摘要:针对基于Windows CE.net的警用PDA的开发,分析了Windows CE.net系统的特点,介绍了WinCE.net系统平台的搭建和典型的嵌入式应用程序的开发过程,并对警用PDA开发过程中用到的串口操作、GPS技术及GSM技术做了讨论。本文实现的系统简单高效、扩展性好、实用性强;给出的应用实例的开发过程可推广到其他嵌入式系统的软件开发过程中。
关键词:嵌入式系统Windows CE.net警用PDAGPS技术GSM技术
中图分类号:TP316.7文献标识码:A
当今时代,科技高度发展,随之而来是各系统各部门都打响了信息战。公安、交警和武警系统的信息化建设也受到国家的极大重视。而警用PDA[2]即警用个人数字助理,其终端设备小巧便捷,使用简单方便,在公安、交通部门现代化、信息化工作中起到很大的作用。而警用PDA是基于嵌入式系统的一种设备。嵌入式系统[9]一般指有计算机功能但又不被称为计算机的设备或器材,是计算机软件与硬件的综合体。基于系统设计的灵活性、友好的人机界面与可操作性强等角度考虑,本文采用Windows CE.net这一嵌入式操作系统。
1 Windows CE.net的特点
在市场上有几种流行的嵌入式操作系统,Windows CE.net(WinCE.net) 、Linux、VxWorks[4]、Symbian、Palm[7]等。而警用PDA的开发平台选择了WinCE.net,之所以这样选择是与它的一些优秀特点是分不开的。
1.1 WinCE.net的体系结构[1]
WinCE.net具备完整的操作系统特性集和针对端对端开发的环境,可根据需要定制内核,还有可移植性、模块化、兼容性、多任务等特点。特别是模块化的特点允许它对于从掌上电脑到专用工业控制器的用户电子设备进行定制。
1.2 WinCE.net的层次
一个基于WindCE.net的嵌入式操作系统可以分为四个层次,从底到上分别为硬件层、OEM层、操作系统层和应用层。硬件层是系统的硬件,包括处理器和各种设备。OEM层是一个硬件抽象层,它提供了硬件和操作系统之间的接口。操作系统层中有CE的组件,用户可以根据自己的系统需要进行定制。应用程序层是用户为特定的嵌入式系统开发的应用程序。
1.3 WinCE.net功能[5]
从操作系统角度看, WinCE.net有灵活的电源管理功能,拥有良好的通信能力,支持PC内部网以及Internet的连接,还有出色的用户界,还支持TrueType字体、手写识别、3D图形等。另外还支持多媒体功能,可扩充CF卡SD卡等。
从开发者的角度来说,开发者可以利用Win CE.net提供的工具Platform Builder来因地制宜的根据需要进行定制、裁剪,得到符合要求的WinCE.net系统。当WinCE.net自带的驱动程序不能满足用户需要的时候,用户还可以自己来编写驱动程序,这些都可以用系统自带的PB工具来完成。内核定制完成后,用户可以倒出SDK,用于应用程序的开发。应用程序的开发可以使用PB、 EVC, 以及VS.net,因为WinCE.net对COM、DVD、Internet等功能的支持,所以应用程序的开发就更方便了。
2 WinCE.net系统的定制及应用程序的开发
要创建一个基于WinCE.net的平台,首先需要根据目标设备的硬件配置以及应用对WinCE.net进行定制,安装或创建设备驱动程序,生成一个基于目标设备的硬件配置的操作系统映像文件(nk.bin),并通过网卡、串口或并口将映像文件下传到目标设备的硬件平台中,然后基于该平台进行应用程序的开发。现仅以警用PDA的开发中的定位和通信为例子来说明从定制内核到应用开发的过程。
警用PDA研究的目的是方便警务人员执行任务,在任务当中能省时省力,更准确的进行定位、通信。同时还可以利用PDA的一些扩展功能,如小游戏和媒体播放等等。
系统的模块有定位模块和通信模块。定位模块的硬件部分为GPS,软件部分为电子地图。GPS通过两个串口与主机相连,接入电源即可工作,通过串口输出数据;电子地图根据从GPS传出的信息定点来得到主机的位置。通信模块采用无线的GSM网络。GSM完成将各终端的位置发送给总站,另外就是完成各终端之间的语音通信。
2.1 选择硬件
硬件选用傅立叶公司的S3C2410开发板[6]进行开发。硬件参数如下:
核心板64Mbyte NandFlash;SDRAM核心板64Mbyte;LCD控制器;CPU 内置STN/CSTN/TFT;LCD控制器,支持1024*768 分辨率下的各种液晶;触摸屏控制器CPU 内置4线制电阻式触摸屏控制器;USB主口2个;USB 从口1个;SD/MMC卡接口1个;中断和测试按键4个;数码管1个;LED灯2个;JTAG接口;5V电源。
