（信号与信息处理专业论文）嵌入式媒体广告终端软件系统的设计与实现.pdf

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 嵌入式媒体广告终端软件系统的设计与实现 摘要 随着嵌入式技术和视频编解码技术的高速发展，机顶盒的应用越来越 多。酒店大堂、银行大厅等公共场所用嵌入式机顶盒提供视频、图片、滚动 消息的媒体广告服务。现在的媒体广告系统主要由w e b 服务器、业务服务 器群和终端构成，广告运营商通过w e b 浏览器控制和查看所有的机顶盒终 端，采用软件向接收业务服务器下达命令、播放任务和插播任务等。媒体广 告中的软件系统设计直接关系到机顶盒性能的高低，其重要性也愈显突出。 目前，媒体广告终端软件系统逐渐成为一个研究热点，国内外相关的研 究也比较多。经过多年的发展，已经推出了一些媒体广告终端软件系统。然 而，它也存在着灵活性差、不容易升级和后期维护比较困难等很多问题。 本文在对媒体广告终端软件系统的开发方式以及实现要求作了整体分析 之后，对该软件系统进行了整体的设计。 1 介绍m i c r o s y s t e m s 公司的c 2 c 1 1 0 0 处理器和硬件平台。 2 网络的设计实现及x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标记 语言) 文件的解析。在这部分主要是完成与业务服务器的网络连接和通信， 并且将收到的x m l 文档进行解析，得到广告节目表。 3 以f i s h g u i 框架系统为基础，用模块的方式设计实现广告节目单中 的任务、模板、区域和元素，主要研究的任务、模板、区域和元素的调度。 4 针对点阵字体显示效果方面的不足，提出利用f r e e t y p e 向量字体图 形引擎库，将文本转换成向量字体以便在屏幕上实现滚动字幕。 通过完成以上工作，使终端能够成功的接收到业务服务器下达的任务、 对任务进行解析并且按照任务的要求进行任务和元素的调度，基本达到了媒 体广告终端的软件的设计目的。 本媒体广告终端产品已在江苏电信项目中应用并取得了很好的回馈。 关键词嵌入式；媒体广告；x m l ；f r e e t y p e ；f i s h g u i 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fs o f t w a r es y s t e mo i l e m b e d e dm e d i aa d v e r t i s e m e n tt e r m i n a l a b s t r a c t a st h ef a s td e v e l o p m e n to ft h et e c h n o l o g yo fe m b e d e da n dt h ev i d e oc o d i n g ， t h ea p p l i c a t i o no fs t bi sm o r ea n dm o r ev a r i e d t h ee m b e d e ds t b sp r o v i d et h e m e d i aa d v e r t i s e m e n ts e r v e r so fv i d e o ，p i c t u r ea n dr o l l i n gi n f o t n a t i o ni nt h e p u b l i ca sh a l lo fh o s p i t a lo rb a n ke t c r e c e n t l yt h em e d i aa ds y s t e mi sc o n s i s t e d o fw e bs e r v e r s ，b u s i n e s ss e r v e r s e sa n dt e m i n a l s 。a do p e r a t i o nb u s i n e s s e sc a n e o n t r o la n dc h e c ka l lo ft e m i n a l s 。a n dc u s t o m i z et h et a s kw h i c hi sd i s p l a y e di n t e m i n a l sb yaw e bb r o w s e r t h es o f t w a r eo fm e d i aa dt e r m i n a li s p r i m a r i l y r e s p o s i b l ef o rr e c e i v i n gt h ec o m m a n do f b u s i n e s ss e r v e r s ，p l a y i n gt a s k ，i n s e r t e d t a s ka n de t c t h ed e s i g no ft h es o f t w a r es y s t e mi nm e d i aa dr e l a t e st ot h es t b p e r f o r m a n c e ，s oi ti sm o r ei m p o r t a n t a tp r e s e n t ，t h es o f t w a r es y s t e mi nm e d i aa dt e m i n a li sb e c o