（计算机科学与技术专业论文）amr中移动维护设备的研究与实现.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的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，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 包含为获得武汉理工大学或其它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了谢意。 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学 位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学 认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社 会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：荔璃 导师( 签名) 锕扛南日期 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着社会对信息化的要求越来越高，嵌入式技术获得了更广阔的发展空间。 嵌入式技术的发展促使各种智能移动设备广泛的应用到社会的各个方面，而 p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ) 因其功能丰富、应用简便、存储量大和对各种平台 的良好支持，在日常生活、工业、农业、医疗和军事等领域有更广阔的应用前景。 远程自动抄表技术是将计算机、网络通信及嵌入式开发相结合，实现对各 种网络仪表进行监控和管理的一种新技术。目前远程自动抄表已应用于生活和 工作中，但由于功能需求复杂、技术实现多样，仍然有很多需要完善的地方。 例如设备安装是否简单，系统维护是否便捷，网络通信是否安全稳定。作为远 程自动抄表在日常生活中的应用扩展，网络表系统开发除了采用传统的服务器、 中继器、网络表三层结构，还增加了智能移动设备用于应急抄表、设备安装与 维护等功能。 本文是以“公共事业网络表系统”项目为背景，实现了移动维护设备的设计 和开发。开发此移动维护设备的目的，是为了满足工作人员在移动作业时与服 务器保持正常通信，在应急情况下对设备进行监控管理，在设备初始化和系统 维护时对设备进行安装、更换与检测。该移动维护设备具有任务管理、信息上 报、移动中继、设备安装、维修管理等主要功能。其作为一种实际应用将进一 步完善公共事业网络表系统，使系统运作更加灵活和方便，更好的满足客户的 服务需求。 本文对p d a 应用开发技术进行了深入的研究。首先研究了系统软硬件开发 环境，通过几种嵌入式操作系统的分析和比较，选择了w i n d o wc e6 0 作为嵌 入式开发的操作系统；其次研究了w i n d o wc e6 0 下进行软件开发的特点，选 择n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 作为其开发工具。然后根据设计需求提出了一种 p d a 开发模型，并分析了该模型的体系结构。接着研究了p d a 开发需要使用 到的s o c k e t 通信技术，g p r s 远程无线通信技术、w i f i 局域网通信技术、串口 通信技术、移动数据库技术，并设计了用于通信的命令帧。最后根据实际系统 功能需求在n l s p t 9 8 0 手持设备上开发移动维护设备的应用系统。 本设计基本能满足上述功能需求，但由于硬件条件的限制还不能实现g p s 定位、图像扫描等功能。功能来源于需求，随着系统的推广应用和客户需求不 断增多，移动维护设备的功能会不断扩展，整个网络表系统也将不断完善。 关键词：嵌入式系统，移动维护设备，g p r s ，p d a ，w i n d o wc e6 0 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ei n f o r m a t i o n a lr e q u i r e m e n t so fs o c i e t yg r a d u a l l yi n c r e a s i n g , t h e e m b e d d e dt e c h n o l o g yo b t a i n sb r o a d e rs p a c ef o rd e v e l o p m e n t t h ed e v e l o p m e n to f e m b e d d e dt e c h n o l o g yp r o m o t e st h ea p p l i c a t i o no fs m a r tm o b i l ed e v i c e si na l l a s p e c t so fs o c i e t y b e c a u s eo fi t sr i c hf u n c t i o n , e a s yu s i n g , l a r g em e m o r yc a p a