（计算机应用技术专业论文）基于linux和qte的嵌入式浏览器网络传输技术的研究.pdf

摘要 摘要 随着信息技术和互联网的快速发展，嵌入式系统已广泛应用于消费电子和 通信领域，嵌入式浏览器已经成为嵌入式系统中最主要的应用软件，只要是可 以接入网络的嵌入式设备几乎都要用到嵌入式浏览器。所以，嵌入式浏览器拥 有广阔的市场前景，研究嵌入式浏览器技术，自主开发嵌入式浏览器，有着十 分重要的意义。 本文以嵌入式浏览器k o n q u e r o r e m b e d d e d 为原型，在分析该浏览器总体结 构、功能模块和流程的基础上，重点研究了嵌入式浏览器的网络传输技术和缓 存策略，以提高嵌入式浏览器的性能，最后在l i n u x 平台上利用q t e 实现了嵌 入式浏览器的网络传输模块。 本文主要内容如下： ( 1 ) 介绍了嵌入式系统的概念，对其特点、历史和现状进行了分析；进而介 绍了嵌入式浏览器的特点、发展现状和自仃景，并列举了嵌入式浏览器中的一些 关键技术。 ( 2 ) 具体分析了系统的软硬件运行环境一a r m 2 4 l o 丌发板和q t e ，重点介绍 了宿主机和目标机的配置。 ( 3 ) 详细剖析了嵌入式浏览器k o n q u e r o r e m b e d d e d 的总体结构和流程，分 析了该浏览器各模块实现的关键技术，主要包括i os l a v e 机制实现底层通信 协议，k p a r t s 组件技术实现图形用户界面和k h t m l 绘制引擎的实现。 ( 4 ) 介绍了嵌入式浏览器的总体框架设计，主要包括三个模块：i os l a v e 实现网络传输；解析h t m l ，生成d o m 树；图形用户界面和排版显示。 ( 5 ) 详细介绍了嵌入式浏览器网络传输技术的实现，首先对h t t p 协议进行 了概述，接着介绍了嵌入式浏览器对网络传输技术的要求，分析了嵌入式浏览 器k o n q u e r o r e m b e d d e d 网络传输模块的不足，在此基础上设计了线程和事件驱 动相结合的组合i o 传输模型，该模型保证浏览器的主线程不会因网络而阻塞 并且重叠了网络延迟时间，提高了浏览器性能，并给出了主要的数据结构和函 数接口。 ( 6 ) 研究了嵌入式浏览器的底层关键技术，主要包括缓存管理策略、动态内 存管理策略和i o 子系统。重点分析了嵌入式浏览器的缓存管理策略，详细介 摘要 绍了缓存设计思想、淘汰策略和数据结构设计。通过研究底层关键技术，可以 达到有效利用系统资源，减少浏览器响应时间，合理利用网络带宽，提高嵌入 式浏览器性能的目的。 这篇论文对嵌入式浏览器的基本原理和总体结构做了简要介绍，重点介绍 了其中的一些关键模块和关键技术的实现，对嵌入式浏览器的设计具有一定的 指导意义。 关键词：嵌入式浏览器；超文本传输协议；网络传输技术；缓存管理；组合i o 传输模型；k o n q u e r o r e m b e d d e d ；q t e ；i os l a v e a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o na n di n t e r n e tt e c h n o l o g y , e m b e d d e d s y s t e mh a sb e e nw i d e l yu s e di nt h ef i e l d so fe l e c t r o n i cp r o d u c t sa n dc o m m u n i c a t i o n e m b e d d e db r o w s e rh a sb e c o m et h em o s ti m p o r t a n ta p p l i c a t i o ns o f t w a r ei ne m b e d d e d s y s t e m s ，a n de m b e d d e db r o w s e ra l m o s te x i s t so na l lt h ee m b e d d e de q u i p m e n t st h a t c a na c c e s si n t e r n e t b e c a u s eo fi t sl a r g em a r k e t ，i ti ss i g n i f i n a n tf o ru st os t u d yt h e e m b e d d e db r o w s e rt e c h n o l o g ya n dt od e v e l o po u ro w ne m b e d d e db r o w s e rc o n s t a n t l y t h et h e s i st a k e sk o n q u e r o r e m b e d d e da st h es t u d y i n gp r o t o t y p e ，t h r o u g ht h e a n a l y s i so ft h eo v e r a l la r c h i t e c t u r ea n df u n c t i o nm o d u l e so ft h eb r o