（计算机应用技术专业论文）基于Linux的嵌入式保健信息系统研究与实现.pdf

摧于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 摘要 随着嵌入式技术的发展，越来越多的嵌入式产品进入了我们的生活，比如 手机、p d a 、m p 4 和机顶盒等，使得嵌入式系统的开发受到广泛关注，著己成为 信息产业中最重要的组成部分。嵌入式系统由嵌入式硬件和嵌入式软件两部分 组成，硬件是支撑，软件是灵魂，也被描述为“以应用为中心、软件硬件可裁 剪的、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性要求的 专用计算机系统”。 本论文所围绕的内容是本文作者亲自参加并独立完成的由江西长城网络公 司申报的江西省科技厅项目嵌入式保健信息查询系统的增强版所做的研究 与实现。论文以基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统开发流程为主线，重点论述 了系统开发平台的选择和搭建，包括硬件平台和软件平台，构建了系统的整体 结构以及各软件功能模块的实现，同时将该系统软件在特定的硬件平台上进行 嵌入与实现。 本论文包括六章，各章内容的具体安排如下： 第一章论述了课题的目的意义、课题来源、课题创新点及国内外研究现状； 第二章对嵌入式系统的基础理论概述，包括嵌入式系统、嵌入式操作系统、 嵌入式图形用户界面( g u i ) 和数据库进行了较简炼的论述。 第三章搭建了系统的开发平台，包括硬件平台采用a r m 9 板s b c 一2 4 1 0 x ； 软件平台采用嵌入式l i n u x 操作系统、嵌入式q t e m b e d d e d 3 1 2 图形用户界面 ( g u i ) 和嵌入式数据库s q l i t e ； 第四章分析系统的功能设计与实现，包括系统的结构设计、界面设计以及 系统各功能模块的实现等，重点是怎样通过q t 设计的图形化界面实现与数据库 s q l i t e 之间数据的各种操作和信息更新； 第五章重点阐述系统如何在主机上进行交叉编译以及实现在a r m 9 板 s b c 一2 4 1 0 x 上的移植和运行，不仅包括嵌入式保健信息系统的交叉编译和移植， 还包括对嵌入式数据库s q l i t e 3 3 8 和图形用户界面( g u i ) q t e m b e d d e d 3 1 2 的交叉编译和移植。 第六章对嵌入式保健信息系统的开发工作进行总结并提出展望。 关键词：嵌入式：保健信息：系统功能：s q l i t e ：l in u x ：0 t e m b e d d e d ：s b c 一2 4 1 0 x 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 a b s t r a c t n o w a d a y sm a n yp r o d u c t sm a d e w i t ht h ee m b e d d e dt e c h n o l o g yh a v e0 0 n l ei n t o o u rd a i l yl i v e s ，s u c ha sc e l lp h o n e s ，p d a s ，m p 4a n ds t b s ，e t c a ne m b e d d e ds y s t e m i sc o m p o s e do fe m b e d d e dh a r d w a r ea n ds o r w a r e ，i nw h i c ht h eh a r d w a r ei st h eb a s i s a n dt h es o f t w a r ei st h es o u lo ft h es y s t e m s u c has y s t e mc a na l s ob ed e s c r i b e da s “a s p e c i a lc o m p u t e rs y s t e mw h i c hh a r d w a r ea n ds o f t w a r ec a nb et a i l o r e dt om e e tt h e d e m a n d so fv a r i o u sa p p l i c a t i o ns y s t e m st h a th a v es t r i c tr e q u i r e m e n t so ns y s t e m f u n c t i o n s ，r e l i a b i l i t i e s ，c o s t s ，s i z e s , e n e r g ye x h a u s t i n ga n d 0 1 1 ” i nt h i sp a p e r , i ti ss u r r o u n d e db yt h ea u t h o rp e r s o n a l l ya t t e n da n dc o m p l e t e i n d e p e n d e n c ef r o mt h eg r e a tw a l lo fj i a n g x in e t w o r kc o m p a n i e st od i s c l o s et h e b u r e a uo fj