（计算机应用技术专业论文）基于windows+ce的家庭媒体智能终端的研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 网络时代的出现和发展使越来越多的人融入到信息社会中来，各种信息、知 识的获取以及娱乐节目的收看等媒体信息服务被越来越多的人们所希望，而对应 于这些需求，出现了各种各样的交互式多媒体服务的接收终端方案。由于我国现 有的覆盖全面的广电网络，利用电视机加上有线电视机项盒作为接收设备的方案 已经成为众多交互媒体接收方案中最引入瞩目的一种。 本文主要论述了如何设计与实现基于w i n c e + x 8 6 体系、i n t e r n e t 与c a t v 融合网络的家庭媒体智能终端系统，重点分析和阐述了家庭媒体智能终端研究和 开发中的若干技术问题以及其工程实现，同时还就终端系统测试内容和结果做出 了论述： 1 w i n c e 开发：本文论述了基于实时性要求和开发便捷的考虑，选择 w i n c e 作为目标系统。同时结合智能终端设备开发工作中出现的一些问 题，就w i n c e 系统定制与程序开发中的若干关键技术、以及在项目中 做出的一些主要贡献作出阐述。 2 内存管理：针对嵌入式系统和融合网络环境，实现了基于二元伙伴算法 的动态内存管理机制。 3 终端界面与输入控制：通过分析终端用户对于终端显示设备与控制设备 的需求，本文对终端用户界面与输入控制作出设计与调整。使得终端用 户能够便捷、高效的使用终端系统。 4 硬件平台调试与设备驱动：本文从工程实施和技术研究角度，论述、分 析并解决了开发中遇到的一些硬件问题，包括设备引导与系统固化。 本文所研究的家庭媒体智能终端作为浙江省农村党员干部现代远程教育科 研项目的重要部分，已经建立了相应的模拟测试平台，有效地实现了节目单点播、 文件下载、视频直播、视频点播等功能。即将在下一步的工作中，作为试验样点 发送用户试用。 关键词家庭媒体、智能终端、d v b c 、w i n c e 浙江大学硕士学位论文 a b s t 均d a b s t r a c t w i t ht h ec o n s t a n t l yb o o m i n ga g eo fi n t e m e ta n dm o r ea n dm o r ep e o p l ec o m i n g i n t ot h ei n f o r m a t i o i ns o c i e t y , t h e r eh a sb e e nar i s i n gd e m a n do ni n t e r a c t i v es e r v i c eo f m u l t i m e d i aa n do t h e ri n f o r m a t i o n a c c o r d i n gt ot h o s ed e m a n d , t h e r ea r es e r v a r a l s c h e m eo ft e r m i n a ld e v i c eo ni n t e r a c t i v em u l t i m e d i as e r v i c e a m o n gt h o s es c h e m e ， t h ei n t e l l i g e n th o u s e h o l da p p l i a n c e ，w i t hi sb a s e do nc a t va n di n t e m e ts y n e r e t i z e d n e t w o r k , w i t hi t sa d v a n t a g eo v e rm a k i n gf u l lu s eo fe x i s t i n gr e s o u r c ea n dl o w p r i c e ，h a sb e e nb e c o m i n gf o c u so fa t t e n t i o n t h i sp a p e rm a i n l yd i s c u s s e dh o wt od e s i g na n da c t u a l i z et h ei n t e l l i g e n t h o u s e h o l da p # i a n c eo nw i n c eo p e r a t i n gs y s t e ma n dx 8 6h i e r a r c h y , a n df o c u s e d a t t e n t i o no nt h ek e yt e c h n i c a lf a c t o r sa n de n g i n e e r i n gp r o c e s s s o m ek e yt e c h n i c a l f a c t o r si nd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h i si n t e l l i g e n th o u s e h o l da p p l i a n c ea r e s u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 