【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）基于嵌入式操作系統(tǒng)的數(shù)模一體機(jī)開發(fā)的研究-計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

申請同濟(jì)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 二五年二月 基于嵌入式操作系統(tǒng)的 數(shù)模一體機(jī)開發(fā)的研究 （ 國家 863“軟件重大專項”項目 編號： 2001 培養(yǎng)單位：電子與信息工程學(xué)院 一級學(xué)科：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 二級學(xué)科：計算機(jī)應(yīng)用 研 究 生：沈小飛 指導(dǎo)教師：顧偉楠 教授 A in 2005 u V 63 o. 2001 基于嵌入式操作系統(tǒng)的數(shù)模一體機(jī)開發(fā)的研究 沈小飛 同濟(jì)大學(xué) 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意如下各項內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學(xué)?？梢赃m當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部內(nèi)容用于 學(xué)術(shù)活動。 學(xué)位論文作者簽名： 年 月 日 經(jīng)指導(dǎo)教師同意，本學(xué)位論文屬于保密，在 年解密后適用本授權(quán)書。 指導(dǎo)教師簽名： 學(xué)位論文作者簽名： 年 月 日 年 月 日 同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容 。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 簽名： 年 月 日 摘要 I 摘要 數(shù)字電視 (繼黑白電視和彩色電視之后的第三代 電視 , 由于采用了數(shù)字信號，因此使得 計算機(jī)技術(shù)的介入 和發(fā)展 成為了可能，在這樣的背景下 ,嵌入式 操作系統(tǒng)將 逐漸成為 數(shù)字電視軟件開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)平臺。 國內(nèi)數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程將會明顯加快 ，而傳統(tǒng)的模擬電視仍然在一定時間內(nèi)存在，所以數(shù)模一體機(jī)的開發(fā)正適應(yīng)了當(dāng)前的市場的需求。本文結(jié)合國家 863 軟件重大專項課題“ 基于中間件技術(shù)的因特網(wǎng)嵌入式操作系統(tǒng)及跨操作系統(tǒng)的中間件運行平臺 ”，提出了一種基于“和欣”嵌入式操作系統(tǒng) 來 提供 發(fā) 平臺 中間件的 解決方案 。 “和欣”嵌入式操作系統(tǒng) 是 完全面向構(gòu)件的操作系統(tǒng)， 操作系統(tǒng)提供的功能模塊全部基于構(gòu)件技術(shù)，都是可拆卸的構(gòu)件。該數(shù)模一體機(jī)系統(tǒng)分為模擬模塊和數(shù)字模塊兩部分。數(shù)字模塊正是基于“和欣”嵌入式操作系統(tǒng)，而模擬模塊的實現(xiàn) 則采用了傳統(tǒng)的數(shù)字電視開發(fā)方法，相比之下有一定的局限性。兩者之間使用串口進(jìn)行通信。 上層的可視化開發(fā)工具 為開發(fā)者提供了一個數(shù)模一體機(jī)軟件開發(fā)的可視化集成開發(fā)環(huán)境，它將一些原本分散的功能要素封裝成為具有一定屬性并可以響應(yīng)相應(yīng)事件的控件，這樣就可以借助可視化開發(fā)方法來提高數(shù)模一體機(jī)軟件開發(fā)的效率。 關(guān) 鍵詞：數(shù)字電視 ，構(gòu)件技術(shù)，中間件 I he V (is V V V. of of it is to TV be TV In TV it is a to in a of as of in 63 863 TV is “is a of on so its to to of TV It in as “TV TV TV “in It TV “is a TV “as to 錄 目錄 . 1 章 引言 . 1 字電視的技術(shù)現(xiàn)狀 . 1 字電視和高清晰度電視 . 2 字電視的特點 . 3 字電視的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) . 