改進的MID在檢驗檢疫移動電子全申報中的應用*

包先雨， 陸 清， 鄭緯民， 王 洋

(1.深圳市檢驗檢疫科學研究院,廣東 深圳518010;2清華大學 計算機科學與技術系,北京100084)

近年來，國家檢驗檢疫系統(tǒng)廣泛推行的電子申報業(yè)務給企業(yè)和檢驗檢疫機構均帶來了極大的好處，一方面企業(yè)可以進行網上申報、網上改錯，節(jié)省了往返檢驗檢疫機構的時間；另一方面方便了檢驗檢疫對申報業(yè)務的管理，提高工作效率，實現了檢企雙贏的局面。但隨著電子全申報業(yè)務的開展，檢驗檢疫系統(tǒng)將逐步加強對進出口商品的所有環(huán)節(jié)（包括種養(yǎng)殖、檢驗、生產、加工、運輸、通關、入庫、分包裝、銷售等）進行監(jiān)管，實現生產流通銷售環(huán)節(jié)信息的全申報，這對現有的電子申報業(yè)務系統(tǒng)提出了更高的要求，因此有必要研制出一種能夠隨時隨地跟蹤商品位置、實現商品監(jiān)管和申報的移動電子全申報系統(tǒng),以取代傳統(tǒng)的固定電子申報方式。2009年以來，深圳市檢驗檢疫科學研究院與清華大學合作開展具有自主知識產權的檢驗檢疫移動電子全申報系統(tǒng)研究。在移動互聯(lián)網終端研制[1]、供港果蔬平臺搭建[2]、口岸虛擬閘口設計[3]等方面取得了階段性的成果。

為進一步提升電子申報業(yè)務的信息化水平，真正實現進出口商品各環(huán)節(jié)信息的全部申報和監(jiān)管，需采用RFID標簽和移動互聯(lián)網技術。另外，基于英特爾Atom處理器技術移動互聯(lián)網設備MID(Mobile Internet Device)的逐漸成熟，為實現移動電子全申報業(yè)務提供了有效手段。

基于上述背景，本文開發(fā)了集成度高、數據處理速度快、可隨時隨地訪問互聯(lián)網且體積小、重量輕、適用于進出口商品全申報的MID硬件系統(tǒng)。從信息交互、業(yè)務軟件和系統(tǒng)安全性角度對MID進行了應用改進，最終構建了一個通用的基于MID的移動電子全申報系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成與工作原理

MID硬件系統(tǒng)以兩片英特爾公司生產的芯片為核心組成，構成了CPU+橋片式的X86 IA架構。包括基于Atom Z530的數據處理模塊、基于SCH US15W的外圍接口控制模塊、存儲模塊、電源管理模塊、LVDS模塊、RFID數據采集模塊、移動互聯(lián)網模塊和EC模塊等。如圖1所示。

該系統(tǒng)已作為典型范例應用在深圳出口商品供應鏈的各個環(huán)節(jié)中。具體的工作原理為：數據處理與控制模塊主要完成實時的數據計算和外圍接口電路的控制。在種養(yǎng)殖基地、企業(yè)生產加工場所、物流運輸等環(huán)節(jié)，及商品包裝上的RFID標簽中，可使用該系統(tǒng)中的觸摸屏輸入模塊和RFID數據采集模塊實時寫入商品相關信息。同時一方面進行本機存儲，另一方面通過移動互聯(lián)網模塊(包括 802.11 b/g/n、3G或 RJ45)遠程傳輸至口岸監(jiān)管數據庫中，以實現遠程電子申報。非一線口岸工作人員下廠監(jiān)管時，通過該系統(tǒng)能在線完成查驗記錄填寫，如發(fā)現違規(guī)現象，可采用CCD攝像頭實現現場拍照取證。商品抵達口岸時，口岸工作人員可使用該系統(tǒng)讀取RFID標簽信息,實現查驗數據與口岸數據庫中各環(huán)節(jié)所申報數據的實時比對，完成口岸監(jiān)管，最終實現商品的快速通關。

MID硬件系統(tǒng)采用了類平板電腦的設計方法，使用全觸摸輸入方式替代了以往的鍵盤和鼠標(可通過USB接口外接)輸入方式，同時使用Windows XP操作系統(tǒng)，完全兼容該操作系統(tǒng)下可運行的所有應用軟件。且該系統(tǒng)的是RFID數據采集模塊易于更換，并支持LF(低頻)、MF(中頻)、UHF(超高頻)等各種頻段的 USB RFID讀寫模塊。