m i n gar e s e a r c h f o c u sa th o m ea n da b r o a d a f t e rm a n yy e a r so fd e v e l o p m e n t t h e r ew e r es o m e s o f t w a r es y s t e m so fm e d i aa dt e m i n a l b u tt h e ya l s oh a v es o m ep r o b l e m sw h i c h a r el e s sf l e x i b i l i t y , u n e a s eu p d a t ea n dd i 衔c u l t yi nl a t e rm a i n t e n a n c e a f t e ra n a l y z e dt h e d e v e l o p m e n tm e t h o da n dr e q u i r e m e n t so fs o f t w a r e s y s t e mi nm e d i aa dt e m i n a l ，t h ew h o l es o r w a r es y s t e mw i l lb ed e s i g n e d 1 t h ec 2 c110 0p r o c e s s o ro fm i c r o s y s t e m sc o m p a n ya n dh a r d w a r e p l a t e f o r mi si n t r o d u c e d 2 d e s i g na n di m p l e m e n t et h en e ts o f t w a r ea n dp a r s e dx m l ( e x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ) s o f t w a r e i nt h i sp a r t ，i tw i l lb ec o m p l e t e dt oc o n n e c ta n d c o m m u n i c a t et ob u s i n e s ss e r v e r s a n dp a r s et h ex m ld o c u m e n tw h i c hr e c e i v e d f r o mb u s i n e s ss e r v e r s ，t h e ng e ta d v e r t i s e m e n tl i s t s 3 b a s e do nf i s h g u if r a m e w o r ks y s t e m ，i ti si m p l e m e n t e dt a s k ，t e m p l a t e ， r e g i o na n de l e m e n ti nt h ea d v e r t i s e m e n tl i s t sa sm o d u l e t h es c h e d u l ew i l l p r i m a r i l yb er e s e a c h e di nt a s k s ，t e m p l a t e sr e g i o n sa n de l e m e n t s 1 i - 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 4 a i m e da tt h el a c ki nt h ee f f e c t so fd i p l a y e dr e s t e rf o n t s ，t h ef r e e t y p e e n g i n ei sp r o p o s e dt oc o n v e r tt h et e x tt ov e c t o rf o n t sw h i c hi sr o l l i n go nt h e s e r e e n b yc o m p l e t e dt h ea b o v ew o r k s ，t e m i n a l sc a l ls u c e s s et or e c e i v et h et a s k f r o mb u s i n e s ss e r v e r s ，p a r s et h et a s kt h e ns c h e d u l et a s k so re l e m e n t s t h e p u r p o s eo fs o f t w a r ei nm e d i aa dt e r m i n a l si sb a s i c a l l ya c h i e v e d t h i sm e d i aa dt e r m i n a li si na p p l i c a t i o no fj i a n gs ut e l e c o m ，a n dg a i n e d g o o df e e d b a c k k e y w o r d se m b e d d e d ，m e d i aa d v e r t i s e m e n t ，x m l ，f r e e t y p e ，f i s h g u i i i i 。 