（信号与信息处理专业论文）嵌入式jmf切纸机控制器技术研究与实现.pdf

摘要 论文题目：嵌入式j m f 切纸机控制器技术研究与实现 学科专业：信号与信息处理 研究生：华蕊 指导教师：顾桓副教授 摘要 随着数字化工作流程的发展，将印后加工与印前设计、印刷生产集成在一起，以统 一的数据格式控制印前、印刷、印后的生产过程以达到数据化、规范化、标准化的要求， 这是目前印刷行业发展的大势所趋。鉴于这些情况，印刷行业的自动化改革已是迫在眉睫， 开发一套全自动数字化印刷工作流程，将印后加工与印前设计、印刷生产集成在一起，以 统一的数据格式控制印前、印刷、印后的生产过程以达到数据化、规范化、标准化的要求， 使印刷行业的生产效率更高、灵活性更强、透明度更大，已是目前迫切需要的。 目前，国内外切纸机主要是微机控制和可编程序控制的的切纸机，但还不能够满足实 际生产的需要。按照j d f 的要求，设备能够对生产工艺具有自动处理功能，即将客户的 要求输入后，机器本身能够自动转换为生产的工艺程序，从而指挥设备按规定要求工作。 从这一点来看，现在的切纸机水平与此要求还有很大距离。本课题的目标则是运用基于 a r m 处理器的嵌入式开发技术，构建基于j d f 和j m f 技术的嵌入式切纸机控制器，主要 研究和实现了硬件上采用a r m 处理器、l c d 液晶显示和触摸屏，软件上基于l i n u x 操 作系统、l i b x m l 2 库和m i n i g u i 图形接口，可以实现生成、解析、接收、发送j m f 消 息功能的嵌入式切纸机控制器。控制器可以通过接收到的j m f 消息，判断出j m f 消息的 类型并进而解析和计算出切纸机工作的具体步骤和工作参数序列。控制器通过r s 2 3 2 总 线实现对切纸机可编程逻辑控制器( p l c ) 的数据传输。 关键词：切纸机：嵌入式系统；p l c ；j m f a b sl 。r a c t 一一一 t i t l e ：t h er e s e a r c h a n dr e a l i z eo fp a p e rc u t t i n gm a c h i n e c o n t r o l l e rb a s e do ne m b e d d e da n dj m f t e c h n o l o g y m a j o r ：s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g n a m e ：r u ih u a s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f h u a ng u s i g n a t u r e ：旦塑丝 s i g n a t u r e ：壹坚壁竺当八一 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed i g i t i z a t i o nw o r kf l o w sd e v e l o p m e n t ，p o s t p r e s sa n d p r e p r e s sd e s i g n , p r i m i n gp r o d u c t i o nw i l li n t e g r a t i o nw i t hau n i f i e dd a t af o r m a t ，i tw i l lc o n t r o lp r e p r e s s ，p r i m i n g ， p r i n t e dp r o d u c t i o n ，a n di ti st h er e q u i r e m e n t so ft h ep r i m i n gi n d u s t r y i nv i e w o ft h ef a c to f t h e s es i t u a t i o n s ，t h e p r i n t i n gp r o f e s s i o n sa u t o m a t e dr e f o r ma l r e a d yw a si m m i n e m t od e v e l o p e as e to f c o m p l e t e l ya u t o m a t i cd i g i t i z a t i o np r i m j o bf l o w , i n t e g r a t e dw i t hp o s t p r e s sa n d p r e p r e s s d e s i g n ，p r i n t i n gp r o d u c t i o n ，i ta l r e a d yw a st h ep r e s e n tu r g e n tn e e dt om a k et h ep r i n t i n g p r o f e s s i o ne f f i c i e m ，f l e x i b l ea n dt r a n s p a r e n t a tp r e s e n t ，t h el e