w s e r , f o c u s e so n t h en e t w o r kt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g ya n dt h ec a c h es t r a t e g y o fe m b e d d e d b r o w s e r ，w h i c hi su s e dt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fe m b e d d e db r o w s e r f i n a l l y a c h i e v et h en e t w o r kt r a n s m i s s i o nm o d u l eo fe m b e d d e db r o w s e rb a s e do nl i n u x p l a t f o r ma n dq t e t h ep r i m a r yc o n t e n to ft h i st h e s i si sa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h i st h e s i sf i r s ti n t r o d u c e st h ec o n c e p to fe m b e d d e ds y s t e m ，a n da n a l y s e st h e c h a r a c t e r i s t i c s ，d e v e l o p m e n th i s t o r y a n dc u r r e n ts i t u a t i o n t h e ni n t r o d u c e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s ，c u r r e n ts i t u a t i o na n dp r o s p e c t so fe m b e d d e db r o w s e r ，a n d t h ek e y t e c h n o l o g i e so ft h ee m b e d d e db r o w s e ra r el i s t e d ( 2 ) t h es y s t e m sh a r d w a r ea n ds o f t w a r ee n v i r o n m e n t ，w h i c ha r ea r m 2 4 10 d e v e l o p m e n tb o a r da n dq t e ，a r ef u l l ya n a l y s e d a n dt h ec o n f i g u r a t i o no ft h eh o s ta n d t a r g e tm a c h i n ei sm o s t l yi n t r o d u c e d ( 3 ) t h et h e s i sd e t a i l e d l ya n a l y s e s t h eo v e r a l ls t r u c t u r ea n dp r o c e s so ft h e e m b e d d e db r o w s e rk o n q u e r o r e m b e d d e d ，a n da n a l y s e s t h ek e yt e c h n o l o g i e so f a c h i e v i n gt h eb r o w s e rm o d u l e s ，w h i c hm a i n l yi n c l u d et h er e a l i z a t i o no ft h eu n d e r l y i n g c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lb a s e do ni os l a v em e c h a n i s m t h er e a l i z a t i o no fg r a p h i c a l u s e ri n t e r f a c eb a s e do nk p a n sc o m p o n e n t st e c h n o l o g ya n dt h er e a l i z a t i o no fk h t m l r e n d e r i n ge n g i n e ( 4 ) t h eo v e r a l lf r a m e w o r kd e s i g no fe m b e d d e db r o w s e ri si n t r o d u c e d ，i n c l u d i n g t h et h r e em a i nm o d u l e s ：t h er e a l i z a t i o no fn e t w o r kt r a n s m i s s i o nu s i n gi os l a v e ；t h e i i i a b s t r a