基于嵌入式移動(dòng)智能終端軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郭 杰（西安航空學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，西安，710077）

基于嵌入式移動(dòng)智能終端軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郭 杰
（西安航空學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，西安，710077）

本文首先介紹了嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的概況，之后對(duì)B/S、C/S兩種架構(gòu)形式進(jìn)行了分析，找出其優(yōu)勢(shì)與不足，并建立了兩種架構(gòu)形式為一體的移動(dòng)智能終端。

B/S、C/S架構(gòu)；嵌入式；移動(dòng)智能終端

1　嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)以芯片設(shè)計(jì)為中心，面向軟件開發(fā)方向。目前的嵌入式系統(tǒng)主要包含以下幾種：Windows、 Epoc、Ecos、Linux等。這些系統(tǒng)對(duì)嵌入式系統(tǒng)硬件有很好的支持，對(duì)其系統(tǒng)的高級(jí)功能，也有成熟的技術(shù)支持。有了系統(tǒng)的支持，開發(fā)人員在開發(fā)網(wǎng)絡(luò)通訊功能之時(shí)，只需要針對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)跟PC機(jī)上相同的編程，如采用Socket等，不需要擔(dān)心第一、二層的工作情況。嵌入式系統(tǒng)有以上的優(yōu)勢(shì)，再結(jié)合Linux等系統(tǒng)，完全能夠代替普通PC機(jī)作為終端使用。于是本文選擇嵌入式系統(tǒng)作為移動(dòng)智能終端設(shè)備。

2　兩種架構(gòu)為一體—智能終端

智能客戶端（圖1）既不基于B/S架構(gòu)，也不基于C/S架構(gòu)，其基于Web體系，兼具B/S、C/S兩者的優(yōu)勢(shì)。但是跟兩種架構(gòu)相比較來說，Web體系擁有其明顯的優(yōu)勢(shì)?？偨Y(jié)起來可以概括為一下三點(diǎn)：享受本地資源；具備離線能力；智能化。在企業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)，智能客戶端能夠自由的與系統(tǒng)鏈接進(jìn)行數(shù)據(jù)互換。Web智能客戶端能夠使用行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與任何遠(yuǎn)程系統(tǒng)進(jìn)行信息的互換。更需特別提到的是，無論是否連接到互聯(lián)網(wǎng)，智能客戶端都能夠正常運(yùn)行?；ヂ?lián)網(wǎng)連接正常時(shí)，作為終端運(yùn)行，互聯(lián)網(wǎng)斷開時(shí)，依靠本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)與基本應(yīng)用程序運(yùn)行，并有效保存數(shù)據(jù)，在互聯(lián)網(wǎng)連接之后自動(dòng)上傳。這就直接避免了因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)的斷開造成對(duì)終端的影響，使用起來更加方便。

圖1　B/S、C/S兩種架構(gòu)的混合

3　融合嵌入式技術(shù)與C/S、B/S兩種架構(gòu)為一體的移動(dòng)智能終端

本文提到的基于嵌入式系統(tǒng)的移動(dòng)智能終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有B/S架構(gòu)與C/S架構(gòu)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，充分表現(xiàn)了移動(dòng)智能客戶端的優(yōu)勢(shì)，并且將客戶端對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的依賴降到最低；在硬件方面，移動(dòng)智能終端有其優(yōu)勢(shì)。總的來說，移動(dòng)智能終端價(jià)格低廉、可靠程度高，并且易于擴(kuò)展型號(hào)，又能夠在網(wǎng)絡(luò)斷開的情況下正常運(yùn)行，更能滿客戶的使用體驗(yàn)。在進(jìn)行終端應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)處理的體系結(jié)構(gòu)，有兩種方法：以數(shù)據(jù)為中心，以方法為中心。以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用程序有一個(gè)本地安裝的數(shù)據(jù)庫(kù)，并且該數(shù)據(jù)庫(kù)在互聯(lián)網(wǎng)連接上之后，能夠?qū)⒈镜財(cái)?shù)據(jù)重新傳回服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理工作。使用面向服務(wù)方法的應(yīng)用程序，信息會(huì)存儲(chǔ)到消息中，并當(dāng)脫機(jī)時(shí)將消息排列到隊(duì)列之中，在互聯(lián)網(wǎng)重新連接之后，進(jìn)行消息的處理工作。本文認(rèn)為移動(dòng)智能終端是建立在離線與在線基礎(chǔ)上的智能終端，于是采用的為面向服務(wù)的方法，若沒有辦法進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)連接之時(shí)，采用離線的形式，終端作為獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集處理器使用。數(shù)據(jù)庫(kù)與應(yīng)用程序都在本地的存儲(chǔ)介質(zhì)中，也就能夠執(zhí)行互聯(lián)網(wǎng)連接正常時(shí)相同的業(yè)務(wù)功能。不同點(diǎn)在于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到了本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)之后，在互聯(lián)網(wǎng)斷開這段時(shí)間之內(nèi)，將信息保存在特定文件之中，并等到互聯(lián)網(wǎng)連接之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