c i t y a n ds u p e r i o rs u p p o r tf o rv a r i o u sp l a t f o r m s ，p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n tw i l lb ew i d e l y u s e di nd a i l yl i f ea n da v a r i e t yo f f i e l d s r e m o t ea u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gi san c wt e c h n o l o g yo fm o n i t o r i n ga n d m a n a g i n g n e t w o r k e d m e t e r s ，w i t h t h e c o m p u t e r w e b s e r v i c e , n e t w o r k c o m m u n i c a t i o na n de m b e d d e dd e v e l o p m e n t a tp r e s e n t ，r e m o t ea u t o m a t i cm e t e r r e a d i n gh a sb e e na p p l i e d i nl i f ea n dw o r k b e c a u s eo fc o m p l e xf u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t sa n dd i v e r s et e c h n o l o g yi m p l e m e n t a t i o n , t h e r ea r es t i l lm a n ya s p e c t s n e e dt ob ei m p r o v e d f o re x a m p l e ，w h e t h e rt h ei n s t a l l a t i o no fd e v i c e si se a s y , w h e t h e rt h em a i n t e n a n c eo fs y s t e mi sc o n v e n i e n t ,w h e t h e rt h en e t w o r k c o m m u n i c a t i o ni ss a f e a n d s t a b l e , t h o s em u s tb ec o n s i d e r e d a st h er e m o t e a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n ga p p l i e di nd a i l yl i f e , t h en e t w o r ks y s t e mu s e sp d aw h i c h r e a l i z e st h em o b i l ew o r k , i na d d i t i o nt ot h et r a d i t i o n a lt h r e el a y e rs t r u c t u r e i nt h eb a c k g r o u n do fn e t w o r k e dm e t e rr e a d i n gs y s t e m , t h i st h e s i sp r e s e n t st h e d e s i g na n dd e v e l o p m e n to f t h em o b i l em a i n t e n a n c ed e v i c e i t sn e c e s s a r yt od e v e l o p t h em o b i l em a i n t e n a n c ed e v i c e , i no r d e rt o s a t i s f y i n gt h e f i n e c o m m u n i c a t i o n b e t w e e nv a r i o u s d e v i c e si nm o b i l eo p e r a t i o n , t h er e a l t i m em o n i t o r i n go fg a sm e t e r s i ne m e r g e n c ya n dt h ee x c e l l e n tm a i n t e n a n c eo fh a r d w a r e i t sf u n c t i o n sm a i n l y c o n t a i nm a n a g e m e n to fo p e r a t i o n , r e a l - t i m er e p o r t i n g , i n s t a l l a t i o na n dm a i n t e n a n c e o fd e v i c e