i a n g x ip r o v i n c eo f f i c et e c h n o l o g yp r o j e c t h e a l t hi n f o r m a t i o ni n q u i r y e m b e d d e ds y s t e m “e n h a n c e dv e r s i o no ft h es t u d ya n di m p l e m e n t a t i o n t h em a i nl i n e o f p a p e ri st h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fe m b e d d e dh e a l t hi n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e d o n l i n u x i tf o c u s e so nh o wt oc h o i c ea n ds t r e e tt h es y s t e mp l a t f o r m , i n c l u d i n gt h e h a r d w a r ep l a t f o r ma n ds o f t w a r ep l a t f o r m i ta l s of o c u s e so nh o wt oc o n s t n l e ta n d r e a l i z et h es y s t e mo v e r a l ls t r u c t u r ea n df u n c t i o nm o d u l e s n 圯t h e s i si n c l u d e st h ef o l l o w i n gc o n t e n t ： 1 t h ee x p l a n a t i o no ft h ep u r p o s e ，s i g n i f i c a n c e ，s o l l r c e sa n di n n o v a t i o n so ft h e t o p i c ，a n dt h es t a t u so f r e s e a r c h ； 2 t h eo u t l i n ea b o u tt h ed e v e l o p m e n to fe m b e d d e ds y s t e m , i n c l u d i n gt h e e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ，g r a p h i c a l1 1 5 0 1 i n t e r f a c ea n dd a t a b a s e ，e t c ； 3 t h ee s t a b l i s h m e n to fs y s t e md e v e l o p m e n tp l a t f o r m s ，i n c l u d i n gs o r w a r ea n d h a r d w a r ep l a t f o r m s ；t h eh a r d w a r ep l a t f o r mi sa r m 9s b c 2 4 1 0 x ；1 1 1 cs o f t w a r e p l a t f o r mi n c l u d e so p e r a t i n gs y s t e m ( l i n u x ) ，g u i ( q t e m b e d d e d - 3 1 2 ) a n de m b e d d e d d a t a b a s e ( s q l i t e ) ； 4 1 1 1 ea n a l y s i so fd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fs y s t e mf u n c t i o n s 。i n c l u d i n gt h e l a y o u to fs y s t e mi m e r f a c e sa n dd a t a b a s e s ，f o u c so nh o wt od e s i g ng u ib yq ta n dt h e v a r i o u so p e r a t i o n sa n du p d a t eb e t w e e nq ta n ds q l t i e ； 5 t h er e a l i z a t i o no fs y s t e mo p e r a t i o no ns b c 一2 4 1 0 x 。