自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張海濤　唐權(quán)華

摘 要： 在物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式Linux內(nèi)核環(huán)境下進(jìn)行自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的兼容性和應(yīng)用可靠性。提出一種基于多線程總線開發(fā)的內(nèi)容推送系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)描述，在Visual DSP++ 4.5平臺(tái)下建立自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)內(nèi)容推送系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)主要包括了系統(tǒng)初始化程序、緩沖區(qū)設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、同步串口和CAN通信設(shè)計(jì)。在嵌入式程序加載模塊進(jìn)行內(nèi)容推送程序加載，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下構(gòu)建嵌入式Linux內(nèi)核進(jìn)行自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的平臺(tái)端口信息采集和可視化遠(yuǎn)程操作，提高內(nèi)容推送的面向?qū)ο笮院蜏?zhǔn)確性。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)健性和可靠性。

關(guān)鍵詞： 自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)； 內(nèi)容推送系統(tǒng)； 物聯(lián)網(wǎng)； Linux內(nèi)核

中圖分類號(hào)： TN711?34； TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）10?0050?04

Abstract： In the Internet of Things （IOT） and embedded Linux kernel environments， the optimization design of the optimal content push system in self?service network learning platform is carried out， which improves the compatibility and application reliability of the self?service network learning platform. A design method of content delivery system push based on the development of multi?threaded bus is put forward to describe the overall design of the system， and build the development environment for content push system of the self?service network learning platform is in the Visual DSP ++ platform. The modular design of the system mainly includes system initialization program， buffer design， memory design， synchronization serial port and CAN communication design. The loading of the content push program is executed in the embedded program loading module. The embedded Linux kernel is built in IOT environment to carry out the port information acquisition and visualization remote operation of the self?service network learning platform so as to improve the oriented object performance and accuracy of content push. The system test results show that the system has high robustness and reliability.

Keywords： self?service network learning platform； content push system； Internet of Things； Linux kernel

0 引 言

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的發(fā)展為學(xué)習(xí)和教育的多樣性模式開發(fā)提供了新的可能性，人們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)自助學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)過(guò)程的環(huán)境適應(yīng)性，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)使得學(xué)習(xí)機(jī)教育的模式、手段、范圍等發(fā)生巨大變革。在自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中，學(xué)習(xí)資源具有開放性和多元性，需要對(duì)學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行有效的甄別和推薦，按照學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行可靠性辨別，滿足用戶的自助學(xué)習(xí)需求。因此，研究自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)，對(duì)改善網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)習(xí)的面向?qū)ο笮苑矫婢哂兄匾饬x[1?2]。當(dāng)前，對(duì)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的內(nèi)容推送方法主要采用的是資源本體匹配方法，局限于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)自身的復(fù)雜性、計(jì)算性能，不能解決學(xué)習(xí)資源本體匹配問(wèn)題。對(duì)此，本文在物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式Linux內(nèi)核環(huán)境下進(jìn)行自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)內(nèi)容推送系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

首先分析自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)并進(jìn)行功能模塊分析和介紹，自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)建立在Linux系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，采用VXI總線技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的本體匹配和信息采集，結(jié)合學(xué)習(xí)資源調(diào)度模型進(jìn)行資源配置和內(nèi)容推送[3]。嵌入式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的軟件開發(fā)通常采用交叉編譯環(huán)境，即開發(fā)平臺(tái)使用通用計(jì)算機(jī)。所謂交叉編譯就是在一個(gè)平臺(tái)上生成可以在另一個(gè)平臺(tái)上執(zhí)行的代碼，自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的內(nèi)容推送通過(guò)開發(fā)、編譯好的內(nèi)容推薦和推送程序進(jìn)行程序加載。在程序加載模塊，采用編譯軟件來(lái)安裝和運(yùn)行嵌入式目標(biāo)系統(tǒng)；再通過(guò)網(wǎng)口、串口、USB口進(jìn)行學(xué)習(xí)資源調(diào)度及內(nèi)容推送[4?5]。

