【毕业学位论文】（Word原稿）CAR构件技术中的构建化编程模型研究-计算机软件与理论

毕业设计（论文）报告纸 共 65 页 第 页 装 订 线 i 摘要 网络实体间在准实时条件下进行通讯的协议簇。它基于 有开放，标准，分布式，安全，灵活和可扩展的特点，即时通讯是其典型应用。本文分析和研究了 议的体系结构，和其它即时通讯技术进行了简单比较，总结出 术在即时通讯领域的应用特点。 和欣操作系统是面向以 基础设施 的 网络操作系统。和欣以 供了一个构件化软件编程模型和运行平台。本文研究了 件技术中的构建化编程模型，分析了嵌入式系统中对于即时通讯应用的 需求特点，针对目前即时通讯市场进行了简单分析，设计并实现了符合 范的即时通讯客户端的基本功能构件，并利用此构件在和欣上开发出相应客户端软件，从而为在各种不同的嵌入式设备进行统一和灵活的即时通讯提供了一种解决方案。 关键词 和欣操作系统 ； 件技术 ； 议 ； 即时通讯 毕业设计（论文）报告纸 共 65 页 第 页 装 订 线 is ML in a it a in is a S, on on is It is a to by AR AR is in M in is a M is a AR is At a M 毕业设计（论文）报告纸 共 65 页 第 页 装 订 线 录 1 绪论 . 1 研究背景 . 1 普适计算 . 1 即时通讯 . 1 研究 意义 . 1 主要工作和论文组织 . 2 2 普适计算 . 3 计算的进化 . 3 普适计算简介 . 3 概念 . 3 历史 . 4 特点 . 4 普适计算需要解决的问题 . 5 现阶段成果 . 5 3 嵌入式计算 . 6 嵌入式计算系统定义 . 6 嵌入式系统历史，现状和未来 . 6 嵌入式计算应用的特点 . 7 嵌入式计算系统的一般设计原理 . 7 嵌入式系统设计面临的挑战 . 7 嵌入式系统的设计过程 . 8 4 操作系统 . 9 传统操作系统概念 . 9 网络时代的操作系统 . 9 应用模型的演变 . 9 硬件设备即插即用 . 10 体系结构由固定变为灵活 . 10 浏览器成为统一的用户界面 . 10 嵌入式操作系统 . 10 传统嵌入式操作系统 . 通用嵌入式操作系统 . . 13 和欣技术体系简介 . 13 件技术 . 13 目标指向编程和 件技术 . 14 术对软件工程的作用 . 15 术的意义 . 16 如何用 术编程 . 16 和欣构件运行平台简介 . 17 什么是和欣构件运行平台 . 17 和欣构件运行平台提供的功能 . 17 使用和欣构件运行平台 . 18 毕业设计（论文）报告纸 共 65 页 第 页 装 订 线 和欣操作系统简介 . 18 什么是和欣操作系统 . 18 和欣操作系统提供的功能 . 19 和欣操作系统的优势 . 19 让嵌入式设备直接提供 务 . 20 和欣灵活内核简介 . 20 6 即时通讯市场分析 . 22 从人的社会性谈起 . 22 即时通讯软件 . 22 即时通讯的市场现状 . 23 即时通讯市场发展趋势 . 24 7 . 26 术 概述 . 26 议 . 26 议分析 . 27 议分析 . 29 统的模式与架构 . 31 用的现状和前景 . 31 8 客户端设计和实现 . 33 需求分析 . 33 前言 . 33 传统即时通讯软件的功能 . 33 功能需求 . 33 系统设计 . 34 用户界面设计 . 34 控制结构设计 . 36 系统实现 . 40 开发环境 . 40 9 结论 . 41 谢辞 . 42 参考文献 . 43 附录 . 45 毕业设计（论文）报告纸 共 65 页 第 页 装 订 线 1 1 绪论 研究背景 普适计算 I is a 1943 is no a in 1977 技术的发展总是深刻的变革着人类社会。