i n c l u d i n gt h ec r 0 跖 c o m p i l a t i o na n dt r a n s p l a n t a t i o no f t h ed a t a b a s es q l i t e ，g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e ( g u i ) q t j e m b e d d e da n dt h eh e a l t h - c a r es y s t e md o c t o r ； 6 t h es u m m a r i z a t i o no f t h er e s e a r c ha n df u t u r ew o r k k e y w o r d ：e m b e d d e d ；h e a l t hi n f o r m a t i o n ；s y s t e mf u n c t i o n ；s q l i m ；l i n u x ；q t e m b e d d e d ； s b c ，2 4 1 0 x u 基十l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 独创性声明 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，也不包含为获得或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。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。 学位论文作者签名：签字日期：年 月日 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解江西师范大学研究生学院有关保留、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。本人授权江西师范大学研究生学院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： 签字日期：年月曰 导师签名： 签字日期：年月 日 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 1 ，1 本课题的目的和意义 第一章绪论 随着社会经济的发展，自然资源及环境不断地遭受破坏，我们的生活环境 也越来越差，导致各种疾病的流行以及身体的亚健康状态，使我们越来越意识 到健康的重要性，健康就是宝贵的财富，有了健康就有了一切，失掉健康就失 掉一切。本课题的目的就是针对现代人对医疗保健信息的匮乏以及对健康的追 求，开发了一款以保健为主，娱乐为辅的“嵌入式保健信息系统”，这是一款高 科技的p d a 产品。它不仅包含了全面的保健知识，而且还包含了各种生活常识 和窍门，让人们既可以保健还可以提高生活质量。 嵌入式保健信息系统，对于个人来说，它是实用药箱，保健指南，生活质 量的保证；对于医生来说，它集中了权威医学专家的临床经验，急诊处理等知 识，而不用去查找厚重的医学资料。在嵌入式保健系统开发完成后，将它集成 到p d a 产品上进行推广和应用，将会对我国的医疗保健事业和入们的健康生活 起到不错的效果和深远的影响。 1 2 本课题的来源 本课题来自于江西长城网络公司的江西省科技厅0 4 年工业公关重点计划 项目嵌入式保健信息查询系统，在原课题组工作的基础上，进行重新设计和 开发，并完全真正实现了该软件系统对特定硬件设备的嵌入，从而增强了系统 的实用性和可移植性。本论文就是作者在直接参与并担任该项目研制与开发的 基础上撰写而成。 1 。3 本课题的创新点 本课题的创新点： 1 、在嵌入式保健信息系统的开发中，作者分析了各种嵌入式数据库的优缺 点，并根据系统开发的要求，将嵌入式数据库s q l i t e 与q t 技术在操作系统l i n u x 下进行了很好地结合，并将其成功交叉编译和移植到s b c 一2 4 1 0 x 主板上运行： 2 、由于q t 的缺省字符采用u t f 一8 编码，然而将程序中的字符串显示在系 统界面时，中文字符的显示就出现了乱码。在系统开发过程中，作者解决了字 符编码的转换同题，并生成通用的字符转换函数，方便地实现字符编码的转换。 3 、在数据库s q l i t e 3 命令行中提供了i m p o r tf i l et a b l e 命令来实现文 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 本添加至数据表功能，但是没有提供相应的s q l 语句来实现此功能。在信息更 新的功能中，作者通过自编函数来实现将最新的信息文件添加到相应的用户信 息数据表中。 4 、在嵌入式数据库s q l i t e 3 中，对数据库的各种操作都是在命令行输入 相应命令执行，而没有提供良好的图形用户界面。在系统的数据库维护功能中， 作者结合q t 编程技术，完全将s q l i t e 3 的各种数据库操作界面化，不仅限于当 前的保健信息的数据库操作，而且可以用于其他s q l i t e 数据库的操作。 1 4 国内外的研究现状 1 ，4 。1 数字医疗 数字医疗( e h o s p i t a l ) 系统是一种基于网络技术，现代计算技术和知识工 程的，面向社会的全面医疗服务和医疗信息系统。新一代数字医疗系统充分把 r r 技术应用于医疗保健行业，主要涉及了现代网络技术和知识发现技术，将整 个社会的医疗保健资源和社会的各种医疗保健服务。该技术分为三个层次：一是 为数字化终端，这类终端以嵌入式软件为核心，基于现代计算机技术直接接触 患者进行诊断和治疗。二是医院管理信息系统，它通过局域网络将医院内部的 各个业务流程，患者就诊流程，管理流程联系在一起，实现信息化的管理，存 储，通信，提高医院管理效率，规范业务流程，提高医院的竞争力。三是远程 医疗服务系统，即应用远程通信技术来提供医学信息服务和医疗服务。