2.2 选择软件平台并进行定制
平台选择WinCE.net,针对应用需求对平台进行定制,平台定制流程如图1所示
(1)可以使用一个预先配置好的BSP或者创建自己的BSP,这里我们选择S3C2410开发板自带的BSP, Win CE.net支持多款的CPU,可根据需要选择适合自己系统的BSP,如本例的为ARMV4的。
(2)基于新的BSP创建一个新的Platform并生成一个新的image,将串口驱动,触摸屏的驱动等等所需要的都加到Platform中去。
(3)生成操作系统镜像。
(4)下载镜像到目标设备上。
(5)创建SDK并倒出安装到Embedded Visual C++4.0中,进行应用程序的开发。
2.3 应用程序的开发
在警用PDA的开发中利用Embedded Visual C++4.0提供的工具来创建、测试和修改应用程序。利用Platform Builder 4.2创建SDK并导入到Embedded Visual C++4.0,然后从Embedded Visual C++4.0的环境列表中选择所定制的平台,接下来就可以进行应用程序的开发、调试和运行。
(1)串口操作。在基于WinCE.net的设备上,串口通信端口读写的任务由调用文件读写函数完成。另外需要注意的是WinCE.net不支持异步IO,因此不能使用异步IO的方式来操作串口设备,并且WinCE.net的API都是UNICODE的,因此,提供给CreateFile等API函数的设备名称等参数必须使用UNICODE字符串。
(2)GPS定位模块。GPS接收机接收卫星发来的定位数据,并根据数据计算出自身所处地理位置的坐标,经过处理后与掌上电脑PDA系统上的电子地图匹配,并在地图上显示坐标的正确位置,就可清楚和直观的掌握出警人员的动态位置信息。GPS模块采用的是由ROCKWELL公司推出的Jupiter型GPS接收机,用标准串口进行数据传输,接口电平是TTL电平,波特率为9600bps,无校验位,8个数据位,一个停止位。
(3)GSM模块。本系统采用的是经纬星航[8]GSM模块,直接将之连接到串口上。该模块收发信息有3种模式,本系统采用的是其中的 PDU 模式,虽然PDU 模式开发起来较为复杂,但它被所有手机支持,可以使用任何字符集。用PDU 模式可以使用三种编码: 7-bit 编码、8-bit 编码和UCS2 编码。而本系统使用的是WinCE.net作为操作系统,支持Unicode 码,同时又要实现中文短消息的发送,所以选择用UCS2 编码。所谓UCS2 编码,是将单个的字符(1-2个字节)按ISO/IEC10646 的规定,转变为16 位的Unicode 宽字符。
3 结语
Windows CE.net嵌入式操作系统,既具有嵌入式系统所要求的实时性、可裁剪性、低资源占有性,同时它又使用Windows API,与Windows系统的很相像,使熟悉Windows系统的用户感到很亲切,很多开发技术会很容易掌握。同时EVC的应用给嵌入式系统应用程序的开发提供了极大的方便。因此,利用Windows CE.net开发嵌入式系统或装置不仅可以获得很好的性能,而且可以大大缩短开发周期和降低技术风险。警用PDA开发实例是S3C2410开发板(硬件)和Windows CE.net (软件)的良好结合的体现,实现了预定的功能,另外对其他功能可以进一步的扩展。而其他的嵌入式操作系统也各有自己的特点,在实际的开发过程中可以根据项目的需要进行操作系统的选择和应用开发工具的选择,而不必迷信于一个系统或一种工具。
参考文献
[1] 周毓林,宁杨,陆贵强,付林林著.Windows CE.net内核定制及其应用开发.电子工业出版社.
[2] 探矽工作室著.嵌入式系统开发圣经(第二版),中国铁道出版社.
[3] 傅曦,齐宇著.嵌入式系统Windows CE开发技巧与实例.化学工业出版社.
[4] 李忠民,杨刚等著.ARM嵌入式VxWorks实践教程.北京航空航天大学出版社.
[5] 金华标,常勇.基于Windows CE.NET的嵌入式系统软件开发的研究.武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2003,27(2).
[6] 西安傅立叶电子.fft2410简易版.pdf.
[7] 王沛然.基于Windows CE.net 的手持终端系统软件设计.浙江大学生物医学与仪器工程学院,2004年.
[8] .
[9] .
作者简介:孙晓磊(1980-),女,山东潍坊人,硕士,助教,研究方向为计算机应用技术.