２００７年第２４卷第６期微电子学与计算机收稿日期：２００６－１１－２３
１引言
随着嵌入式技术的飞速发展，特别是嵌入式微
处理器处理能力的大幅提高和操作系统在嵌入式产品中的广泛应用，将嵌入式设备作为一定领域内信息交互的终端载体已经成为一种趋势。 ＡＲＭ系列微处理器是典型的３２位ＲＩＳＣ体系
结构，支持Ｔｈｕｍｂ／ＡＲＭ双指令集，指令长度固定，
执行效率高，大多数数据操作都在寄存器中完成，指令执行速度更快。与其他的嵌入式操作系统相比，Ｌｉｎｕｘ以其开源、定制灵活、硬件支持广泛、内置网络支持等特点，在嵌入式领域得到广泛的认同。 ２系统体系结构
嵌入式信息终端系统是专门以嵌入式设备作
张志俊解密太极拳
为信息交互的终端载体开发的，其主要目的利用嵌入式设备体积小、携带方便的优势，为用户提供快捷、便利的信息服务。
嵌入式信息终端系统包括硬件层、操作系统层和应用软件层３个部分。
系统采用硬件和软件组合设计的方法［１］。硬件层以嵌入式微处理器为核心，提供对信息终端系统的硬件支持，嵌入式操作系统实现对系统硬件的管理和支持上层应用程序的运行。应用程序层则以数据为中心，通过信息读写和数据查询，实现与用户之间的动态信息交互。
３系统硬件模块设计与实现
嵌入式信息终端系统的硬件层包括硬件核心
资源和硬件扩展资源两部分，其中硬件核心资源是嵌入式设备硬件功能实现的基础，而硬件扩展资源通过扩展相应的硬件接口实现系统广泛的硬件功能支持。
３．１硬件核心资源
嵌入式信息终端系统的硬件核心资源以嵌入
式微处理器为核心，主要包括存储设备，输入输出设备和电源设备等。
本系统选择基于Ｘｓｃａｌｅ内核的ＩｎｔｅｌＰＸＡ２７０［２］
嵌入式微处理器，采用ＡＲＭＶ５ＴＥ体系结构，其工作频率５２０ＭＨｚ，最高主频可达６２４ＭＨｚ，主要集成
基于ＡＲＭ和Ｌｉｎｕｘ的嵌入式信息终端系统
的设计与实现
徐宝成，王
磊
（西安理工大学计算机科学与工程学院，陕西西安７１００４８）
摘
要：提出了一种基于ＡＲＭ和Ｌｉｎｕｘ的嵌入式信息终端系统的设计方案，并给出了一个基于该方案的信息终
端系统应用实例的实现过程。通过对嵌入式信息终端进行硬件功能设计和扩展，阐述了在该嵌入式终
端设备上实现Ｌｉｎｕｘ操作系统移植、ＳＱＬｉｔｅ数据库协议扩展以及信息交互服务的实现过程。关键词：嵌入式系统；ＡＲＭ；Ｌｉｎｕｘ；ＳＱＬｉｔｅ；信息交互中图分类号：ＴＰ３１
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－７１８０（２００７）０６－００４９－０３
ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍｆｏｒＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ＴｅｒｍｉｎａｌＢａｓｅｄｏｎＡＲＭａｎｄＬｉｎｕｘ
ＸＵＢａｏ－ｃｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＬｅｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ′ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄａｄｅｓｉｇｎｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｆｏｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｒｍｉｎａｌｂａｓｅｄｏｎＡＲＭａｎｄＬｉｎｕｘ，ａｎｄ