c t p a r s i n go fh t m l a n dt h eg e n e r a t i n go fd o m t r e e ；g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c ea n dl a y o u t s h o w ( 5 ) t h er e a l i z a t i o no fn e t w o r kt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yi sd e t a i l e d l yi n t r o d u c e di n t h ee m b e d d e db r o w s e r f i r s t ，t h et h e s i so u t l i n e st h eh t t pp r o t o c o l ，a n dt h e ni n t r o d u c e s t h en e t w o r kt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yw h a tt h ee m b e d d e db r o w s e rr e q u i r e s ，f i n a l l y a n a l y s e st h ed e f i c i e n c yo fn e t w o r kt r a n s m i s s i o nm o d u l ei nt h ek o n q u e r o r e m b e d d e d b r o w s e r a f t e ra n a l y z i n gg e n e r a ln e t w o r kt r a n s m i s s i o nm o d e l s ，ac o m b i n a t o r i a li o t r a n s m i s s i o nm o d e lu s i n gt h r e a d sa n de v e n t - d r i v e ni sd e s i g n e d t h ec o m b i n a t o r i a li 0 t r a n s m i s s i o nm o d e la l l o w sn o n b l o c k i n gm a i nt h r e a da n do v e r l a p st h en e t w o r k d e l a y s a n dg i v e st h em a i nd a t as t r u c t u r ea n df u n c t i o ni n t e r f a c e ( 6 ) f i n a l l y , t h et h e s i s s t u d i e st h eb o t t o ml a y e r sk e yt e c h n o l o g yo fe m b e d d e d b r o w s e r , i n c l u d i n g c a c h e m a n a g e m e n ts t r a t e g y , d y n a m i cm e m o r ym a n a g e m e n t s t r a t e g ya n di os u b s y s t e m a n a l y s i sf o c u s e do nt h ec a c h em a n a g e m e n ts t r a t e g yo f e m b e d d e db r o w s e r a n dd e t a i l yi n t r o d u c e st h ei d e a so ft h ec a c h ed e s i g n ，e l i m i n a t i o n s t r a t e g i e sa n dd a t as t r u c t u r ed e s i g n b ys t u d y i n gt h ek e yu n d e r l y i n gt e c h n o l o g i e s ，c a n m a k ee f f e c t i v eu s eo fs y s t e mr e s o u r c e s ，r e d u c et h eb r o w s e r sr e s p o n s et i m ea n dm a k e r e a s o n a b l eu s eo fn e t w o r kb a n d w i d t h ，a n da c h i e v et h ep u r p o s eo fi m p r o v i n gt h e p e r f o r m a n c eo fe m b e d d e db r o w s e r t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ef u n d a m e n t a la n da r c h i t e c t u r eo fe m b e