 6 在嵌入式领域的应用不是太多。p o w c t p c 、s u p e r h 以及m i p s 相对于a r m 来说生产厂商还是要少的多。a r m 的市场占有率高，且由于a r m 的发展迅速，目前有 众多集成电路制造商，生产基于a r m 构架的各系列c p u 。因而在硬件、操作系统以及开 发工具方面对a r m 的支持也非常好，如：l i n u x 操作系统就能皇好的支持a r m 。选择 a r m 内核对我们的开发会相对容易，节约成本，也可降低风险。 2 2 2a r m 处理器选型分析 目前a r m 的处理器主要有8 个系列产品以及其他厂商实现的基于a r m 体系结构的 处理器，a r m 7 系列、a r m 9 系列、a r m g e 系列、a r m l 0 e 系列、删1 1 系列、e c u r c o r e 系列、i n t e l 的s 打o n g a r m 和x s c a l e 。而每种系列又包含多种芯核，加上内部不同的功能 配置组合，以及各大厂商加上的一些外围电路，就形成了现在各种各样的a r m 处理器“1 。 x s c a l e 是一款功耗低、伸缩度高的产品，并且其最大的优势就是核心频率得到了大副 提升，在发布的伊始就开发出频率高大4 0 0 m h z 的版本，这在三四年之前是相当可观的 此外x s c a l e 整合了以往其他a r m 处理器所不会去整合的多媒体指令集二晰r e l e s $ 加蚁， 这种指令集类似于桌面处理器的多媒体指令集，是一种6 4 - b i t 的精简指令，可以大大的优 化视频播放、3 d 图象显示、音频处理等应用，同时这种指令集也会大大降低程序开发者 的开发难度，从而加快开发速度。 基于x s c a l e 构架，i n t e l 到目前为止一共开发三个系列的处理器，其中包括p x a 2 5 x 、 p x a 2 6 x 以及最新的p x a 2 7 x “1 。 p x a 2 7 x 系列嵌入式处理器是h 1 钯l 发布的面向移动电话和掌上电脑的x s c a l e 构架的 最新处理器系列，是i m e l 于2 0 0 4 年4 月发布的x s c a l e 处理器家族的升级产品，最高主 频达6 2 4 m h z ，也是该公司最强大的嵌入式处理器，主要应用于智能手机和高端p d a 。 p x a 2 5 x 处理器是针对高端手持及工业设备推出的一款高性能、低功耗的功能强大的 嵌入式应用处理器产品，其中p x a 2 5 5 不仅采用x s c a l e 微构架体系结构还集成了许多常 用的外围接口，功能强大。p x a 2 5 5 具有嵌入式处理器的优点，可广泛应用于便携式装置、 网络设备中l 。 p x a 2 5 5 具有以下特点： 内核工作频率：1 0 0 - - 4 0 0 m h z 。 系统存储器接口： a 、l 伽zs d r a m 。 b 、4 - - 2 5 6 m bs d r j m 存储器 c 、支持1 6 1 6 4 1 2 8 2 5 6 m bd r a m 技术 d 、4 个s d 鼬蝴区，每个区支持6 4 m b 存储器 e 、时钟允许( 1 个c k e 脚用于把整个s d r a m 接口置为自我刷新) 。 6 手持终端系统平台概要设计 f 、支持多至6 个静态存储器器件( s r a m ，h a s h , r o m 或v l i o ) 。 g 、支持2 个p c m c i a c f 卡插槽。 时钟和电源控制器： a 、3 6 8 6 m h z 震荡器，具有核p l l 和外围p l l 可产生各种工作频率。 b 、3 2 。7 6 8 k h z 震荡器可驱动实时时钟，电源管理器和中断控制器。 c 、电源控制器可以控制处理器的运行模式，比如：空用或睡眠方式。 d m a 控制器 a 、具有1 6 个有优先级的通道，可为内部外设和外部芯片提供服务。 b 、采用描述器，允许命令链和循环结构。 c 、支持字、半字和字节数据传送。 l c d 控制器 a 、支持被动( d s l n ) 和主动( 呵) l c d 显示。 b 、最大分辨率8 0 0 x 6 0 0 x 1 6 。 c 、2 个专用d m a 通道，允许l e d 控制器支持单层或双层显示 系统集成模块 a 、g p i o ，每个可分别程控为输出或输入，作输入时可在上升或下降沿时产生中 断。有些g p i o 具有第2 功能，可用于各种外围功能。 b 、中断控制器，所有中断可置内核的i r q 或f i q 中断，并有屏蔽寄存器。 c 、实时时钟( r t c ) ，可产生周期性中断，把应用处理杌从睡眠状态唤醒。 d 、o s 定时器，有一个3 6 $ m h z 的参考计数器和4 个复合寄存器。他们可产生 定时中断，其中一个复合寄存器可产生w a t c h d o g 复位。 e 、p w m ，有2 路独立的输出，可驱动2 根g p l 0 ，其频率和持续周期可分别编 程。 串行通信口： a 、u s b 从机模块，支持u s bv 1 1 ，共有1 6 个端点，具有内部产生的4 8 m i - i z 时钟。 b 、具有3 个u a r t ，每一个均具有慢速红外接口功能。 