（计算机软件与理论专业论文）基于windows+cenet的转检车检测及分析软件研究.pdf

基于w in d o w sc e n e t 的轨检车检测及分析软件研究 学科：计算机软件与理论 研究生签字：口坤 7 。 指导老师签字：2 纠哆久 捅要 随着我国列车运行速度的不断提高，客流量的大幅度增加，对铁路轨道的质量提出了 更高的要求。本文研究的智能轨检车的研制目的就是为了满足铁路日常检测的需要。这种 便携式智能轨道检测车是一种基于陀螺传感技术及计算机技术进行轨道几何参数测量的 精密仪器，仪器可以测量的信号包括铁路的轨距、超高、三角坑的精确值。 本文首先简单介绍了嵌入式系统应用的国内外研究现状，然后重点阐述了在项目中负 责的智能轨检车的检测及分析软件系统的建模与实现。在项目的实现部分中先对软件系统 所在的嵌入式系统开发平台w i n d o w sc e n e t 作以介绍，并重点分析了两个开发工具和对 应的p c 机上的开发工具的区别。然后文章介绍了便携式轨道检测小车硬件平台，给出了 主要技术参数和主要关键技术，并给出了轨道检测小车用户通讯协议的设计内容。在轨检 车检测及分析软件系统的分析与设计部分中采用了u m l 建模的方法，在对系统进行需求分 析的基础上，对系统建立了用例图，活动图，类图，顺序图，状态图和部署图。在软件系 统的具体实现部分重点对蓝牙通讯模块的实现做以分析，在对蓝牙通讯的特性介绍的基础 上，分别介绍了蓝牙通讯在e v c 和n e t 下的实现方法，并给出了程序中的具体实现。然后 文章对程序中多次用到的n e t 下的非托管码的访问技术做以介绍，并给出了一个程序中 用到的用非托管码实现播放声音的一个例子，最后文章介绍了程序中用到的远程数据库访 问技术，并给出了程序的实现代码。 最后，利用n e t 在w i n d o w sc e 平台下实现了一个界面友好、功能模块独立的轨检 车检测及分析软件系统。所开发项目在实际轨检小车上运行，效果良好。实验证明，基于 嵌入式的轨检车检测及分析软件系统的研究和建造工作是成功的。本项目的研制可以让铁 路的检测更方便，更高效，从而适应铁路发展的需要。 关键词：w i n d o w sc e n e t ；轨检车；铁路检测；蓝牙；u y l s t u d y o ft h et r a c ki n s p e c t i o nc a re x a m i n a t i o na n d a n a l y s i s s o f t w a r es y s t e mb a s e do nw i n d o w sc e n e t d i s c i p l i n e ：c o m p u t e r s o f t w a r ea n dt h e o r y s t u d e n ts i g n a t u r e ：l 钒 s u p e r v i s o rs i g n a t u r e 侈盘力厶。7 觚肼流 m i l et h et r a i ns p e e da n dp a s s e n g e rv o l u m ek e e pi n c r e a s i n g t h er e q u i r e m e n to nr a i l w a y q u a l i t yh a sb e c o m em o r es t r i c t t h ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e l l i g e n tt r a c ki n s p e c t i o nc a ri st o s a t i s f yt h er e q u i r e m e n to nd a i l ym a i n t e n a n c e t h ei n t e l l i g e n tt r a c ki n s p e c t i o nc a ri sa ne x a c t i n s t r u m e n tw h i c hb a s e do nt o p s h a p e ds e n s o ra n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y , i tc a nm e a s l l r et h e g e o m e t r i cp a r a m e t e r s o ft h et r a c k t 1 l ed e v i c ec a nm e a s u r e s i g n a l si n c l u d i n gr a i l w i d t h ，s u p e r e l e v a t i o n ，t r i a n g u l a rp i ti nt h ee x a c tv a l u e s sp a d e l f i r s ti n t r o d u c e se m b e d d e ds y s t e ma p p l i c a t i o n sr e s e a r c hs i t u a t i o na th o m ea n d i n t e r n a t i o n a l ，t h e n f o c u s e so nt h em o d e l i n ga n di m p l e