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文嵌入式媒体广告终端软件 系统的设计与实现，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学 位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分 外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人 和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承 氇 9， pli 作者签名：形矽嘏为 日期： 2 0 0 9 年3 且伽 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 嵌入式媒体广告终端软件系统的设计与实现系本人在哈尔滨理工大 学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果 归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本 人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔 滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的 全部或部分内容。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用授权书。 不保密囝 。 ( 请在以上相应方框内打) 作者签名：菇鹤 导师签名： 日期：2 0 0 9 年3 月函 日期：2 0 0 9 年3 月怕 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 随着科技与经济的发展，广告正逐步的渗入到我们生活的每一个角落，其 表现形式也越来越多样化，同时嵌入式和网络技术的高速发展给广告赋予了新 的表现形式，媒体广告终端正是在这样一种环境下孕育而生的。 1 1 课题背景 媒体广告终端，是利用网络传输广告内容的广告系统中的终端设备，它在 欧洲有着较为广泛的应用。自2 0 0 2 年以来，随着宽带网络的普及和使用成本 的降低，不少大型的广告运营商开始了全新的广告模式：使用i p 网络进行广 告内容的传输。 媒体广告系统的主要功能是发布视频、文字、图片等广告信息。通过架设 在人流密集区域( 比如车站、机场等交通枢纽，或者商场、超市、银行大厅等 公众场合) 的媒体广告终端设备，广告运营商向社会大众发布产品广告，并向 产品厂家收取费用。广告的内容涉及到产品介绍、宣传、电影预告等商业广 告，也包括天气预报、交通信息、新闻发布等公益内容。 从广告运营的角度看，这种运营模式已经存在了许多年。 最原始的平面广告，即平面广告牌或宣传画，虽然现在也是广告不可或缺 的一种表现形式，但也由于其单一的表现形式而正逐步的退出历史的舞台。然 后是采用地面广播的技术，用纯粹的电视机作为广告终端设备，但用电视机接 收地面广播的做法存在内容单一( 不能针对不同场合播放不同内容) 、占用资源 ( 频道资源非常有限，很难获得) 、效果不佳( 地面广播信号质量不稳定) 的缺 点。 随着v c d d v d t l 】技术的飞速发展，又改用盘片作为内容的承载媒体，采 用v c d d v d 机加电视机作为广告终端设备，但使用v c d d v d 机的方式存在 内容更新困难( 需要逐一更换) 、硬件疲劳( 昼夜不停的播放使v c d d v d 机容 易损坏) 、制作成本高( 每次更换节目甚至是节目顺序都要重新制作光盘) 的问 题1 2 , 3 1 。 近两年，由于网络技术和嵌入式技术的突飞猛进，越来越多的运营商开始 将i n t e m e t 宽带+ 嵌入式机顶盒的模式应用到这一领域【4 】。这一模式能避免地面 广播和盘片方式所遇到的问题，在宽带普及的前提下使用效果不错，前两种方 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 式必然会逐渐被淘汰，故本项目是针对最先进的媒体媒体广告系统来开发对应 的软件系统。 目前，市面上并没有成熟的设备和专用的软件，因此所有的运营商都是采 用定制的p c 机配合微软的w i n d o w s 操作系统作为终端设备。可想而知，这样 的产品，在稳定性、可靠性方面是远远不能满足用户的需求的。 1 2 研究意义 这个课题的研究主要是为了解决原有的基于p c 机的媒体广告系统的弊 端，针对媒体广告运营的要求来进行产品规划设计。 从目前的基于p c 机的网络广告系统的运行情况来看，其功能已经能满足 用户的初级要求，并具各一定的功能扩展能力嘲。但是，仍存在一些其不可克 服的问题： 1 稳定性差p c 机搭配微软的w i n d o w sx p 操作系统，在桌面计算机市 场总体来说还是非常稳定的。但是，当这种系统进入广告机领域时，其不适应 性就体现出来了。首先，广告机要求随时断电，这对p c 机是一个考验，我们 知道，w i n d o w s 系统如果没有按照正常程序关机，在启动时会进行磁盘扫描， 启动时间太长。如果禁用磁盘扫描功能，则一旦出现文件系统错误，将导致程 序异常。 