d d e db r o w s e ri n b r i e fa n df o c u s e so nt h ei m p l e m e n t a t i o no fk e ym o d u l e sa n dt e c h n o l o g i e s i ti s s i g n i f i c a n tf o ru s t od e v e l o pe m b e d d e db r o w s e r k e yw o r d s ：e m b e d d e db r o w s e r ；h t t p ； m a n a g e m e n t ；c o m b i n a t o r i a l k o n q u e r o r e m b e d d e d n e t w o r kt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y ；c a c h e i 0t r a n s m i s s i o nm o d e l ；q t e ；i os l a v e ； i v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解北京机械工业学院关于收集、保存、使用学位论文 的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和 电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、 缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以 及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向 国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 学位论文作者签名：曼小砗 砂口g 年月i 日 ( 注：非保密论文无需签字) 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：圣 南 d 8 年| r e t 第l 章前言 第1 章前言 1 1 本课题的研究背景 在目前和未来，最具有时代特征的嵌入式产品应该是因特网上的信息设备， 如w e b 可视电话、网络机顶盒、p d a 、手机、导航设备、信息家电等嵌入式系统。 嵌入式系统接入i n t e r n e t 是其发展的必然趋势，用户要访问w w w 上的资源，那 么嵌入到信息设备里的浏览器软件是不可或缺的。 嵌入式浏览器技术是信息终端的关键技术，但该技术在国内的研究很少。 目前市场上的嵌入式浏览器产品基本上都是国外的，国内的产品丌始出现，产 品普遍不实用，因此深入研究嵌入式浏览器技术并实现相应的产品是非常有价 值和市场的。 移动设备已逐渐成为人们接入互联网的首选途径，所以应用于嵌入式平台 的浏览器成为了这种设备上最重要的软件。除了浏览互联网的信息之外，嵌入 式浏览器的另一个市场前景在于它能够取代图形用户界面，设备上配以一个支 持c g i 的h t t p 服务器就可以完成图形界面的任何操作。 嵌入式操作系统和嵌入式设备的多样性，决定了嵌入式浏览器会出现多样 化和系统定制的特点，嵌入式浏览器要针对硬件环境和操作系统进行合理设计、 量体裁衣，操作系统与浏览器的关系非常紧密，要充分考虑嵌入式系统有限的 资源，提高浏览器的性能。 本课题根据嵌入式浏览器的应用前景、嵌入式l i n u x 操作系统的发展现状 和嵌入式系统设计面临的挑战，分析了目前嵌入式浏览器的特点和不足，重点 剖析了嵌入式浏览器k o n q u e r o r e m b e d d e d 的设计思想，在基于l i n u x 操作系统 的a r m 2 4 1 0 平台上，利用o t e 库和o t o p i a 构建自己的嵌入式浏览器。 第1 章前言 1 2 嵌入式系统及嵌入式浏览器的发展现状 1 2 1 嵌入式系统概况4 1 从世界上第一台计算机产生后的半个多世纪里，计算机技术及网络技术的 快速发展和广泛应用，把整个信息技术的发展推进到了一个新的阶段。信息技 术的发展不仅对整个信息产业产生了深远影响，而且带动了其他行业产生出新 的生产方式，嵌入式系统技术是这其中的一个重要因素。 所谓嵌入式系统( e m b e d d e ds y s t e m ) 就是：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、功耗严格 要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操 作系统和用户应用程序等四个部分组成。可以实现对其他设备的控制、监视或 管理等功能。嵌入式系统的突出特点之一是多样化，不同的嵌入式系统之间差 别很大。 嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统组成， 它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式处理器主要由单片机或微 控制器( m c u ) 组成。