“” 1 4 2 医院信息系统 医院信息系统( i l h i s ) ，它是由广东巨龙信息科技有限公司开发完成的， 通过国家卫生部评审。它是根据现代医院管理模式和卫生部颁发的医院信息系 统( h i s ) 软件功能规范，采用国际先进的软件成熟度模型( c m m ) 的开发规 范理念，集各种类型先进的数据库和网络结构体系、信息安全、国际标准数据接 口等计算机及其网络技术，围绕以病人为中心，使医院获得优质高效的优秀软件 产品。它具有界面友好，设置灵活、操作方便、适应面广、功能强大、能满足各 级各类不同医院的需要等特点。 1 4 3 其它相关研究 欧美国家已经将嵌入式系统大量应用于医院，特别是应用于p d a 上的医学 大全和药典参考。此外，还有应用于临床的基于p d a 的病人跟踪系统。美国的 b i c o m e r i c a 公司为医生配备的r e a d ys c r i p t 解决方案是一个保健现场无线手 基于l i n u k 的嵌入式保健信息系统研究与实现 持处方开具和药物治疗管理解决方案。由移动数据库驱动的r e a d ys c r i p t 应 用允许医生以开具电子方式传送处方。利用r e a d ys c r i p t 无线手持设备，医 生可以经由i n t e r n e t 或其他电子连接将处方以电子方式传送到患者选择的药 房。台湾的新光医院和长庚医院都实施了移动医疗整合系统。该系统包括移动 住院医药子系统、移动住院子系统和移动居家子系统。 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 第二章嵌入式系统基础理论概述 2 1 嵌入式系统 2 1 1 什么是嵌入式系统 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适用 于应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有特殊要求的专用计 算机系统。 嵌入式系统与通用计算机系统的本质区别在于系统应用不同，嵌入式系统 是将一个计算机系统嵌入到对象系统中。这个对象可能是庞大的机器，也可能 是小巧的手持设备，用户并不关心这个计算机系统的存在。 嵌入式系统一般包含嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统和 应用程序4 个部分。它具有“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”的三个基 本要素。嵌入式领域已经有丰富的软硬件资源可以选择，涵盖了通信、网络、 工业控制、消费电子、汽车电子等各行各业。” 2 1 2 嵌入式系统的特点 嵌入式系统是应用于特定的环境下执行专业领域任务的应用系统，与通用 型计算机系统相比，它具有以下特点： ( 1 ) 嵌入式系统是面向特定系统应用的。嵌入式系统与通用型系统的最大 区别在于嵌入式系统大多工作在为特定用户群设计的系统中，因此嵌入式系统 具有低功耗、体积小、集成度高等特点，并且可以满足不同应用的特定需求。 ( 2 ) 嵌入式系统的硬件和软件都必须进行高效地设计、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。 ( 3 ) 嵌入式系统涉及计算机技术、微电子技术、电子技术和通信技术等各 行各业。它是个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 ( 4 ) 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，而不是存储于磁盘中。 ( 5 ) 嵌入式系统本身不具备本地系统开发能力和二次开发能力，即设计完 成后用户通常不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才 能进行再次开发。 ( 6 ) 嵌入式开发的软件代码尤其要求高质量、高可靠性，由于嵌入式设备 4 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 所处的环境往往是无人职守或条件恶劣的情况下，因此，其代码必须有更高的 要求。胁1 2 1 3 嵌入式系统的体系结构 嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，一般包括以下3 个方面：硬件设 备、嵌入式操作系统和应用软件。它们之间的关系如图2 1 所示。“5 1 l应用软件 e i嵌入式操作系统 硬件设备 嵌入式处理器外围设备 图2 1 嵌入式系统的体系结构图 1 、硬件设备 硬件设备包括嵌入式处理器和外围设备，其中嵌入式处理器( c p u ) 是嵌入 式系统的核心部分。嵌入式处理器与通用处理器最大的区别在于，嵌入式处理 器大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中，它将通用处理器中许多由板 卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化， 同时还具有很高的效率和可靠性。如今，全世界嵌入式处理器流行的体系结构 有3 0 多个系列，其中以a r m 、p o w e r p c 、m c6 8 0 0 0 、f l i p s 等使用得最为广泛。 