a sak i n do fp r a c t i c a la p p l i c a t i o no fp e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ，t h em o b i l e m a i n t e n a n c ed e v i c ew i l li m p r o v et h ef l e x i b i l i t ya n dt h ec o n v e n i e n c eo ft h ew h o l e s y s t e m ，a n dp r o v i d eb e t t e rs e r v i c ef o rc l i e n t s i nt h et h e s i s ，t h et e c h n o l o g yo fd e v e l o p m e n to fp d ai s i n - d e p t hs t u d i e d f i r s t l y , i ta n a l y s e st h ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to fs y s t e m t h r o u g ht h ec o m p a r i s o n o fl i n u xa n dw i n d o wc e ，w i n d o wc ei ss e l e c t e da st h eo p e r a t i o ns y s t e mo fp d a ， i i 武汉理工大学硕士学位论文 a n dt h ef e a t u r eo fd e v e l o p m e n ti nw i n d o wc ei sd i s c u s s e d t h e nak i n d o f d e v e l o p m e n tm o d e li sp r o p o s e da n di t sa r c h i t e c t u r ei se x p l i c i t l ya n a l y z e d f i n a l l y a c c o r d i n gt ot h ea c t u a lf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so ft h ew h o l es y s m n ，t h em o b i l e m a i n t e n a n c ed e v i c ei sd e v e l o p e db a s e do nt h en l s - p t 9 8 0u s i n g n e tc o m p a c t f r a m e w o r k 1 1 1 e d e s i g n c a nm e e tt h em a i nf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so ft h em o b i l e m a i n t e n a n c ed e v i c e b e c a u s eo f t h ec o n s t r a i n to f h a r d w a r ef a c t o r , i tc a l l tr e a l i z et h e f u n c t i o n so ft h eg p sl o c a t i o n , i m a g es c a n n i n ga n ds oo i l f u n c t i o n sa r ed e r i v e d f r o md e m a n d w i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no ft h en e t w o r k e dm e t e rs y s t e ma n di n c r e a s e o fc l i e n td e m a n d ，t h ef u n c t i o n so fm o b i l ed e v i c ew i l lb ee x p a n d e d , a n dt h ew h o l e s y s t e mw i l lb em o r ep r a c t i c a b l e k e y w o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ，m o b i l em a i n t e n a n c e , g p r s ，p d a ，w i n d o wc e6 0 i i i 武汉理工大学硕士学位论文 目录 第1 章绪论1 1 1 移动维护设备的研究背景1 1 2 国内外研究历史与现状2 1 2 1p d a 发展现状2 1 2 2 自动抄表系统发展现状3 1 3 移动维护设备的研究目的和意义4 1 4 移动维护设备研究的主要内容5 1 5 论文的组织结构6 第2 章p d a 开发关键技术研究8 2 1 嵌入式操作系统8 2 2w i n d