从蒸气机的发明开始，到现在人类社会对于能量的普适应用，人类的生产力获得极大飞跃。伴随着上世纪计算机的发明，个人电脑的问世， 们的生活发生了巨大变化。英特网使人们关于地球村的感受更为真切了，它无限地扩展了人类的沟通范围和获取信息的能力。也许英特网的成功正是它顺应了人类这样一种沟通的需要，信息也终究也会成为人类社会的一个普适应用。 未来，我们将生活在一个普适计算的环境中。就像现在到处都是机械工具一样，信息设备也将到处存在，并连接在一个比英特网更为宏大的 网络中。 尼葛洛庞帝 预言嵌入式智能设备是英特网之后的最重要的发明。结合移动计算技术，分布式计算和人工智能的发展，试想当嵌入式设备接入网络，并智能化之后，我们可以预见，这将是一个覆盖整个人类社会的巨大网络 ,一种 无处不在的计算，一种随心所欲的沟通。在这样一种高带宽，接入方式灵活自由的网络基础设施条件下，伴以各种构件化的智能嵌入式设备，普适计算就成为并不遥远的事情。 在普适计算的大背景下，各个应用领域的技术需要朝着适应普适计算要求的方向发展。而这种要求更多是来自于市场的要求，这种发展本身也是自适应式的发展。 即时通讯 即时通讯技术本身并不复杂，但它和市场紧密结合。即时通讯做为英特网上的一种沟通软件已经创造了巨大的商业价值。即便目前即时通讯市场已经是 诸侯割据的形势，仍然有很多资本进入这一领域。国内的新浪，网易都推出了自己的即时通讯软件。国内的电信商也想进入这一领域以整合数字通讯和传统的通讯模式，从而发挥最大的网络价值，提高 。国外有 助 术下的 侧面进入了这一市场。即时通讯已经不是一个简单的软件，它已经发展成为一个应用平台。 将即时 通讯商业模式放在普适计算的大背景下进行思考，我们设想这样的情形，在身边将会有各式各样的终端，它们毫无疑问都具有接入网络的能力，这样的终端可能是手机，掌上电脑，电视机，微波炉，这样的网络可能是传统有线网络，电视广播网，无线通讯网和无线城域网。通讯的形式可能是文本数据，可能是语音数据，也可以是多媒体数据，这些没有本质的区别。 即时通讯平台化是即时通讯软件的一个发展趋势；即使通讯的用户本身希望各种即时通讯软件能够像电话和手机一样实现互通，这在技术上并不存在太大的困难。 研究意义 注的就是在 这样条件下的即时通讯，并想通过自身的标准化实现即时通讯的大一统。如此多的终端，如此多样的网络，甚至已经有如此多的即时通讯的市场霸主，更需要有一个统一的即时通讯平台。由于商业利益的存在，目前任意两种即时通讯软件是不能互通的，这毫无疑问违背了沟通的本质。 议以 式规范了即时通讯领域中的通讯元语，使得遵循这一协议的即时通讯软件都可以互通。客户端可以有各式各样的用户界面，客户端和服务器可以在各种系统上运行，之间的网络也可以是各式各样的，但无论之间有多少可能，由于 质上是 毕业设计（论文）报告纸 共 65 页 第 页 装 订 线 2 格式化的文本，所以这就 保证了在 的任何实体间可以通讯。而更为重要的是， 之很容易的将人与人的即时通讯扩展到网络上的任何实体间的即时通讯。 大象无形，在普适计算下，用户不会感受到计算机的存在，就更感受不到软件的存在，那就更不要说一个即时通讯软件了。而这正是 优势，它本身就是一个协议，就是扮演幕后工作的角色。从这一角度而言，这与“和欣”操作系统的定位是一致的，“和欣”操作系统就是面向下一代的 根据普适计算要求而设计，具有构件化特点，并且是主要针对嵌入式领域的操作系统。这两者的结合，本身就是适应普适计算要求的应用模型。 主要工作和论文组织 本文研究了 件技术中的构建化编程模型，分析了嵌入式系统中对于即时通讯应用的需求特点，针对目前即时通讯市场进行了简单分析，设计并实现了符合 范的即时通讯客户端的基本功能构件，并利用此构件在和欣上开发出相应客户端软件，从而为在各种不同的嵌入式设备进行统一和灵活的即时通讯提供了一种解决方案。 