m e n t a t i o no ft h e i n t e l l i g e n tt r a c k i n s p e c t i o nc a re x a m i n a t i o na n da n a l y s i ss o f t w a r es y s t e mp r o j e c tw h i c ht h ea u t h o rt a k ec h a r g e i nt h ep a r to fp r o j e c ti m p l e m e n t a t i o n ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ee m b e d d e ds y s t e md e v e l o p m e n t p l a t f o r mw i n d o w sc e n e t w h i c hi su s e db ys o f t w a r es y s t e m t h e na n a l y z e st h et w o d e v e l o p m e n tt o o l sa n dt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nd e v e l o p m e n tt o o l so fp c t h e l lt h ep a d e l i n t r o d u c e st h eh a r d w a r ep l a t f o r mo ft h ep a r t a b l ei n t e l l i g e n tt r a c ki n s p e c t i o nc a r , p r e s e n t st h e m a i nt e c h n i c a ip a r a m e t e r s ，k e yt e c l m o l o g i e sa n dt h ed e s i g nc o n t e n to fi n t e l l i g e n tt r a c k i n s p e c t i o nc a tc o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 w e u s eu m lt o m o d e l i n gt h ei n t e l l i g e n tt r a c k i n s p e c t i o nc a t e x a m i n a t i o na n da n a l y s i ss o f t w a r es y s t e mi nt h ea n a l y s i sa n dd e s i g np a r t s w i t h t h ef o u n d a t i o no ft h er e q u i r e m e n ta n a l y s i st ot h es y s t e r n ，w eb u i l du s ec a s ed i a g r a m ，a c t i v i t y d i a g r a m ，c l a s s e sd i a g r a m ，s e q u e n c ed i a g r a m ，s t a t e c h a r td i a g r a ma n dd e l o y m e n td i a g r a m i nt h e p a r to fs o f t w a r es y s t e mi m p l e m e n t a t i o n ，t h ep a d e lf o c u s e so nt h ea n a l y s i so ft h eb l u e t o o t h c o m m u n i c a t i o n sm o d u l e a n do nt h eb a s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fb l u e t o o t hc o m m u n i c a t i o n s i n t r o d u c t i o n ，t h ep a p e ri n t r o d u c e sb l u e t o o t hc o m m u n i c a t i o n si m p l e m e n t a t i o ni nt h ee v ca n d t h e n e t , t h e nt h ec o d e so fp r o g r a mi sg i v e n t h e nt h ep a p e ri n t r o d u c e st h et e c h n o l o g yw h i c h c a l l i n go nt h en a t i v ec o d e s ，t h em e t h o di su s e dm a n yt i m e si nt h ep r o g r a m t h e n ，t h ep a p e rg i v e s a l lp l a y i n gs o u n de x a m p l ew h i c ha c h i e v eb yt h