v e lo fa u t o m a t i o nc u t t e rh a sb e e nq u i t eh i 曲，w i t ha l a r g en u m b e ro ft h e c u t t e rw i t hm i c r o c o m p u t e rc o n t r o la th o m ea n d a b r o a d ，b u ti ti ss t i l ln o ta b l et om e e tt h en e e d s o fa c t u a lp r o d u c t i o n i na c c o r d a n c ew i t ht h er e q u i r e m e n t so f j d f ，e q u i p m e m c a l la u t o m a t i c p r o c e s sp r o c e s s i n gp r o d u c t i o n w h e nt h ec u s t o m e ri n p u t ，t h em a c h i n ei t s e l fc a nb ea u t o m a t i c a l l y c o n v e n e dt ot h ep r o d u c t i o no f p r o c e d u r e st oc o m m a n d e q u i p m e n tr e q u i r e db yt h ew o r k f r o m t h a tp o i mo f t h i sv i e w , t h e r ei sa g r e a td i s t a n c eb e t w e e n t h ep r e s e n tl e v e lo f t h ec u t t e ra n dt h e r e q u e s tc u t t e r t h eg o a lo ft h i sp r o j e c ti st ou s ee m b e d d e dp r o c e s s o r sb a s e do na r m t e c h n o l o g yt od e v e l o p m e n ta n db u i l dj m fc u t t e ra r m b a s e dc o n t r o l l e r t h eh a r d w a r eo f t h e c o n t r o l l e ru s e st h ea r m p r o c e s s o r , t h el c dl i q u i dc r y s t a ld i s p l a ya n dt h et o u c h s c r c e nt o c o m p l e t et h em a l l - m a c h i n ec o n t a c ts u r f a c et h ei n t e r a c t i o n ，t h es o f t w a r eo ft h ec o n t r o l l e rb a s e d o nt h el i n u x o p e r a t i n gs y s t e m ，t h el i b x m l 2s t o r e h o u s ea n dt h em i n i g u ig r a p h i c a l i m e f f a c e ，i tc a nc r e a t e ，p a r s e ，r e c i v e ，s e n dj m fi n f o r m a t i o n t h ec o n t r o l l e rm a y t h r o u g ht h ej m f n e w sw h i c h r e c e i v e s ，j u d g e st h et y p eo ft h ej m fi n f o r m a t i o n ，t h u sa n a l y z e sa n dc a l c u l a t e st h e c o n c r e t es t e pa n dt h eo p e r a t i o n a lp a r a m e t e ro ft h ep a p e r c u t t i n gm a c h i n e c o n t r o l l e rt r a n s m i t s d a t at h r o u g ht h er s 2 3 2m a i nl i n et ot h ep a p e r c u t t i n gm a c h i n ep r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r k e yw o r d s ：p a p e rc u t t e r ；e m b e d e ds y s t e m ；p l c ；j m f 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研究的工 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 论文作者签名：坚。