本文在开篇绪论对研究背景和意义做了简单说明后，对于涉及的重点技术做进一步的说明和研究。 第一部分，介绍了普适计 算。分析介绍普适计算下的嵌入式计算，操作系统和软件组件技术。 第二部分，通过研究 术体系，解释为什么和欣操作系统是适应普适计算要求的操作系统。 第三部分，分析了即时通讯目前的应用技术和商业模型，之后重点分析了 构体系和协议规范，以及在即时通讯领域的应用。 第四部分，在和欣操作系统下设计和实现了基于 议的即时通讯客户端构件。 毕业设计（论文）报告纸 共 65 页 第 页 装 订 线 3 2 普适计算 计算的进化 第一代，主机计算（ 多人 共享一台大型机 。 第二代，个人计算（ 个人在一台电脑上 。 第三代，网络计算（ 个人使用在互联网上的很多服务 。 第四代，普适计算（ 许多多的设备通过全球网络为许多人提供人格化 和 个性化的服务 。 普适计算简介 概念 普适计算，又称普及计算（ 是指无所不在的、随时随地可以进行计算的一种方式；无 论何时何地，只要需要，就可以通过某种设备访问到所需的信息。 场景一 ： 由投影机、教师 生 系统通过可重新配置的上、下文敏感中间件，突出对环境的感知和动态自组网络通信的支持。 在一个智能教室环境下，如果投影设备的显示效果不是很理想，教师可以通过自己的 教师走近学生讨论组时，其 载该组的讨论材料。 场景二 ：普适医疗服务系统 提供一种任何时间、任何地点的医 疗服务访问。一辆配备有无线定位系统的急救车，可准确定位突发事故现场，利用无线网络获取实时的交通信息。在事故现场，通过便携式和移动式设备监测病人的脉搏、血压、呼吸等数据，通过无线网络访问分布式的医疗服务系统，下载有关病历数据等必要信息。除了基于定位系统的应急响应机制，该系统的功能还包括基于移动设备和无线网络的远程医疗诊断、远程病人监护，以及远程访问具有患者病历信息的医疗数据库。 “随时随地”是普适计算的口号！普适计算的促进者希望嵌入到环境或日常工具中去的计算能够使人更自然地与计算机交互。而普适计算的主要目标 之一则是使得计算机设备可以感知周围的环境，从而根据环境变化做出自动的基于用户需要或者设定的行为。比如 手机 感知现在用户正在开会这个环境而自动切换为静音模式，并且自动答复来电者 主人正在开会 。这看似 天方夜谈 ，但是十几年前谁能想到今天可以不用到处寻找电话厅而随时随地用手机进行沟通？而普适计算则意味着不用去为了使用计算机而去寻找一台计算机。无论走到哪里，无论什么时间，都可以根据需要获得计算能力。 普适计算 的含义十分广泛， 是一个涉及研究范围很广的课题，包括分布式计算，移动计算，人机交互，人工智能，嵌入式系统，感知网络以及信息融合等等多方面技术的融合。普适计算所指的无所不在的、随时随地可以进行计算方式，主要针对移动设备，比如信息家电或某种嵌入式设备，如掌上电脑、 、车载智能设备、笔记本计算机 、手表、智能卡、智能手机（具有掌上电脑的一部分功能）、机顶盒、 售机、屏幕电话（除了普通话机的功能还可以浏览因特网）等新一代智能设备。这些设备可以成为普适计算设备。普适计算设备可以一直或间断地连接着网络。与 接，使用户能够随时随地获取相关的各种信息，并做出回应。由于普适计算设备的高度移动性，所以也被称为移动计算。普适计算提供了经由网络，使用各种各样的普适计算设备，访问后台数据、应用和服务的功能。无论使用何种普适计算设备，用户将能轻易访问信息，得到服务 。普适计算降低了设备使用的复杂性，帮助提高在外办公人员的效率和人们的日常生活水平。 