相关支撑硬件包括显示卡、存储介质( r o m 和r a m 等) 、通讯 设备、i c 卡或信用卡的读取设备等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统， 它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，大多使用闪存( f l a s hm e m o r y ) 作为存 储介质。嵌入式软件包括与硬件相关的底层软件、操作系统、图形界面、通讯 协议、数据库系统、标准化浏览器和应用软件等。总体看来，嵌入式系统具有 便利灵活、性能价格比高、嵌入性强等特点，可以嵌入到现有任何信息家电和 工业控制系统中。从软件角度来看，嵌入式系统具有不可修改性、系统所需配 置要求较低、系统专业性和实时性较强等特点。 纵观嵌入式系统的发展历史，可以分为四个阶段。第一阶段是以单芯片为 核心的可编程控制器系统，具有与监测、伺服、指示等设备相配合的功能。第 二阶段以嵌入式c p u 为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统。第三阶段 以嵌入式实时操作系统为标志的嵌入式系统。第四阶段是以支持网络连接的嵌 2 第l 章前言 入式系统为标志。嵌入式系统与因特网的结合代表着嵌入式技术的真正未来例。 进入九十年代后，嵌入式系统取得了迅猛发展，不仅渗透到社会经济、军 事、交通、通信等相关行业，而且广泛深入到家电、娱乐、艺术、社会文化等 各个领域。沟通信息高速公路的路由器、交换机，用于移动信息处理的手机、 掌上电脑，基于网络的机顶盒、d v d 播放器、可视电话，这些形式多样的嵌入式 产品构成了信息时代的基础。 1 2 2 嵌入式浏览器概况径们 目前嵌入式浏览器还没有一个完整、准确、严格的定义，从其功能方面分 析，可以从以下两个方面定义。第一，与桌面浏览器一样，它必须是一个网络 信息浏览器，必须支持h t t p 或者f t p 等传输协议，支持h t m l 、j a v a s c r i p t 等 页面语言，可以完成信息浏览的功能：第二，嵌入式浏览器必须适合在嵌入式 设备中运行，必须能够根据嵌入式设备的需要而方便地进行裁减和修改。 嵌入式系统中空间有限，要优化嵌入式浏览器的代码，保证系统占用存储 空间、运行时内存占用都很低，并保证比较高的运行速度和效率。 嵌入式浏览器采用自己独特的方式实现图形显示功能。因为某些嵌入式操 作系统移植的图形系统很庞大，对系统资源要求高，不符合嵌入式系统本身的 特点和要求。 嵌入式系统的显示器类型也不唯一，嵌入式浏览器要针对具体的显示设备 进行优化( 如对字体识别、字库、图形、甚至页面的显示结构进行优化) 。这些 复杂的工作，对于普通浏览器来说是额外的，但却是整个嵌入式浏览器丌发中 很重要的一个部分。 1 2 3 嵌入式浏览器的发展现状、前景和趋势 随着嵌入式浏览器对网络应用支持能力的提高，嵌入式浏览器也将逐渐成 为嵌入式系统的互联网应用平台。众多的其他应用如音乐播放、视频点播、网 络游戏、即时通讯、电子商务、甚至远程教育都可以通过p l u gi n 接口或者直 第1 章前言 接用h t m l 及其它页面语言来实现。嵌入式浏览器己成为嵌入式网络应用的热点。 嵌入式浏览器应用非常广泛，几乎所有的网络接入设备都要用到它。据专 家预测，未来几年嵌入式浏览器将有一个庞大的市场，国内外许多公司看到嵌 入式浏览器发展的广阔前景，纷纷致力于其相关技术的研发。目前，已有一些 商用的产品出现，其中较为成熟的有：w i n d o w s c e 中简化版的i e ， a c c e s s n e t f r o n t ，o p e r a 等。国内较为成熟的产品有：红旗的嵌入式浏览器等。 还有就是开放源代码的，如：v i e w m l 、d i l l o 、k o n q u e r o r e m b e d d e d 等。 在如此众多的产品中，没有任何一个产品，能够像m i c r o s o f t 的 i n t e r n e t e x p l o r e r 和n e t s c a p e 的n a v i g a t o r 在p c 市场中一样，占据垄断地位。 在嵌入式世界里，完美的h t m l 显示不是必须的，好的技术应该是能够像显示旧 的文本格式一样，简洁的显示现在的网页。如在移动设备中，用户需要迅速访 问股票报价、体育比赛结果、全球定位数据等等。嵌入式浏览器要能够灵活的 根据具体应用进行定制，这就使得商家可以根据各自不同的侧重，发展自主研 发的产品。 嵌入式浏览器的技术在迅猛的向前发展，除了继续跟随h t t p 、h t m l 、 j a v a s c r i p t 等协议或语言的新版本，继续升级以及支持更多的应用外，还在继 续拓展着其他的应用模式和领域。如浏览器技术和数字电视机顶盒技术集成， 实现完整的数字电视软件平台。浏览器技术和j a v a 技术的结合，解决实时性强 的动态视频处理。把浏览器技术应用到更多传统的电器领域，以提供交互式的 应用等。这些都是很好的发展方向，有着很好的发展前景。 嵌入式浏览器将呈现百花齐放的局面。由于嵌入式系统分散性和多样性的 特点，设备生产厂商在芯片选择、系统功能定义、显示设备特性、耗电限制方 面会有许多不同的要求，没有一种嵌入式浏览器能满足所有嵌入式系统的需求， 因此嵌入式浏览器市场不会出现象微软的i e 在p c 市场上的垄断局面。