2 价格高昂由于这个市场需用的是高清节目，在采用p c 软译码工作的 时候，对c p u 的要求很高，内存和显卡的配置也比较高，不包括显示器，这 样一台p c 的成本在中国也要3 0 0 0 元，在欧洲市场上则更高。同时，w i n d o w $ x p 操作系统的批量售价也在人民币1 0 0 0 元以上，这都是搭建p c 系统必须付 出的投资。 3 维护困难对于p c 机的维护是一项专业的工作，需要经过专业培训的 人士才能完成，这样的设备放在露天、楼道、店铺当中，出现问题必须由专业 的维护人员才能完成，这将给使用该设备的运营公司带来一笔巨大的为开销。 为此，对专用的基于l i n u x 嵌入式的媒体广告系统的需求也日益突出，针 对此情况，本课题采用m i c r o s y s t e m s 公司的嵌入式芯片c 2 c 11 0 0 ( 这款芯片对 视频译码可以支持到1 0 8 0 i ) 研发基于嵌入式技术的媒体广告系统。l i n u x 操作 系统作为u n i x 系统的衍生，常常作为网络服务器使用其稳定性是超过 w i n d o w sx p 操作系统的。同时l i n u x 操作系统是开源项目，使用不需要付 费。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 1 3 媒体广告终端机顶盒国内外研究现状 1 3 1 媒体广告终端机顶盒国内研究现状 媒体机顶盒在国内刚刚起步，但是由于市场需要的巨大，现在已经有几家 公司相继推出了自己的产品，具体信息见表1 - 1 。 表1 1 国内媒体广告终端的优缺点 t a b l el la d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f m e d i aa dt e r m i n a la th o m e 公司名称产品优点缺点 支持红外线遥控，8 0 g 硬盘外形较大，不支援高清视 g 小j p 一2 0 0 提高了文件的存储空间，为频，图像有毛边现象不够 嵌入式技术细腻 北京九华【6 7 l 支持红外线遥控，8 0 g 硬盘 外形较大，不支援高清视 提高了文件的存储空间，为 讯联达频，图像有毛边现象不够 嵌入式技术，主板设计存在 细腻 问题有时会有死机现象。 高级网络显示 外形小巧，支援高清视频，不支持遥控器，为p c + 支援g i f ，b m p ，j p g ，w i n d o w s x p 平台，长期 终端i m i n i f l a s h p p t 的稳定性是潜藏的问题 北京视翰1 8 , 9 】 不支援高清视频，c p u ： 外形小巧，嵌入式l i n u x 架 e 世界构，支持v g a 、a v 接口， s u n p l u s - 1 0 0 1 ( 主频： 2 5 0 m h z ) ，不支持 支持多种格式的视频 q t e m b e d e d 嵌入式架构，支持标清 接口单一，接硬盘需另行 d m 3 8 0 0 ( 7 2 0 p ) ，支持多种视频和图片 配置硬盘托架 格式 上海大亚【1 0 ，1 1 】 大亚嵌入式架构，支持多种视频 接口单一，接硬盘需另行 配置硬盘托架，不支持遥 d m 6 8 x x和图片格式 控器 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 1 3 2 媒体广告终端机顶盒国外研究现状 媒体机顶盒在国外目前已经有多家公司拥有相同的功能的产品，相关信息 如表卜2 所示。 表l - 2 国外媒体广告终端概况 t a b l e1 - 2g e n e r a ls i t u a t i o no f m e d i aa dt e r m i n a la b r o a d 公司名称 产品情况 a m i n o 一家主要面向家庭提供视频语音数据服务的公司，规模不大，其 c o m m u n i c a t i o n s i l 2 产品采用l i n u x 作为嵌入式平台。 以传统的d v b 数字机顶盒起家的韩国公司，目前正在计划推出流 h u m a x t l 3 1 媒体机顶盒产品。 提供m p e g - 4 解码机顶盒的厂家，并拥有面向t v 服务应用服务 k r e a t e l 器软件，规模一般。 进入机顶盒领域的国际大公司，其以前主要提供数字电视、高清 m o t o r o l a d 4 i 晰电视的机顶盒为主，估计也有推出媒体机顶盒的计划，但没有 官方申明。 p a c em r c r o 全球最大的疋流媒体机顶盒的开发供货商，他们将该产品称为宽 t e c h n o l o g y 1 5 】 带网家庭网关，功能相近。 法国的汤姆逊公司是一家知名的多媒体设备供货商，已宣布有一 t h o m s o n 1 6 1 款新的i p 机顶盒面世。 1 4 本文主要研究工作 本文在嵌入式与视频解码技术迅速发展的背景下，对媒体广告终端软件系 统进行了设计和实现。 论文主要研究工作的内容有： 1 网络接收的设计与实现及x m l 文档的解析。 在这部分主要是完成与业务服务器的网络连接和通信，并且将收到的x m l 文档进行解析，得到广告节目表。 2 任务和元素调度的设计与实现。 以f i s h g u i 框架系统为基础，用模块的方式设计实现广告节目单中的任 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 务、模板、区域和元素的定时器，在根据任务和元素的特性进行调度。 