o w sc e 系统开发9 2 2 1w i n d o w sc e 系统结构9 2 2 2w i n d o w sc e 开发流程1 0 2 2 3w i n d o w sc e 的特点1 1 2 3 n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 技术1 1 2 4 嵌入式数据库s q ls e r v e rc e 1 2 2 4 1s q ls e r v e rc e 环境1 3 2 4 2r d a 和r e p l i c a t i o n 1 4 2 5 通信技术1 5 2 5 1g p r s 远距离无线通信1 5 2 5 2w i f i 无线局域网通信1 6 2 5 3s o c k e t 通信1 6 2 5 3 串口通信1 7 第3 章移动维护设备总体分析1 9 3 1 公共事业网络表系统1 9 3 1 1a m r 系统的逻辑结构1 9 3 1 2a m r 系统的网络结构 3 2 移动维护设备的需求分析 3 2 1 移动维护设备的业务分析 i v 2 0 2 l 2 1 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 2 移动维护设备应用系统的功能分析2 2 3 3 移动维护设备开发的关键问题2 3 第4 章移动维护设备方案设计2 5 4 1 移动维护设备的软硬件开发环境2 5 4 1 1p d a 的选择2 5 4 1 2 软件环境的选择2 6 4 2 应用系统的层次架构2 6 4 3 应用系统的功能架构2 7 第5 章移动维护设备的总体设计和详细设计2 9 5 1 应用系统的总体结构2 9 5 2 通信帧协议设计2 9 5 2 1 通信帧协议的设计原则3 0 5 2 2 通信帧协议的详细设计3 0 5 3 移动维护设备应用系统的详细设计3 3 5 3 1 用户界面层3 4 5 3 2 业务逻辑层3 7 5 3 3 访问接口层4 2 5 3 3 数据层4 6 第6 章测试与分析4 9 6 1 钡0 试4 9 6 2 分析5 2 第7 章总结与展望5 3 7 1 总结5 3 7 2 展望5 3 致谢5 5 参考文献5 6 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研情况5 9 v 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 移动维护设备的研究背景 进入2 1 世纪以来，社会逐渐向信息化转变。计算机软硬件技术的飞速发展， 网络通信技术的迅速普及，操作系统的推陈出新，使人们对计算机的需求不仅 仅局限于台式机和手提电脑，更多具有高级应用功能的智能移动设备逐渐受到 人们的关注。p d a 作为新兴的电子消费产品，不仅携带方便，还可以快速、方 便、准确地获取信息。由于p d a 能支持多种开发平台，并可拓展更多的功能模 块，使其在各个领域的应用越来越广泛。例如在p d a 上拓展通信模块，它可以 通过无线网络与i n t c r n e t 中的服务器进行通信，可以大大扩展了移动终端的应用 功能【l j 。由于p d a 等移动设备由于受到自身硬件限制，在其开发应用系统与p c 上有着很大的不同。因此，在开发应用系统时，必须充分考虑其硬件特性，如 合理使用内存空间，尽量减少复杂的功能以提高运行速度。 由于传统有线网络布线和固定设备安装使用的限制，人们在移动作业时会 遇到诸多的不便。目前移动作业在铁路、保险、野外地质勘察等行业还普遍存 在，这种特殊的工作方式使得信息的来源只能靠传统的手工输入方式，严重阻 碍了企业单位的信息化管理进程。随着城市发展对信息化、网络化、智能化的 要求，移动维护业务在日常生活中得到广泛应用。而伴随着p d a 这样一些手持 移动智能终端设备的出现、无线网络传输技术的成熟、再加上微型嵌入式数据 库的发展，将计算机技术和网络技术结合起来应用到移动作业过程中实现数据 采集、数据传输和资源共享的解决方案正逐渐形成。 自动抄表是指采用计算机、网络通信、嵌入式开发等技术，通过专用设备 对各种仪表( 如电表、水表、气表等) 数据进行自动采集和处理。它一般是通过数 据采集器对仪表数据进行采集，数据经过传输控制器初步处理后，通过通信网 络上传至中心服务器，由计算机中心服务器对数据进行统计、分析、处理。作 为远程自动抄表系统的重要组成部分，移动维护业务也逐渐受到人们的重视【2 1 。 如何应用移动设备完成自动抄表系统的移动维护成为开发人员关注的问题。随 着移动开发技术的成熟和软硬件成本的降低，自动抄表系统将越来越广泛的应 用到社会生产和生活的各个方面。 武汉理t 大学硕士学位论文 1 2 国内外研究历史与现状 1 2 1p d a 发展现状 p d a 是集电子笔记本、便携式电脑和移动通讯设备为一体的电子产品。随 着时代的发展和社会需求的变更，p d a 的概念也逐渐演化。像电子词典、智能 手机和掌上电脑等智能移动设备都可以称为p d a 。通过各种通信网络，p d a 将 更加方便人们的移动生活和移动办公。随着p d a 的迅速普及和广泛应用，它将 会使社会生活和生产带来巨大革新。 