嵌入式 浏览器必然会出现一个精彩纷呈、百花齐放的局面。 嵌入式浏览器将成为某些嵌入式系统的核心组成部分。嵌入式浏览器能够 提供信息浏览、邮件收发、电子商务等重要功能，其他应用如交互式游戏、办 公软件、在线通讯等，都可以通过浏览器的插件技术或者直接用j a v a s c r i p t 等 脚本语言来实现。可以预见嵌入式浏览器将成为因特网环境中软件系统的基础 和应用开发平台。这意味着在一些嵌入式系统中，操作系统的核心地位和图形 用户界面的丌发接口作用在逐渐淡化，嵌入式浏览器将成为系统的核心。 4 第1 章前言 1 2 4 嵌入式浏览器关键技术 嵌入式浏览器主要包括以下关键技术州1 ： 1 网络传输 h t t p 是最基本的客户服务器访问协议，是在w e b 浏览器和w e b 服务器之间 通信的协议，用来交互具有m i m e 格式的请求和响应报文，属于t c p i p 协议族 中的应用层通信协议，建立在t c p 协议基础之上，依赖于t c p 协议来确保传输 的可靠性，是通用的、无状态的、面向对象的协议。 h t t p 协议规定了发送和处理请求的标准方式，规定了浏览器和服务器之间 传输的报文格式及各种控制信息，允许不同种类的客户端相互通信而不存在兼 容性问题，从而定义了所有w e b 通信的基本框架。从功能上来讲，w e b 服务器监 听用户端的服务请求，根据用户请求的类型提供相应的服务。用户端使用w e b 浏览器与w e b 服务器进行通信，w e b 服务器在接收到用户端的请求后，处理用户 请求并返回需要的数据，这些数据通常以格式固定、含有文本和图片的页面出 现在用户端浏览器，浏览器处理数据并提供给用户。 2 h t m l 解析 h t m l ( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ) 语言规范是因特网上进行信息交换的最 主要语言之一，它是标准通用标注语言s g m l 的一个应用，其特点是使用标记( t a g ) 表示内容的结构和显示的方式。h t m l 语法定义包括元素、属性、注释和其它字 符数据内容。嵌入式浏览器一般支持h t m l 3 2 或h t m l 4 0 的某个特定子集。h t m l 解析是浏览器的主要工作之一，它是将h t m l 文档的流式数据结构化的过程。h t m l 解析过程分为词法分析、语法分析、语义处理这几个步骤。词法分析从字符流 中识别出有意义的符号( t o k e n ) ，然后依据h t m l 语法确定这些符号之问的语法 关系，最后将解析结果以语法树的形式保存。 h t m l 主要用来定义某一类文件的格式，以便于展示或打印，侧重于主页表 现形式的描述，大大丰富了主页的视觉、听觉效果，为推动w w w 的蓬勃发展、 信息和知识的网上交流发挥了不可取代的作用。在h t m l 文档中，可以嵌入其它 对象，如i m a g e ，a u d i o ，v i d e o ，j a v a s c r i p t 等，通过u r l 还能实现w e b 节点 间的超链接。h t m l 的文档标签主要分为八类：格式控制标签、字体控制标签、加 载图片标签、定义超文本链接标签、特殊字符标签、颜色背景控制标签、表格 标签、交互表格标签。 h t m l 并不要求文档中的每个标记都要严格的匹配，并且在很多文档中，即 第1 章前言 使必要的根标记 被省略，解释器还是可以正常的显示。这就增加 了解释的容错和纠错难度。h t m l 不仅功能强大，而且使用方便灵活，受到大家 广泛欢迎，尤其现在的h t m l 4 0 中添加的c s s 可以将h t m l 文档的显示和文档进 行部分分类，使文档的显示更加灵活，此外，通过j a v a s c r i p t 可以动态修改网 页，在客户端和用户进行交互，更加增加了h t m l 的能力。 3 缓存管理 各种缓存技术目前己被广泛应用于w e b 信息获取过程中，以求减少i n t e r n e t 的网络负载和提高响应速度，浏览器缓存是网络缓存的一种，为了提高网页访 问速度，浏览器对最近访问过的网页进行存储，当再次请求这个页面时，浏览 器就可以从本地读取网页，这样就可以加速网页的显示。是否提供缓存已成为 衡量嵌入式浏览器性能的一个重要指标。简化版的i e 、m i c r o b r o w s e r 等嵌入式 浏览器都实现了对缓存的支持。因为嵌入式系统资源受限的特点，缓存淘汰策 略是嵌入式浏览器缓存管理的一个重点。 4 j a v a s c r i p t 支持 j a v a s c r i p t 语言是一种扩展h t m l 的脚本设计语言，j a v a s c r i p t 可实现一 种实时的、动态的、可交互的表达能力，使浏览器和用户之间不再是一种单纯 的显示和浏览的关系。j a v a s c r i p t 作为h t m l 文档的一部分出现，增加了w e b 页 面的动态性和浏览器的交互性。j a v a s c r i p t 能让网页开发者更有效地控制页面， 并能对用户触发事件做出即时响应，而且这些都不需要浏览器与w e b 服务器进 行通讯，这样为用户提供了更快速的操作。