3 针对点阵字体显示效果方面的不足，提出利用f r e e 聊e 向量字体图形 引擎库，将文本转换成向量字体以便在屏幕上实现滚动字幕。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 第2 章媒体广告终端总体设计方案 2 1 媒体广告终端的硬件概述 本媒体广告终端的嵌入式芯片采用的是m i c r o s y s t e m s 公司的c 2 c 1 1 0 0 。 而终端的硬件开发板是由北京讯业公司研制。 2 1 1 处理器核心部分 c 2 c 1 1 0 0 包括媒体处理器、d m a 控制器、内存控制器、熵引擎、运动估 计器、流传输多路分解器、屏幕播放模块、视频输出滤波器和t v 编码模块， 具体说明如下。 1 媒体处理器媒体处理单元( ) 是一个配有2 5 6 位的向量运算单元和 3 2 k b 联合c a c h e b u f f e r ( c c b ) 单元的3 2 砌s c 超标量处理单元。标量处理单元 可以在一个时钟周期内执行4 条命令。媒体处理器执行专用的c c b 中的指 令，这些指令可以被加载到c a c h e 中或者也可以由引导控制器在开始的加载。 媒体处理器包含一个支持虚拟内存的t l b ，它带有一个每页4 k 到16 m b 的可编程页。 2 d m a 控制器d m a 控制器( h u b ) 是一个提供高效调度和安排d m a 、 m p u 缓存及m p u 的l o a d s t o r e 同主存储器的数据交换的高速执行的交换结构 【1 7 l 。它一共有1 6 条d m a ( i o d m a ) 信道，一个高性能的缓存处理器和一个支持 处理可编程初始化的缓存整行存取的b u f f e rd m a ( b d m a ) 。 除了i o d m a 、b d m a 和缓存l o a d s t o r e 方式外，还有4 个专门为录制和 播放视频接口的高性能的v d m a 信道( 2 路进，2 路出) 。这些“热 连接的 d m a 保证了在低执行期时有一个实时的视频数据交换。 3 内存控制器内存控$ 1 j - 器( m c ) 管理一个3 2 位的高速d r a m 系统，提 供一个最高3 3 3 m h z 时钟速率( d d r 2 6 6 7 ) 的全时间和信号的完整的管理。内存 控制器的时钟和内核的时钟是异步的，这样提供了优化的数据交换能力。 内存控制器支持d d r l 和d d 2 两种内存型号，最高支持到1 g b i t 。 4 熵引擎熵引擎( e n e ) 被处理器用于处理字节流的编码和译码( 例如，在 m p e g 2 中应用的霍夫曼编码) 。它利用4 个d m a 输入通道和4 个d m a 输出 信道进行数据的输入输出。熵引擎是可编程的，也可按要求进行包括j p e g 、 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 m p e g 、h 2 6 4c a v l c 和微软公司的v c la 在内的标准编码。 5 运动估计器运动估计器( ) 被处理器在视频编码时使用，它处理输 入视频的块搜索相关生成运动向量。运动估计器利用d m a 信道进行数据的输 入和输出。像熵引擎一样，它是可编程的，也可以处理m p e g 、h 2 6 4 和微软 公司的v c l 的搜索策略。 6 流传输多路分解器流传输多路分解器( t s d ，c c l1 0 0 新增) 处理从被选 的视频埠引进数据流，从有效数数据流中筛选出编程选中的基本流发送到 v d m a 中。为管理本地时钟的恢复，它也能提取嵌入式系统的时钟。 7 屏幕播放模块屏幕播放模块( o s d ，c c l l 0 0 新增) 可以将图形和视频 合并，也可以辅助v d m a 模块。屏幕播放模块支持3 个相互覆盖的层和一个 背景层，每层均支持不同的像素色深和分辨率。o s d 模块包含了一个自动8 分 头的水平绘制器和一个3 x 3 的颜色空间转换器，这个颜色转换器简化了将当前 素材和被选中的输出设备匹配的过程。 8 视频输出滤波器视频输出滤波器协助播放模块( 模拟视频) 工作的。它 的目的是为数模转换或t v 编码模块进行数字视频数据的预处理。这个滤波器 实现一个3 2 抽头多相位f i r ，这个f i r 能支持低通、2 倍和4 倍的过采样操作 及4 ：2 ：2 - 4 ：4 ：4 的转换。 9 t v 编码模块t v 编码模块( t v e n c ，c c i1 0 0 新增) 协助播放模块( 模拟 视频) 工作的。它接收从视频输出滤波器的数字y u v 数据，转换成复合分量 的能进行视频数模转化的电视信号。 2 1 2 片内外设 1 本地总线本地总线是一个3 2 位的用来连接外围设备的地址数据复用 的总线。媒体处理器通过h u b 模块的桥连接访问本地总线。这个总线服务与 无核部件。 2 通用外围设备g p i o s 一组通用外围设备可以用来连接低速的i o 设 备。这些设备有g p i o ( 3 8 管脚，也可被其它部分共享) ；时钟( 4 脉冲、循环或 者捕获) u a r t ( 1 路带有可选的硬件流控制) ，最高2 m b i t s ；红外设备( 1 路输 入，l 路输出) ；1 2 c 接口，最高速率4 0 0 k b i t s ；s d 卡s d i o 设备，最高速率 2 5 m b y t e s ；2 个串行外围接口，第一个设备用来做启动r o m ；启动控制器。 