p d a 的历史最早可以追溯至u t a n d y 公司于上个世纪8 0 年代面向市场推出的 t r s 8 0 这款袖珍型电脑，它看上去更像现在的电子辞典，不过它是程序员编制 b a s i c 程序的辅助工具。直到上世纪九十年代，苹果公司推出了第一台真正意义 上的p d a ( n e w t o n ) ，它是依照p d a 的功能概念重新设计出来的，拥有自己独立的 操作系统和应用程序。在掌上电脑应用方面，苹果公司2 0 1 0 年面向市场推出了 i p a d ，使掌上电脑带上了一个崭新的台阶。它屏幕大、界面良好、多点触控以及 具有重力感应功能，将商务与娱乐紧密结合，成为掌上电脑的标杆。随着软件 和硬件技术不断提高，更小、更薄、更轻、更强将成为更多掌上电脑必不可少 的设计需求。在智能手机方面，随着国内3 g 网络高速发展，智能手机正在国内 日趋普及。智能手机具有语音通信、互联商务以及多媒体娱乐等多种功能，随 着技术门槛和硬件成本降低，未来增长率将达到3 6 6 。 p d a 在商务办公以及娱乐方面已经广泛应用，在其它行业应用上正逐渐普 及。如超市服务、网络测试、配电巡检、保险理赔、地质勘查等方面均有涉及。 例如中国大地保险公司通过使用p d a 加快了现场定损的速度，在现场需要定损 时通过p d a 与公司报价系统相连来确定受损程度，这不仅加快了理赔速度，而 且提高了客户满意度。例如珠海世纪鼎利通信科技股份的便携式网络测试产品 t d - - s c d m ap d a 能全面测试运营商话音业务、数据业务、增值业务和视频业 务等。例如城市小区安装的公共事业网络表系统，可以方便的实现对小区居民 水、电、气仪表的监控和管理，这不仅是居民和公共服务公司的市场需求，而 且还是国家对城市建设的信息化需求。随着p d a 应用范围不断扩展，它日益成 为人们生活中不可或缺的生活用品【4 】。 目前在中国的p d a 市场上，其行业应用非常有限，没有一个领域和行业的 业务具有完整的应用。p d a 行业应用主要有两种方式：按需求定制和提供通用 2 武汉理工大学硕士学位论文 产品。由于目前行业应用还非常有限，因此行业应用主要采用大定单的形式根 据专门的应用需求开发相应的产品。这种方式的优点是针对性、强需求明确， 成本比较高。面向通用型产品的成本相对比较低，但在市场需求把握方面难度 很大。另外，应用的不规范和标准化程度不高也阻碍了产品的广泛应用。尽管 如此，p d a 行业应用市场的发展前景依然乐观，宏观环境和应用环境也正在改 善。信息产业部已经将p d a 产品作为鼓励发展的产品，并鼓励其在行业的试点 和应用。为了推进智能移动设备无线技术的发展，信息产业部将设立专项研发 资金。在应用环境方面，行业和企业的信息化建设正在深入，无线通信技术正 在以更快的速度发展，同时，计算机硬件技术和计算机网络技术的发展也为p d a 行业应用的发展创造了良好的软硬件开发环境。随着p d a 容量增大、存取速度 变快，通讯方式更加丰富，p d a 进入规模化和行业级应用将是其发展的主要方 向【5 1 。 1 2 2 自动抄表系统发展现状 随着社会信息化的不断发展，传统的手抄式水电气仪表不仅效率低，而且 出错率高，已经不能满足现代人们的日常生活需求。随着信息技术的发展和实 际需求的增长，人们开始考虑使用新的模式对大量的公共服务仪表进行监控管 理，自动抄表系统a m r ( a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n g ) 从而应运而生。 自动抄表技术是一种通过融合计算机技术、网络通信技术、嵌入式技术， 完成远程终端数据采集、传送和处理的新技术。其研究开始于上世纪七十年代， 八十年代进入试点应用阶段，九十年代在欧美发达国家就有了实际应用。远程 自动抄表技术最初主要用于电表的抄收管理，随后应用到社会生产和社会生活 的各个方面。1 9 8 2 年，法国e d f 的e u r l 0 1 系统实现了对1 0 0 0 个大用户用电 数据的抄收和管理。同年，英国基于公用电话网( p s t n ) 组建了t h o r n e m i 自 动抄表系统。经过不断发展，上世纪9 0 年代，远程自动抄表系统开始陆续出现 显著的成果。国内远程自动抄表技术的发展比较缓慢，直到九十年代才开始投 入到自动抄表系统的研究和开发。近年来，国内远程自动抄表技术发展迅速， 抄表系统功能己从单纯的远程抄表，发展到具有实时监控、远程控制、计费收 费及银行联网等功能于一体的网络服务系统，其通信方式也由以前的电话拨号 发展到多种通信方式( g p r s 、w i f i 、短距离无线等) 并存的局面。 远程自动抄表系统一般是通过数据采集器对仪表数据进行采集，数据经过 3 武汉理工大学硕士学位论文 中继器存储转发并进行初步处理，然后通过通信网络上传至服务器，由计算机 对数据进行统计处理。现在人们对移动服务的需求越来越迫切，移动智能设备 在自动抄表系统中的作用越来越大，通信技术的成熟也使p d a 应用的成本越来 越低。在远程自动抄表系统中，不可避免的需要考虑到设备安装、设备更换、 设备检测等问题。现在p d a 的功能丰富，对网络通信的技术支持全面，有的还 带自带扫描功能。