en a t i v ec o d e si nt h ep r o g r a m i nt h ef i n a lo ft h i s p a p e r , i ti n t r o d u c e sr e m o t ed a t a b a s ea c c e s st e c h n o l o g yw h i c hu s ei nt h ep r o g r a m ，a n dp r e s e n t s t h ei m p l e m e n t a t i o nc o d e so f t h ep r o g r a m f i n a l l y , af r i e n d l yi n t e r f a c e a n dm o d u l a r i z e di n t e l l i g e n tt h c ki n s p e c t i o nc a re x a m i n a t i o n a n da n a l y s i ss o f t w a r es y s t e mi si m p l e m e n t e db yu s i n g n e to nw i n d o w sc ep l a t f o r m t h j s p r o j e c th a sd e l i v e r e dg o o dp e r f o r m a n c eo nt h et e s tp l a t f o r m t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a t t h ei n t e l l i g e n tt r a c ki n s p e c t i o nc a re x a m i n a t i o na n da n a l y s i ss o f t w a r es y s t e mi ss u c c e s s f u l i t c a l lm a k er a i lw a y i n s p e c t i o nm o r ec o n v e n i e n ta n dm o r ee f f i c i e n t ，i ti ss u i t a b l ef o rt h en e e do f r a i l w a yd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：w i n d o w sc e n e t ；t r a c ki n s p e c t i o nc a r ；r a i lw a yi n s p e c t i o n ；b l u e t o o t h ；u m l 学侮论文知识产权声明 学位论文知识产权声明 本人完全了解西安工业大学有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 学位论文工作的知识产权属于西安工业大学。本人保证毕业离校后，使用学位论文工作成 果或用学位论文工作成功发表论文时署名单位仍然为西安工业大学。西安工业大学有权保 留送交的学位论文的复印件，允许学位论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：臼峥 指导教师签名： 7 匆涉纰 日期：z 。习蟹。与日22 0 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明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研究成果。尽我所知，处理文中特别加以标注和致谢的地 方外，学位论文中不包含其他人已经发布或撰写过的成果，不包含本人已申请学位或他人 已申请学位或其他用途使用过的成果。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了致谢。 学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名： b 炜 燧名：锡哆处 1 绪论 1 绪论 截止到2 0 0 5 年底，我国铁路营运里程已达7 5 ，7 5 0 公里，位居世界第三位。随着我国 列车运行速度的不断增高，客流量的大幅度增加，对铁路轨道的质量提出了更高的要求。 而传统的铁路轨道质量的检测方法已经不能满足现在的需求。于是使用新技术、新方法对 路轨的日常检修已迫在眉睫。而便携式智能轨道检测车的研制推出就是为了满足铁路日常 检测的需要。 1 1 论文选题背景 轨道线路是铁路运输中最基础的部分，其基本的几何参数( 轨距、超高、三角坑) 的 正确与否对于保证铁路行车安全具有举足轻重的意义。轨道的不平顺轻则降低轨道及机车 的寿命、降低旅客的乘坐舒适度，重则危及行车安全，造成出轨、颠覆等恶性行车事故， 给国家及乘客带来巨大的财产及生命损失。因此，铁道部线路维修规程中对轨距、线 路超高的检测提出了严格要求。随着铁路的全面提速，对线路的几何参数的检查更加严格， 要保证路轨的安全可靠，必须经常对轨道的状态进行检查和测量，查找各种轨道的病害和 伤损部件，并及时实施养护，保证铁轨的几何参数在规定的范围内，铁路公务部门要求对 段内的铁轨进行例行检查。 国外因维修体制、运营方式、行车密度的显著不同，主要采用大型轨检车进行测量， 未见便携式智能轨检测仪的应用。