堇，埘年 ；月“日 论文作者签名：土。墨1谢年 ；月“日 学位论文使用授权声明 本人 堡：篷! 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入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论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都办 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：兰喙导师签名：丝i 垄垦扣。孑年；月础日 l 绪论 1 绪论 1 1 课题研究的背景及意义 随着印前和印刷工艺及印刷设备的迅速发展，人们将注意力开始转向印后方面，并 逐渐形成了新的发展热点。在印后加工设备中，切纸机械的发展格外引人注目。切纸机是 广泛应用于印刷工业的一种传统印后设备，它主要用于造纸厂的纸张和印刷企业纸张和印 刷品的加工。切纸机是印刷企业的必备设备之一。至2 0 0 5 年底，全国印刷企业( 不含复印、 打印企业) 估计为近1 0 万家n 1 。如此众多的印刷企业为切纸机的发展提供了广阔的市场前 景。而且切纸机还可用于非纸类材料或产品的裁切，切纸机在这些领域同样也还有广阔的 市场前景。切纸机是传统产品，从机械式切纸机发展到磁带控制式切纸机，又发展到微机 程控，彩色显示，全图像操作引导可视化处理及计算机辅助裁切外部编程和编辑生产数据 的裁切系统，使生产准备时间更短，裁切精度更高，劳动强度更低，而操作更安全。切纸 机的这种飞速发展，令世人刮目相看口1 。 在当今印刷生产迅速发展的情况下，伴随着j d f 技术的出现，从印前到印后再到整 个生产和管理过程需要成为一个整体来协同工作，j d f 就是适应这种要求而产生的。j d f 是一种新的作业传票格式，j d f 技术的主要目的就是要实现从印前到印刷再到印后整个过 程中各项设备之间文件传输格式的标准化和通用化进而提高整个工作流程的生产管理。 j d f 的出现使情况大为改观，它带来的不仅是一种灵活性极高的综合性解决方案，不管一 项印刷作业需要用到多少台( 套) 设备，也不管该印刷作业有多么复杂，j d f 可以在印刷 流程的各个独立的环节之间建立起有效的沟通渠道，从顾客下订单之时起直到最终成品送 到客户手中口1 。另外，j d f 还能够将印刷程序中最重要的两个组成部分，m i s 管理信息系统 和实际印刷生产连接起来h 1 。 数字化工作流程的本质是用数字技术来实现生产和管理过程的全面控制，使相互孤立 的生产和管理环节结合起来。在一个生产系统中设备和管理信息系统之间需要有一系列的 交互过程，并且它们之间需要有一个良好的交互方式，在j d f 规范中就定义了j m f 专门 用来通讯嘲。j m f 在结构上和j d f 相似，也是一种基于x m l 的一种通讯格式标准，它在 收集j d f 作业处理进程信息的基础上，还可以向管理信息系统报告正在执行生产过程的 设备能力和状态，或者报告设备已准备就绪，等待作业。而且还可以利用j m f 发消息的 方式来实现作业跟踪，实现对现场作业的远程监控和控制1 。 目前，国内外切纸机的自动化水平已相当高，大量涌现出带微机控制的切纸机，即 只要输入基本数据后，所有的工作都能够全部自动完成。但还不能够满足实际生产的需要。 按照j d f 的要求，设备能够对生产工艺具有自动处理功能，即将客户的要求输入后，机 器本身能够自动转换为生产的工艺程序，从而指挥设备按规定要求工作。从这一点来看， 西安理工大学硕士学位论文 现在的切纸机水平与此要求还有很大距离口3 。因此研究和丌发基于j d f 和j m f 标准的切 纸机控制系统对于加快我国印刷企业信息化、标准化建设有非常重要的意义。 1 2 课题研究的主要内容 本课题研究的主要目的是在深入研究j d f 和j m f 的基础上，运用嵌入式开发技术， 创新开发出一个硬件上采用a r m 处理器、l c d 液晶显示和触摸屏来完成人机界面的交 互，软件上基于l i n u x 操作系统、l i b x m l 2 库和m i n i g u i 图形接口，可以生成、解析、 接收、发送j m f 消息的切纸机控制器。控制器可以通过网络接收j m f 消息，判断出j m f 消息的类型从而解析和计算出切纸机工作的具体步骤和工作参数序列。控制器还可以通过 r s 2 3 2 总线实现对切纸机可编程逻辑控制器( p l c ) 的数据传输。 本课题中嵌入式j m f 切纸机控制器具有以下几个功能： ( 1 ) 在切纸机处于空闲状态时，可以向印后控制中心发送请求任务单的j m f 信息。 ( 2 ) 随时向印后控制中，心报告切纸机机器的状态，包括：机器空闲、机器忙碌、机器 开始工作、机器出错5 种j m f 状态信息。 ( 3 ) 接收印后控制中心发送来的询问机器状态的j m f 查询信息，并把当时机器的状 态即时反馈给印后控制中心。 ( 4 ) 可以接收印后控制中心发来的任务单优先级队列，从而根据优先级高低安排任务 单工作的先后顺序。 ( 5 ) 接收和发送j m f 回复确认信息，此信息告知印后控制中心发来的队列和资源信 息已经正确接收。 ( 6 ) 对任务单资源进行正确的解析，提取出与裁切相关的数据。对数据类型进行分析， 判断出裁切产品是书、杂志或卡片，从而根据产品类型计算出切纸步骤和工作参数序 列，并把该参数序列通过r s 2 3 2 总线发送给切纸机可编程逻辑控制器( p l c ) 。 ( 7 ) 任务单完成后向印后控制中心提交j m f 完成信息，包括提交完成时间和激活资 源状态。 1 3 课题的创新点 ( 1 ) 课题研究j d f 和j m f 技术，目前该技术在国内和国外都是刚刚起步，尤其是对 j m f 技术的研究还比较少，甚至目前还没有一种设备真正完全的支持j m f 。 ( 2 ) 课题采用a r m 处理器和嵌入式l i n u x 操作系统，并实现了在嵌入式系统中对 x m l 文档的解析和生成。 ( 3 ) j m f 切纸机控制系统可完成将j m f 资源信息解析成工作参数，从而产生控制切纸 机动作的控制信号，控制机器按照预定参数自动运转完成规定工作，并可将当前机器的状 2 1 绪论 态和任务完成情况回复给印后控制中，t l , 。课题将印刷程序中最重要的两个组成部分，m i s 管理信息系统和实际印刷生产连接起来。目前国内在这方面的研究仅限于单独开发的m i s 管理信息系统或通过人机交互界面把参数输入给机器，还没有完全实现j d f 和j m f 的数 字化生产的设备与系统。这方面国内外的研究还不多，可借鉴的经验也很少，是本课题所 独创的。 3 2 硬件设计与实现 2 硬件设计与实现 2 1 d m f 切纸机控制器系统的硬件系统组成 随着计算机技术、控制技术、网络技术和通讯技术的发展，工控终端在工业控制系统 中得到了越来越广泛的应用。该产品主要由通讯接口、数据处理、数据存储、视频显示及 交互、控制软件等几部分构成，一般通过网络或通信接v i 接收现场总线组件或智能i o 设 备的实时数据实现对现场的实时监控和管理及向上位机传递数据呻1 。当前的工控终端主要 有两种，一种是大型专业厂家生产的与其产品相配套的专用终端，如用于o m r o n 可编 程控制器上的人机界面和用于h i t a c h i 数控机床上的专用终端等，这种终端采用封闭式 设计，一般有自己定义的工作协议只能与本公司的产品进行对接，但只能与其公司的配套 的产品对接，专用性强，所价格相当昂贵；另一种是工业p c 机，特点是通用性强，开发、 维护成本低，但是功耗大，体积大，启动、响应速度慢，用电安全不符合工业控制现场的 标准，硬盘和散热风扇难以适应长期恶劣的工作环境而寿命不长一】。 考虑到上述原因，一种较好的解决方案是自行设计一种轻型、通用嵌入式工业控制终 端，其软、硬件系统应完全按需设计，各通讯接口应该齐备，在应用、功能上完全能满足 用户的需要，而且应大大降低成本。同时，它的响应速度也要有很大提高，迸一步满足实 时性要求。 本课题采用嵌入式a r m 处理器作为最终实施方案，采用a t 2 4 4 0 开发板和8 寸l c d 并配有触摸屏。 l系统电源卜一 - - t ；。斟以态网接口 i复位电路卜一叫 显示 l实时时钟 一 a 跚处理器 一 触摸屏 l晶振卜一 叫 串口接口 i眦s h 卜_ 一 叫 s 删 图2 1 系统硬件结构图 f i g 2 1t h es t r u c t u r eo fs y s t e mh a r d w a r e 该开发板采用$ 3 c 2 4 4 0 处理器，该处理器是s a m s u n g 公司生产的基于a r m 公司的 a r m 9 2 0 t 处理器核，主频4 0 0 m h z ，最高可达5 3 3 m h z ，这是日前世界上主频最快的嵌入 5 西安理工大学硕士学位论文 式移动c p u ，内核电压为1 3 v ，采用1 6 3 2 位a r m 9 2 0 t r i s c 核心，提供的接口支持包 括：数码摄像头、t f t s t n 液晶屏、u s b 、h o s t d e v i c e 、i i s 音频、n a m d 闪存、 s d m m c s d i o 存储卡以及触摸屏等。 2 2 嵌入式操作系统功能与选型 嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成本、体积、 功耗等综合性严格要求的专用计算机系统，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等 特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑 硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。当我们在设 计信息电器、数字医疗设备等嵌入式产品时，嵌入式操作系统的选择至关重要。一般而言， 在选择嵌入式操作系统时，可以遵循以下原则n 们。 ( 1 ) 可移植性 当进行嵌入式软件开发时，可移植性是要重点考虑的问题。