外围设备是嵌入式系统中用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的 其他部件。目前常用的嵌入式外围设备按功能可分为存储设备( 如r a m 、s r a m 、 f l a s h 等) 、通信设备( 如r s 一2 3 2 接口、s p i 接口、以太网接口等) 和显示设备 ( 如显示屏等) 3 类。 2 、嵌入式操作系统 嵌入式操作系统不仅具有通用操作系统的一般功能，如向上提供对用户的 接口( 如图形界面、库函数a p i 等) ，向下提供与硬件设备交互的接口( 硬件驱 动程序等) ，管理复杂的系统资源，同时，它还在系统实时性、硬件依赖性、软 件固化性以及应用专用性等方面，具有更加鲜明的特点。 3 、应用软件 基于l i n t 的嵌入式保健信息系统研究与实现 应用软件是针对特定应用领域，基于某一固定的硬件平台，用来达到用户 预期目标的计算机软件。由于嵌入式系统自身的特点，决定了嵌入式应用软件 不仅要求做到准确性、安全性和稳定性等方面需要，而且还要尽可能地进行代 码优化，以减少对系统资源的消耗，降低硬件成本。“” 图2 2 嵌入式系统开发流程图 软 件 设 计 与 实 现 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 2 1 4 嵌入式系统开发流程 嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件 开发3 大部分，其总体流程图如上图2 2 所示。本文作者的主要工作就是软件 设计与实现，并完成软硬件集成和功能性能测试。 2 2 嵌入式操作系统 2 2 1 典型的嵌入式操作系统 1 ，嵌入式l i n u x 嵌入式l i n u x ( e m b e d d e dl i n u x ) 是指对标准l i n u x 经过小型化裁剪处理 之后，能够固化在容量只有几i ( b 或者几蛐字节的存储器芯片或者单片机中， 是适合于特定嵌入式应用场合的专用l i n u x 操作系统。在所有的操作系统中， l i n u x 本身的种种特性使其成为嵌入式开发中的首选。嵌入式l i n u x 系统需要 三个基本元素：系统引导工具( 用于机器加电后的系统定位引导) 、l i n u x 微内 核( 内存管理、程序管理) 、初始化进程。如果要它成为完整的操作系统并且保 持小型化，还必须加上硬件驱动程序、硬件接口程序和应用程序组。嵌入式 l i n u x 同l i n u x 一样，具有低成本、多种硬件平台支持、优异的性能和良好的 网络支持等优点。嵌入式l i n u x 还改善了内核结构和提高系统的实时性。 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 d r i y e l * 公司于1 9 8 3 年设计开发的一种嵌入式 实时操作系统( r t o s ) ，为程序员提供了高效的实时任务调度、中断管理、实时 的系统资源以及实时的任务问通信。该系统主要应用在单板机、数据网络和通 信等多方面。另外，v x w o r k s 具有高度的可靠性，从而保证了用户工作环境的 稳定。然而，v x w o r k s 的开发和使用都需要交高额的专利费，因此大大增加了 用户的开发成本。同时，v x w o r k s 的源码不公开，造成它部分功能的更新滞后， 3 w i n d o w sc e w i n d o w sc e 是微软开发的一个开放的，可升级的3 2 位嵌入式操作系统， 它采用模块化设计，并允许它对于从掌上电脑到专用的工控电子设备进行定制。 w i n d o w sc e 不仅继承了传统的w i n d o w s 图形界面，并且用户在w i n d o w sc e 平 台上可以使用w i n d o w s9 5 9 8 上的编程工具，也可以使用同样的函数、界面风 格等。 4 q n x 刚x 是由加拿大q n x 软件系统有限公司开发的一款实时操作系统，具有独 一无二的微内核实时平台，是建立在微内核和完全地址空间保护基础之上的， 7 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 具有实时性强，稳定可靠等优点。 5 。p a l mo s 自从1 9 9 6 年第一个p a l mp i l o t 诞生起，p a m lo s 在p d a 和掌上电脑有着 很大的用户群。p a l mo s 最明显的特点在精简，它的内核只有几千个字节，同 时用户也可以方便地开发定制。具有较强的可操作性。 2 2 2 嵌入式l if l u x 的内核结构 l i n u x 内核主要由5 个模块组成，分别为进程调度模块、内存管理模块、 文件系统模块、进程问通信模块和网络接口模块，结构方框图如图2 3 所示。 用户程序 i 函数库 l 上 上 i 系统调用接口 i ： l 文甜 i 进程间通信l ： 进程控制 ： ： 子系统 调度程序 i 字符设备块设备 i设备驱动程序 内存管理 iii l， 硬件控制 o- i硬件 内核级 用户级 内核级 硬件级 图2 - 3l i n u x 内核结构方框图 进程调度模块用来负责控制进程对c p u 资源的使用，所采取的调度策略是 各进程能够公平合理地访问c p u ，同时保证内核能及时地执行硬件操作。 