ｒｅａｌｉｚｅｄｏｎｅｏｆｉｔｓａｐｐｌｉｅｄｅｘａｍｐｌｅｓ．Ｉｎｗｈｉｃｈ，ｂａｓｅｄｏｎｄｅｓｉｇｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄｔｅｒｍｉｎａｌｈａｒｄ－ｗａｒｅ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｏｃｕｓｅｓｏｎｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｏｆｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇＬｉｎｕｘｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｅｘｐａｎｄ－ｉｎｇＳＱＬｉｔｅｄａｔａｂａｓｅｐｒｏｔｏｃｏｌｓｆｏｒｅｍｂｅｄｄｅｄｔｅｒｍｉｎａｌ，ｓｅｒｖｉｃｅｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｂｙｅｍｂｅｄｄｅｄｔｅｒｍｉｎａｌｉｎｆｉｎａｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ；ＡＲＭ；Ｌｉｎｕｘ；ＳＱＬｉｔｅ；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅ
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微电子学与计算机２００７年第２４卷第６期
外围功能控制器有：存储单元控制器、时钟和电源控制器、ＤＭＡ控制器、ＬＣＤ控制器、触摸屏控制器、实时时钟、系统定时器、中断控制器、通用异步串行接口（ＵＡＲＴｓ）、通用输入输出端口（ＧＰＩＯ）等。
ＰＸＡ２７０提供３个ＵＡＲＴ接口，１个ＵＳＢＳｌａｖｅ接口等等，也可以扩展串口和并口。支
持单扫描和双扫描，有ＴＦＴ、ＳＴＮ显示模式，附加适当的转换电路，还可接普通的液晶、ＣＲＴ显示器。为了满足实际的要求，还需要，一般还需要增加１０Ｍｂ的以太网控制器、ＵＳＢＨｏｓｔ控制器。基于ＰＸＡ２７０的嵌入式信息终端硬件系统框图如图１所示。
３．２硬件扩展资源
为了实现嵌入式终端与手机之间的短信息交互服务，需要在硬件层扩展手机通信模块。手机通信模块选用ＳＩＭＥＮＳ的ＴＣ３５ｉ［３］，使用ＭＡＸ２３２ＣＰＥ芯片实现电平转换及串口通信的功能。ＴＣ３５ｉ模块通过ＭＡＸ２３２ＣＰＥ芯片与嵌入式终端的ＩｒＤＡＵＡＲＴ相连，实现ＳＩＭ卡上的短信息的读写。手机通信模块硬件结构如图２所示。
４系统软件设计与实现
系统软件采用Ｂ／Ｓ与Ｃ／Ｓ混合的模式，嵌入式信息终端系统通过网络完成嵌入式终端与服务器之间的通信。一方面，嵌入式终端通过与服务器通信，在嵌入式终端上动态浏览服务器端以ＷＥＢ形式发布的信息；另一方面，通过与嵌入式设备终端的通信，对用户交互的信息进行存储和管理。系统软件结构图如图３所示。
下面分别从嵌入式操作系统移植、嵌入式数据库协议扩展和信息交互程序三个方面介绍系统软件设计与实现的过程。张培基
４．１嵌入式操作系统移植
ＰＸＡ２７０支持ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ．ＮＥＴ和Ｌｉｎｕｘ等操作系统，嵌入式Ｌｉｎｕｘ内核一般由标准的Ｌｉｎｕｘ内核裁减而来。Ｌｉｎｕｘ２．６内核［４］相对于目前广泛使用的Ｌｉｎｕｘ２．４内核在很多方面有重大改进，尤其是在内核的可配置性和实时性方面的改进，使得Ｌｉｎｕｘ更加适合于嵌入式方面的应用。
本系统选用Ｌｉｎｕｘ２．６．１１内核，在建立ＡＲＭ－Ｌｉｎｕｘ交叉编译环境后，根据嵌入式终端的硬件资源对Ｌｉｎｕｘ进行剪裁。剪裁完毕后，在／ｕｓｒ／ｓｒｃ／ｌｉｎｕｘ目录下输入命令：