自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)由幾個(gè)重要的子系統(tǒng)組成，分別是內(nèi)容推送的進(jìn)程管理、學(xué)習(xí)資源的內(nèi)存管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、文件管理、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)主要包括了系統(tǒng)初始化程序、緩沖區(qū)設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、同步串口和CAN通信設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想描述如下：本文在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用Qt/Embedded作為GUI，選用SuperViVi作為BootLoader，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘、存儲(chǔ)器、串口、網(wǎng)口等硬件設(shè)備的初始化操作，使得自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)內(nèi)容推送系統(tǒng)擁有廣闊的應(yīng)用空間。設(shè)備管理，即輸入/輸出系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的重要組成部分，在kernel內(nèi)核中通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口，實(shí)現(xiàn)與設(shè)備的通信，創(chuàng)建Linux內(nèi)核源碼提供給上層一個(gè)統(tǒng)一的接口，在學(xué)習(xí)平臺(tái)的操作界面，系統(tǒng)在硬件設(shè)備進(jìn)行SuperViVi的移植工作。設(shè)計(jì)者要根據(jù)系統(tǒng)的硬件來(lái)選擇不同的文件系統(tǒng)支持，根據(jù)上述總體設(shè)計(jì)，進(jìn)行系統(tǒng)軟件開發(fā)。

2 最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 Visual DSP++ 4.5開發(fā)環(huán)境建立

在上述系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)描述的基礎(chǔ)上，進(jìn)行自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。本文提出一種基于多線程總線開發(fā)的內(nèi)容推送系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，在Visual DSP++ 4.5平臺(tái)下建立自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)內(nèi)容推送系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境[6]。Visual DSP++有一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境IDDE，還包括自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的VDK、多線程專家連接器VCSE、軟件仿真器（Simulator）、硬件仿真器（Emulator）、高速緩存和指令流水查看器。

在Visual DSP++ 4.5開發(fā)環(huán)境中，建立包括了創(chuàng)建和調(diào)試DSP工程的各種入口，使用了Visual DSP++的Simulator和Emulator構(gòu)建自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)內(nèi)容推送系統(tǒng)的軟件仿真環(huán)境。在開發(fā)環(huán)境建立基礎(chǔ)上，通過(guò)I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)采集量和數(shù)據(jù)處理量估計(jì)程序存儲(chǔ)區(qū)，確定DSP處理器型號(hào)、外圍器件以及連接關(guān)系等。

首先將自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的VXI總線數(shù)據(jù)首址賦給地址指針，采用標(biāo)準(zhǔn)的VPP儀器驅(qū)動(dòng)程序，配置PXI?6713的回放通道，根據(jù)模糊自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多線程控制，設(shè)定時(shí)間采樣節(jié)點(diǎn)的初始值，控制指令驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行系統(tǒng)總線開發(fā)。在Visual DSP++集成開發(fā)環(huán)境中，逐步地采析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試，搭建嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境，考慮到系統(tǒng)的兼容性，需要在主機(jī)上安裝Linux。本項(xiàng)目采用在Windows操作系統(tǒng)下安裝VirtualBox虛擬機(jī)，然后在最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的虛擬機(jī)上安裝Linux的方式。在內(nèi)容推送程序開發(fā)過(guò)程中通常在Windows下編輯代碼，在Linux下編譯程序生成GNU開發(fā)工具集，由此構(gòu)建Visual DSP++ 4.5開發(fā)環(huán)境，進(jìn)行程序編譯。

2.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本文的自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中，最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括時(shí)鐘控制模塊、A/D采樣模塊、集成控制模塊和復(fù)位模塊等。其主要包絡(luò)了系統(tǒng)初始化程序、緩沖區(qū)設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、同步串口。采用STM32F101xx芯片設(shè)計(jì)自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的主控芯片，設(shè)置隔直RC濾波電路。端口I/O_0～I(xiàn)/O_7作為自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的并口輸入/輸出端。最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的時(shí)鐘控制模塊設(shè)計(jì)如圖1所示。