e x p l o i t a t i o no v e rw i n c e ：w i t ht h ec o n s i d e r a t i o no fr e a l t i m es y s t e ma n d d e v e l o p i n gf a c i l i t a t i o n ，w ec h o s e dw i n c ea st a r g e to p e r a t i n gs y s t e m a n dw e d i s c u s s e dt h ee m p o l d e rt e c h n i co nw i n c e ，i n c l u d i n gt h es y s t e mt a i l o r e t c 2 m e m o r ym a n a g e r m e n t ：t oe m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m , w eu s et h eb u d d y s y s t e mt om a n a g e rd y n a m i cm e m o r y 3 e n d u s e ri n t e r f a c ea n di n p u t ：t h r o u g ht h ed e m a n da n a l y s i so ne n d - u s e r d i s p l a yd e v i c ea n di n p u td e v i c e ，w eh a sm o d i f i e dt h ed e s i g na n di m p l e m e n to f o u re n d u s e r i n t e r f a c ea n di n p u tc o n t r o l ，a st of a c i l i t a t ep e o p l e 4 h a r d w a r ep l a t f o r ma n dd e v i c ed r i v e ：a c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o n a lm o d u l e s a n di n t e r f a c ed e m a n d so fs y s t e m , w ed i s c u s s e da n dr e s o l v e ds o m ek e y p r o b l e mo v e rh a r d w a r ep l a t f o r m ，i n c l u d i n gt h et e s t i n gp r o c e s so ft a r g e t p r o d u c ta n ds o m ed e v i c ed i r v e a sai m p o r t a n tp a r to fp r o j e c to fl o n g - d i s t a n c ee d u c a t i o no v e rc c pm e m b e ri n z h e j i a n gp r o v i n c e ，t h ei n t e l l i g e n th o u s e h o l da p p l i a n c ed e v i c eh a sb e e ni m p l e m e n t e d a n di st ob ec a r r i e di n t oe x e c u t i o n i nas h o r tt i m e ，t h ei n t e l l i g e n th o u s e h o l da p p l i a n c e m a y s h o wi t se f f i c a c yi nb e t hs o c i a la n de c o n o m i c a lt e r m s k e y w o r d s h o u s e h o l dm u l t i m e d i a , i n t e l l i g e n th o u s e h o l da p p l i a n c e ，d v b c w i n c e 浙江大学硕士学位论文 图目录 图目录 图3 - 1 进程的内存结构 图3 - 2a l c 数据包格式 图3 3 数据包映射机制 1 4 1 7 。1 8 图3 - 4 单播多播对比示意图2 0 图3 - 5 中间件在数字机顶盒中的位置。 图4 _ 2 中心服务平台的基本架构 。2 2 2 6 图钙用户通过家庭媒体智能终端享受数字娱乐服务2 7 图4 4 可靠文件传输系统 2 8 图4 5p b 5 0 运行环境的界面2 9 图4 6 内存块的分配操作 图4 - 7 内存块的返回操作 图4 - 8w i n c ea p i 与w i n 3 2a p i 的关系。 图4 9 线程池示意图 图4 - 1 0 家庭媒体智能终端的欢迎界面。 3 5 3 6 3 7 4 0 4 l 图4 - 1 1 家庭媒体智能终端的中央栏目界面4 2 图4 - 1 2 家庭媒体智能终端的浙江栏目界面 图4 - 1 3 家庭媒体智能终端的节目单界面 图4 - 1 4 红外遥控器的设计图 图5 1 智能终端网络测试环境 。