3 字電視的市場發(fā)展 . 4 題來源及研究意義 . 6 文結(jié)構(gòu) . 6 第 2 章 “和欣”嵌入式操作系統(tǒng)及其構(gòu)件技術(shù) . 6 和欣”操作系統(tǒng)概述 . 6 和欣”操作系統(tǒng)簡介 . 6 欣靈活內(nèi)核簡介 . 7 欣操作系統(tǒng)提供的功能 . 7 欣操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件開發(fā) . 8 欣操作系統(tǒng)的優(yōu)勢 . 9 欣構(gòu)件運行平臺 . 11 欣構(gòu)件運行平臺簡介 . 11 欣構(gòu)件運 行平臺的功能 . 11 欣構(gòu)件運行平臺的技術(shù)優(yōu)勢 . 13 用和欣構(gòu)件運行平臺編程 . 13 2.3 . 14 術(shù)的由來 . 14 件技術(shù)概要 . 16 術(shù)的意 義 . 16 術(shù)對軟件工程的作用 . 17 術(shù)在“和欣”技術(shù)體系中的作用 . 19 何用 術(shù)編程 . 19 目錄 V 第 3 章 模擬模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn) . 26 . 26 統(tǒng)設(shè)計 . 27 件的總體架構(gòu)設(shè)計 . 27 件的處理 . 29 式的處理 . 34 戶接口的實現(xiàn) . 36 . 44 第 4 章 數(shù)字模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn) . 32 . 32 . 32 鍵技術(shù) . 33 . 34 . 34 . 35 B 模塊的設(shè)計 . 36 塊的設(shè)計 . 36 塊的設(shè)計 . 37 塊的設(shè)計 . 37 . 38 間件平臺中的消息定義 . 38 間件平臺中的消息流分析 . 39 第 5 章 數(shù)模一體機(jī)通訊的設(shè)計和實現(xiàn) . 51 模通訊的整體設(shè)計方案 . 51 口通訊機(jī)制 . 51 送機(jī)制 . 51 . 51 據(jù)結(jié) 構(gòu)的定義 . 52 送命令的定義 . 52 第 6 章 可視化開發(fā)工具 設(shè)計 . 54 目錄 視化開發(fā)方法簡介 . 54 視化開發(fā)方法在 . 54 系統(tǒng)設(shè)計 . 55 系統(tǒng)構(gòu)成 . 56 設(shè)計要點 . 57 于 數(shù)字電視軟件開發(fā)方法 . 58 第 7 章 結(jié)論與展望 . 58 致謝 . 59 參考文獻(xiàn) . 60 個人簡歷 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果 . 62 第 1 章 引言 1 第 1 章 引言 字電視的技術(shù)現(xiàn)狀 自上一世紀(jì) 20年代電視問世以來，這一偉大發(fā)明給人們的生活、娛樂、工作和學(xué)習(xí)帶來了無可估量的作用。從早期的黑白電視到上世紀(jì)六十年代彩電問世，到數(shù)字電視和高清晰度電視的誕生，無一不引起人們的極大關(guān)注和帶來播放、家電產(chǎn)品的革命。電視對于當(dāng)今世界的任何國家來說，都 是最重要的消費電子產(chǎn)品，它已經(jīng)不僅僅是一種電子產(chǎn)品，而是成為了改變?nèi)藗兩罘绞降墓ぞ摺?21世紀(jì)是數(shù)字化的信息時代，數(shù)字電視和高清晰度電視（ 為人們關(guān)注的焦點，國內(nèi)市場上的電視產(chǎn)品也紛紛打數(shù)字電視和高清電視牌來吸引消費者，尤其是最近鬧得沸沸揚揚的高清電視概念，風(fēng)頭一時無兩。 數(shù)字電視是繼黑白模擬電視，彩色模擬電視之后的第三代電視。 區(qū)別于傳統(tǒng)電視，它是在拍攝、編輯、制作、傳輸、播出、接收電視信號的全過程都使用數(shù)字技術(shù)的電視系統(tǒng)。采用數(shù)字技術(shù)不僅可以使電視設(shè)備獲得比模 擬電視更高的顯示效果，而且還具有模 擬技術(shù)不能提供的諸如 視頻點播、數(shù) 字 廣播、個性化交互電視、遠(yuǎn)程教育、 網(wǎng)合一、電視電子商務(wù)和日常信息綜合服務(wù)等 增值 服務(wù) 項目 。影視數(shù)字化從根本上改變了影視的命運 。 影視節(jié)目的制作和播放，由于數(shù)字化方式的加入，而變得更加多元化，隨機(jī)化，全球化和可追求化。 數(shù)字電視的誕生是為了滿足人們的視覺和控制的需要。數(shù)字電視的信號不再是模擬信號，而是采用以數(shù)字形式進(jìn)行傳輸、處理、存儲的數(shù)字信號。