2 各功能模塊劃分與硬件設計

2.1 數據處理與控制模塊

作為MID硬件系統(tǒng)的核心模塊，同時考慮移動設備低功耗的需求，兼顧運算能力和外圍邏輯、保護、存儲、移動互聯(lián)網通信等功能的實現，因此選擇英特爾公司的Atom Z530(441 balls,13 mm×14 mm)及橋片 SCH US15W(1249 balls,22 mm×22 mm),兩者之間通過高速400/533MT/s FSB實現數據傳輸。

Atom Z530主要負責數據的實時處理工作，它采用了45 nm高-K金屬柵極金體管制造工藝和先進的功耗管理技術，其主頻最高可達1 600 MHz，熱設計功耗(TDP)低至2 W（目前主流筆記本電腦處理器的 TDP為35W）[4]。集成GMA 500顯卡的 SCH US15W 芯片組具有3D圖形處理、720 p、1 080 i高清視頻硬件解碼功能，其控制并整合了PC和手持設備的大部分I/O接口,如PCI-e、USB、SDIO、LVDS、PATA 等。

2.2 存儲器模塊

存儲器模塊具體可分為內存和硬盤兩個模塊。內存模塊芯片內核的供電電壓為1.8 V,最大可支持2 GB DDR2 533 MT/s的內存。主要功能是主板上電時，能夠通過總線載入用戶指定的硬盤、光盤或其他外存中的數據，并開辟臨時數據緩沖區(qū)用于暫存數據，同時通過其64個SM_DQ數據信號引腳和8個SM_DQS選通信號引腳，實現內存與橋片之間快速的數據交換。內存可選用符合DDR2 DIMM插槽標準的市場品牌知名度較高的內存條。

硬盤模塊使用了橋片支持的并行PATA接口標準，數據傳輸速率達133 MB/s。本文選用了Silicon公司型號為 SST85LD1008M 固態(tài)硬盤，磁盤空間為 8 GB，最大可擴展至64 GB。該硬盤封裝格式為LBGA，為降低硬盤模塊功耗，可直接將其貼片到主板上。

2.3 LVDS模塊

LVDS[5]（Low Voltage Differential Signaling）是 一 種 低壓差分信號，它利用非常低的電壓擺幅(約350 mV)在一組或多組差分線上實現幾百Mb/s的數據傳輸速率。由于采用低壓和低電流驅動方式，因此具有低功耗、低誤碼率、低串擾和低輻射的特點。

在本模塊設計中，LVDS模塊由觸摸輸入電路、視頻控制電路和LCD顯示電路三部分組成。其中，觸摸輸入電路將感知到的觸屏位置坐標信息(X_RIGHT,X_LEFT,Y_UP,Y_DOWN)，經轉換芯片TSC2007IPW處理之后輸入到橋片中，實現觸摸信號的位置定位和指令執(zhí)行；視頻控制電路由橋片和LVDS之間互連的4組數據信號差分線LA_D[0:3]、1組時鐘信號差分線LA_CLK共同完成視頻數據的同步傳輸；使用LVDS排線將LVDS接口和LCD連接起來,即可實現視頻信號的LCD顯示輸出。

2.4 RFID數據采集模塊

RFID數據采集模塊主要完成兩部分工作：(1)將讀出的RFID標簽內容經數據處理與控制模塊處理后，輸出至LCD進行顯示；(2)將觸摸輸入的數據經數據處理與控制模塊處理后，寫入至RFID標簽中。本模塊采用兩片型號均為ADF7020[6]的半雙工射頻通信芯片實現此功能,并使用miniUSB接口直接連線到SCH US15W芯片上。它通過外圍控制電路對其接收和發(fā)射模式、工作頻段配置，在接收模式下對信號進行選擇、放大、解調等處理后進行基帶處理，在發(fā)射模式下則是把基帶信號進行調制、放大等處理后，通過產生的載波信號發(fā)送出去。