4　以物聯(lián)網(wǎng)為例的智能移動(dòng)終端設(shè)計(jì)方案

隨著物聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的要求也不斷提高。在硬件方面需要更高速度，性能需要更優(yōu)越的性能，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也不需要不斷提升；在軟件方面，同樣也提出了在不同行業(yè)中的不用應(yīng)用需求，以及更好的交互界面。因此，為了保證物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，需要設(shè)定一款多功能的、穩(wěn)定的移動(dòng)智能終端。

4.1系統(tǒng)架構(gòu)

終端的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案可參考下圖（圖2）。整機(jī)系統(tǒng)的組成主要由應(yīng)用軟件、應(yīng)用軟件的支撐、操作系統(tǒng)、外設(shè)模塊等組成。

應(yīng)用軟件：根據(jù)不同的行業(yè)配備；應(yīng)用支撐；提供業(yè)務(wù)支撐，整機(jī)操作，主要包括通信協(xié)議、手寫輸入、視頻解碼等；操作系統(tǒng)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)：操作系統(tǒng)可使用安卓系統(tǒng)，并根據(jù)不同的平臺(tái)采用不同的驅(qū)動(dòng)程序；硬件系統(tǒng)：由 Exynos 4412、iNAND存儲(chǔ)等組成；外設(shè)模塊：顯示屏，觸摸屏等組成。

4.2設(shè)計(jì)方案

物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)智能終端是嵌入式技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求下的應(yīng)用。因此為了實(shí)現(xiàn)此功能，設(shè)計(jì)方案如下：嵌入式微控制器采用Exynos4412 處理器，這種處理器在目前市場(chǎng)上使用最廣、性價(jià)比最高。其自帶了很多的內(nèi)部控制器，降低了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，并且也提供了多個(gè)外設(shè)接口，其中包括USB接口、攝像頭接口等。嵌入式操作系統(tǒng)采用現(xiàn)在的安卓系統(tǒng)， Linux為內(nèi)核，這種設(shè)計(jì)為外設(shè)的增添以及驅(qū)動(dòng)的移植帶來了很大的便利，也給安卓系統(tǒng)提供了一整套的API，很容易滿足所需要的程序。為了滿足通信的需要，系統(tǒng)還開發(fā)了多種通信技術(shù)，主要包括3g、wifi等，從而實(shí)現(xiàn)了終端與人的聯(lián)網(wǎng)功能，也真正實(shí)現(xiàn)了物物相連的物聯(lián)網(wǎng)的基本特征。為了信息的獲取，系統(tǒng)還加入了射頻識(shí)別模塊、音視頻輸入模塊等，這些模塊根據(jù)不同的需要可以進(jìn)行刪減，充分體現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)可裁剪的特性。

4.3硬件設(shè)計(jì)

為了節(jié)約設(shè)計(jì)開發(fā)成本，本文設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)智能移動(dòng)終端采用市場(chǎng)上成熟的 CES-4412P 開發(fā)板，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次設(shè)計(jì)開發(fā)，增加所需要的相應(yīng)模塊。