内存管理模块用于确保所有进程能够安全的共享主机内存区，同时内存管 理模块还支持虚拟内存管理方式，使得l i n u x 支持进程使用比实际内存空间更 多的内存容量，并可以利用文件系统把暂时不用的内存数据块交换到外部存储 设备上，当需要时再交换回来。 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 文件系统模块用于支持对外部设备的驱动和存储。虚拟文件系统模块通过 向所有的外部存储设备提供一个通用的文件接口，隐藏了各种硬件设备的不同 细节，从而提供并支持与其他操作系统兼容的多种文件系统格式。 进程间通信模块子系统用于支持多种进程间的信息交换方式。 网络接口模块提供对多种网络通信标准的访问并支持许多网络硬件。 2 2 3 嵌入式l i n u x 的优点 l i n u x 从最开始就是一个开放的系统，并且它始终遵循源代码开放的原则， 它是一个成熟而稳定的网络操作系统。在开发过程中，l i n u x 作为嵌入式操作 系统具备如下的优点： ( 1 ) 低成本的开发系统，l i n u x 的源码开放性允许任何人可以获取并修改 l i n u x 的源码，使用户获得了最大的自由度。这样一方面大大降低了开发的成 本，另一方面又可以提高开发产品的效率； ( 2 ) 可应用于多种硬件平台，l i n u x 可支持x 8 6 ，p o w e r p c 、a r m 、x s c a l e 、 m i p s 、s h 、6 8 k 、a l p h a 、s p a r c 等多种体系结构，并且已经被移植到多种硬件 平台。l i n u x 采用一个统一的框架对硬件进行管理，同时从一个硬件平台到另 一个硬件平台的改动与上层应用无关； ( 3 ) 可定制的内核，l i n u x 具有独特的内核模块机制，它可以根据用户的 需要，实时地将某些模块插入到内核中或者从内核中移走，并能根据嵌入式设 备的个性需要量体裁衣。经裁减的l i n u x 内核最小可达到1 5 0 k b 以下，尤其适 合嵌入式领域中资源受限的实际情况； ( 4 ) 性能优异，l i n u x 系统内核精简、高效和稳定，能够充分发挥硬件的 功能，因此它比其他操作系统的运行效率更高。在个入计算机上使用t i n u x ， 可以将它作为工作站。它也非常适合在嵌入式领域中应用，对比其他操作系统， 它占用的资源更少，运行更稳定，速度更快； ( 5 ) 良好的网络支持，l i n u x 是首选实现t c p i p 协议栈的操作系统，它 的内核结构在网络方面是非常完整的，并提供了对包括十兆位、百兆位及千兆 位的以太网，还有无线网络、t o k e nr i n g ( 令牌环) 和光纤甚至卫星的支持， 这对现在依赖网络的嵌入式设备是很好的选择等等。“” 2 3 嵌入式图形用户界面( g uj ) 2 3 1 典型的嵌入式g u i 1 q t e m b e d d e d 9 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 q t e m b e d d e d 是t r o l lt e c h 公司以原始q t 为基础并做了许多调整以适用 于嵌入式环境。o t e e m b e d d e d 通过q ta p i 与l i n u xi o 设施直接交互，成为 嵌入式l i n u x 端口。q t e m b e d d e d 的主要特点面向对象编程、丰富的控件资源、 可移植性较好、有优越的绘图功能等。o t e m b e d d e d 采用s e r v e r c l i e n t 结构， 类库完全采用c + + 封装。q t 以工具开发包的形式提供给开发者，这些开发包包 括图形设计器、m a k e f i l e 制作工具、字体化国际工具和q t 的完备c + 十类库等。 它给开发者提供了丰富的窗口构件( w i d g e t s ) ，并且还支持窗口部件的定制， 因此可以为用户提供丰富的图形界面。正因如此，q t e m b e d d e d 结构过于复杂 臃肿，很难进行底层的扩充、定制和移植。 2 紧缩的xw i n d o w 系统 xw i n d o w 是l i n u x 以及其它类u n i x 系统的标准g u i 。xw i n d o w s 系统采用 标准的客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 体系结构，具有可扩展性好、可移植性 好等优点，但该系统庞大、累赘和低效率。另外，该系统的源代码尚不开放， 很难进行本地化的开发。 3 m i c r o w i n d o w s m i c r o w i n d o w s 是c e n t u r ys o f t w a r e 主持的开放源码的嵌入式g u i 项目， 提供类似于x 的客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 体系结构。m i c r o w i n d o w s 的移 植性很强，它支持多种软硬件。m i e r o w i n d o w s 采用分层设计方法，以便不同的 层面能够在需要的时候改写，充分体现了嵌入式系统定制之特色。另外， m i c r o w i n d o w s 提供了比较完善的图形功能，包括一些高级功能。但是作为一个 窗口系统，该项目提供的窗口处理功能还需要进一步完善，还有汉化处理方面 不好，键盘和鼠标等驱动还很不完善。 