3 高速外围设备一组高速外围设备用来连接快速i 0 设备。这些接口有 p c i 总线( 1 路，2 5 g b i t s ) ；s a t a ( i 路，1 5 g b i t s ) ；u s ba 和u s bb ( 高速2 o 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 接口，4 8 0m b i t s ) 。 4 视频，音频端口4 路视频和3 路音频端口提供的资源可以支持放大 a v 系统，例如使用对偶调谐器。这些埠有d a c ( 三个r g b 厂讯数模转换提 供了低速和高速的数据输出) 、视频a ( 支持高速和低速脉冲数据流的传输，也 支持l c d 驱动) 、视频b ( 同视频a ) 、视频c ( 同视频a ，但不支持高速数据) 、 数字音频a ( 最高支持到9 6 k h z ，立体声) 、数字音频b ( 最高支持到9 6 k h z ，立 体声) 、数字音频输出( 最高支持到9 6 k h z 输出，8 声道) 。 2 1 3 终端硬件平台 终端硬件平台的结构如图2 1 所示。本媒体广告终端具有丰富的视频输出 接口，有a v 、h d m i 、v g a 和y u v ，基本涵盖了目前市面上的视频输出接 口。输出的视频最高可以支持到高清1 0 8 0 i ( 分辨率为1 9 2 0 1 0 8 0 隔行扫描) 。 2 2 软件设计要求 图2 - 1 硬件结构图 f i g 2 - 1h a r d w a r es t m e t u r e 现代的媒体广告系统基本由w e b 服务器、业务服务器群、媒体广告终端组 成，如图2 2 所示。通常广告运营商在个人终端机上使用i e 浏览器订制广告 节目单，由w e b 服务器将节目单按照协议生成相应的任务x m l 文件，并通过 业务服务器群下发给指定的终端。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 媒体广告终端 端 图2 - 2 媒体广告系统 f i g 2 - 2m e d i aa d v e r t i s e m e n ts y s t e m 本媒体广告终端是一种基于网络的能够展示多种广告元素( 例如视频，图 片，网页，滚动字幕) 的机顶盒。由于其应用在广告领域，所以对媒体终端的 设计也与其它普通的机顶盒不完全相同。 1 支持多种广告元素伴随着嵌入式的发展，对媒体广告终端尤其是嵌入 式终端所支持的广告元素的种类也日益繁多，例如视频元素，图片元素，时钟 元素，滚动字幕元素等等。 2 支持多种任务模式和优先级由于广告运营商对所展示的广告的要求， 对终端增加任务机制，分为普通任务、插播任务和即时插播任务，具有不同的 优先级。插播任务和即时插播任务是为满足广告运营商对立即事件的响应而增 加的机制，优先级最高。当收到插播任务和即时插播任务时，立即停止普通任 务播放插播任务和即时插播任务。普通任务具有略低的优先级，而且普通任务 间也有优先级，将优先级最低的普通任务称为“垫片 ，通常在网络出现状况 无法正常收到命令时播放。 2 3 媒体广告终端的软件设计方案 2 3 1 软件系统的整体流程 整个软件系统可以分为5 个部分，分别是x m l 文档解析部分、网络部 9 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 分、任务调度程序部分和向量字体生成部分，其中x m l 文档解析部分对应的 是x m l p a r s e 静态库、网络部分对应的是s h o w c l i e n t 软件、任务调度程序部分 对应的是s h i n e c 2 m a n a g e m e n t 软件、向量字体生成部分对应的是l i b w g s 静态 库。 1 x m l p a r s e 静态库这是一个可以跨平 ( w i n d o w s ，l i n u x ) 的x m l 协议 解析的工程。由于在此媒体广告系统中w e b 服务器、业务服务器和终端之间通 信的协议都是基于x m l 的，所以x m l 协议的解析就成为终端最终理解用户 命令的必经之路。 2 s h o w c i i e n t 软件利用s o c k e t 套接字技术与业务服务器进行网络通 信。接受从业务服务器发送过来的各种命令，例如播放普通任务、插播任务和 滚动消息，停止任务，删除任务，与业务服务器任务同步等。并且将收到的命 令处理后，经过接i z i 传送给任务调度程序( s h i n e c 2 m a n a g e m e n t ) 。 3 。s h i n e c 2 m a n a g e m e n t 软件负责整个媒体广告终端的任务、模板和元 素的调度。它由f i s h g 框架系统提供的定时器，定时触发各种事件。 f i s h g l 框架系统将在后面详细介绍。 4 1 i b w g s 静态库这个一个静态库，用来将文字转化成向量字体( a p 向量 文字图片) 。它使用f r e e t y p e 向量字体引擎将文字转化为各种字体( 例如宋体、 楷体等) 的向量图。 2 3 2 嵌入式操作系统l i n u x 的移植 2 3 2 1 内核代码移植l i n u x 的移植是个繁重的工作，其主要包含启动代码的 修改，内核的链接及装入，参数传递，内核引导几个部分。