4 3 4 6 4 8 浙江大学硕士学位论文 表目录 表目录 表3 - 1w i n c e 5 0 虚拟内存结构。 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 家庭媒体智能终端的研究目的和意义 跨入2 1 世纪，信息时代的到来使得人们对于信息的获取、知识的学习以及 娱乐节目的观看等带有交互媒体信息服务的需求日益强烈。在节省成本和充分利 用现有资源的前提下，如何满足广大人民群众对大量多媒体数据的交互信息服务 的需求，是一个相当迫切和现实的问题i l j 。 在我国，有线电视网络( c a t v 网) 覆盖范围非常广和拥有亿万的用户。 c a t v 网络是天然的内容分发和m p e g 2 传输网络，并且是天生的多播或广播网络， 到达终端用户的带宽高而且不会因为用户数增多而降低带宽1 2 j 。同时，它是一种 广播式的网络，它的网络发散性充分满足了数据广播的特性和需求。而多协议封 装技术和口o v e rd v b 技术的成熟，解决了d v b 网络上传输l p 数据报文的关键 问题，使得利用该网络实现数据多播成为非常现实的可能，从而在c a t v 网络 上开展大容量数据广播业务显得尤为可行。 当广电部门开始在c a t v 网上开展数据广播业务时，许多广电网络用户迫 切需要一种经济、有效的交互媒体服务形式，可以有效支持这类c a t v 网络的 数据广播业务。 随着计算机技术在各行各业应用的深入，产生了许多与计算机网络应用有关 的终端设备，比如应用在金融行业的a t m 、c d m ( 存款机) 、夜间金库、查询机、 补登机等f 3 1 。一般地，我们把这种具备智能特点的终端服务设备统称为智能终端 设备。这种智能终端的特点操作简单、功能专一、性能稳定、价格相较低和运行 时间较长。 我们研究的基于w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端利用现有覆盖全面的广电 网络和i n t e m e t 融合网络，采用w i n d o w sc e 的嵌入式操作系统作为系统开发环 境和选择家庭电视机设备作为媒体接收终端和交互方式，不仅可以有效的支持 c a t v 网络上开展数据广播业务，而且天然的有着成本价格低廉、用户易于接受 以及充分利用现有资源等优势f 4 】。所以，研究和开发基于w i n d o w sc e 的家庭媒 体智能终端，对于在我国广大的广电网络用户中普及和开展交互媒体广播业务和 远程教育等，具有非常重大的社会和经济意义。 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 1 2w i n d o w sc e 简介 w i n d o w sc e ( 以下简称w i n c e ) 是个具有抢占式多任务功能，并具有强 大通信能力的嵌入式操作系统。w i n c e 是微软专门为信息设备、移动应用、消 费类电子产品和嵌入式应用等非p c 领域新设计的战略性操作系统产品。 w i n c e 的设计目标是：模块化及可伸缩性，实时性好、通信能力强大、支持 各种c p u 。w i n c e 由2 0 0 多个模块组成的，可以支持o e m 或者嵌入式系统开 发人员根据特定的设计选择操作系统组件，从而减少存储空间占有量；它可以工 作在1 2 种不同的处理器体系结构、1 8 0 余种c p u 上；它具有灵活的电源管理功 能，包括睡眠唤醒模式。它具有良好的通信能力，它广泛支持各种通信硬件， 也支持直接的局域网连接以及拨号连接，并提供与p c 、内部网和i n t c r n e t 的连接， 包括用于应用级数据传输的设备至设备之问的连接。它的图形用户界面也很出 色，它拥有基于m i c r o s o f ti n t e r a c te x p l o r e r 的浏览器，此外，还支持t r u e t y p e 字 体。w i n c e 开发人员可以利用丰富灵活的控件库在w i n c e 环境下为嵌入式应用 建立各种专门的图形用户界面。w i n c e 也有良好的应用开发工具，如平台编译 工具p l a t f o r mb u i l d e r ，应用程序开发工具e m b e d d e dv i s u a lc + + 等等。在w 恤c e 中，还使用了对象存储技术，包括文件系统、注册表及数据库。它还具有很多高 性能，高效率的操作系统特性，包括按需换页、共享存储、交叉处理同步、支持 大容量堆等。 w i n c e 是一个有优先级的多任务操作系统，它允许多重功能、进程，在相同 时间系统中运行w i n c e 支持最大的3 2 位i 司步进程。一个进程包括一个或多个线 程，每个线程代表进程的一个独立部分，一个线程被指定为进程的基本线程，进 程也能创造一个未定数目的额外线程，额外线程实际数日，仅由可利用的系统资 源限定。实时系统必须保证进程和线程同步，例如，如果实时应用的一部分在另 一部分获得最多当前数据前即完成，此应用的管理进程可能不稳定，同步将确保 在应用线程间交换正确。