它要求丌发的代码可以在 不同的平台上运行，重用性高。 ( 2 ) 可利用资源 操作系统的可利用资源对于选型是一个重要参考条件。l i n u x 和w i n c e 都有大量的 资源可以利用，这是它们被看好的重要原因。其他有些实时操作系统由于比较封闭，开发 时可以利用的资源比较少，因此多数功能需要自己独立开发，从而影响开发进度。 ( 3 ) 系统定制能力 信息产品不同于传统p c 的w i n t e l 结构的单纯性，用户的需求是千差力别的，硬件平 台也都不一样，所以对系统的定制能力提出了要求。还要进一步分析产品是否对系统底层 有改动的需求，这种改动是否伴随着产品特色。l i n u x 由于其源代码开放的天生魅力，在 定制能力方面具有优势。 ( 4 ) 中文内核支持 国内产品需要对中文的支持。由于操作系统多数是采用西文方式，是否支持双字节编 码方式，是否遵循g b k ，g b l 8 0 3 0 等各种国家标准，是否支持中文输入与处理，是否提 供第三方中文输入接口是针对国内用户的嵌入式产品的必需考虑的重要因素n 。 根据以上五个条件，本课题最终选择l i n u x 操作系统，内核版本为l i n u x 2 6 1 8 。 2 3 嵌入式lin u x 操作系统 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。嵌入式操作 系统是支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常 6 2 硬件设计与实现 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n 羽。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。嵌入式操作系统的出现， 将大大提高嵌入式系统开发的效率，改变了以往嵌入式软件设计只能针对具体的应用从头 做起。在嵌入式操作系统之上开发嵌入系统将减少系统开发的工作量，增强嵌入式应用软 件的可移植性，使嵌入式系统的开发方法更具科学性。近年来，随着电子技术的不断进步， 嵌入式系统开发已成为热点，而l i n u x 作为一个自由软件，也得到了极大的发展，嵌入式 系统与l i n u x 的结合，正日益被人们看好。l i n u x 自身具备一整套工具链，容易自行建立 嵌入式系统的开发环境和交叉运行环境，并且可以跨越嵌入式系统开发中的仿真工具 ( i c e ) 的障碍。l i n u x 具有内核小，效率高，源代码开放等优点。强大的网络支持使得 可以利用l i n u x 的网络协议栈将其开发成为嵌入式的t c p i p 网络协议栈n 引。 一个基本的嵌入式l i n u x 操作系统应包括： ( 1 ) 引导程序。能实现系统的快速引导，提供瞬间开机功能。负责将l i n u x 内核加载 到内存，并将控制权交给内核初始化程序。具体工作包括：寻找或将指定的内核映像解压， 解压文件系统。 ( 2 ) l i n u x 内核。l i n u x 是一个单一内核操作系统，但可以动态装入和卸载内核中的部 分源代码，这与传统的单一内核操作系统全部静态编译内核代码是不同的。l i n u x 内核由 内存管理、进程管理、定时器中断管理、模块管理、虚拟文件系统、接口文件系统、设备 驱动程序、进程间通信、网络管理、系统启动等构成。 ( 3 ) 初始化进程。系统在刚刚启动时，运行于内核方式，这时候只有一个初始化进程 在运行，他首先做系统的初始化，然后执行初始化程序( 一般是s b i n i n i t ) 。初始化进程 是系统的第一个进程，以后所有的进程都是初始化进程的子进程。 ( 4 ) 硬件驱动程序。设备驱动程序是内核的一部分，它像内核中其它代码一样运行在 内核模式。驱动程序如果出错将会使操作系统受到严重破坏，甚至能使系统崩溃并导致文 件系统的破坏和数据丢失。l i n u x 设备驱动程序的主要功能有：对设备进行初始化；使设 备投入运行和退出服务；从设备接收数据并将它们送回内核；将数据从内核送到设备；检 测和处理设备出现的错误。 ( 5 ) 提供所需功能的一个或更多应用程序。 2 。4a r i l r1 f l u x 交叉编译环境的建立 2 4 1 交叉编译环境介绍 当我们开发嵌入式l i n u x 软件时，一般都要经过交叉编译这一步。交叉编译环境一般 是一个由编译器、连接器和解释器组成的综合开发环境。交叉编译是嵌入式开发过程中的 7 西安理工大学硕士学位论文 一项重要技术，它的主要特征是某机器中执行的程序代码不是在本机编译生成，而是由另 一台机器编译生成，一般把前者称为目标机( t a r g e t ) ，后者称为宿主机( h o s t ) 。目标机设备一 般不具备一定的处理器能力和存储空间，即单独在目标板上无法完成程序的开发，所以只 好求助于宿主机。在宿主机上编译好适合目标机运行的代码后，通过宿主机到目标机的调 试通道将代码下载到目标机，然后由运行于宿主机的调试软件控制代码在目标机上运行调 试。对于交叉编译器，可以自己生成，也可以从网上下载( 主要下载址：w w w g n u o r g ) 。它 们的区别在于从网上下载的非常简单方便，但很难找到适合自己所选择的平台。