由于數(shù)字電視信號的存儲和處理電路便于大規(guī)模和超大規(guī)模的集成，因而其設(shè)備比模擬電路設(shè)備元件少，便于調(diào)整，其重量輕、體積小 、功耗少，壽命長且可靠性高，容易與計算機(jī)以及其它數(shù)字化設(shè)備接口，適合于公用數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)，便于實現(xiàn)生產(chǎn)、運行的自動化和視聽信息處理的綜合化、網(wǎng)絡(luò)化。計算機(jī)技術(shù)的發(fā)第 1 章 引言 2 展和介入，使得正處于方興未艾的電視工業(yè)得到了新的支持，帶來了又一次巨大變革的歷史機(jī)遇。 字電視和高清晰度電視 現(xiàn)有的彩色電視包括以下幾種不同的制式 歐洲和我國采取的是 國和日本采取 式，前蘇聯(lián)采取 式，但利用人的視覺暫留原理順序掃描、同步掃描的原理卻是一樣的，因而面臨的問題也是相同的，即由于掃描行數(shù)的限制而 造成的清晰度不夠理想。 為了提高電視圖像的分辨率，從 70 年代開始，工業(yè)發(fā)達(dá)國家開始了對高清晰度電視系統(tǒng)的研究工作。這個工作最早是從日本的 始的，到了 80 年代初獲得成效，制作了 1125 線的數(shù)字電視機(jī)， 60 場 /秒， 2 1 隔行掃描標(biāo)準(zhǔn)的高清晰度電視，簡稱 數(shù)字電視概念的含義不僅是指我們一般人家中的電視接收機(jī)，而是包含了從發(fā)送、傳輸?shù)浇邮盏娜^程。由電視臺送出的圖像及聲音信號，經(jīng)數(shù)字壓縮和數(shù)字調(diào)制后，形成數(shù)字電視信號，經(jīng)過空中無線方式或電纜有線方式傳送，由數(shù)字電視接收機(jī)接收后，通過數(shù)字解調(diào)和數(shù)字視音頻 解碼處理還原出原來的圖像及伴音。因此，數(shù)字電視就是在電視臺播出節(jié)目和電視機(jī)接收節(jié)目全過程都采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行處理的電視。它與目前的模擬電視系統(tǒng)在傳輸方式上是完全不同的。電視節(jié)目從攝制、編輯、播送、傳輸、接收到顯示的全過程均采用全數(shù)字化的技術(shù)處理，因此，信號在整個過程中的損失大大減小，接收到的電視節(jié)目質(zhì)量可以達(dá)到與演播現(xiàn)場一樣的水平。 真正的數(shù)字電視并不等于人們常說的 包括普及型數(shù)字電視（ 者低清晰度數(shù)字電視（ 標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視（ 高清晰度數(shù)字電視（ 到了 90 年代，形成了日本、歐洲、美國三大數(shù)字電視制式。日本和歐洲的兩種制式出現(xiàn)比較早，圖像壓縮比較小。采用模擬信號傳送，衛(wèi)星播出方式適合較寬的信道傳輸；美國的全數(shù)字方案吸收了日本和歐洲的優(yōu)點，采用數(shù)字壓縮編碼和數(shù)字通信技術(shù)，傳送效率高，有效地壓縮了寬帶，適合于窄頻道傳輸?shù)牡孛鎻V播，并且對使用相同頻道的其它節(jié)目不產(chǎn)生干擾，實現(xiàn)了與先行模擬信號電視兼容過渡的根本目的。 世界各國發(fā)展數(shù)字電視的情況：美國國家電視網(wǎng)要在 2006 年普及數(shù)字電第 1 章 引言 3 視，全面停止模擬信號。 英國全國由模擬電視向數(shù)字電視過渡的時間從 2006年開始，預(yù)計 2010 年結(jié)束；日本 2001 年開播 6 套衛(wèi)星高清晰度數(shù)字電視，但地面高清晰度電視要在 2003 年才會在主要的大城市開播。我國計劃在 2005 年將進(jìn)行數(shù)字電視的商業(yè)播出， 2008 年用數(shù)字電視轉(zhuǎn)播奧運會， 2015 年停止模擬電視的播放，全面推行數(shù)字電視。 字電視的特點 相對于傳統(tǒng)電視，數(shù)字電視具有以下技術(shù)特點： ( 1 ) 收視效果好，圖像清晰度高，音頻質(zhì)量高，可以更好的滿足人們感官的需求。 ( 2 ) 抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)字電視不易受處界的干擾，避免了串臺、串音、噪聲等影響。 ( 3 ) 傳輸效率高 。利用有線電視網(wǎng)中的模擬頻道可以傳送 8 10 套標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視節(jié)目。 ( 4 ) 兼容現(xiàn)有模擬電視機(jī)。通過在普通電視機(jī)前加裝數(shù)字機(jī)頂盒即可收視數(shù)字電視節(jié)目。 ( 5 ) 提供全新的業(yè)務(wù)。