此外，w i n c e 将互斥体、关键部分、事件请求按“先 入先出，优先级( f i f o ) ”顺序排列：不同的先入先出顺序序列定义成八个不同 的优先级，在给定的优先级的线程请求，将被放在优先级列表末尾，当优先级倒 置出现时，调度程序调整这些序列。除了等待对象，w i n c e 支持标准的w i n 3 2 a p i 函数，这些来自内核的应用，软件中断将获得时间日j 隔，它被用来管理实时应用。 我们开发的基于w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端采用w i n c e 5 0 的版本。 w i n c e5 0 是w i n c e 较新的产品，是为嵌入式市场而设计，为快速建立下一代 智能移动和小内存占用的设备提供了一个健壮的实时操作系统。w i n c e5 0 具备 完整的操作系统特性集包和端对端开发环境，它包括了定制设备所需的一切。它 可以作为许多嵌入式系统的平台，应用于包括工业控制器、机器人、网络集线器、 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 办公室设备、零售设备、摄像机、电话、机顶盒、i n t e r n e t 访问设备和家庭娱乐 设备等等方面。 1 3 本章小结 本章主要论述了基于w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端的研究目的和研究意 义以及w i n d o w sc e 实时嵌入式系统的特点。 浙江大学硕士学位论文 第2 章交互媒体服务终端的研究现状 第2 章交互媒体服务终端的研究现状 2 1 交互媒体服务的产业背景 2 1 世纪是网络技术发展最活跃的世纪，随着网络技术的不断推陈出新，人们 的生活方式及工作方式都发生了很大变化，越来越需要多元化的服务。交互式的 媒体服务一个新兴的服务类型，目前交互式媒体服务市场在全球的营业额已达 2 2 亿美元。1 0 年内这个数字有可能增长并超过7 0 0 亿美元。由于技术标准的不断 开发和价格的逐步降低，因此这一市场的发展速度超出了先前的预计。而应用于 家庭电视机上的交互式媒体接收设备则是这个市场中引人瞩目的一种终端类型， 它是数字电视技术发展引发的一场革命，也将是数字电视发展的方向，将从根本 上改变广播电视你播我收的主从关系，形成全新的媒体模式i ”。目前的因特 网是建立在计算机网的基础之上的，而不久之后以智能接收设备为接口的有线电 视网和手机移动通汛数字网也将与因特网相连。电信网、计算机网、电视网三大 行业都在寻找更大的市场空间，因特网不断向传统电信业务渗透，有线电视公司 也想提供电话和因特网接入，因此，电信网、因特网、电视网三网合一是网络发 展的必然趋势。电信网络、广播电视网络和计算机通信网络的相互渗透、互相兼 容并逐步整合成为统一的信息通信网络，三网合一将会改变我们的一切州。 一方面，传统被动接受电视广播节目的用户不断的提出带有交互式功能的信 息接收服务的需求，另一方面计算机用户希望能够在计算机上点播接收广电网络 上的服务内容，这就导致多种交互式媒体接收方案的产生。例如利用球网络和 计算机屏幕实现广播电视节日接收的网络电视、利用口机顶盒和电视机屏幕实 现交互式接收的i f l w 、以及本文所研究与开发的利用c a t v 与i n t e m e t 融合网 络实现信息下载和交互应用的家庭媒体智能终端设备。 2 2 当前主流交互式媒体接收方案的介绍 2 2 1i p t v i p l v 是i n t e r n e tp r o t o c o lt e l e v i s i o n 的缩写，是一种系统的总称，在这一系统 中，电视和视频信号使用因特网协议上的宽带连接分配给订户。这经常是与订户 的因特网连接并行的，由宽带运营者使用相同的基础设施提供，但在专用带宽分 配之上。 技术是一项系统技术，主要包括音视频编解码技术、流媒体传送技术、 浙江大学硕士学位论文第2 章交互媒体服务终端的研究现状 宽带接入网络技术、口机顶盒技术等。它通过口宽带网络传输和控制音视频、 数据、图形等多媒体节目，为家庭提供交互式数字多媒体内容服务的技术。从广 播电视节目、时移电视( t i m e - - s h i f t e d t 、电视节目菜单指南( e p g ) 、视频点播 ( v o d ) 等多媒体音视频娱乐服务，到w e b 浏览、即时信息、网络游戏、电子邮 件、v o i p 等互联网服务；i g r v 技术创造了广阔的业务机会和市场空间，向宽带 网络运营商展示了极具潜力的市场i _ 日。 i p t v 市场的发展已经开启了电视网通信网、互联网三网相互融合的大门， 在电信行业加速部署的时候，广电部门也在加快进入这一市场的步伐。所有的行 业厂商都能看到通过l p l v 技术利用家庭终端设备i p 机顶盒形成家庭娱乐信息 中心，从而掌握家庭娱乐市场和未来网络运营的主动，获得最大的收益。 目前国内外较为成熟的舻方案有：u t 斯达康的r o l l i n g s t r e a m ，思华i p t v ， 盛大e l x , d 、华数互动电视等等。 2 2 2家庭智能终端( d v b - c 方案) 与i p t v 类似，d v b c 接收方案同样是采用机顶盒加电视机作为终端设备， 为家庭用户提供交互式数字媒体服务。