毕业设计（论文）报告纸 共 65 页 第 页 装 订 线 4 从软件系统的角度来讲，普适计算是指使用小型计算设备、在位置不断移动的过程中或在地理位置分布很广的范围内，在不稳定的通信条件下实现联机事务处理和企业核心数据访问。这些小型计算设备，具有多种通信手段，如移动通信网络、卫星等，能与互联网或企业内部网相连，但这种连接不是固定的连接，而是间断的连接。普适计算的软件技术使用户可以使用这些设备进行复杂的联机事务处理和信息访问，因为用户所使用的设备体积小，可用的计算资源（内存、存储设备和 相当有限，大部分处理工作由计算中心的数据服务器和应用服务器完成。 向家庭领域不断扩展，使消费电子、计算机、通信（ 3C）一体化趋势日趋明显；信息时代的来临，使嵌入式系统日益受到市场和厂家的关注，嵌入式设备越来越普及，这也促进了普适计算的发展。间断连接与轻量计算是普适计算最重要的两个特征。普适计算的软件技术就是要实现在这种环境下的事务和数据处理系统。 历史 1988 年 ， 出了普适计算的思想，并预测计算模式会发展为普适计算。（另一说为 1991 年 ） 1990 年代 末，普适计算这一概念得到广泛关注，逐渐升温。 1999 年 ， 式提出普适计算的概念。 同年，召开第一届 )国际会议。 2000 年 ，第一届 际会议。 2002 年 ， 刊创刊。 提出 “普适计算之父”，施乐公司 究中心的首席技术官 为最深刻和强大的技术应该是“看不见”的技术，是那些融 入日常生活并消失在日常生活中的技术。他在上个世纪 90 年代初就声称 21 世纪的计算将是一种无所不在的计算（ 认可 这种新的计算模式强调把计算机嵌入到人们日常生活和工作环境中，使用户能方便地访问信息和得到计算的服务。 随着定位传感器、无线通信尤其是互联网的普及和分布式计算技术的进步，普适计算的实现条件越来越成熟，普适计算的概念得到了更多的认可。 适计算市场将在 21 世纪初的 5 年内达到 1200 亿美元， 这一估算包括众多的可用作普适计算终端的 手持式和移动式设备。 目前， 将普适计算确定为电子商务之后的又一重大发展战略，并开始了端到端解决方案的技术研发。 为，实现普适计算的基本条件是计算设备越来越小，方便人们随时随地佩带和使用。在计算设备无时不在、无所不在的条件下，普适计算才有可能实现。 特点 普适计算 这一概念强调和环境融为一体的计算，而计算机本身则从人们的视线里消失。普适计算是虚拟计算的反面。虚拟计算这种理念致力于把人置于计算机所创造的虚拟世界里，而普适计算则是使计算机融入人的生活空间，形成一个“无时不在、无处不在而 又不可见”的计算环境。 在这样的环境中，计算不再局限于桌面，用户可以通过手持设备、可穿戴设备或其它常规、非常规的计算设备无障碍地享用计算能力和信息资源。普适计算模式将对人们享用计算和信息的方式带来另一场变革。 普适计算的一个特征是间断连接，是服务器能否不时地同用户（特别是移动用户）保持联系。用户必须能够存取服务器信息，在中断联系的情况下，可以处理这些信息。所以，企业计算中心的数据和应用服务器能否同用户保持有效的联系就成为一个十分关键的因素。由于有部分数据要存储在普适计算设备上，普适计算中的数据库成为一个很关 键的软件基础部件。例如，新型的汽车上安装了许多小型的车用计算机部件，用来控制燃料的使用，根据温度和气压调整发动机的运转。这些部件彼此相连，并把测出数据作为汽车运行保养的分析基础数据。当汽车修理时，修理人员插入一个计算机连接器件，获取这些数据来分析。还可以增加复杂的数据连接功能，如连接到全球定位系统，让司机准确获知当前的位置，与电子地图相连，输入目的地，显示出到达目的地的最快路径，以及连上互联网其它信息，如天气预报、饭店的地址和电话等。完善的数据连接 毕业设计（论文）报告纸 共 65 页 第 页 装 订 线 5 功能可以为用户提供更多的服务。 