而国内主要采用轨距尺进行日常测量，主要形式有传统 的刻度一水泡式，数显式两种，这种方法需要人工手动调整轨尺的水平，再观测刻度表上 记录数据，每组一般需要三个人共同操作。为解决劳动强度而且效率低的问题，于是开始 研发了一种便携式智能轨道检测小车，也就是本论文标题中的轨检车。 这种智能轨检车是一种基于陀螺传感技术及计算机技术进行轨道几何参数测量的精 密仪器。仪器所测量信号包括轨距、超高、三角坑的精确值。我在课题中主要负责智能轨 检车的检测及分析软件的设计与实现。该软件运行于安装了嵌入式实时操作系统w i n d o w s c e n e t 的p d a 上，检测信号通过自主设计的蓝牙设备发送，在p d a 上用蓝牙设备接收 检测信号。软件要求能够自动进行数据通讯，得到轨距、超高、三角坑的确切值及相应位 置，并能提供对检测到的信号进行分析的功能。 1 2 嵌入式系统应用的国内外研究现状 近年来，由于信息家电、各种手持设备的广泛应用，嵌入式应用进入了一个全新的发 i 西安丁业大学硕十学位论文 展阶段。嵌人式p c 为低功耗产品，一块手机电池或笔记本电脑电池就可以实现2 小时以 上供电，同时可以适应比较恶劣的环境，便于应用在移动测控、野外数据采集、军事工业 等诸多领域，完全可以满足现在的测试系统的实际要求。随着计算机技术、网络技术和多 媒体通信技术的发展，2 1 世纪将是一个全球信息化的时代，目前，随着以p d a 、信息家 电、机顶盒等为代表的嵌入式系统应用的广泛发展，嵌入式系统已京越来越走近普通人的 生活，可以预见在不久的将来人们的日常生活的衣、食、住、行等方方面面都将与嵌入式 系统密切相连，嵌入式系统的发展对人类科技的发展起着重要的作用。 随着微处理器技术的发展，嵌入式系统已成为计算机领域的一个重要组成部分。嵌入 式系统被定义为：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。简言之，一个嵌入式系 统就是一个计算机硬件和软件的集合体，有时还包括其它一些机械部分，它是为完成某种 特定的功能而设计的。有时我们也称其为嵌入式设备，它是指具有计算机功能，但又不称 为计算机的设备或器材，几乎包括了我们周围的所有电器设备：p d a 、手机、机顶盒、 汽车、微波炉、电梯、安全系统、自动售货机、医疗仪器、立体音响、自动取款机等。即 使是一台通用的计算机，它的外部设备也都包含了嵌入式微处理器的成分，硬盘、软驱、 显示器、键盘、鼠标、声卡、网卡及打印机等都是由嵌入式处理器控制的。还有一种定义 方法，在各定义中嵌入式系统被定义为非p c 系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括 处理器微处理器、存储器及外设器件和i 0 端口、图形控制器等。软件部分包括操作 系统软件( o s ) ( 要求实时和多任务操作) 和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合 在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交 互作用。 嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点： 嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式c p u ，与通用型的最大不同就是嵌入式 c p u 大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高 等特点，能够把通用c p u 中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式 系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密； 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用 相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创 新的知识集成系统； 嵌入式系统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，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力： 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进 行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期； 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或 单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中： 2 西安1 ：业大学硕士学位论文 嵌入式系统本身不具备自主开发能力，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的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。 