很显然， 要交叉编译就得有一个特殊的“环境”作前提，这里的环境就是一个与p c 机不同的一套库 函数和编译器。用这样的库函数和编译器编译出来的应用程序就可以在嵌入式设备上运行 了n 引。 2 4 2 交叉编译环境建立的具体步骤 ( 1 ) 下载源代码 下载包括b i n u t i l s 、g c c 、g l i b c 及l i n u x 内核的源代码。需要注意的是：g l i b c 和内核源 代码的版本必须与目标机上实际使用的版本保持一致。设定s h e l l 变量p r e f i x 指定可执 行程序的安装路径。 ( 2 ) 编译b i n u t i l s 首先运行c o n f i g u r e 文件，并使用一p r e f i x = $ p r e f i x 参数指定安装路径，使用 - t a r g e t = a r m - l i n u x 参数指定目标机类型，然后执行m a k ei n s t a l l 。 ( 3 ) 配置l i n u x 内核头文件 首先执行m a k em r p r o p e r 进行清理工作，然后执行m a k ec o n f i ga r c h = a r m ( 或m a k e m e n u c o n f i g x c o n t i g a r c h = a r m ) 进行配置( 注意：一定要在命令行中使用a r c h = a r m 指 定e p u 架构，因为缺省架构为主机的c p u 架构) ，这一步需要根据目标机的实际情况进行 详细的配置。配置完成之后，需要将内核头文件拷贝到安装目录； c p d ri n c l u d e a s m a r m $ p r e f i x a r r n l i n u x i n c l u d e a s mc p d ri n c l u d e l i n u x $ p i 也f i x a r m - l i n u x i n c l u d e l i n u x ( 4 ) 第一次编译g c c 首先运行c o n f i g u r e 文件，使用p r e f i x = $ p r e f i x 参数指定安装路径，使用 t a r g e w a r m 1 i n u x 数指定目标机类型，并使用d i s a b l e t h r e a d s 、一d i s a b l e s h a r e d 、 一e n a b l e 1 a n g u a g e s = e 参数，指定编译条件。然后执行m a k ei n s t a l l 。这一步将生成一个最简 的g e e 。由于编译整个g e e 是需要目标机的g l i b e 库的，它现在还不存在，因此需要首先 生成一个最简的g e e ，它只需要具各编译目标机g l i b c 库的能力即可。 8 2 硬件设计与实现 ( 5 ) 交叉编译g l i b c 这一步骤生成的代码是针对目标机c p u 的，因此它属于一个交叉编译过程。该过程要 用到l i n u x 内核头文件，默认路径为$ p r e f i x a n n - l i n u x s y s 1 i n u x ，因而需要在 $ p r e f i x a r m 1 i n u x 中建立一个名为s y s l i n u x 的软连接，使其内核头文件所在i n c l u d e 目 录；或者也可以在接下来要执行的c o n f i g u r e 命令中使用一w i t h - h e a d e r s 参数指定l i n u x 内 核头文件的实际路径。c o n f i g u r e 的运行参数设置如下( 因为是交叉编译，所以要将编译 器变量c c 设为a r l n l i n u x g e e ) ：c c = a r m - l i n u x g c c 1 c o n f i g u m p r e f i x = $ p i 也f i x a 锄一l i n u x h o s t = a r m - l i n u x e n a b l e - a d d o n s 最后，按以上配置执行c o n f i g u r e 和m a k ei n s t a l l ，g l i b c 的交叉编译过程就算完成了， 这里需要指出的是，g l i b c 的安装路径设置为$ p r e f i x a r c h = a m a 册1 i n u x ，如果此处设 置不当，第二次编译g c c 时可能找不到g l i b e 的头文件和库。 ( 6 ) 第二次编译g c c 运行c o n f i g u r e ，参数设置为一p r e f i x = $ p r e f i x t a r g e t = a r m 1 i n u x e n a b l e - l a n g u a g e s = c c 。运行m a k ei n s t a l l 。到此为止整个交叉编译环境就完全生成了n 5 1 。 