4 m i n i g u i m i n i g u i 是由北京飞漫软件技术有限公司开发的面向实时嵌入式系统的轻 量级图形用户界面支持系统。它主要运行于l i n u x 控制台，遵循l g p l 条款的纯 自由软件。m i n i g u i 灵活性好，可定制能力强，提供了完备的多窗口机制，消 息传递机制，并支持多字符集和多字体等。然而，它的图形功能尚不完善，对 图形设备的抽象层次太高。 5 o p e n g u i o r ，e n g u i 基于一个用汇编实现的x 8 6 图形内核，提供了一个高层的c c + + 图形窗口接口，还提供了2 维绘图原语，消息驱动的a p i ，b m p 文件格式支持。 o p e n g u l 支持鼠标和键盘的事件，并支持8 ，1 5 ，1 6 和3 2 位颜色模型。然而， 由于其内核用汇编实现，可移植性受到影响。嗍 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 2 3 2o t e i t l b e d d e d 的体系结构 q t e m b e d d e d 是q t 在嵌入式系统上应用的嵌入式用户图形界面( g u i ) 系 统，层次结构如图2 4 所示。同q t x l l 相比，q t e m b e d d e d 很省内存，因为它 不需要一个x 服务器或是x l i b 库，它在底层摈弃了x l i b ，采用f r a m e b u f f e r ( 帧缓冲) 作为底层图形接口。同时，将外部输入设备抽象为k e y b o a r d 和m o u s e 输入事件。q t e m b e d d e d 的应用程序可以直接写入内核缓冲帧，这样避免了开 发者使用繁琐的x l i b s e r v e r 系统。q t e m b e d d e d 与q t x 1 1 的结构比较如图2 5 所示。m 1 q “e m b e d d e d 应用程序 q w s s e r v e r - 一图形事件 q t e m b e d d c d f r a m e b u f f e r输入设备驱动 l i n u x 操作系统 底层硬件平台 应用源代码 q t a p i q t x l i q t e m b e d d e d q t ) ( i i b xw i n d o ws e r v e r 帧缓冲 l i n u x 内核 图2 4q t e m b e d d e d 层次结构图2 5o t e m b e d d e d 与o t x l l 的结构比较 2 3 3o r e m b e d d e d 的优点 q t e m b e d d e d 作为典型的嵌入式图形用户界面( g u i ) ，比较其它的g u i 具 有如下的优点： ( 1 ) 优良的跨平台特性，目前q t 支持的操作系统包括w i n d o w s 系列、 m a c i n t o s h im a c0 s x 、u n i x l i n u x s o l a r i s 和包含有帧缓冲( f r a m e b u f f e r ) 的嵌入式l i n u x 平台等； ( 2 ) 具有丰富的a p i ，q t 包括多达2 5 0 个以上的c + + 类，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 ym a n a g e m e n t ， d a t e t i m e 类，还包括对正则表达式的处理功能； ( 3 ) 面向对象特性，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，对于用户开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 l o t s ( 信号插槽机制) 的安全类型来代替c a l l b a c k ，这使得各个元件之间的协同 工作变得十分简单； ( 4 ) 大量的开发文档，它给开发者提供了丰富的帮助文件，使得开发过程更 加方便，初学者更容易掌握： 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 ( 5 ) 丰富的窗口构件( w i d g e t s ) ，并且还支持窗口部件的定制，因此可以为 用户提供丰富的图形界面等等。 2 4 嵌入式数据库 2 4 1 典型的嵌入式数据库 1 s q l i t e s q l i t e 是d r i c h a r dh i p p 用c 语言编写的开源嵌入式数据库，全部源代 码约3 万行，完整配置少于2 5 0 k b ，忽略一些可选特性的少于1 5 0 k b ，支持的数 据库大小为2 t b 。s q l i t e 简单易学、速度较快，同时提供了丰富的数据库接口， 提供了对s o l 9 2 的大多数支持：支持多表和索引、事务、视图、触发和一系列 的用户接口及驱动。s q l i t e 直接在应用程序进程中运行，提供了零配置运行模 式，并且资源占有非常少，还可以运行在大多数操作系统上，并且支持c c + + ， j a v a 等常用的开发工具。“” 2 b e r k e l e yd b b e r k e l e yd b 是由s l e e p y c a ts o f t w a r e 开发的轻量级嵌入式数据库，它不 仅适用于嵌入式系统，而且可以直接连接到应用程序内部，和应用程序运行在 同一地址空间。