未来的嵌入式系统的发展趋势将朝向软硬系统整合、s o c 设计、应用程序研发这几个 方面的发展： 1 ) 嵌入式操作系统( r t o s ) 与p c 操作系统( w i n 9 5 9 8 ) i ：l 较，嵌入式操作系统并未 要求全能，但必须能够依据系统设计规格，有效率的发挥出硬件的运算能力，使得产品达 到性能价格比的优化，大多数的系统会要求全自动完成所设置的工作，例如工厂或是银 行的系统，除了原本在嵌入式领域耕耘己久的v x w o r k s ，q n x ，n u c l e u s 等除外，新型的主 要竞争产品包括p a l n l0 s 、w i n d o w sc e 、l i n u x 等。 2 ) 整合式芯片( s o c ) 嵌入式所需的处理器及芯片组较p c 要求体积小、散热佳、省 电，因此多采用高整合度的s o c ( s y s t e m - o n c h i p ) 为处理器核心。 3 ) 应用软件嵌入式软件可区分为用户端的应用软件和服务器端的整合软件，服务 器端的软件可能以l i n u x 和w i n d o w s 为核心，并搭配各种数据库系统；用户端由于各种产 品种类很多，可以开发出的软件也相对的增加，例如p a l m 号称有上万种应用软件可以使 用。除了原本各种平台专属的应用软件之外，现在更利用j a v a 跨平台程序开发的软件加 入到这个阵容，软件的种类变得更多。 嵌入式软件特点是：小型化嵌入式软件所占空间小；专业化嵌入软件针对具 体领域，不追求大而全：易用性好嵌入式软件追求易学易用：实时性强嵌入式软 件实时性一般较强，可用于各种设备控制当中：配置要求低可运行于低配置的环境中， 主要用于非计算机设备。 嵌入式软件的主要应用范围包括： 1 ) 机顶盒市场将在未来几年取得快速发展，8 0 0 0 万户的有线电视网用户、1 亿以 上的有线电话网用户为其提供了网络条件，3 亿多台电视和4 0 0 0 万台v c d 为机顶盒提供 了广阔的发展空间。机顶盒不仅可使模拟电视接收数字电视节目，可以上网，还有可能成 为未来家庭的控制中心。据估计，未来十年是机顶盒发展的黄金时期，十年间总量可达到 1 v 1 5 亿台，总产值将达到6 0 0 1 5 0 0 亿元。 2 ) 掌上电脑市场掌上电脑是计算机微型化、专业化趋势的产物。由于掌上电脑易 于使用，携带方便，价格便宜，因此，未来几年将在中国得到快速发展，估计五年内总销 量达到3 0 0 0 万台，总产值达到3 0 0 亿元。从功能上看，掌上电脑( 或p d a ) 将扩充通讯功 能，甚至会具有手机和寻呼机的功能。 3 ) 移动通讯市场中国的手机和寻呼机市场己颇具规模，用手机和寻呼机上网将成 为新的趋势。为了在市场中占主动地位，国外有些厂商的概念机己公布。手机和寻呼机市 场规模很大，加上市场仍在扩大，由此产生的信息电器市场也非常巨大。 4 ) 车载盒市场中国有上千万台汽车，其中有相当一部分是高档轿车，这一部分轿 车对现代信息有较高的需求。随着全球定位技术的成熟和广泛应用，车载盒会成为汽车族 两安丁业大学硕十学何论文 的时尚。由于有车族有足够的消费能力，车载盒亦将成为近年发展的热点。 5 ) 工业控制市场工业控制信息电器所涉及的芯片技术、嵌入式软件、通讯技术在 工业控制中也能获得广泛应用，如数控机床、电梯及其他工业控制设备和仪器都可采用这 些技术为自身服务。如果将这些技术用于机床，将大大促进机床业的创新。总之，这些技 术都将促进相关企业的技术改造，并为企业带来新的活力。 6 ) 国防应用 信息电器相关技术可广泛用于军队及军工企业，这种应用是一种综合 性应用。如军方专用掌上电脑可用于指挥和训练，也可用于通讯及野外作业：车载盒置于 军车上，便于野战和指挥小型化嵌入式软件所占空间小：专业化嵌入软件往往针对具体领 域，不追求大而全；嵌入式软件追求易学易用：实时性强，嵌入式软件实时性一般较强，可 用于各种设备控制当中；配置要求低可运行于低配置的环境中，主要用于非计算机设备。 7 ) 可视电话可视电话属于多媒体通信范畴，是一种有着广泛应用领域的视讯会议 系统，使人们在通话时能够看到对方影像，它不仅适用于家庭生活，而且还可以广泛应用 于各项商务活动、远程教学、保密监控、医院护理、医疗诊断、科学考察等不同行业的多 种领域，因而有着极为广阔的市场前景。 据报道，今年嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1 万亿美元，它将是r r 产业争 夺的重点之一。在嵌入式系统的开发中，嵌入式软件是实现各种系统功能的关键，也是计 算机技术最活跃的研究方向之一。不同应用对嵌入式软件系统有不同的要求，并且随着计 算机技术的发展，这些要求也在不断变化。通常，应用系统对嵌入式软件的基本要求是体 积小、执行速度快、具有较好的可裁剪性和可移植性。随着嵌入式系统的发展和应用的多 样性，对嵌入式软件的要求也发生了相应的变化，主要有以下几点： 1 ) 操作系统的支持嵌入式系统覆盖面很广，从很简单到复杂度很高的系统都有， 这主要是由具体应用要求决定的。简单的嵌入式系统根本没有操作系统，而只是一个控制 循环。但是，当系统变得越来越复杂时，就需要一个嵌入式操作系统来支持，否则，应用 软件就会变得过于复杂，使开发难度过大，安全性和可靠性都难于保证。 2 ) 多任务且具有实时性在多任务嵌入式系统中，合理的任务调度必不可少，单纯 通过提高处理器速度是无法达到目的，这样就要求嵌入式系统的软件必须具有多任务调度 能力。