c 、高速红外( f i r ) 通信口，基于4 m b si r d a 标准，可直接与外部h d a u m 相 连。 d 、同步串行接口，位速率为7 2 k h z i 8 4 m h z ，支持n s 公司的m i c r o w i r e ，t i 公司的同步串行规程和m o t o r o l a 公司的s p i 。 1 2 c 总线接口单元。 多媒体通信口。 a c 9 7 控制器，支持a c 9 7v 2 0c o d e c ，c o d e c 的采样频率可达4 8 k h z ，包含独立 的立体声p c m 输入黼出，m o d e m 输入输出和单声道话筒输入的通道。 7 西安理工大学项士擘位论文 多媒体卡( m m c ) 控制器，提供与标准的存储器卡的串行接口。最高速率可达 2 0 m b s 。 虽然高版本的p x a 2 7 x 系列和p x a 2 6 x 系列功能强大，但综合考虑成本、功能需求 和处理效率的基础上，选择采用p x a 2 5 x 系列的p x a 2 5 5 核心处理器作为本终端系统的 c p u 。 2 2 3 硬件系统拓扑结构 该终端平台主要包括微处理器单元，触摸屏，r f i d 阅读器，网卡单元，u s b 接口以 及必要的存储器等组成。根据实验室现有设备，选用亿道公司的x s b a s e 2 5 5 作为开发平台。 其基本结构框图2 - 2 所示7 1 ： r i i 司 一 地址、缸据总缱一 l ! ! 竺j i 船攫屏i 匝亟产 巨骨 p x a 2 5 5 叵垂堕卜 匹三卜一 匝蔓芦 i h “”j 图2 - 2 基于p x a 2 5 5 的终端平台硬件结构图 f i g ，2 - 2p x a 2 5 5 - b a s e dh a r d w a r ep l a t f o r mf o rt h et e r m i n a l 2 3 软件系统概要设计 2 3 1 常见嵌入式操作系统介绍及选型 从八十年代起，国际上就开始进行一些商用嵌入式系统和专有操作系统的开发。他们 开发嵌入式系统己经有二十多年的经验，目前的应用范围也比较广泛，以下是一些著名的 嵌入式操作系统“。 8 手持终端系统平台概要设计 1 1w i n d o w sc e m i c r o s o f tw m d o w sc e 是一个简洁的，高效率的多平台操作系统。它不是削减的 w i n d o w s 9 5 版本，而是从整体上为有限资源的平台设计的多线程。完整优先权，多任务 的操作系统。它的模块化设计允许它对于从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备 进行定制。操作系统的基本内核需要至少2 0 0 k 的r o m 。从s e g a 的d r e a m c a s t 游戏机 刭现在大部分的高价掌上电脑。都采用了w m d o w sc e ，但是医其价格太高，使得整个产 品的成本较高。 2 、v x w o r k s v x w o r k s 操作系统是美国w i n dr i v e r 公司于1 9 8 3 年设计开发的一种实时操作系统。 v x w o r k s 拥有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，在实时操 作系统领域内占据一席之地。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，如卫星通信、军事演习、导 弹制导、飞机导航等。在美国韵f 1 6 j l a 一1 8 战斗机，b - 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了v x w o r k s 。它在嵌入式系统领 域中使用广泛。它支持多种处理器，如x 8 6 ，1 9 6 0 ，s u ns p a r e ，m o t o r o l am c 6 8 x x x ，m i p s r x 0 0 0 ，p o w e r p c ，s t r o n g a r n i 等等。v x w o r k s 和u n i x 不兼容，大多数的v x w o r k s a p i 是专有的。采用g n u 的编译和调试器。 3 1 p s o s p s o s 是i s i ( i n t e s r a t e ds y s t e m s ，i n c ) 公司研发的产品。该公司成立于1 9 8 0 年。产品在 箕成立后不久邵被推出，是世界上最早的实时系统之一，也是最早进入中国市场的实时操 作系统。该公司于2 0 0 0 年与w m r i v e r 公司合并。这个系统是一个模块化、高性能完全可 扩展的实时操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供一个完全多任务环境，在定制的或 是商业化的硬件上提供高性能和高可靠性。它包含单处理器支持模块q s o s + ) 、多处理器 支持模块( p s o s + m ) 、文件管理器模块q 咖。