采用ST 超低功耗 ARM Cortex??M0 微控制器作為自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的嵌入式RFID識(shí)讀器[7?8]。

內(nèi)容推送系統(tǒng)的采樣頻率為10 kHz，將STM32F101xx給予相應(yīng)的晶振和復(fù)位電路，得到內(nèi)容推送系統(tǒng)的額定功耗[Pspc]和擴(kuò)展功耗[Pdpc]，即：

式中：[Vdd]表示自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的工作的額定電壓值，單位為V；[Idd]表示最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的低電壓?jiǎn)?dòng)電流值。根據(jù)上述功耗設(shè)計(jì)，選擇具有低功耗特性的TRF7960作為PPI接口，結(jié)合所選擇的STM32F101xx應(yīng)答器的讀寫功能實(shí)現(xiàn)A/D采樣模塊設(shè)計(jì)，如圖2所示。

通過(guò)圖3所示的A/D模塊可知，本文設(shè)計(jì)的內(nèi)容推送系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功耗與[ITC]，[CT]和[fp]相關(guān)，又因自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中MOS電路的[Pspc]僅占總功耗的1%左右，因此，可以采用并口方式實(shí)現(xiàn)TRF7960與STM32F101xx的通信。因SPI通信時(shí)數(shù)據(jù)處于異步處理狀態(tài)，因此在進(jìn)行最優(yōu)內(nèi)容讀寫中需要使用TRF7960芯片進(jìn)行學(xué)習(xí)平臺(tái)的控制和編程；在TRF7960的OSC_IN和OSC_OUT間，接入13.56 MHz的晶振，采用硬件加密和解密電路避免數(shù)據(jù)泄露；在加密解密時(shí)，應(yīng)對(duì)8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，從而構(gòu)建自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的集成控制模塊電路如圖3所示。

在上述硬件電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在超高頻段實(shí)現(xiàn)最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)中的11 Mb/s速率學(xué)習(xí)資源的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)合DMA功能來(lái)實(shí)現(xiàn)集成智能控制，并進(jìn)行系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)。

2.3 系統(tǒng)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，軟件設(shè)計(jì)是核心，本文在Linux內(nèi)核開發(fā)環(huán)境中，基于多線程總線開發(fā)方法進(jìn)行內(nèi)容推送系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要包括了系統(tǒng)初始化程序、緩沖區(qū)設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、同步串口和CAN通信設(shè)計(jì)。可執(zhí)行代碼能在ARM上運(yùn)行，調(diào)用VISA庫(kù)函數(shù)將自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的內(nèi)容推送SCPI命令寫入CPI驅(qū)動(dòng)儀器。E?Learning學(xué)習(xí)平臺(tái)的Linux根文件系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用VISA庫(kù)函數(shù)vistatus=viWrite

使用CAN功能對(duì)CAN的相關(guān)寄存器和RAM進(jìn)行初始化，實(shí)現(xiàn)CAN通信設(shè)計(jì)。最后，不斷讀取CAN_STATUS寄存器，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下構(gòu)建嵌入式Linux內(nèi)核進(jìn)行自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的平臺(tái)端口信息采集和可視化遠(yuǎn)程操作，由此完成自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)。

3 系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析

在嵌入式Visual DSP++集成開發(fā)環(huán)境下，調(diào)試本文設(shè)計(jì)的自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中的最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)在嵌入式程序加載模塊進(jìn)行內(nèi)容推送程序加載，首先配置PPI的操作模式，XFR_TYPE設(shè)為11，讀取CAN_STATUS寄存器中的自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源信息，配置內(nèi)容推送系統(tǒng)的qt?embedded?arm，當(dāng)遇到授權(quán)信息時(shí)，輸入yes即可。在系統(tǒng)調(diào)試測(cè)試中，對(duì)采集的自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源信息進(jìn)行狀態(tài)測(cè)量的特征分析，并進(jìn)行如下操作：