2.5 移動互聯(lián)網模塊

本文移動監(jiān)管系統(tǒng)的一個特點是可實現隨時隨地連接互聯(lián)網，移動互聯(lián)網模塊通過支持無線和有線兩種互聯(lián)網連接方式實現此功能,包括內置802.11 b/g/n、3G模塊以及RJ45以太網接口。經RFID數據采集模塊采集之后的數據全部需通過移動互聯(lián)網模塊及時傳送至口岸監(jiān)管數據庫中，以實現出口數據電子全申報、口岸備案及稽查。

2.6 電源管理模塊

本文系統(tǒng)包括了處理器、橋片、內存、硬盤、觸摸屏、LCD、PCI-e、SDIO、USB以及其他各種數字和模擬電路等，這些功能模塊對電源的要求各不相同。為使這些功能模塊正常工作并實現功耗最小化以達到更長的電池使用時間，針對各個功能模塊的精細化需求，同時考慮到電源變換效率，設計了介于0.9 V～5 V之間的近20組電源，如圖2所示。

2.7 EC模塊

EC（Embedded Controller）是 MID系統(tǒng)中獨有的組成部分，也是主板中最為底層的部件。EC的大部分工作都需要與系統(tǒng)BIOS協(xié)作完成。本文EC模塊采用了ITE公司的IT8502E-JX芯片，可以控制系統(tǒng)主板的上電時序，并配合橋片在S3、S4、S5狀態(tài)下分別提供不同的電源管理策略以達到節(jié)電的目的。另外，EC模塊通過SMBus總線控制電池的充放電、檢測電池電量及自動調節(jié)風扇轉速等功能。

3 基于MID的移動電子全申報系統(tǒng)

基于以上開發(fā)的MID硬件系統(tǒng)構建了一個通用的基于MID的移動電子全申報系統(tǒng)，如圖3所示。通過該系統(tǒng)，進出口企業(yè)可輕松完成與檢驗檢疫機構之間的業(yè)務交互，實現了移動電子全申報。該系統(tǒng)分為前端業(yè)務模塊和后端控制模塊兩部分，后端主要完成電子全申報數據的數據庫管理和維護，前端實現對申報數據的采集以及與申報受理人員的信息交互。目前前端業(yè)務模塊可實現的功能包括報檢業(yè)務、監(jiān)管業(yè)務和產地證業(yè)務。

由于MID屬于移動電子申報終端，雖然可以幫助檢驗檢疫機構加強電子全申報監(jiān)管，但也要考慮與現有的電子申報后端平臺無縫連接問題。因此需要對MID進行一定的應用改進，包括信息交互、客戶端軟件以及系統(tǒng)安全性。信息交互是申報受理人員在電子申報業(yè)務的接收、發(fā)送、轉派以及管理等過程中，通過MID就一些事項與申報客戶之間進行的溝通，溝通手段包括語音、文字、視頻信息等?？蛻舳塑浖腔贘ava平臺進行定制開發(fā)設計的，能夠與后臺數據庫接口進行數據交換，申報客戶通過登錄該客戶端軟件，可以不受時間、空間的限制，實現隨時隨地的電子全申報工作。在網絡安全威脅日益嚴重的今天，移動電子全申報系統(tǒng)的安全更是一個不容忽視的重要問題。在系統(tǒng)安全性方面，使用了移動接入網和網絡安全隔離層，以解決移動電子全申報業(yè)務通過公網的安全接入問題，同時對授權用戶（包括申報人員和受理人員）采用了先進的身份認證和權限管理技術，以及通過與移動運營商簽約，提供移動通信端到端加密算法的VPN技術以增強系統(tǒng)的安全性。

4 性能及應用

4.1 性能指標

采用功能單元模塊化設計和層疊裝配方法（由上至下依次是帶觸摸的LCD屏、LCD支架、主板和電池），將上述功能模塊集成在 205 mm(長)×115 mm(寬)×22 mm(高)空間尺寸內，設計完成了一種低功耗、高性能的移動電子全申報終端MID硬件系統(tǒng)，如圖4所示。

該系統(tǒng)的主要性能指標包括：屏幕：7寸帶觸摸功能的LCD屏，全觸屏輸入；網絡：支持無線網絡802.11a/b/g、3 G以及有線網絡 RJ45等；操作系統(tǒng)：Windows XP；重量 ：980 g（ 含 電 池 ）； 體 積 ：205 mm(長)×115 mm(寬)×22 mm(高)；待機時間：標準 1850mA電池續(xù)航時間 150 min；穩(wěn)定性：3×24 h開機，3D Mark05不間斷正常測試穩(wěn)定。