2 5 嵌入式图形支持系统minig ul 2 5 1 嵌入式产品开发中常用的图形解决方案 在嵌入式产品的开发过程中，软件开发人员通常采取如下几种方法来解决产品的图形 需求： ( 1 ) 针对特定图形输出设备的接口，自行开发图形相关的功能函数。利用这种手段编 写的程序，无法将显示逻辑和数据处理逻辑划分开来，从而导致程序结构不好，不便于调 试，并导致大量的代码重复。这种方案的缺点很明显，即可移植性差，维护成本高。 ( 2 ) 购买针对特定嵌入式操作系统的图形中间件软件包。一些嵌入式操作系统厂商也 为自己的操作系统专门开发了对应的g u i 中间件产品：如u c o s i i 上的u c g u i 、n u c l e u s 上的g r a f i x 包、v x w o r k s 上的w i n d m l 包等等。这种方案为嵌入式产品开发提供了直 接可用的方案，并且能够和原有操作系统良好配合，但缺点是这类软件包的功能通常比较 简单，且价格高昂。另外，基于这些软件包开发的g u i 应用软件不具备跨操作系统的可 移植性惦3 。 ( 3 ) 采用开放源码的嵌入式g u l 支持系统。随着嵌入式l i n u x 操作系统的应用，开源 社区也在不断为嵌入式系统提供不同的开放源码嵌入式图形解决方案，如m i c r o w i n d o w s 、 o p e n g u i ，以及新近出现的p i c o g u i 等。这些开放源码的嵌入式g u i 软件提供免授权费 的解决方案。然而，由于缺少商业公司的支持，这些软件一般存在较多的软件缺陷，加上 缺乏有担保的技术支持，因此，存在着很大的开发风险。 西安理工大学硕士学位论文 2 5 2m ir li f i u i 的特点及应用 m i n i g u i 作为中国为数不多的几个自由软件项目之一，是面向实时嵌入式系统的轻量 级图形用户界面支持系统，1 9 9 9 年初遵循g p l 条款发布第一个版本，目前已发展出了很 多版本。m i n i g u i 为实时嵌入式操作系统提供了非常完善的图形及图形用户界面支持。 m i n i g u i 本身的可移植性设计使得不论在哪个硬件平台、哪种操作系统上运行，m i n i g u i 均能为上层应用程序提供一致的应用程序编程接e i ( a p i ) 。n 刀作为操作系统和应用程序之 间的中间件，m i n i g u i 将底层操作系统及硬件平台差别隐藏了起来，并对上层应用程序提 供了一致的功能特性。与其它针对嵌入式产品的图形系统相比，m i n i g u i 具有以下一些技 术优势： ( 1 ) 轻型、占用资源少m i n i g u i 本身的占用空间非常小 ( 2 ) 高性能、高可靠性 m i n i g u 良好的体系结构及优化的图形接口，可确保最快的图形绘制速度。在设计 之初就充分考虑到了实时嵌入式系统的特点，针对多窗口环境下的图形绘制开展了大量的 研究及开发，优化了m i n i g u i 的图形绘制性能及资源占有。m i n i g u i 在大量实际系统中 的应用，尤其在工业控制系统的应用，证明m i n i g u l 具有非常好的性能。 ( 3 ) 可配置性 为满足嵌入式系统千变万化的需求，必须要求g u i 系统是可配置的。和l i n u x 内核 类似，m i n i g u i 也实现了大量的编译配置选项，通过这些选项可指定m i n i g u i 库中包括 哪些功能而同时不包括哪些功能。大体说来，可以在如下几个方面对m i n i g u i 进行定制 配置： 指定m i n i g u i 要运行的操作系统； 指定生成基于线程的m i n i g u i t h r e a d s 运行模式还是基于进程的m i n i g u l ，l i t e 运行 模式，或者只是最简单的l v t i n i g u i s t a n d a l o n e 运行模式； 指定要采用老的g a l g d i 接口( 低端显示设备) 还是新的g a l g d i 接口( 高端显示 设各 ； 指定需要支持的g a l 引擎和i a l 引擎，以及引擎相关选项； 指定需要支持的字体类型； 指定需要支持的字符集： 指定需要支持的图像文件格式； 指定需要支持的控件类； 指定控件的整体风格。是三维风格、平面风格还是手持终端风格。 ( 4 ) 可伸缩性强 m i n i g u i 丰富的功能和可配置特性，使得它既可运行于低端产品中，亦可运行于基于 a r m 9 的高端产品中，并使用m i n i g u i 的高级控件风格及皮肤界面等技术，创建华丽的 1 0 2 硬件设计与实现 用户界面。 ( 5 ) 跨操作系统支持 理论上，m i n i o u i 可支持任意一个多任务嵌入式操作系统；实际已支持l i n u x u c l i n u x 、 e c o s 、u c o s - i i 、v x w o r k s 、p s o s 、t h r e a d x 等嵌入式操作系统，也可以在w i n 3 2 平台上 运行。从最初的数控系统到目前流行的智能手持终端设备，m i n i g u i 已经在大量产品中得 到了应用。