通过在p d a 上进行二次开发的移动维护设备，不仅能提高工 作效率，还能降低移动作业的成本，增加远程自动抄表系统的灵活性并扩展其 功能。总之，远程自动抄表系统的不断发展，将实现企业乃至行业经济效益的 提高和现代化管理水平的进步。 1 3 移动维护设备的研究目的和意义 本课题的来源是公共事业网络表系统中手持移动设备的研究项目。公共事 业网络表系统是a m r 系统在公共事业领域( 水、电、气) 的实际应用和扩展， 它主要由中心服务器、网络中继器、智能移动设备和终端仪表组成。中心服务 器负责对用户信息和物理设备进行统一管理，以多种形态为用户提供直观、便 捷的信息服务。网络中继器作为中心服务器与终端表具的通信桥梁，完成通信 命令帧存储转发的功能，实现中心服务器对远程终端表具的实时监控和管理。 基于p d a 的移动维护设备的研究目标是为了进一步增强公共事业网络表系统 的实用性和灵活性，使网络表系统的功能和服务更加完善。维护人员使用移动 维护设备可以在移动作业时与服务器保持正常通信，在应急情况下对设备进行 监控管理，在维护管理中对设备进行安装、更换与检测。即使中继器和网络表 终端网络出现通信故障，移动维护设备也能很好的补充完成相关业务。随着公 共事业网络表系统的推广，设备的初始安装和维护检测也会急剧增多，如何提 高业务效率并保证系统安全可靠也是必须考虑的问题。移动维护人员只需要使 用移动设备就可以在作业现场进行业务操作，而不必往返于客户端和服务器端。 中继器和网络表终端在使用过程中由于受到各种环境因素的影响，很容易 产生通信不稳定甚至通信中断的现象，这样服务器就不能通过网络中继器对终 端网络所连接的表具进行业务操作。移动维护设备可以承担中心服务器与中继 器和网络表的通信桥梁，完成对网络表的应急操作，如应急抄表、修改表剩余 气量和控制阀门状态等。在表具初始安装时，作业人员需要通过p d a 核对表具 用户信息、表具设备信息及其安装地址信息等，然后将安装信息及时反馈给服务 4 武汉理| t 大学硕十学位论文 器。安装新表具之后，可以通过移动维护设备对新表具的运行状态进行测试。 在中继器和网络表出现硬件故障时，维护人员可以及时申请维修并将相关信息 上报给中心服务器。随着公共事业网络表系统的推广，用户数量会逐渐增多， 需要安装和维护的网络表数量也会与日俱增。通过移动维护设备可以方便的对 表具进行现场安装、维修和测试，并向服务器上报相关信息。这样既避免工作 人员多次往返公司，又能保证相关数据安全准确的传送到服务器。以上实际需 求的实现不仅能提高维护人员的工作效率，还能更好的对用户信息和设备状态 进行监控和管理，从而更好的为客户服务。 本文移动维护设备的研究和实现是基于n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 框架在 n l s p t 9 8 0 型p d a 上进行二次开发，它是将w i n d o w s 应用开发拓展到智能移 动设备p d a 上。p d a 上开发的移动维护设备是在b s 模式的信息管理系统的 基础上，通过g p r s 和w i f i 无线网络与中心服务器进行双向通信，通过r s 4 8 5 网络与终端表具进行双向通信。中心服务器端采用企业数据库s q ls e r v e r2 0 0 0 ， p d a 端采用嵌入式数据库s q ls e r v e rc e2 0 。p d a 上的s q ls e r v e rc e2 0 相 当于一个数据缓冲区。移动维护人员通过s q ls e r v e rc e2 0 里的数据源，在任 何时刻和地点查询需要完成的业务信息。如果移动维护设备需要向中心服务器 上报相关信息，而p d a 此时处于通信终端状态，则相关信息可以暂存于数据缓 存区s q l s e r v e rc e2 0 中。这样，通过s q ls e r v e rc e2 0 的数据缓存机制，就 可以保证p d a 客户端应用程序在网络通信断开的情况下，依然正常的工作【5 】。 同时，为了拓展移动维护设备的实际业务需求，该p d a 实现了地理信息定位的 功能。这样，服务器可以方便的查询各种设备的地址信息和地理信息。 基于p d a 的移动设备应用系统开发极大的拓展了w i n d o w s 应用系统在嵌 入式领域的深度和广度，给人们的工作和生活带来了更多的方便和乐趣。同时， 移动维护设备的研究作为公共事网络表的重要组成部分，促进了a m r 技术的 发展，这也是本课题的研究意义所在。 1 4 移动维护设备研究的主要内容 本文结合武汉某公司“公共事业网络表系统”的实际需求，通过使用嵌入式 操作系统、嵌入式移动数据库、网络通信、串口通信、n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 等技术，研究基于w i n d o wc e 6 0 的移动维护设备的设计与开发。本文研究内 容主要有以下几个方面： 5 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 研究和比较了在p d a 应用上两种常见的嵌入式操作系统的特点。由于 开发移动维护设备的p d a 使用的操作系统是w i n d o wc e 6 0 ，故着重剖析了该 操作系统的系统结构和开发流程，研究了基于该系统的的智能设备开发技术。 ( 2 ) 研究了嵌入式移动数据库技术。重点分析了s q ls e r v e rc e 2 0 的环境与 体系结构，本地数据访问技术以及远程数据访问与数据同步技术，实现了数据 同步在网络表系统中的实际应用。 ( 3 ) 研究了多种常用的通信技术，包括用于近距离数据传输的串口通信技术； 安全稳定、传输速率高的局域网通信技术；应用广泛的g p r s 无线通信技术和 w i f i 无线通信技术。 ( 4 ) 研究了n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 智能设备开发技术，重点分析了n e t c o m p a c tf r a m e w o r k 所提供的各种类库的使用，以及n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 提供和支持的实现方法在移动维护设备中的应用。 ( 5 ) 研究和设计了通信命令帧。命令帧是移动维护设备与服务器和表具通 信规范协议。通信命令帧的设计，对整个公共事业网络表系统运行的安全性、 稳定性、可靠性有决定性的影响。 ( 6 ) 提出基于n e t 开发的四层架构，进行移动维护设备应用系统的开发， 并验证移动设备设计方案的可行性。 1 5 论文的组织结构 本论文共分7 章，各章节内容安排如下： 第l 章，绪论。本章介绍了移动维护设备的研究背景及现状，移动维护设 备的研究目的和意义，以及本文所研究的主要工作内容。最后介绍了本论文的 组织结构。 第2 章，p d a 开发关键技术研究。本章主要先介绍了两种常见的嵌入式操 作系统，然后重点介绍了嵌入式操作系统w i n d o w sc e 开发流程及其特点，以 及专门针对智能移动设备开发的n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 技术，还有p d a 开发 中使用到的主要通信技术：g p r s 远距离无线通信、w i f i 无线局域网通信、s o c k e t 通信、串口通信，和嵌入式开发的移动数据库技术。 第3 章，移动维护设备的分析。本章介绍了公共事业网络表系统的逻辑结 构和网络结构，以及移动维护设备在该系统中的作用。然后阐述了移动维护设 备的应用场景，对移动维护设备需要实现的业务功能进行了仔细的分析，最后 6 武汉理t 大学硕士学位论文 对开发过程中的关键问题进行了详细描述。 第4 章，移动维护设备方案设计。本章首先介绍n l s p t 9 8 0 型p d a 的性 能和各项参数，然后根据该p d a 的运行环境和开发环境提出了移动维护设备的 设计方案，并对该方案进行了详细描述。最后分析了应用系统的整体结构，提 出了应用程序的四层开发架构和系统的功能架构。 第5 章，移动维护设备的总体设计和详细设计。本章对移动维护设备上应 用系统的实施过程进行了详细说明，包含t c p i p 网络的配置，以及r d a ( r e m o t e d a t a a c c e s s ) 服务器的配置过程。随后描述了命令帧的设计原则和命令帧格式的 详细设计。最后对应用系统的逻辑架构、功能实现、数据库设计进行了详细说 明。 第6 章，测试与结果分析。本章主要介绍了对移动维护设备的测试过程和 分析结果。首先测试了移动维护设备对本地嵌入式数据库和远程数据库的访问 功能，然后对移动维护设备的各个具体业务操作进行了功能测试，最后对测试 结果进行了分析总结。 第7 章，总结与展望。本章主要对此次课题研究工作进行总结，在肯定了 本人对课题研究付出努力的同时，指出了研究过程中出现的不足之处，对其原 因进行分析之后，为下一阶段的研究确定了方向。 7 武汉理工大学硕十学位论文 第2 章p d a 开发关键技术研究 本章的主要内容是讨论了两种常见的嵌入式操作系统，然后重点介绍了嵌 入式操作系统w i n d o w sc e 开发流程及其特点，以及专门针对智能移动设备开 发的n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 技术，还有p d a 开发中使用到的主要通信技术： g p r s 远距离无线通信、w i f i 无线局域网通信、s o c k e t 通信、串口通信，和嵌 入式开发的移动数据库技术。 2 1 嵌入式操作系统 嵌入式操作系统e o s ( e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ) 是一种用途广泛的系统 软件，是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，是嵌入式系统的重要组成 部分。e o s 不但具有通用操作系统的基本特点，而且还能够有效管理复杂的系 统资源。总之，e o s 负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控 制协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达 到系统所要求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的e o s 产品系列。