ｍａｋｅｍｅｎｕｃｏｎｆｉｇ
在Ｌｉｎｕｘ２．６版本的配置选项中，有一个“［＊］Ｒｅｍｏｖｅｋｅｒｎｅｌｆｅａｔｕｒｅｓ（ｆｏｒｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｓ）”选项是专门针对于嵌入式应用的，合理的配置该选项可以使内核显著减小。配置完毕后输入命令：
ｍａｋｅｄｅｐ
ｍａｋｅｚＩｍａｇｅ
通过编译后，在／ｌｉｎｕｘ／ａｒｃｈ／ａｒｍ／ｂｏｏｔ目录下生成镜像文件ｚＩｍａｇｅ。使用ＴＦＴＰ将ｚＩｍａｇｅ下载到嵌入式终端上。
４．２嵌入式数据库协议扩展
ＳＱＬｉｔｅ数据库是一种中小型的嵌入式数据库，编译后大小仅为几十ＫＢ，可以方便地运用于嵌入式系统之中。ＳＱＬｉｔｅ能够与Ｌｉｎｕｘ操作系统以及具体应用集成在一起，不需要独立运行数据库引擎
，５０
由程序直接调用ＡＰＩ函数实现对数据的存取。
向嵌入式终端移植嵌入式数据库ＳＱＬｉｔｅ３．３．５，并为ＳＱＬｉｔｅ设定网络数据库操作协议，将其扩展为单连接的异步通讯网络数据库［５］。ＳＱＬｉｔｅ数据库中存储的数据用于短信息交互服务，实现用户信息查询和数据上传管理。
扩展ＳＱＬｉｔｅ数据库的方法是编写网络通讯服务程序，监听网络端口。当收到数据库查询连接时调用ＳＱＬｉｔｅ的ＡＰＩ函数，将结果通过网络回复给查询连接。网络数据库的协议定义如下：
!ＳＱＬｉｔｅ数据库服务器为单用户服务器，同时只能接受一个客户端的连接；
!ＳＱＬｉｔｅ的每个会话，以服务器对连接的允许开始，到客户端发送ｑｕｉｔ字符串结束；
!ＳＱＬｉｔｅ的会话内容为ＳＱＬ语句的对话，每次对话以客户端发送ＳＱＬ语句开始，服务器返回结果后返回ＯＫ结束；
!每个ＳＱＬ语句对话过程先是客户端发送ＳＱＬ语句，服务器收到ＳＱＬ语句后，执行ＳＱＬ语句，然后将结果集返回。
由于结果集的大小不确定，故采用异步方式返回。即服务每次发送一个行结果时，必须等待客户端发送一条继续的握手消息。在等待结果集返回之后，服务器再返回数据库的操作提示，最后返回ＯＫ。
４．３嵌入式信息交互程序设计
嵌入式终端作为系统信息交互服务的客户端，用户通过嵌入式浏览器浏览以ＷＥＢ形式发布在服务器上的信息资源，同时用户还可以利用手机短信的方式与服务器端进行信息交互。系统管理员可以在服务器端进行服务器端和客户端信息管理和数据更新，同时也可以利用手机短信的方式实现信息的上传管理。
４．３．１用户短信息交互
系统通过ＴＣ３５ｉ实现短信收发，通过对用户短信解析，查询ＳＱＬｉｔｅ数据库中与用户短信新匹配的信息，并以短信息的形式回复用户。
短信收发程序通过向串口写ＡＴ指令［６］进行ｐｄｕ解码、编码来实现短信收发。在ｐｄｕ编码程序中绝大部分字符输入都是ＧＢ２３１２的字符串，需要通过ＧＢ到ＵＣＳ１６转换表进行转化。而在ｐｄｕ解码程序中由于中英文信息采用不同的编码格式，一般英文短信使用７位编码，而中文短信使用ＵＣＳ１６编码。所以解码的时候需要考虑两种可能：
对７位编码的数据，将字符串类型的１６进制字符串转换７位的比特流。通过短整型变量读出１６位，用掩码（（０ｘ０７ｆ＜＜ｊ））＞＞ｊ）进行提取实现７位比特流转化为８位比特流。将７位存入８位字符的低７位，高位补０。
对于ＵＣＳ１６编码的数据，将１６进制字符串转换为比特流形式，再把比特流填充到字符串数据中，使用中文编码转换库，将ＵＳＣ１６的字符串转换为ｇｂ２３１２。
串口通讯程序，通过向手机通信模块发送ＡＴ指令，调用ＰＤＵ编码、解码程序，实现用户查询短信的自动回复。