m i n i g u i 最主要的应用领域大致可分为三类：高端手机、p d a 类产品；数字 媒体及机顶盒类产品；工业仪表及控制系统n 引。 2 6lib x ml2 解析库 l i b x m l 2 是一个x m lc 语言版的解析器，本来是为g n o m e 项目开发的工具，是一个 基于m i tl i c e n s e 的免费开源软件。它除了支持c 语言版以外，还支持卅、p h p 、p a s c a l 、 r u b y 、t e l 等语言的绑定，能在w i n d o w s 、l i n u x 、s o l a r i s 、m a c o s x 等平台上运行。l i b x m l 2 主要的优点有： ( 1 ) 安装、使用比较简单，容易入门； ( 2 ) 支持的编码格式较多，能很好的解决中文问题( 使用一个很简单的编码转换函数) ； ( 3 ) 支持x p a t h 解析； ( 4 ) 支持w 色1 1 f o r m e d 和v a l i d 验证，具体而言支持d t d 验证，s c h e m a 验证功能正在 完善中( 目前多数解析器都还不完全支持s h e m a 验证功能) ； ( 5 ) 支持目前通用的d o m 、s a x 方式解析等等。 l i b x m l 2 在l i n u x 下的使用： ( 1 ) 从x m l s o f t 站点或邱( 邱x m l s o f t o r g ) 站点下载l i b x m l 压缩包( 1 i b x m l 2 x x 】( ) 【t a r g z ) ( 2 ) 对压缩包进行解压缩t a r x v z fl i b x m l 2 一x x x x t a r g z ( 3 ) 进入解压缩后的文件夹中运行 c o n f i g u r e - p r e f i x h o m e u s e r m y x m l x m l ( 此处为待安装的路径) ( 4 ) m a k e ( 5 ) m a k ei n s t a l l ( 6 ) 添加路径e x p o r tp a t h = h o m e u s e r m y x m l x m l b i n ：$ p a t h 3j m f 与j d f 相关技术的分析 3j m f 与d d f 相关技术的分析 3 1 x m l 语言与d d f 、d m f x m l 是国际环球网组织w 3 c ( w o r l dw i r l ew e bc o n s o r t s u m ) 制定的网上数据交换的 语言。由于x m l 是元语言，使用者可利用它来定义各种标记以描述文档中的任何数据元 素，而对定义标记的数量没有限制。此外，x m l 最大的特点就是能够验证文件的结构， 使文件的结构内容和格式完全脱开。例如，x m l 的三要素之一s c h e n a 就规定了x m l 文 件的逻辑结构，定义x m l 文件中的元素，元素的属性以及元素和元素属性之间的关系， 它可以帮助x m l 的分析程序检验x m l 文件标记的合法性n 9 1 。 j d f 是j o bd e f i n i t i o nf o r m a t 的缩写，j d f 不是一个产品，而是一个数据格式，是由 a d o b e 、a g f a 、h e i d e b e r g 和m a nr o l a n d 发起并制定的，它在印刷数字化工作流程中扮演 了重要的角色，j d f 针对包括印刷行业的电子商务、印刷行业的信息管理系统等在内的所 有印刷领域。j d f 已经成为c i p 4 标准的核心内容之一，并接受c i p 4 组织的控制。有许 多印刷设备( 包括软件) 的提供商、用户和组织已经加入了这个组织，并在j d f 标准的制定 过程中施加自已的影响啪1 。j d f 是基于x m l 的数据交换格式，它具有x m l 格式的优点 可扩展性，所以j d f 是高度可扩展的，可以适应未来新的需求。j d f 可以根据每个 用户的流程进行灵活的调整。j d f 之所以能够做到这一点，是因为其内部以树形结构存储 信息和使用x m l 编码疆u 。 j m f ( j o bm e s s a g i n gf o r m a t ) 是一种基于x m l 的通讯格式标准，是未来实现数字化印 刷流程的关键技术之一。j m f 是一种基于x m l 编码的一种通讯格式标准，它与j d f 同时 定义，两者组成j d f 的整体，j m f 在结构上和j d f 相似，也是一种基于x m l 的一种通 讯格式标准，它在收集j d f 作业处理进程信息的基础上，可以向管理信息系统报告正在 执行生产过程的设备能力和状态，或者报告设备已准备就绪，等待作业瞳船。而且还可以利 用j m f 发消息的方式来实现作业跟踪，实现对现场作业的远程监控和控制。 3 2d m f 的职能 在数字化印刷流程过程中m i s 或流程系统扮演了j d f 代理的角色，且m i s 可以通过 控制器将j d f 节点发送给设备。底层设备可能有一个内置的控制器，控制器可以是个独 立的物理设备，一个控制器可以控制、监视一个或多个设备或其它的控制器乜3 1 。j m f 允 许m i