l i n u x 内核分为体 系结构相关部分和体系结构无关部分。在l i n u x 启动的第阶段，内核与体 系结构相关部分( a r c h 目录下) 首先执行，它会完成硬件寄存器设置，内存映 像等初始化工作。然后把控制权转给内核中与系统结构无关部分。而我们在移 植工作中要改动的代码主要集中在与体系结构相关部分。 在a r c h 目录中我们可以看到有许多子目录，它们往往是用芯片命名的， 表示是针对该芯片体系结构的代码。为c 2 系列芯片编译内核，就应修改c 2 目录下的相关文件。在c 2 的子目录下我们可以找到一个b o o t b o o t p 目录，在 b o o t p 下有一个i n i t s 的文件，s 表示它是汇编语言文件。这里i n i t s 是用汇 编写成的。这个i i l i t s 就是引导l i n u x 内核在c 2 平台上启动的初始化代码。 它里头定义了一个全局符号s t a r t ，它定义了默认的起始地址。同时它也是整体 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 内核二进制镜像的起始标志。i n i t s 主要完成以下功能： 定义数据段、代码段、b s s ( 未初始化数据段) 起始地址变量并对b s s 段 进行初始化； 设置寄存器以初始化系统硬件； 关闭中断： 初始化l c d 显示： 将数据段数据复制到内存： 跳转到内核起始函数s t a r tk e r n e l 0 继续执行； 对主寄存器的修改。 初始化设置的寄存器则要根据你的平台，参考相应的芯片手册。一般要做 修改的寄存器有：片选组基地址寄存器，d r a m 存储配置寄存器，d r a m 片 选寄存器，中断屏蔽寄存器等。此后代码会进入到e n t r y s 继续执行，它会继 续完成对中断向量表配置等一系列动作。 第一阶段的启动过程除了以上所说的之外，还要进行内核的链接与装入等 工作。内核可执行文件是由许多链接在一起的目标文件组成的。我们以e l f ( 可链接可编译文件，是目前大多数l i n u x 系统都能认的一种文件格式) 为 例。e l f 文件有t e x t 文本段，d a t a 数据段，b s s 等组成。这些段又由链接脚本 负责链接装入。链接脚本又有输入文件和输出文件。输出文件中输出段告诉链 接器如何分配存储器。而输入文件的输入段则描述如何把输入文件与存储器映 射。 l i n u x 移植过程中内容非常多，涉及的知识量也很大，而且由于平台的不 同，和内核版本的不同所涉及的内容往往也有很大不同。所以以上给出内容也 仅作为读者参考之用。具体操作时还应收集相关平台及内核版本的详细资料， 才能展开相应工作。限于本文篇幅我们也无法做更深入的介绍。 2 3 2 2 内核的配置我们在配置和编译内核时都要用到l i n u x 系统下软件维 护和建立工具，这些工具包括m a k e 、a u t o c o n f 等，这些工具在内核配置编译 时的使用方法和应用程序开发时没有什么不同，不过内核配置为我们提供了更 友好的c u r s e s 的图形界面。 一 内核的配置比较复杂，对于在配套商提供的开发环境下进行内核配置，我 们一般可采用，配套商提供的默认配置然后再对其中作相应修改，而不必从头 配置内核，配置的关键是去除默认配置中多余的部分，例如在硬件设计时被裁 减掉的设备的驱动程序就可以去除。在此我们按照实际配置给出相应的步骤。 2 3 2 3 内核的编译编译内核，进入源码的目录 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 t a rj x v fu p l i n u x 。2 6 9 。r e l e a s e t a r b z 2 h 1 sl i n u x 2 6 9l i n u x e dl i n u x m a k ec l e a n清除历史文件 m a k ed e p用于生成依赖性 m a k ez l m a g e产生压缩的内核映像 生成的二迸制文件为在z l m a g e ，存储在a r c h c 2 b o o t z l m a g e 。由于对不需 要的功能进行了裁减，所以生成的内核映像大小一般在i m 以下。 2 3 3f i s h g u i 框架系统 f i s h g u i 框架系统来源于一个开源项目 z 9 1 。此系统是一个图形用户接口的 框架系统，主要为各种没有图形接口的嵌入式系统提供一个灵活、便捷的图形 接口开发环境，以使得应用系统开发组能用最快的速度开发出美观、高效的图 形接口应用程序，提高软件开发效率和产品质量。 整个框架系统分为：应用层( a p p l i c a t i o n ) 、框架层( f r a m e w o r k ) 和操作系统 适配层( o s a d a p t o r ) 。在本媒体广告终端的软件系统中主要应用了f i s h g u i 的 f r a m e w o r k 框架层，这里就简单介绍一下框架层，图2 - 3 为框架层的结构图。 图2 - 3f i s h g u i 框架层结构 f i g 2 - 3f i s h g u if r a m e w o r ka r c h i t e c t u r e 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 f i s h g u i 的框架层的类间关系： 定时器管理类( f g _ t i m e r m a n a g e r ) 中组合了若干定时器类( f g _ t i m e r ) 的对 象，这是一个组合关系。 