随着 i n t e r n e t 技术的发展、信息家电的普及应用及e o s 的微型化和专业化，e o s 开 始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时 高效性、硬件的相关依赖性、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。e o s 是相对于一般操作系统而言，它除具备了一般操作系统最基本 的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外，还有以下特点： 可装卸性、强实时性、统一的接口、操作方便简单、网络兼容性、强稳定性、 弱交互性、代码固化、良好的移植性【6 】。 现在支持p d a 开发的主要嵌入式操作系统是：嵌入式l i n u x ，w i n d o w sc e 。 嵌入式l i n u x 由于源代码公开，可以任意修改以满足自己的应用，并有大量的应 用软件可用。l i n u x 内核稳定、精悍，运行所需资源少，十分适合嵌入式应用， 其免费性也是众开发商考虑的重要因素。嵌入式l i n u x 有一个弱点，就是其核 心架构并没有重新设计过，而是直接从桌面型l i n u x 精简而来，其开发难度高， 在即时反应性能上不足。虽然如此，嵌入式l i n u x 的市场规模仍然在不断加速 扩大，其应用也会更加广泛【7 】。w i n d o w sc e 是m i c r o s o f t 公司为移动领域的智能 8 武汉理工大学硕士学位论文 设备开发专门设计的一款嵌入式操作系统，是一个抢先式、多任务，具有强大 通信能力的高性能实时嵌入式操作系统。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、使用同样的函数、使用同样的界面风格，使绝大多数的应用软件只 需简单的修改和移植就可以在w i n d o w sc e 平台上继续使用。从技术角度上讲， w i n d o w sc e 作为嵌入式操作系统有很多缺陷：在效率、功耗方面的表现并不出 色，和w i n d o w s 一样占用过多的系统内存，版权许可费也是商家不得不考虑的 因素。但是，其与w i n d o w s 操作系统一样的出处、近似一样的操作风格，是受 用户和开发者青睐的关键所在【引。 2 2w i n d o w sc e 系统开发 2 2 1w i n d o w sc e 系统结构 w i n d o w sc e 系统采用层次化的系统结构进行设计，主要包含4 个层次结构， 从下至上依次硬件层、o e m ( o r i g i n a le q u i p m e n tm a n u f a c t u r e r ) 层、操作系统层和 应用程序层，如图2 1 所示。 w i n d o w sc e 硬件层：硬件层是整个系统的支撑平台，包括嵌入式处理器、 存储器以及外围设备。 o e m 层：连接于硬件层和w i n d o w sc e 操作系统之间的代码集合。这一层 也叫b s p ，通常这层与实际的硬件交互，所以也叫驱动层。在w i n d o w sc e 体系 结构中，操作系统访问具体的硬件不必直接与硬件打交道，而是通过o e m 层 提供的a p i 进行访问。 操作系统层：实现w i n d o w sc e 作为一个操作系统的主要功能。主要工作 是实现w i n d o w sc e 的进程管理、线程管理、处理机管理、调度管理、内存管 理、文件系统和设备管理等功能。用户可以根据需要对定制操作系统，使系统 性能达到最优。 应用程序层：为特定的嵌入式系统应用而开发的程序，它工作于操作系统 层之上，通过a p i 来获得操作系统服务，也可以使用兼容于n e tf r a m e w o r k 的 开发元件：n e tc f 精简框架开发托管应用程序【8 】。 9 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 2w i n d o w sc e 开发流程 w i n d o w sc e 开发主要包括3 个方面的内容：系统定制、驱动开发、应用开 发。在w i n d o w sc e 中进行应用开发，与桌面w i n d o w s 操作系统系统上应用开 发十分类似。用户可以改变w i n d o w sc e 系统的启动界面和文件结构，为不同 的硬件设备开发与其匹配的驱动程序。另外为了使w i n d o w sc e 能够在硬件平 台上正常加载和运行，还要开发引导操作系统的b o o t l o a d e r 程序。 w i n d o w sc e 系统开发大致分为3 个阶段：硬件开发阶段、操作系统开发阶 段和应用程序开发阶段【9 】。硬件开发阶段包括硬件选型与设计和b o o t l o a d e r 开 发。操作系统开发阶段包括o a l 修改、内核特性裁剪、系统组件定制、驱动开 发与修改以及测试与集成等。应用程序开发阶段，主要进行用户界面c o x ) 、数 据库以及其他应用程序的开发。w i n d o