普适计算的另一个特征是轻量计 算，即计算资源相对有限。受目前技术水平的制约，移动式设备本身计算资源同台式计算设备比较而言，资源是受限的。这就需要系统设计者充分考虑这些因素。 普适计算需要解决的问题 虽然构造普适计算的各种技术都存在：嵌入式技术、网络技术（包括移动计算和自组网络）、中间件技术和传感器技术，但将其无缝集成仍是很大的挑战。 移动计算 普适计算包括移动计算，但普适计算更强调环境驱动性。这要求普适计算对环境信息具有高度的可感知性，人机交互更自然化，设备和网络的自动配置和自适应能力更强，所以普适计算的研究涵盖传感器、人机交 互、中间件、移动计算、嵌入式技术、网络技术等领域。 智能环境 这是普适计算的先决条件，依应用不同，需要感知的可以是用户位置、环境温度、光线、甚至用户的动作、表情、心跳、血压等等。这个目标引入了更多的复杂性：位置监控、不确定建模、实时信息处理和融合来自不同传感器的数据，这些均构成了技术瓶颈。 异构终端 移动计算技术的成熟和嵌入式设备的普及也将使普适计算设备在近几年翻番， 2003 年底，普适计算设备的数目将超过世界人口（ 60 亿人口），这些设备包括： 3 亿）、消费电子设备（ 20 亿，包括无线 电话、呼机、机顶盒等等）、其它嵌有智能芯片的设备（ 50 亿，售货机、冰箱、洗衣机等等），这些设备都将通过普适计算网络相连。但是这些设备本身可能是各种各样的，使用不同的芯片，不同的操作系统，具有不同的外设和供电能力。考虑到大量日常和消费类设备的接入，由于设备的智能程度的差别（如：实验室的 与街边的自动售货机），普适计算系统的中间件必须找到途径以屏蔽这种不均衡。 尽管问题和挑战依然存在， “林中漫步”的理想却比任何时候都更接近我们，“只有当机器进入人们生活环境而不是强迫人们进入机器世 界时，机器的使用才能像林中漫步一样新鲜有趣，” 示。“无时不在、无处不在而又不可见”是计算发展的必然趋势，可以预见，普适计算将迅速渗透到我们生活中的方方面面，并带来计算模式的全新变革。 现阶段成果 众多业界主流对推动普适计算技术的发展所做的努力是引人注目的。无论是中间件平台还是原型应用系统的推出，都是在从不同的角度诠释普适计算的概念，向人们展示了这一后现代主义概念所能达到的境界。 麻省理工学院（ 展的 目的寓意是使未来的计算像氧气一样无处不在并可自由获取 。他们认为，与传统的以计算机为中心的计算模式不同，新的计算模式应该以人为本。该系统采用了包括休眠环境的自动转换等八种环境驱动技术，目的把固定计算设备和移动设备通过可自动配置的网络连接起来。 而 目的努力目标是使企业应用更易于在移动设备上发布。该技术的核心是一个基于 扩展服务，该扩展服务是一个中间件，可嵌入其它的应用软件，使软件开发商、设备制造商和企业在手持设备中扩展 台和基于 应用。利用该技术，开发人员无需 为移动设备重新编写程序，也无需利用微浏览器去访问信息，终端用户可以按需随时下载所需的应用和数据完成安全交易。 布已有一些软件厂商将基于 备管理软件嵌入其应用之中。 微软公司也开展了相关项目的研究，例如 项目致力于智能环境的体系开发，涉及中间件、几何世界建模、定位感知、服务描述等技术。它的关键特点是机器视觉、多传感器的自动和半自动校准，以及独立于设备的通信。 此外， 实验室和英国剑桥大学合作的研究项目 研究 重点是希望通过用户接口、传感器，以及建立资源数据等手段，为系统提供基于用户和位置的数据更新能力，系统可无缝扩展到整个建筑物。当然，正在进行普适计算的研究还有惠普公司的 目、目，以及华盛顿大学的 目、清华大学的智能教学环境项目等。 毕业设计（论文）报告纸 共 65 页 第 页 装 订 线 6 3 嵌入式计算