键盘映像表管理器类( f gk e y m a p ) 中组合了若干个键盘映像表元素类 ( f gk e y的对象，这也属于组合关系( 在系统中，_mapltem) f i s h g u i f gk e y m a p 和f gk e y m a p l t e m 的作用是管理键盘消息和用户预定义的快捷键 之间的映射关系) ； f g t i m e r 和f g _ o b j e c t 之间，以及f g _ k e y m a p l t e m 和f g _ w i d g e t 之间都 是普通的关联关系； f gc o n t a i n e r 中包括若干个f g 的对象，这是组合关系：object f gw i n d o w 把一个f g 的对象组合在自己内部：keymap f g o b j e c t 有一个关联关系指向了自己，它表示的是窗口对象可以访问其 父窗口或子窗口。 本课题主要是使用了f i s h g u i 中的f r a m e w o r k 框架成，将f r a m e w o r k 框架 层中的定时器管理和定时器应用到s h i n e c 2 m a n a g e m e n t 的调度中，为任务、模 板、区域和元素记时，整个基于时间的调度原则都是构建在f r a m e w o r k 框架层 基础之上的。 。 2 4 本章小结 在对实际需求分析的基础上，提出了媒体广告终端软件系统的总体设计方 案。依照在需求分析时的具体要求将整个软件系统分成网络接口部分、x m l 解析部分、任务调度部分和向量字体生成部分，并对每一部分完成的功能进行 了分析，简要介绍的嵌入式操作系统l i n u x 在本终端上的移植，同时将调度模 块所使用的f i s h g u i 框架进行了介绍。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 第3 章媒体广告终端的x m l 文档解析的实现 x m l 是一种面向数据的标记规范，具有与描述w e b 页面的h t m l 语言相 似的格式【2 0 l 。x m l 结构严谨、简单易用，易于在应用程序中读写数据，因此 x m l 在数据存储和交换领域发挥了越来越重要的作用。本章简要说明x m l 的 基本概念及x m l 的语法格式，着重设计并实现对x m l 文档的解析。 3 1x m l 概述 x m l 是一种格式独立、与平台及应用程序无关的数据描述语言，由于其 语言结构具有良好扩展性，简单易用，适用于各行各业中，所以x m l 一经推 出就被广泛地采用，并且得到越来越多的软件厂商的支持。 3 1 1x i v i l 的概念 x m l 是e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ( 可扩展标记语言) 的缩写。它是 w 3 c ( 万维网联盟) 于1 9 9 5 年初制定的一种新的描述语言，用于描述数据文文 件中数据的组织和安排结构【2 l i 。x m l 的前身是s g m l ( t h es t a n d a r dg e n e r a l i z e d m a r k u pl a n g u a g e ) ，s g m l 最初是由i b m 于上世纪6 0 年代开发的一种用于排 版的符号化语言，称为g m l 。 x m l 是s g m l 的一个子集，它将s g m l 的丰富功能与h t m l 的易用性 结合到w e b 的应用中，以一种开放的、自我描述方式定义了数据结构【2 2 】。由 于x m l 可以自由地创造新的标记来配合应用，这使得x m l 的应用层面具有 无限的延伸性，不仅在网络上具有更好的发挥空间，对其它诸如文文件数据库 和多媒体数据库等复杂的数据系统也提供了很好的解决方案【2 3 1 。x m l 在描述 数据内容的同时能突出对结构的描述，从而体现出数据之间的关系。这样所组 织的数据对于应用程序和用户都是友好的、可操作的。 x m l 是以一种简单、标准、并可扩充的方式，将各种信息如文本、表 格，以及图形、图像等以原始数据( r a wd a t a ) 的方式存储，并加入一些可供标 识的标记( t a g s ) t 2 4 1 。网络中的服务器( s e r v e r s ) 及客户端设备( c l i e n td e v i c e s ) 根据 这些可供标识的标记将信息内容读取，并作迸一步处理，以获得自己所需的信 息。x m l 的出现给数据交换带来了一场革命它成为下一代网络发展的基石。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 3 i 2x m l 的特点 x m l 文档具有良好的自我描述能力以及很强的开放性和可扩展性。在 x m l 中，可以定义无限量的标记【2 5 1 。任何行业都可以按规定规则来定制专有 的标识，对信息中的元素进行描述，再通过x m l 解析程序进行处理，使信息 实现自我描述，这就大大拓展了可用标记的范围。x m l 一经推出就被广泛地 采用，并且得到越来越多的软件厂商的支持。 x m