现在，多任务实时操作系统在这一领域的地位显得越来越重要。 3 ) 强大的联网功能大部分传统的嵌入式操作系统都是孤立的单一系统，但在网络 日益重要的今天，越来越多的嵌入式系统有了联网的要求。嵌入式系统与各种网络相连， 尤其是与i n t e m e t 的连接，给系统提出了很多新的要求，系统需要支持t c p i p 协议和相 关实用程序，并且需要处理安全认证和访问控制问题。这些要求使系统变得更加复杂，需 要更多的计算资源。这时就需要具有网络功能的嵌入式操作系统的支持。 4 ) 窗门交互功能当前，很多应用领域都要求嵌入式系统能够提供传统上只有在p c 和高端系统中才能提供的类似于xw i n d o w 或者m i c r o s o f tw i n d o w s 的窗口交互系统。这 对在运行空间和运行速度方面都有苛刻要求的嵌入式系统提出了挑战，因为这些窗口系统 4 西安t 业大学硕士学位论文 一般都要求比较高的硬件配置，并且还要解决运行速度缓慢等问题。 当今的嵌入式设计队伍处于高度分化状态中，有着多得让人眼花缭乱的实现目标和工 具，包括微控制器、微处理器、定制和专用的操作系统、实时操作系统附件和内核，以及 非标准化的嵌入式开发系统和重要的工具。目标和工具上的多样化也困扰着嵌入式系统的 主要购买者，使得支持所有平台的环境的维护变得几乎不可能。这一障碍导致制造商和主 要销售团体坚持嵌入式系统开发者必须遵守标准平台和开发工具的原则。 现在嵌入式系统开发的复杂性和差异性，正逐渐从硬件转移到软件上。如果基于合适 的软件平台这些面向软件的系统就会提供更大的灵活性以适应市场需求，使各种生产线 趋于通用，并减少投放市场的时间。w i n d o w sc e n e t 的基本设计目标之一是简化嵌入式 开发过程，在更大程度上侧重于软件和软件开发者。它能提供更广泛的硬件支持，其实时 性也得到极大的改进，加上其模块化的设计，成为一个功能全面的理想的嵌入式系统开发 工具。 1 3 论文的主要工作 本课题的主要工作是对便携式智能轨检测车硬件平台熟悉的基础上进行软件的总体 框架设计和代码实现。在开发过程中尝试了用e m b e d d e dv i s u a lc + + 语言和v i s u a l s t u d i o n e t2 0 0 3 ( c # ) 语言来开发平台软件。最终语言选择了v i s u a ls t u d i o n e t2 0 0 3 ( c 杓 来进行本项目平台软件的开发，所以在本论文中会叙述用这两种不同语言平台开发本项目 在实现一些关键模块的时候的区别。由于铁路轨道检测信号是通过便携轨检车中自主设计 的蓝牙设备发送，在p d a 端用蓝牙设备接收检测信号。所以在项目中还需要选择对应的 p d a 实时操作系统平台。作者最终选择了的p d a 实时操作系统平台是基于w i n c e 3 0 n e t 内核的p o c k e t p c2 0 0 2 。在作者实现的模块中，主要研究点包括以下几点： ( 1 ) 对所需要设计的项目进行需求分析，进行u m l 建模，从而划分软件的总体框 架和各功能模块的具体实现。 ( 2 ) 因为所开发软件系统是建立在智能轨道检测车硬件平台的基础上，所以需要对 智能轨检车硬件平台了解熟悉。 ( 3 ) 在智能轨道检测车和p d a 间的通讯中需要建立用户层协议，所以需要熟悉用 户层通讯协议的编制方法和接收数据处理方法。 ( 4 ) 在掌握w i n d o w sc e 操作系统的基础上研究分析r s 2 3 2 等各种通信接口技术， 着重解决串口通信的实现，从而实现蓝牙虚拟串口的通信。 ( 5 ) 实现本地的移动式数据库的操作和实现对远程数据的访问( r d a ) 。 ( 6 ) 在遇到n e t 中没有对应类实现功能的地方，利用p i n v o k e 调用w i n 3 2a p i 函 数的实现。 ( 7 ) 项目虽然最终是用v i s u a ls t u d i o n e t2 0 0 3 ( c # ) 在p o c k e t p c2 0 0 2 上进行的开发， 两安t 业大学硕十学位论文 但是因为先前也做了一些用e v c 来实现项目的工作，所以在一些关键的项目模块中，给 出了用不同方式实现对应模块的比较分析。 6 2 轨检午检测及分析软件的开发平台和开发t 具 2 轨检车检测及分析软件的开发平台和开发工具 在智能轨检车上检测到的轨距、超高、三角坑信号要经过自主设计的蓝牙设备发送到 接收端，接收端p d a 采用了相应的蓝牙设备来接收检测信号。在p d a 端选用的实时操 作系统是p o c k e t p c2 0 0 2 ，其内核是m i c r o s o f tw i n d o w sc e3 0 n e t 。在项目中所要开发 的智能轨检车的检测及分析软件都要基于该操作系统。同时基于平台m i c r o s o f tw i n d o w s c e 下的软件开发可选的开发工具也有很多，所以需要根据项目的实际，需要来选择对应 的开发工具。 2 1 嵌入式操作系统w i n d o w sc e n e t 2 1 1 嵌入式操作系统的基本概念 随着嵌入式系统的广泛发展，用户的应用系统越来越复杂、使用的范围越来越广泛， 每增加一项新的应用功能时，都可能需要从头开始设计系统软件，没有操作系统已成为嵌 入式系统发展的一大瓶颈。