这些服务包括广播式节目接收、节目点播、 专家咨询、文件下载、网站浏览、网络娱乐，电子邮件和v o i p 等等。i p r i v 所 能实现和涵括的内容和服务，同样d v b c 方案也能够实现。两者之问较为明显 的区别在于，采用i p 网络接入，下行节目信息和用户交互上行都是基于一 个m 通道，而d v b c 方案则是采用口和数字电视网络接入的方式，下行节目 和上行信息走不同的两个通道1 8 j 。 2 2 3网络电视 网络电视是基于i p 网络和计算机设备，使得用户能够在计算机屏幕上以下 载、更新节目单点播的方式交互的收看节目【9 】。网络电视多采用p 2 p ( p e e r t o p e e r ) 的网络补包技术来实现，对于网络设备的性能和带宽有比较大的需求。 目前国内较为成熟的网络电视方案有：p p s t r e a m 、p p l i v e 等 2 3 交互媒体接收方案的比较和分析 由于网络电视的接收方案对于网络设备性能和带宽的要求相对较高，在现有 的网络环境下并不适于开展大规模的应用。因此不再本文中详细的讨论。下面我 浙江大学硕士学位论文 第2 章交互媒体服务终端的研究现状 们主要讨论和比较一下i p t v 方案和d v b c 方案。 从音视频信号的处理流程来看，i p t v 技术与d v b c 技术是数字电视两种不 同的实现形式，都属于数字电视的范畴。在娱乐效果上，i p l v 和d v b c 都可 以实现标清和高清数字电视。两者的差异主要集中在传输网络和终端设备方面。 通过口宽带网络传输数字电视信号，从技术方面打破了有线传输网广 播数字电视信号的垄断；相对于d v b c 的交互业务仍然需要通过p s t n 或者p 网络来完成控制信号的回传，i i r r v 可以方便灵活的实现各种各样的交互业务， 从业务的多样性和交互性方面要优于d v b c 广播业务。口和d v b 的较量说 到底是广电传输网络和电信宽带网络的较量，如何让自己的网络在未来的市场中 增值和发展。 同时也要看到，交互业务的出现并不意味着广播业务是可以被替代的，从人 们的消费行为习惯上来看，无论v o d 、交互式v o d 、时移电视、广播都只是节 目内容的消费方式，其中广播又是人们最习惯的消费方式。从节目制作数量上来 看，节目内容库是非常庞大的，t v 用户并没有耐心去面对自己不甚了解的浩瀚 的节目库去寻找自己想要的节目，因此如何分类选择和编排节目指南是节目运 营商需要针对不同的消费群体进行的重要工作。对于普遍的t v 用户来说绝大部 分的节日都是看了一遍之后很难会去再看第二遍，新闻等及时性的节目内容更是 如此，类似于v o d 的用户自己随选的节目消费方式仍然受到e p g 和宣传广告的 影响，交互性提高了人们对e p g 的主动能力，降低了节目播出时间对人们的影 响。从节目播放时间的角度上来说，交互性使广播业务获得了更多的增值，是广 播业务的有利补充。 另外，在w r v 与d v b c 方案的博弈中，电信运营商的态度也是很重要的一 个因素。由于固定电话增长速度放缓，同时面对移动电话的竞争，电信运营商为 了拓展宽带用户数和业务，投资建设了面向p c 宽带用户流媒体系统和c d n 网 络。因此，电信运营商目前在i p t v 业务的拓展上，尽可能的表现出了利旧的心 理。这种利旧心理不仅表现在利用现有的流媒体系统和c d n 网络来拓展机顶盒 t v 用户，还表现在系统利用已有的媒体内容上，例如希望利用现有的相当于 v c d 质量的节目内容来运营。而在现有的a d s l 宽带网络上运营广播级内容的 i p t v ，仍然需要对网络进行优化和改造，保证传输质量。另一方面，电信运营 商也在考虑3 g 和n g n ( _ f 一代网络) 的建设和投资，多少分散了电信运营商决心 1 1 0 l 。 对于蜊而言还有的一个隐患就是i p l r v 业务的资费相对于数字电视 d v b c 业务较高，即使是采取和广电行业一样免费送机顶盒的方式，最终用户 仍然需要缴纳付费节目和宽带费用两项资费，在数字电视业务还处于需要政府政 策开展的阶段，模拟电视收视费很低和广电大力加速d v b 数字电视进程的情况 浙江大学硕士学位论文 第2 章交互媒体服务终端的研究现状 下，显得风险犹大。 i p l v 除了产业政策限制、商业模式不成熟和内容缺乏等外界因素之外，技术 上的不足与缺陷仍然是制约i f f v 发展的一个重要因素。i f i n 涉及多种技术，如： 视频编解码、流媒体、数字版权管理、c d n 、组播、安全加密技术、电子节目 单、中间件、p 2 p 、网络存储等，很多技术还在不断发展完善中。概括起来，f 技术目前面临的主要技术问题有； 1 没有完整的标准体系 2 0 0 6 年4 , 9 ，u - t 启动了对研r v 的标准化工作，但这样庞大的一个标准 体系不是短时间内能够完成的。中国通信标准化协会( c c s a ) 的研究要比 r r u t 超前，已经完成了多项i p t v 标准，但其中的视频编码、数字版权管理 标准等仍然尚未确定。标准的不完善，导致互联互通困难，终端和前端系统 之间只能采用同一家厂商的设备。 2 网络接入能力不足 i p t v 要保证视频效果达到或超过传统电视的效果，对于用户的接入带宽 将不再是基于p c 的视频业务3 0 0 k - 5 0 0 k 的带宽保证，而是至少1 m 1 5 m 的带 宽保证要求。