CES-4412P 開發(fā)板由兩部分組成：核心板和擴(kuò)展板。其中核心板尺寸為：51*62mm，非常小巧且方便拆卸安裝。擴(kuò)展板的尺寸為：126*191mm，其中集成了 3G、無線 Bluetooth、WiFi、Camera、GPS 等功能模組，帶有 HDMI1.4（1080P/60Hz） 高清接口。顯示及交互部分可支持 7 寸多點(diǎn)電容 （ 或電阻 ） 液晶顯示觸摸屏，以及 10.1 寸多點(diǎn)觸摸電容液晶屏，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要自由選擇。

為了節(jié)約制作成本，本次所設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)智能終端采用市場(chǎng)上應(yīng)用廣泛的CES-4412P 開發(fā)板，并在此基礎(chǔ)上做了二次開發(fā)，增加了所需要的模塊。

CES-4412P 開發(fā)板由兩部分組成：核心板以及擴(kuò)展板。顯示以及交互的部分能夠融安7、10寸多點(diǎn)電容液晶觸摸屏，用戶能夠根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

4.4軟件設(shè)計(jì)

本文的物聯(lián)網(wǎng)智能移動(dòng)終端，是為了滿足多功能多用途的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。為了達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，綜合各種因素考慮，終端采用目前市場(chǎng)上占優(yōu)勢(shì)地位的Android操作系統(tǒng)。在具體的 CES-4412P 開發(fā)板上，除了 Android 系統(tǒng)外還需要其他的一些輔助軟件來完成整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。在 Exynos4412 處理器的內(nèi)部有一個(gè) 64KB 大小的 iROM和一個(gè) 256KB 大小的 iRAM，在系統(tǒng)上電或者重啟時(shí)，會(huì)首先執(zhí)行存儲(chǔ)在 iROM 里面的程序，時(shí)這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的代碼，用于處理器內(nèi)部最基本的初始化，等到內(nèi)部初始化完成之后，會(huì)從外部存儲(chǔ)設(shè)備中讀取bootloaer 代碼，這里的外部存儲(chǔ)設(shè)備可以是普通的 NAND Flash 存儲(chǔ)器、SD卡、eMMC 存儲(chǔ)設(shè)備或者 USB 存儲(chǔ)設(shè)備。

5　結(jié)束語

本文分析了融合了嵌入式技術(shù)和B/S架構(gòu)、C/S兩種架構(gòu)為一體的移動(dòng)終端的優(yōu)勢(shì)，并以物聯(lián)網(wǎng)為例子具體分析了嵌入式移動(dòng)智能終端的設(shè)計(jì)。該移動(dòng)智能終端克服了傳統(tǒng)的客戶端對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴性，采用先進(jìn)的嵌入式技術(shù)，在進(jìn)行其性能優(yōu)化的前提下，提高了其實(shí)用性，不僅功能專一、結(jié)構(gòu)緊湊且價(jià)格低廉。

［1］ 李俊平，梅洪，單家元. 基于 Linux 的實(shí)時(shí)平臺(tái)的研究 ［J］. 微計(jì)算機(jī)信息 ，2005，（7）.

［2］ 晏密英， 劉剛 . RTLinux 的實(shí)時(shí)性檢驗(yàn)與內(nèi)核裁減的研究 .信息技術(shù) ，2003，（11）.

［3］張煥國(guó)，羅婕， 金剛， 等..可信計(jì)算研究進(jìn)展［J］ . 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)： 理學(xué)版， 2006， 52（ 5） ： 513-518）

郭杰，（1980-）男，大學(xué)本科學(xué)歷，研究生在讀，軟件工程師，西安航空學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，主要從事計(jì)算機(jī)硬件課程嵌入式于網(wǎng)絡(luò)方面教學(xué)及研究。

Design embedded mobile intelligent terminal software system based on

Guo Jie
（Xi’An Aeronautical University Computer academy，Xi’An，710077）

This paper provides an overview of the development of embedded systems，After B / S， C / S in the form of both architectures were analyzed to identify its strengths and weaknesses，and the establishment of two architectural forms as one of the mobile intelligent terminal .

B / S， C / S architecture； embedded；mobile intelligent terminal

圖2　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案架構(gòu)