因此嵌入式操作系统的出现大大提高了嵌入式系统开发的效 率，减少了系统开发的总工作量，而且提高了嵌入式应用软件的可移植性。 嵌入式操作系统就是支持嵌入式系统工作的操作系统，它一般用于比较复杂的嵌入式 系统软件开发中，它的结构如图2 1 所示。 图2 1 嵌入式操作系统的结构 嵌入式操作系统是相对于其它常规操作系统而言的，一般是指操作系统的内核，或者 微内核。为了满足嵌入式系统的需要，嵌入式操作系统必须包括操作系统的一些最基本的 功能，如中断处理与进程调度等。但是该嵌入式操作系统没有所谓的用户界面，如l i n u x 系统中的s h e l l 。嵌入式操作系统是以库的形式提供给用户的，您可以通过a p i 来使用该 两安t 业大学硕十学何论文 操作系统。但嵌入式系统仅具有这些功能是远远不够的，为了适应不断发展的嵌入式产品 的要求，嵌入式操作系统需要具有以下的特点： 1 ) 移植性 由于嵌入式设备硬件平台的多样性，c p u 芯片的快速更新，嵌入式操作 系统要求具有更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。嵌入式操作系统一般都支持广泛 的运行平台，通常嵌入式操作支持多种开发平台。同时，对每种微处理器都提供相应的编 译器、连接器、调试器和加载工具以及性能测试上具等一系列工具链，从而形成从开发、 调试到运行的一体化支持。 2 ) 要求占有更少的硬件资源换句话说，就是要小巧。嵌入式系统所能够提供的资 源有限，所以嵌入式操作系统必须做的小巧以满足嵌入式系统硬件的限制。况且嵌入式操 作系统不比桌面操作系统，它所需的模块和功能更为小巧。桌面操作系统的许多功能在嵌 入式操作系统中不适用。比如嵌入式操作系统中很少有更新，因此嵌入式操作系统可以不 需要文件系统。而且，一般来说，嵌入式系统是单用户系统，所有多用户操作系统的安全 特性也可以忽略。 3 ) 可装载与卸载由于嵌入式系统需要根据应用的要求进行装卸。所有嵌入式操作 系统也必须能够适应应用的需求进行装卸，因此嵌入式操作系统的各个部分进行优化或删 除。 4 ) 固化代码在嵌入式系统中，嵌入式操作系统和所有应用软件被固化到r o m 中。 在嵌入式系统中很少使用外存，因此嵌入式操作系统的文件管理功能应该很方便地拆卸， 而采用各种内存文件系统。 5 ) 网络化随着i n t e m e t 技术的快速发展，许多高端嵌入式设备要求能接入i n t e m e t 。 嵌入式系统必须提供强大的网络功能，支持t c p i p 协议及其它协议。 6 ) 实时性多数嵌入式系统工作在实时性要求很高的环境中，这就要求嵌入式操作 系统必须把实时性作为一个重要的方面来考虑。 7 ) 具有友好的图形g u i 这是对未来的嵌入式系统提出的新要求。以往大多数嵌入 式系统的工作是不需要人的干预的。嵌入式操作系统的用户界面一般不提供操作命令，而 仅通过系统调用向用户程序提供服务。未来的嵌入式系统将走进人们生活的方方面面，因 此一个良好的用户界面是必不可少的。 2 1 2w i n d o w sc e n e t 介绍 在个人电脑时代，人们设计一种可以随身携带的设备，这个设备的最先产品状态之一 是掌上电脑。掌上电脑的出现极大的改变了人们的生活、工作习惯、很多人彻底的抛弃了 传统的计算器、记事本、电话薄，在一些地方( 美国硅谷) ，掌上电脑的普及率甚至超过了 移动电话，成为人们工作生活的必备物品。掌上电脑p a l m 的巨大成功，自然引起了微软 公司的注意，微软公司内部开始了“p o r t a b l e p cs o l u t i o n ”项目，该项目最后更名为w i n d o w s 两安t 业大学硕十学位论文 c e 。实时嵌入式操作系统的应用日益广泛。作为新一代嵌入式系统平台，w i n d o w sc e 得 到了越来越广泛的应用。 w i n d o w sc e n e t4 2 由m i c r o s o f t 实时操作系统以及可供用来快速创建下一代小型 智能化互连设备的强大工具组成。w i n d o w sc e n e t4 2 操作系统不仅为开发与网关、口 语音( v o i p ) 、机顶盒( s t b ) 等硬件设备相关的创新解决方案添加了新的功能特性，而且还 为多种基于w i n d o w sc e n e t 操作系统的嵌入式设备赋予了出色的性能表现与应用兼容 性。w i n d o w sc e n e t 是一个简洁、高效的多平台操作系统。它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。它的模块化设计使得可利用它进 行从掌上电脑到专用工业控制器的用户电子设备定制。同时它支持绝大多数主流c p u ，具 有集成化的开发工具，更加适合实时系统的需要，对系统内存的要求比较低。 w i n d o w sc e n e t 支持广泛的c p u 体系结构，包括c i s c 和r i s c w i n d o w sc e n e t 具有高水平的设计和处理器灵活性，支持4 种微处理器家族以及相关仿真技术：a r m 系列、 m i p s 系列、s h 系列，还有广泛应用于p c 上的x 8 6 系列如4 8 6 ，g e o d e ，p e n t i u m 。这使 得开发者在优化系统的性能、电源消耗、组件大小、成本以及集成外设方面能够做出最佳 选择。 w i n d o w sc e n e t 在对实时性有要求的嵌入式系统开发中，给出限定的明确的响应时 间。