但目前宽带接入的主流接入速度还在5 1 2 k ，需要对接入层网络 做大规模改造。 3 组播技术不完善 可控组播还没有统一的标准，各厂商都用的是私有协议，另外组播管理、 q o s 、安全等问题亟待解决。 4 中间件标准化范畴和方向不明确 中间件是一种位于平台和应用之间的通用服务。之所以被称为中间件， 就是因为其位置的特殊性认识和实现的不标准。如果某个功能中间件， 已经是公认的了，统一接口了，那就很难会被纳入到操作系统之中去了，不 是中问件了。因此，对于中间件的标准化工作，应当严格区分接口协议和中 阃件。接口，协议是必须定义的，但其实现可以是中间件方式的，也可以不是。 中间件的标准化，只定义中间件与上层应用中间的统一接口。 因此综合考虑各类因素，相对i p t v 方案，d v b c 方案不仅能够保证服务的 内容和质量，同时尽可能多的利用好现有的硬件资源和政策优势，而且在价格上 能够更加贴近用户的消费水平，因此d v b c 作为一种家庭媒体交互接收方案具 有相当的可行性。 浙江大学硕士学位论文 第2 章交互媒体服务终端的研究现状 2 4 本章小结 本章首先描述交互媒体终端的国内外发展趋势，然后介绍了三种主流的交互 媒体方案，最后对这三种方案进行了比较分析，做出了d v b c 的交互接收方案 更适合应用于普通的家庭用户的结论。 浙江大学硕士学位论文第3 章基于w m d o w sc e 的家庭媒体智能终端的研究内容和关键技术 第3 章基于w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端的研究 内容和关键技术 3 1 基于w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端的研究内容 3 1 1研究目标 围绕浙江省农村党员干部现代远程教育工程提出的“一点落地、全省覆盖、 进入家庭”，“简单方便、高效廉价、综合利用现存资源”等总体实施要求，本文 研制开发基于w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端，提供浙江省农村党员干部现代 远程教育工程普及推广的新型终端接入方式，并成为农村家庭接收信息与享受数 字媒体服务的核心设备。 基于w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端能适应多种网络接入方式，具有流媒 体播放、流媒体接收回放、信息下载、交互点播等综合服务功能，并利用家用电 视机、音响等作为输出设备；基于w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端将为浙江省 农村党员干部现代远程教育工程实施提供技术支撑，实现现代远程教育与其他数 字媒体服务能够直接进入每个普通农村家庭。 3 1 2 研究开发的阶段和内容 围绕上述研究开发目标，将研究开发工作主要分为以下阶段：制定基于 w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端的技术规范和接口标准；研究基于w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端的体系结构和关键技术；开发和实现基于w i n d o w sc e 的家 庭媒体智能终端系统，形成样机；全面测试样机的性能和功能，并进行演示和小 批量投入试用。各个阶段的描述如下： 1 制定基于w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端的技术规范和接口标准 针对媒体网络服务的特点，从实际需求出发，针对不同的用户，根据用户的 需求，分别研究确定服务的内容、形式和方法。 明确提出媒体业务系统的业务范围、服务形式。对于最终用户而言，系统应 当支持流媒体直播、流媒体录播、流媒体点播、自动节目下载、互动节目五类标 准业务。 研究制定智能终端系统的总体技术规范，作为后续研制开发和测试工作的依 据，并为以后和媒体网络服务中心的连接奠定基础。 浙江大学硕士学位论文 第3 章基于w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端的研究内容和关键技术 规范智能终端系统的连接方式，包括物理接口、逻辑协议堆栈结构等：可以 通过多种接入网形式，如以太网接入、a d s l 接入、有线电视h f c 接入等等。 明确接入方式的要求、对网络的功能和性能( 服务质量) 的要求。 制定智能终端系统应达到的视觉质量指标( 分辨率、帧率等) ；可以采用主 观评判和客观测量相结合的标准，可以制定、划分不同的质量等级指标。 2 研究基于w i n d o w sc e 的媒体家庭智能终端的体系结构和关键技术 研究智能终端系统的体系结构，以模块化、可扩充为基本指导思想，设计制 定规范的、灵活的软硬件体系结构。 研究w i n d o w sc e 操作系统的系统特性和内核定制。 研究a l c f e c 可靠多播传输协议。 设计用户操作界面，力求简单、直观、生动。 研究外部输入输出设备的接入方式和其功能。 