传统的数据库一般作为独立服务器工作，而b e r k e l e yd b 是软 件开发库，开发者将它嵌入到应用程序中，应用程序本身就是一个服务器，而 只是利用嵌入式数据库开发来实现定制的数据库逻辑，避免了与应用服务器进 程问通信的开销，因此b e r k e l e yo b 具有较高的运行效率，适用于资源受限的 嵌入式系统。 3 s y b a s e 。 1 9 8 4 年，m a r kb h i f f m a n 和r o b e r te p s t e r n 创建了s y b a s e 公司，并在 1 9 8 7 年推出了s y b a s e 数据库产品，对u n i x 操作系统目前广泛应用的为s y b a s e l o 及s y a b s e1 1f o rs c ou n i x 。它是基于客户服务器体系结构的数据库。主 要由三部分组成：( 1 ) 进行数据库管理和维护的一个联机的关系数据库管理系 统s y b a s es o ls e r v e r 是个可编程的数据库管理系统，它是整个s y b a s e 产品的 核心软件，起着数据管理、高速缓冲管理、事务管理的作用；( 2 ) 支持数据库 应用系统的建立与开发的一组前端工具s y b a s es q lt o o l s e t ：( 3 ) i s q l 是与 s o ls e r v e f 进行交互的一种s o l 句法分析器。i s q l 接收用户发出的s o l 语言， 将其发送给s o ls e r v e r ，并将结果以形式化的方式显示在用户的标准输出上。 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 2 4 2s q li t e 的内部结构 s q l i t e 的内部结构由四部分组成：s q l 编译器( s q l c o m p i l e r ) 、内核( c o r e ) 、 后端( b a c k e n d ) 以及附件( a c c e s s o r i e s ) ，它的内部结构组成如图2 - 6 所示。 s o l 编译器的前两层是标记处理器( t o k e n i z e r ) 和分析器( p a r s e r ) ，可以产生 高效的代码。后端是基于k n u t h 优化的b 树，通过页面缓冲和操作系统获得对 数据的高速存储。内核的重点是虚拟机( v i r t u a lm a c h i n e ) ，完成数据存储的全 部操作，是用户和存储间交换信息的中间单元。附件主要进行代码的测试，在 主要代码文件中有许多a s s e r t o 语句。o s t e s t c 向后的接口程序用来模拟断电， 来验证页面调度程序中的系统性事故恢复机制。因此，所有s q l 语句都被编 译成易读的、可以在虚拟机中执行的程序集，并通过后端完成s q l 的查询要 求。 图2 - 6s q l i t c 的体系结构 2 4 3s q ii t e 的常见a p i 函数 l 、打开数据库 i n ts q l i t e 3o p e n ( c o n s tc h a r * f i l e n a m e 数据库名字+ ， s q l i t e 3 + p p d b，s q l i t e 数据库指针 ) ； 13 基于l i n u x 的嵌入式保健信息系统研究与实现 函数功能：打开名为f i l e m m e 的数据库，并生成操作数据库的指针p p d b 。 如果数据库不存在，则创建一个名字为f i l e n a m e 的数据库。如果打开或新建数 据库成功，返回s q l i t eo k ，否则返回相应的错误代码。 2 、执行s q l 语句 i n ts q l i t e 3 _ e x e e ( s q l i t e 3 * 。 打开的数据库+ ， c o n s tc h a r * s q l 执行的s q l 语句+ s q l i t cc a l l b a c k , 严回调函数， v o i d 回调函数的第一个参数， c h a r * * e x r m s g 严出错信息。 ) ； 函数功能：执行s q l 语句的命令，若s q i 为查询命令，则对每一行的查询结 果运行一次回调函数，回调函数正常返回值为0 ，否则查询失败，s q l 语句被跳 过，返回值为s q l i t e _ a b o r t 。 3 、保存查询结果 i n ts q l i t e 3g e t _ t a b l e ( s q l i t e 3 * 打开的数据库+ c o n s tc h a r * s q l 。 执行的s q l 语句 c h a r + r 鹤i l l t ，结果写入指针指向的数组 h a t * t f f o w ，结果的行数， i n t * n c o l u n m , ，结果的歹数 c h a r * * 髓- r m s g 。错误信息 ) ； 函数功能：执行s q l 语句，结果保存在r e s u l t 数组中，n r o w 为结果的行数， n c o l u m n 为结果的列数，错误信息存放在e m n s g 中。 4 、释放空间 v o i ds q l i t e