4.2 出境貨物報檢應用

以典型的出境貨物報檢業(yè)務應用為例,出境貨物報檢流程如圖5所示，企業(yè)通過MID登錄電子全申報系統(tǒng)如圖6所示。首先對系統(tǒng)進行設置，包括配置企業(yè)電子報檢所需的各種通信參數，設置存儲報檢單所需要的基本信息，以及設置公司信息等。這些信息無需修改，在新建單證時使用默認信息，可以減少數據的錄入工作量、節(jié)省數據錄入時間、提高數據錄入準確性。單證錄入時，出境貨物報檢模塊可以完成出境電子報檢單的制作，并將錄好的單證生成電子報文,等待正式被發(fā)送。當企業(yè)通過身份認證并接入檢驗檢疫業(yè)務網絡時，通過數據交換平臺，可將電子報檢數據發(fā)送到受理出境報檢業(yè)務所屬機構的電子郵箱。當電子報檢單到達局端郵箱后，通信機從數據交換平臺上收取企業(yè)電子報檢數據，并自動對數據進行電子驗證。若驗證通過，受理出境電子報檢業(yè)務的審簽機構通過 “出入境檢驗檢疫計算機管理系統(tǒng)”對電子報檢數據進行人工審核，對符合要求的報檢申請連同正式報檢號一并返回給用戶，對不合格的報檢數據不予受理并返回錯誤原因。企業(yè)通過MID接收回執(zhí)信息，并根據回執(zhí)信息及時做出下一步的任務處理，當接收到出錯回執(zhí)時，企業(yè)通過MID可隨時隨地地進行修改，并重新發(fā)送，如出現疑難問題，也可在線與審簽機構進行語音、文字甚至視頻溝通，直至報檢受理成功。

由于MID申報終端不受時間和空間的約束，使得企業(yè)申報人員的工作空間擴展到理論上的任意空間。不論是在家中還是在去公司的路上等任何地方，可隨時隨地地完成報檢工作，達到合理有效地利用時間和空間，不僅提高了工作效率，而且加快了貨物通關速度，極大地提升了檢驗檢疫機構的執(zhí)法效率，對檢驗檢疫業(yè)務由電子申報到移動電子全申報起到了重要的推動作用。

本文基于英特爾Atom處理器和US15W芯片組，研制了一種低功耗、高性能的移動電子全申報終端MID，并給出了數據處理與控制、存儲器、電源、RFID數據采集、移動互聯(lián)網等模塊電路的硬件設計方法。同時結合檢驗檢疫電子全申報業(yè)務的特點，從信息交互、客戶端軟件及系統(tǒng)安全性角度對MID進行了應用上的改進，從而構建了一種通用的基于MID的移動電子全申報系統(tǒng)。最后以出境貨物報檢為例說明了該系統(tǒng)的有效性。該系統(tǒng)由于不受時間和空間的約束，不僅便于企業(yè)隨時隨地的完成在線申報工作，而且給檢驗檢疫全申報工作的推廣應用帶來了契機。

[1]包先雨,陸清,鄭緯民.基于Atom的嵌入式移動互聯(lián)網終端設計[C].CACIS 2010,合肥:中國科學技術大學出版社,2010.

[2]陸清,王曉,劉叔義,等.RFID技術在供港蔬菜衛(wèi)生安全溯源監(jiān)管中的示范應用 [J].植物檢疫,2009,23(6):32-34.

[3]陸清,丁曉云,陳新,等.基于RF技術的口岸虛擬閘口系統(tǒng)的設計與實現[J].現代電子技術,2010,31(1):139-144.

[4]GEROSA G,CURTIS S,ADDEO M.A sub-2 low power IA processor for mobile internet devices in 45nm high-k metal gate CMOS[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2009,44:73-82.

[5]CHEN M,JOSE S M,MICHAEL N.Low-voltage lowpower LVDS drivers[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2005,40:472-479.

[6]Analog Devices,Inc.ADF7020-high performace ISM band FSK/ASK transceiver IC[EB/OL].2001.http://cn.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/83646/AD/ADF7020.html.