3 开发实现基于w i n d o w sc e 的媒体家庭智能终端，形成样机 在终端系统总体设计和关键技术研究的基础上，开发实现智能终端系统的原 型样机，主要包括如下一些工作：样机硬件设备的选型和设计；w i n c e 系统内 核的定制开发；应用程序核心功能模块开发与移植；样机的界面设计和实现；外 部设备的调试和接入；系统功能集成与性能测试。 4 测试样机的性能和功能，进行演示和投入试用 对样机进行全面的功能测试和性能测试，得到完整的测试结果。 3 1 3基于w i n d o w sc e 的家庭媒体智能终端的优势 我们研究的家庭媒体智能终端采用了p c 架构和w i n c e 操作系统，相比于同 类产品和方案，该智能终端具备如下的一些优势和特点： 1 由于采用了w i n c e 实时系统以及更多的组件裁减技术，操作系统和服 务程序所占用的存储空间更小，并且在实时性上能够更好的响应终端用 户操作。 2 耗费的硬件资源低，在同等的硬件条件下，能够得到更好的运行性能。 包括更长的运行无故障时间、在较长的时间段内不需要的重启设备。 3 我们研究的媒体家庭智能终端的文件下载和回放功能是一般的机顶盒 所不具备的，也是本终端的一大特色。 4 采用电视机作为终端输出设备和红外遥控器作为输入操作，对于普通家 庭用户的接收度更高。 浙江大学硕士学位论文第3 章基于w m d o w sc e 的家庭媒体智能终端的研究内容和关键技术 3 2 关键技术 3 2 1实时操作系统 目前流行的实时操作系统( r e a lt i m eo p e r a t i n gs y s t e m ，r t o s ) 有v x w o r k s 、 w i n d o w sc e 等。r t o s 可在实时环境中工作，同时占用较小的内存空间。它负 责管理本地和网络资源，提供基本的操作功能以及设备的访问控制。针对目标产 品的需求，选择合时的实时操作系统，对于开发而言非常关键。 w i n c e 是一个实时操作系统。w i n c e 的实时性有如下的一些特点：高达2 5 6 的优先级数，更小粒度的控制嵌入式系统的调度机制和应用程序的执行速度；定 时器精确到1 毫秒；可以独立于时间定时器为每个单独的线程定义时间片；具有 嵌套式中断支持；具有优先级反转处理；对信号量支持；0 e m 可配置的c p u 独 立模式为电源驱动的设备降低电源消耗。基于w i n d o w sc e 的媒体家庭智能终端 采用的是w i n c e 5 0 的嵌入式操作系统，能够在占用较小的存储空间的同时，实 时的响应用户的命令，同时开发环境方便快速和应用程序开发的便捷，能够尽可 能利用现有的代码。 3 2 2 内存管理 3 2 2 1 嵌入式内存管理的特点 对于在嵌入式系统下的系统开发，内存的管理是的一个重点和难点的问题， 它必须满足以下几个特性： 1 实时性。从实时性的角度出发，要求内存分配过程要尽可能地快。因此，在 嵌入式系统中，不可能采用通用操作系统的一些复杂而完善的内存分配策 略，一般没有段页式的虚存管理机制；而是采用简单、快速的内存分配方案， 其分配方案也因程序对实时性的要求而异。例如，v x w o r k s 系统采用简单的 “首次适应，立即聚合”方法；v r t x 中采用多个固定尺寸存储块的b i n n i n g 方案。 2 可靠性。嵌入式系统应用的环境千变万化，在有些特定情况下，对系统的可 靠性要求极高，内存分配的请求必须得到满足，如果分配失败则可能会带来 灾难性的后果。比如，飞机的燃油检测系统。在飞机飞行过程中，如果燃料 发生泄漏，系统应该立即检测到，并发出相应的警报等待飞行员及时处理。 如果因为内存分配失败而不能相应地操作，就可能发生机毁人亡的事故。 3 高效性。内存分配要尽可能地减少浪费。不可能为了保证满足所有的内存分 配请求而将内存配置得很大。一方面，嵌入式系统对成本的要求使得内存是 浙江大学硕上学位论文 第3 章基于w m d o w sc e 的家庭媒体智能终端的研究内容和关键技术 一种很有限的资源；另一方面，即使不考虑成本的因素，系统硬件环境有限 的空间和有限的板面积决定了可配置的内存容量是很有限的。 3 2 2 2w i n c e 的内存管理 同其它w i n d o w s 操作系统一样，w i n c e 也支持3 2 位虚拟内存机制、按需分 配内存和内存映射文件等。但是与其它w i n d o w s 操作系统又有明显的不同。毕 竟w i n c e 是一种嵌入式实时性的操作系统，在内存管理方面必须要比其它 w i n d o w s 操作系统更节约物理内存和虚拟地址空间。 1 、r o m 和r a m 对于早期采用的存储设备一般采用r o m + r a b i ，在r o m 中存放的所有 文件可以是压缩的也可以是不压缩的，这取决于o e m ( 原始设备制造商) 。o e m 在定制w i n c e 内核时可以设置一个标志告诉r o m 镜像制作工具( r o m i m a g e c x e ) 是否压缩文件。对于r o m 中存放的模块( d l l 、e x e 文件) 来说，如果是压缩 的，模块在运行前先解压并全部存放到r a m 中。如果是不压缩的，并且r o m 介质支持线性访问( 1 i n e a c c e s s e d ) ，就可以本地执行( e x e c u t e di np l a c e ，缩写为 x i p ) 。