目前的嵌入浏览器一般提供对 j a v a s c r i p t 不同程度的支持。 5 c o o k i e 技术 c o o k i e 是p e r s i s t e n tc 1 i e n ts t a t eh t t pc o o k i e 的缩写，是对h t t p 协议 的一种补充，它是h t t p 协议的状态管理机制，c o o k i e 可以大大扩充基于w e b 的 客户服务器应用程序的能力，目前c o o k i e 技术已经广泛地应用于i n t e r n e t ， 使用c o o k i e 技术，可以实现页面的限制访问、站点的访问统计、页面的个性化、 网上购物等功能。 c o o k i e 允许h t t p 服务器在客户端保存信息并且随后再取回它，当服务器将 网页数据传送至浏览器时，服务器通过h t t p 协议的响应头传送一些信息给浏览 器，当浏览器再次请求网页时，浏览器将这些信息通过h t t p 请求包传回给服务 器。c o o k i e 机制是开展电子商务的基础，嵌入式浏览器实现对c o o k i e 的支持可 6 第1 章前言 以增强嵌入式系统的功能。简化版的i e 和m i c r o b r o w s e r 等浏览器都支持c o o k i e 技术。 6 d o m ( d o c u m e n to b j e c tm o d e l ，文档对象模型) 例 d o m 是一种由力维网协会( w 3 c ) 开发的解析x m l 的标准应用编程接口，d o m 把x m l 文档转换为应用程序可以遍历的树形结构。 1 3 课题主要研究内容 本文以嵌入式浏览器k o n q u e r o r e m b e d d e d 为原型，在分析该浏览器总体结 构、功能模块和流程的基础上，重点研究了嵌入式浏览器的网络传输技术和缓 存策略，以提高嵌入式浏览器的性能，最后在l i n u x 平台下利用q t e 实现了嵌 入式浏览器的网络传输模块。 本论文的主要研究工作如下： ( 1 ) 介绍了嵌入式系统的概念，对其特点、历史和现状进行了分析；进而介 绍了嵌入式浏览器的特点、发展现状和日仃景，并列举了嵌入式浏览器中的一些 关键技术。 ( 2 ) 具体分析了系统的软硬件运行环境一a r m 2 4 1 0 开发板和q t e ，重点介绍 了宿主机和目标机的配置。 ( 3 ) 详细剖析了嵌入式浏览器k o n q u e r o r e m b e d d e d 的总体结构和流程，分 析了该浏览器各模块实现的关键技术，主要包括i os l a v e 机制实现底层通信 协议，k p a r t s 组件技术实现图形用户界面和k h t m l 绘制引擎的实现。 ( 4 ) 介绍了嵌入式浏览器的总体框架设计，主要包括三个模块：i os l a v e 实现网络传输：解析h t m l ，生成d o m 树；图形用户界面和排版显示。 ( 5 ) 详细介绍了嵌入式浏览器网络传输技术的实现，首先对h t t p 协议进行 了概述，接着介绍了嵌入式浏览器对网络传输技术的要求，分析了嵌入式浏览 器k o n q u e r o r e m b e d d e d 网络传输模块的不足，在此基础上设计了线程和事件驱 动相结合的组合i o 传输模型，该模型保证浏览器的主线程不会因网络而阻塞 并且重叠了网络延迟时j 白j ，提高了浏览器性能，并给出了主要的数据结构和函 数接口。 ( 6 ) 研究了嵌入式浏览器的底层关键技术，主要包括缓存管理策略、动态内 存管理策略和i 0 子系统。重点分析了嵌入式浏览器的缓存管理策略，详细介 绍了缓存设计思想、淘汰策略和数据结构设计。通过研究底层关键技术，可以 7 第l 章前言 达到有效利用系统资源，减少浏览器响应时间，合理利用网络带宽，提高嵌入 式浏览器性能的目的。 1 4 论文的组织结构 本论文的章节组织如下： 第一章主要介绍了课题提出的背景和研究意义，阐述了研究领域的发展现 状和存在的问题，由此引出具体的研究内容。 第二章详细介绍了系统的软硬件开发平台。 第三章分析了嵌入式浏览器k o n q u e r o r e m b e d d e d 的框架，主要介绍了该浏 览器的模块设计思想和功能。 第四章在参考k o n q u e r o r e m b e d d e d 现有功能的基础上，结合嵌入式系统的 特点和需求，设计了嵌入式浏览器的整体结构。 第五章详细介绍了嵌入式浏览器网络传输技术的研究与实现。 第六章对嵌入式浏览器的底层关键技术进行了研究，主要介绍了c a c h e 管 理策略、动念内存管理策略和i o 子系统。 最后是结束语，对所设计的整个系统进行了总结，分析了系统后续丌发中 需要深入研究的问题。 