助，t c p i p 通信包( p n a ) 、流式通信模块( 0 p 饥) ， 图形界面、j a v a , h t t p 等。开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、 网络化的多处理器系统的开发 4 ) q n x q n x 是一个实时的，可扩充的操作系统，它遵循p o si x 1 ( 程序接口) 和p o s i x 2 ( s h e l l 和工具) 、部分遵循p o s i x 1b ( 实时扩展) 。它提供了一个很小的微内核以及一些可 选的配合进程。其内核仅提供4 种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处 理，其进程在独立的地址空间中运行。所有其它操作系统服务都实现为协作的用户进程， 因此q n x 内核非常小巧( q n x 4 x 大约为1 2 k b ) 而且运行速度极快。这个灵活的结构可以 使用户根据实际的需求，将系统配置成微小的嵌入式操作系统或是包括几百个处理器的超 级虚拟机操作系统。 5 ) p a l m o s 9 西安理工大学硕士学位论文 3 c o r n 公司的p a l mo s 在p d a 市场上占有很大的市场份额，它有开放的操作系统应 用程序接t ( a p t ) ，开发商可以根据需要自行开发所需要的应用程序。目前己经有总共3 5 0 0 多个应用程序可以运行在p a l mp i l o t 上，其中大部分应用程序均为其他厂商和个人所开发， 使得p a l mp i l o t 的功能得以不断增多。这些软件包括计算器、各种游戏、电子宠物、地理 信息等等。在开发环境方面，可以在w i n d o w s9 5 9 8 ，w i n d o w sn t 以及m a c i n t o s h 下安装 p a l mp i l o td e s k t o p 。p l a i np i l o t 可以与流行的p c 平台上的应用程序如( w o r de x c e l 等) 进 行数据交换。 6 1 0 s - 9 m i c r o w a v e 的o s 9 是为微处理器的关键实时任务而设计的操作系统，广泛应用于高 科技产品中，包括消费电子产品，工业自动化，无线通讯产品，医疗仪器，数字电视多 媒体设备中。它提供了很好的安全性和容错性。与其他的嵌入式系统相比，它的灵活性和 可升级性非常突出。 7 ) l y n x o s l y n xr e a l - t i m es y s t e m s 的l y n x o s 是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系 统，它遵循p o s i x 1 a ( 系统接口扩展) 、p o s i x 1 b 实时扩展) 和p o si x 1 e 标准。l y n x o s 支持线程概念，提供2 5 6 个全局用户线程优先级；提供一些传统的，非实时系统的服务特 征；包括基于调用需求的虚拟内存。一个基于m o t i f 的用户图形界面，与工业标准兼容的 网络系统以及应用开发工具。 8 1 嵌入式l i n u x 根据l i n u x 操作系统源代码。可以裁剪内核，并己在x 8 6 ，a l p h a , s p a r e ，m i p s ，p p c ， m o t o r o l a , n e c ，a r m 等硬件平台上稳定、高效地运行。标准的u n i x 系统在网络服务器领 域已经得到了广泛的使用。迄今为止，世界上己有近4 0 的i n t e r n e t 主机采用l i n u x 作为 操作系统；它们全都在长时间、大负荷地工作着。这一事实证明了l i n u x 操作系统的稳定 性、安全性和可靠性1 。 l i n u x 操作系统作为一种多任务、稳定可靠、内核可裁剪的系统，是开发嵌入式软硬 件产品的优秀的软件平台。嵌入式l i n u x 是一种开放源码、软实时、多任务的嵌入式操作 系统；通常它是在标准l i n u x 的基础上针对嵌入式系统进行裁剪和优化后形成的。裁剪和 优化后的l i n u x 体积更小，性能更加稳定，而且源代码本身是免费的。这将大大减少开发 成本，增强产品的市场竞争力。同时由于遍布全球的众多l i n u x 爱好者又能给予l i n u x 开 发者强大的技术支持，所以众多商家纷纷转向嵌入式l i n u x 的开发。目前l i n u x 已经成为 研究热点。i d g 预测嵌入式l i n u x 将占未来两年的嵌入式操作系统份额的5 0 。因此我 们的操作系统平台也决定采用l i n u x 系统。 2 3 2 嵌入式l i n u x 内核及其系统优点 1 0 嵌入式l i n u x 内核( l i n u xk e r n e l ) 的整体框架( 图2 3 ) ，大致分为进程管理( p r o c e s s 手持终端系统平台概要设计 m a n a g e m e n t ) ，内存管理( m e m o r ym a n a g e m e n t ) ，网络管理( n e t w o r km a n a g e m e n t ) ，文件 系统管理(