本程序采用查询的方式进行短信息的读写。首先清空系统ＳＩＭ卡中所有短信息，从ｉ＝１（１为最小值）开始查短信息（ＡＴ＋ＣＭＧＲ＝ｉ），如果到短消息，对ｐｄｕ解码进行相应的信息后回复短信息，最后将这个位置的短信息删除。使用查询方式进行短信息读写虽然耗时较多，但可以同时接收多条短信。
查询检测方式利用新的短信息总是存储在ｉ值最小的位置的特点，首先清空ＳＩＭ卡中所有短信息，从ｉ＝１（１为最小值）开始查短信息（ＡＴ＋ＣＭ－ＧＲ＝ｉ），如果到信息，认定其为新的短信息，进行ＰＤＵ解码，读取该信息。最后将这个位置的短信息删除。
４．３．２信息上传管理
信息上传管理就是授权用户和系统管理员利用手机上传的特定信息对嵌入式终端的ＳＱＬｉｔｅ和服务器端的ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ数据库进行更新管理。
和用户短信息交互一样，信息上传管理也要对用户发送的信息请求进行解析，并完成相对应的操作。为了满足与用户信息交互的准确度高和用户信息上传的完整性强的目标，系统采用固定请求信息的格式。通过在上传信息中设定用户身份标志，区别系统中上传信息与用户交互信息。
信息上传管理程序通过监听系统绑定的网络端口，接受手机短信交互模块转发的授权用户上传请求信息，在完成信息解析后，将字符串信息组织成数据链表的形式进行存储，根据数据链表相应节点的内容利用嵌入式数据库网络协议和ＡＤＯ接口完成对嵌入式终端和服务器端数据库的同步更新操作，并在收到对应的更新应答后将该数据链表删除。
（下转第５５页）
５结束语
利用嵌入式技术设计并实现了一个基于ＡＲＭ和Ｌｉｎｕｘ的嵌入式信息终端系统，该系统相对于传统的基于的ＰＣ终端具有体积小、部署方便的优势。嵌入式终端可以利用无线网络接口与服务器互联，能构架在计算机网络和移动通信网络之上。该系统能够满足用户信息交互时空限制小和信息可携带的要求，符合目前数字化信息服务的趋势，具有实际应用和推广价值。
参考文献：
tek062［１］ＡｈｍｅｄＡＪｅｒｒａｙａ，ＷａｙｎｅＷｏｌｆ．Ｈａｒｄｗａｒｅ／Ｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｔｅｒ－ｆａｃｅｃｏｄｅｓｉｇｎｆｏｒｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＣｏｍｐｕｔｅｒ，２００５，３８（２）：６３￣６９
［２］ＩｎｔｅｌＰＸＡ２７ｘＰｒｏｃｅｓｓｏｒＦａｍｉｌｙＤｅｖｅｌｏｐｅｒ＇ｓＭａｎｕａｌ［Ｚ］．
ＩｎｔｅｌＣｏｒｐ，Ａｐｒｉｌ２００４
［３］ＴＣ３５ｉＣｅｌｌｕｌａｒＥｎｇｉｎｅＨａｒｄｗａｒｅＩｎｔｅｒｆａｃｅＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ［Ｚ］．ＳｉｅｍｅｎｓＶｅｒｓｉｏｎ，２００２
［４］ＢｒａｎｄｏｎＷｈｉｔｅ．Ｌｉｎｕｘ２．６：ＡＢｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｆｏｒＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓ－ｔｅｍｓ［ＥＢ／ＯＬ］．．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．．ｌｉｎｕｘｄｅｖｉｃｅｓ．ｃｏｍ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ＡＴ７７５１３６eis
５７６３．ｈｔｍｌＳｅｐ．２００３
太平洋cs
［５］黄布毅，张晓华．基于ＡＲＭ－Ｌｉｎｕｘ的ＳＱＬｉｔｅ嵌入式数据库技术［Ｊ］．单片机与嵌入式系统应用，２００５