Save：暫存當(dāng)前學(xué)習(xí)資源信息，接收到8位數(shù)據(jù)后，會(huì)向發(fā)送數(shù)據(jù)的器件發(fā)出一個(gè)低電平脈沖，并進(jìn)行內(nèi)容的有效性比較。

Show/Hide：用于寄存器映像控制，直接訪問(wèn)底層寄存器，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)內(nèi)容推送系統(tǒng)的控制功能。

Stop/Restart：停止或重新啟動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，并進(jìn)行內(nèi)容推送信息顯示。

Store：進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)界面，進(jìn)行信息調(diào)理和自適應(yīng)信息過(guò)濾。

Back：返回模式選擇及參數(shù)設(shè)置界面。

根據(jù)上述系統(tǒng)調(diào)試，得到本文設(shè)計(jì)的自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)內(nèi)容推送系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和時(shí)間開銷對(duì)比結(jié)果如圖4和圖5所示。

分析上述結(jié)果得出：

（1） 本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)資源內(nèi)容推送的準(zhǔn)確度高于傳統(tǒng)方法，更好地滿足學(xué)習(xí)用戶的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。

（2） 隨著自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中推送內(nèi)容數(shù)據(jù)規(guī)模的增大，時(shí)間開銷增大，本文方法的計(jì)算時(shí)間開銷小于傳統(tǒng)方法，提高了內(nèi)容推送的實(shí)時(shí)性。

由測(cè)試系統(tǒng)的運(yùn)行性能得知，本文設(shè)計(jì)的內(nèi)容推送系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)健性和可靠性。

4 結(jié) 語(yǔ)

為了提高自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)內(nèi)容推送的可靠性和準(zhǔn)確性，本文提出一種基于多線程總線開發(fā)的內(nèi)容推送系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)描述。在Visual DSP++ 4.5平臺(tái)下建立自助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)內(nèi)容推送系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)主要包括了系統(tǒng)初始化程序、緩沖區(qū)設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、同步串口和CAN通信設(shè)計(jì)。進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)設(shè)計(jì)，提高內(nèi)容推送的面向?qū)ο笮院蜏?zhǔn)確性。最后進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)健性和可靠性，內(nèi)容推送的準(zhǔn)確度較高，時(shí)間開銷較小。

參考文獻(xiàn)

[1] FEYZMAHDAVIAN H R， CHARALAMBOUS T， JOHANSSON M. Exponential stability of homogeneous positive systems of degree one with time?varying delays [J]. IEEE transactions on automatic control， 2014， 59（6）： 1594?1599.

[2] ZHANG J F， HAN Z Z， WU H. Robust finite?time stability and stabilization of switched positive systems [J]. IET control theory and applications， 2014， 8（1）： 67?75.

[3] NGOC P H A. Stability of positive differential systems with delay [J]. IEEE transactions on automatic control， 2013， 58（1）： 203?209.

[4] 戴欣，鄧湘，劉浩.RFID低功耗電子標(biāo)簽和手持閱讀器設(shè)計(jì)開發(fā)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2013，39（6）：21?23.

[5] 謝高生，易靈芝，王根平.動(dòng)態(tài)密鑰在Mifare射頻IC卡識(shí)別系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2009，17（4）：725?726.

[6] 謝惠敏，郭東輝.可重構(gòu)的串行高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)加解密電路設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013，33（2）：450?454.

[7] 黃猛，杜紅彬.移動(dòng)機(jī)器車的WiFi接口設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2010，31（3）：50?52.

[8] 李志燦，王奕，沈航，等.輕量級(jí)加密算法的低功耗硬件實(shí)現(xiàn)與研究[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2013，34（11）：2574?2578.