w i n d o w sc e n e t 的内核，可以满足生产过程控制，高速数据采集设备的实时性要求。 如只要硬件支持，w i n d o w sc e n e t 内核就能支持任何级别的嵌套中断，这样就避免了高 优先级中断的丢失或延迟。优先级的数量由原来的8 个增加到2 5 6 个，因此开发者可灵活 地配置嵌人式系统。为避免性能降级，开发者也能把0 到2 4 8 的所有优先级限制到o e m 所指定的应用中去。通过压缩高优先级的i s t s ：和i s r s 的进程等待时间，大大改进了线程 响应时间。由于支持2 5 6 个优先级别和嵌套中断，c e n e t 能够满足针对各种设备类型的 苛刻性能要求，它使用“硬”实时响应这些要求，并且具有超低的中断服务例程( i s r ) 和 中断服务线程( i s t ) 延迟( 在使用p e n t i u m1 6 6 m h z 处理器时，i s r 延迟平均为2 8 毫秒，i s t 延迟平均为1 7 9 毫秒) 。如取消对r o m 中数据的压缩，或通过在全内核模式下工作，性 能还可进一步提高。 。 w i n d o w sc e n e t 操作系统与其它嵌入式操作系统类似具有模块化的组织结构。这 些模块可能是独立的，也可能有一些依赖关系。每个模块提供特定的系统功能，大的功能模 块又可以细分成为几个组件。这种组件式结构能使c e n e t 系统变的非常紧凑，仅需使用 很少的硬件资源就可运行。最主要的系统模块有5 个，如图2 2 所示，它们是： 1 ) 内核( n 岣w i n d o w s c e n e t 的内核可以很小，因为系统的大部分功能都在各自的 功能模块中实现。不过，它是w i n d o w sc e n e t 操作系统真正的核心，主要完成6 类功能， 即处理器调度、内存管理、异常处理、系统内的通信机制、为其他部分提供核心调用例程、 为系统范围内的调试提供支持。 2 ) 设备管理模块提供系统范围内基本的设备列表管理、即插即用管理、电源管理、 9 两安t 业大学硕十学位论文 i o 资源管理等，并实现设备驱动程序得以工作的基本机制。设备配置信息存储在w i n d o w s c e n e t 的注册表里，用户程序访问一个设备时，通过注册表中的相关项目查询一个设备驱 动程序所能提供的接口。 3 ) 数据存储模块 提供基本的数据存储能力，包括对象存储和文件系统。最多可达 2 5 6 m b 的r a m 存储器就是w i n d o w sc e n e t 平台默认使用的存储设备，被称为对象存储 ( o b j e c ts t o r e ) 。对象存储在w i n d o w sc e n e t 中的作用与p c 机的硬盘类似，它为应用程 应用层 操作 系统 服务 层 硬件 支持 层 应用 开发类库 j tt c o r ed l l 系统服务调用 i 注册表服务w i n 3 2 系统服务 n k 设备管理数据存储图形驱动网络通讯 调试端口 中断异常 电源管理 f s d 管理 窗口事件 i p c 即插即用 f i l t e r s 服务 进程管理具体文件 机制 t a p i 内存管理 资源管理 系统 图形接口 协议 线程调度 设备管理 文件系统 图形引擎 驱动 驱动 图形驱动 核心驱动 驱动 图2 2w i n d o w sc e n e t 组织结构 序及相关数据提供了持久稳固的存储。w i n d o w sc e n e t 提供了3 种类型的文件系统：基 于r a m 的文件系统，基于r o m 的文件系统，以及用于支持a t a ( a d v a n c e dt e c h n o l o g y a t t a c h m e n t ) 设备和s r a m 卡等外围存储设备的f a t 文件系统。所有存储设备对文件系统 的访问都是通过w i i l 3 2a p i 完成的。 4 ) 图形用户界面模块( g w e s ) 它提供以下几个主要功能：基本的绘图引擎、窗口管 理、界面的事件机制等。g w e s 构成了w i n d o w sc e n e t 中介于操作系统、应用程序以 及用户的中间联系层。它支持全部构成w i n d o w s c e n e t 的窗口、对话框、各种常规控 l o 西安丁：业大学硕十学位论文 件、菜单以及资源，这些特性使得使用者可以方便地操纵应用程序。 5 ) 通信模块在整个w i n d o w sc e n e t 系统中，网络通信模块是最为独立的一个部 分。它运行时体现为一系列的动态链接库，其设计目标主要体现在以下4 点： a 、高效能提供最好的网络( 无线和有线) 应用平台。 b 、包容力支持广泛的网络类型和选项。 g 、易使用通过系统提供的a p i ，用户可以容易地开发出各种网络应用。 d 、可拆卸这是整个网络系统构架的特征，系统可以拆成很多独立的部分，应用系统可 以根据需要选择其中一部分，这样可以降低系统开销，使系统更加精简。 w i n d o w sc e n e t 作为一种嵌入式实时操作系统，既具有嵌入式系统所要求的实时性、 内存小等特性，又具有w i n d o w s 系统的许多共性。同时e m b e d d e dv i s u a lc + + 给嵌入式系统 应用程序的开发提供了极大的方便。因此，利用w i n