［６］ＡＴＣｏｍｍａｎｄＳｅｔ［Ｚ］．ＳｉｅｍｅｎｓＶｅｒｓｉｏｎ，２００２
作者简介：
徐宝成男，（１９８０－），硕士研究生。研究方向为嵌入式系统、分布式系统。
王磊男，（１９７２－），教授，硕士生导师。研究方向为人工免疫系统、智能信息系统。
多，图７是字形样例。
实验中测试了不同字数的字库，当字库中只包含ＧＢ２３１２的６７６３个汉字时，字库的大小是１１０５ｋＢ，平均每个汉字１６７字节；当字库中包含ＧＢＫ的２１００３个汉字时，字库的大小是１９９６ｋＢ，平均每个汉字只有９７字节。可以看出，字库中字数越多，字库的压缩比就越高。
５结束语
随着体积小、携带方便的嵌入式设备越来越普及和显示精度的提高，曲线字将会取代点阵字成为嵌入
式设备的主要字库。文中介绍了一种汉字字库的压缩方法，针对嵌入式系统的特点选用合适的字库，解决了部件重用字库难以实用的问题，并采用此方法制作出了符合ＧＢＫ规范的压缩ＴｒｕｅＴｙｐｅ字库。这种字库的字形是由设计人员设计制作的，字库格式完全符合ＴｒｕｅＴｙｐｅ的标准，数据量比普通的ＴｒｕｅＴｙｐｅ字库小很多，较大幅度地减少了数据存储量，以满足嵌入式设备的需要。参考文献：
［１］段华伟，黄灵阁．计算机文字处理技术现状［Ｊ］．印刷质量与标准化，２００４，（５）：３９￣４１
［２］ＷｒｉｇｈｔＴ．Ｈｉｓｔｏｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｆｏｎｔｓ［Ｊ］．ＡｎｎａｌｓｏｆｔｈｅＨｉｓｔｏｒｙｏｆＣｏｍｐｕｔｉｎｇ，ＩＥＥＥ，１９９８，２０（２）：３０￣３４
［３］Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ．Ｏｐｅｎｔｙｐｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉ－ｃｒｏｓｏｆｔ．ｃｏｍ／ｔｙｐｏｇｒａｐｈｙ／ｏｔｓｐｅｃ／，２００４
［４］陈志成，何华灿，毛明毅．ＧＢ１８０３０字库的解读与压缩封装程序设计［Ｊ］．计算机工程与应用，２００２，（１８）：１１９￣１２１
［５］ＰａｕｌＹｉｕＣｈｕｎｇＷｏｎｇ，ＳｉｕＣｈｉＨＳＵ．ＤｅｓｉｇｎｉｎｇＣｈｉｎｅｓｅｔｙｐｅｆａｃｅｕｓｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ［Ｃ］．ＣＯＭＰＳＡＣ９５．Ｐｒｏｃｅｅｄ－ｉｎｇｓ．，ＮｉｎｅｔｅｅｎｔｈＡｎｎｕａｌＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ．Ａｕｇ．１９９５：４１６￣４２１
［６］冯万仁，金连文．基于部件复用的分级汉字字库的构想与实现［Ｊ］．计算机应用，２００６，２６（３）：７１４￣７１６
［７］ＬＡＩＰＫ，ＹｅｕｎｇＤＹ，ＰｏｎｇＭＣ．Ａｈｅｕｒｉｓｔｉｃｓｅａｒｃｈａｐ－ｐｒｏａｃｈｔｏｃｈｉｎｅｓｅｇｌｙｐｈｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔｅｒＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆＯｒｉｅｎｔａｌＬａｎｇｕａｇｅｓ，１９９６，１０（３）
作者简介：
林麝唐英民男，（１９６２－），高级工程师。研究方向为文字与图形信息处理。
张艳霞女，（１９８２－），硕士研究生。研究方向为文字与图形信息处理。
吕肖庆男，（１９６７－），副研究员。研究方向为新一代智能排版系统，多语种与民族文字信息处
理，人机界面
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