第2 章系统开发平台介绍与构建 第2 章系统开发平台介绍与构建 2 1 硬件平台- a r m 2 4 1o 介绍 a r m 2 4 1 0 嵌入式系统开发板，基于a r m 9 2 0 t 结构的三星$ 3 c 2 4 1 0 处理器和嵌 入式l i n u x 操作系统，该处理器支持m m u ，处理器的工作频率为2 0 3 m h z ，s d r a m 容量为6 4 m b ，n a n df l a s h 容量为6 4 m b ，e t h e r n e tl o o b a s e t 网络，8 寸6 4 0 * 4 8 0 t f t 显示屏，此处理器支持多种外围设备，其中片内控制模块包括：存储控制器、 l c d 控制器、d m k 控制器、a c 9 7 数字音频电路、1 2 s 、1 2 c 、红外线通信接口i r d a 、 同步串行控制s s p 、u s b 控制器、实时时钟电路、多媒体卡控制器m m c 、中断控 制、通用i 0 口等。丰富的控制模块为各种应用开发提供了强大的灵活性。 2 2 软件平台介绍8 3 9 1 4 2 3 m m 5 1 2 2 1 嵌入式l i n u x 操作系统介绍 l i n u x 操作系统是丌放源代码的，任何人都可以免费下载内核和应用程序， 并可进行移植和开发，同时l i n u x 支持的c p u 架构广泛，包括x 8 6 、m i p s 、p o w e r p c 、 a r m 等，把l i n u x 移植到不同架构的嵌入式平台上非常方便，所以深受公司和嵌 入式系统开发人员推崇，但l i n u x 操作系统不具有实时功能，要使l i n u x 提供 实时性能，需要在内核中添加实时软件模块。一些公司为了适应嵌入式市场的 需要，对l i n u x 操作系统内核进行修改，出现了一些具有针对性的嵌入式l i n u x 操作系统，包括：r t l i n u x 、u c l i n u x ( 针对无m m u 的c p u 架构) 、a r m l i n u x 等。 2 2 2a r m 交叉编译器介绍 配置嵌入式丌发环境，跨平台丌发工具链是必不可少的，使用g n u 工具链 建立跨平台开发工具链是件复杂棘手的工作，为此我们使用a r m 公司提供的a r m 交叉编译器a r m - 1i n u x g c c 一3 4 1 ，为a r m 2 4 1 0 目标板进行应用程序的交叉丌发。 2 2 3q t 与o t e q t 是一个跨平台的图形用户界面库，由挪威t r o l l t e c h 公司出品，目前包 括q t 、基于f r a m e b u f f e r 的o t e 、快速开发工具q td e s i g n e r 、国际化工具q t l i n g u i s t 等部分。q t 支持所有u n i x 系统，包括l i n u x ，还支持w i n d o w s 平台。 9 第2 章系统开发平台介绍与构建 基本上，q t 同xw i n d o w 上的m o t i f 、o p e n w i n 、g t k 等图形界面库和w i n d o w s 平台上的m f c 、o w l 、v c l 、a t l 是同类型的东西，但是q t 具有下列优点： 1 优良的跨平台特性 q t 支持下列操作系统：m i c r o s o f tw i n d o w s9 5 9 8 、m i c r o s o f tw i n d o w sn z 、 l i n u x ，s o l a r is ，s u n o s ，h p u x 、f r e e b s d ，b s d o s ，s c o ，a i x ，0 s 3 9 0 ，q n x 等 等。 2 面向对象 q t 的良好封装机制使得q t 的模块化程度非常高，可重用性较好，对于用户 丌发来说是非常方便的。q t 提供了一种称为s i g n a l s s l o t s 的安全类型来替代 回调函数( c a l l b a c k ) ，这使得各个部件之间的协同工作变得十分简单。 3 丰富的a p i q t 包括多达2 5 0 个以上的c + + 类，还提供基于模板的c o l l e c t i o n s 、 s e r i a l i z a t i o n 、f i l e 、i od e v i c e 、d i r e c t o r y 、m a n a g e m e n t 、d a t e t i m e 类。 q t 库提供了q t 类的扩展定义，可用q t 类定义程序中的q t 对象，也可以使用这 些类创建自己的类，继承预定义的功能。甚至还包括正则表达式的处理功能。 4 支持2 d 3 d 图形渲染，支持o p e n g l ，支持x m l 真正使得q t 在自由软件界的众多w i d g e t s ( 如l e s s t i f ，g t k ，e z w g l ，x f o r m s ， f l k t 等) 中脱颖而出的还是基于q t 的重量级软件k d e 。k d e ( kd e s k t o p e n v i r o n m e n t ) 是使用图标、窗口、菜单和面板等常用图形化对象的图形化桌面， 它允许你使用鼠标和键盘来进入你的r e dh a tl i n u x 系统。伴随着k d e 的快速 发展和普及，q t 很可能成为l i n u x 窗口平台上进行软件开发时的首选g u i 。 q t 控件之间使用s i g n a l 和s l o t 机制进行通信，s i g n a l 和s l o t 是具有特 殊功能的类中定义的成员函数。当发生在对象中的某一事件激活该对象时，该