利用本地执行方式运行应用程序、d l l 的优点是：采用这种技术在加载 e x e 或d l l 时，其中的代码段数据不加载到物理内存中，内核只是分配虚拟地 址空间给代码段，当执行代码时内核会到实际存放在r o m 存储设备上的文件中 寻找代码并执行。采用这样的技术既可以节省可用内存又可以减少加载的时间。 但是这种技术有一定的局限性，如果要让c p u 到r o m 中去寻找代码执行，那 么r o m 介质必须支持线性访问，这就要求r o m 介质支持线性访问，而不是块 访问。x i p 这种加载方式的缺点就是执行速度相对较慢，c p u 访问r o m 的速度 肯定远慢于访问r a m 的速度。 基于w i n c e 的产品开始采用f l a s h 、i d e 等永久存储设备时，内核镜像 ( n k b i n ) 和其它应用程序文件开始存放到永久存储设备中而不是r o m 中， 这不仅仅是因为硬盘或者f l a s h 的f o 速度比r o m 快，更因为现在的内核包 含的功能多并且文件数量增加，因而需要的存储空间很大，一般都在2 0 m b 左右。 再加上其它开发商开发的应用程序文件，要求的空间就更大了。w i n c e 启动时 内核镜像由加载程序解压并将系统文件加载到r a m 的n k ，n k 是在c o n f i g b i b 中定义的一段r a m 区域，专用于保存内核镜像解压出来的所有文件。w i n c e 将 n k b i n 看作是r o m ，当执行一个应用程序时，w i n c e 内核将这个应用程序需 要的系统d l l ( 在n k b i n 中保存) 加载到s l o t l ( 地址范围0 x 0 2 0 0 0 0 0 0 - - 0 x 0 3 f f f f f f ，在w i n c e5 0 中s l o t1 专用于x 1 pd l l 使用) 。s l o t1 是一段虚拟地址， 当c p u 执行d l l 的代码时，c p u 会根据地址映射关系到n k 中寻找实际的代码 执行，因为n k 是一段实际的物理内存，i o 速度非常快，所以相对于在r o m 浙江大学硕士学位论文第3 章基于w m d o w sc e 的家庭媒体智能终端的研究内容和关键技术 中执行，d l l 的运行效率得到很大提高。非x i pd l l 在加载时c e 内核会在调 用d l l 的进程的地址空间中申请足够大的地址空间，并且执行代码时按需提交 物理内存。 2 、虚拟内存结构 w i n c e 是一个保护模式的操作系统，因此程序的访问只能使用虚拟内存地址。 w i n c e 5 0 只能管理5 1 2 m b 的物理内存和4 g b 大小的虚拟地址空间。不同的c p u 内存管理方法也不同。对于m i p s 和s h x 系列c p u 来说，物理地址映射是由 c p u 完成的，c e 内核可以直接访问5 1 2 m b 的物理内存。对于x 8 6 系列和a r m 系列的c p u 来说，在内核启动过程中它会将现有物理内存地址全部映射到 o x 8 0 0 0 0 0 0 0 以上的虚拟地址空间中供内核以后使用。整个4 g b 虚拟地址空间主 要划分为两部分，从0 x s 0 0 00 0 0 0 以上为内核使用部分，0 x 8 0 0 00 0 0 0 以下为应 用程序使用部分。它由w i n c e 操作系统启动时创建，并由m m u ( m e m o r y m a n a g e m e n t u n i t ) 进行管理。详细的虚拟地址空间说明如下表所示； 表3 1w m c e 5 o 虚拟内存结构 地址范围用途 由所看笈角曛序使扇：顶3 宣不植每个槽苫- 3 2 m b ： 0 x 0 0 0 00 0 0 0 到5 槽0 ( s l o t 0 ) 由当前占有c p u 的进程使用。槽1 由 0 x 4 1 f ff f f f| x i pd l l 使用。其它槽用于进程使用，每个进程占用一 | 个槽。 - - - - - - r - - - - - v - - - - - - 一一一一一一w - 一 一 由所有应用程序共享的区域。3 2 m b 地址空日j 有时不 0 x 4 2 0 00 0 0 0 到能够满足一些进程的需求。那么进程可以使用这个范围 3 、用户地址空间 浙江大学硕士学位论文 第3 章基于w m d o w sc e 的家庭嫘体智能终端的研究内容和关键技术 用户地址空间被分为6 4 个3 2 m b 的s l o t ，所有进程分享这个地址空间，其 中前面3 3 个s l o t 用于进程，剩下的s l o t 用于对象存储、内存映射文件和资源映 射。w i n c e 5 0 同以前版本的w i n c e 操作系统在进程地址空间上有所不同，以 前的w i n c e 把x i p d l l 也加载到进程的3 2 m b 地址空间中，而w i n c e 5 0 把x i p d l l 单独加载到s l o t l 中，这样对于每个进程来说，它总的地址空间就大了一倍， 也就是6 4 m b 。如下图所示： 图3 - 1 进程的内存结构 当一个应用程序启动时，内核为这个程序选择一个空闲的槽( s l o t ) ，并且 加载