借助雙向網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字電視不但可以實現(xiàn)用戶自點播節(jié)目、自由選取網(wǎng)上的各種信息，而且可以提供多種數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)。 ( 6 ) 很容易實現(xiàn)加密 /解密和加擾 /解擾技術(shù)，便于專業(yè)應(yīng)用 (如軍用 )以 及廣播應(yīng)用。 ( 7 ) 具有可擴(kuò)展性、可分級性和互操作性，便于在各類通信信道特別是異步轉(zhuǎn)移模式 (網(wǎng)絡(luò)中傳輸，也便于與計算機(jī)網(wǎng) 絡(luò)聯(lián)通。 字電視的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)字電視的傳輸途徑可分為三種：數(shù)字衛(wèi)星電視、數(shù)字有線電視和數(shù)字地面開路電視。這三種數(shù)字電視的信源編碼方式相同，都是 由于它們的傳輸途徑不同，它們的信道編碼也采用了不同的調(diào)制方式。 現(xiàn)在國際上的數(shù)字電視存在三種標(biāo)準(zhǔn)，第一種是美國的 準(zhǔn)，第二種是歐洲的 準(zhǔn)，第三種是日本的 準(zhǔn)。加拿大、韓國、臺灣、阿第 1 章 引言 4 根廷、墨西哥等國家和地區(qū)均采用美國的 準(zhǔn)，香港則計劃采用歐洲的準(zhǔn)。中國如果簡單選用國外標(biāo)準(zhǔn)，那么 企業(yè)利潤大都會用來支付專利費和授權(quán)費。另外，歐美標(biāo)準(zhǔn)在制訂過程中，沒有考慮多媒體兼容的概念，技術(shù)上不能支持無線互聯(lián)網(wǎng)傳輸和移動便攜式接收。這給我國制訂自己的標(biāo)準(zhǔn)提供了技術(shù)跨越的機(jī)會。 字電視的市場發(fā)展 世界各國發(fā)展數(shù)字電視的情況：美國國家電視網(wǎng)要在 2006年普及數(shù)字電視，全面停止模擬信號。 英國全國由模擬電視向數(shù)字電視過渡的時間從 2006年開始，預(yù)計 2010年結(jié)束；日本 2001年開播 6套衛(wèi)星高清晰度數(shù)字電視，但地面高清晰度電視要在 2003年才會在主要的大城市開播。而中國繼中央電視臺 1999年國慶閱兵式在 44頻道試播高清晰度電視節(jié)目之后，在 2000年深圳高交會期間，首次采用自主研制的四種 2小時， 所有這些跡象均表明： 而，當(dāng)其沖就是制定標(biāo)準(zhǔn)。電視標(biāo)準(zhǔn)不僅涉衣到節(jié)目播送的技術(shù)問題，還關(guān)系到整機(jī)的生產(chǎn)和利潤分配等市場問題，目前歐、美、日等主要工業(yè)國在數(shù)字電視傳輸制上仍存在分岐，我國的高清晰度電視標(biāo)準(zhǔn)也還未最終敲定 。 盡管我國在高清晰度電視領(lǐng)域已經(jīng)取得了可喜的成績，但與先進(jìn)國家相比仍有一定的 差距，還有不少技術(shù)和設(shè)備需要進(jìn)一步研究和開發(fā)。經(jīng)過不間斷的技術(shù)積累和努力， 前，全國已基本形成了 4個標(biāo)準(zhǔn)方案：廣研院的 166+2）方案、 N N 華大學(xué)的 案。一旦標(biāo)準(zhǔn)制定完成，我國的 目前，國家計委已在北京、上海、深圳三個城市進(jìn)行數(shù)字電視研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化試點，目的是對目前已經(jīng)提出的數(shù)字電視和 ，從實踐中驗證，為早日制訂我國的數(shù)字電視和 著我國加入 008年在京舉力奧運會，國內(nèi)數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程將會明顯加快，一個全新的產(chǎn)業(yè)也正在形成 。 數(shù)字電視的推廣應(yīng)用。促進(jìn)了電視制作、播出、傳輸、接收諸環(huán)節(jié)的技術(shù)第 1 章 引言 5 開發(fā)和設(shè)備制造的全面發(fā)展，形成一個比模擬電視更為龐大的產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò) 。這個網(wǎng)絡(luò)主要是由技術(shù)服務(wù)商、電視運營商、內(nèi)容制作商、電視廠家和廣大數(shù)字電視觀眾組成。由于數(shù)字電視已不再是傳統(tǒng)意義上的電視機(jī)，而相當(dāng)于一臺 32位于數(shù)字電視接受的是二進(jìn)位的數(shù)字代碼，因此電視節(jié)目內(nèi) 容制作商有了更大的空間可以動態(tài)地控制這些代碼，從而達(dá)到制作動態(tài)節(jié)目的目標(biāo)，這將是電視史上的一次里程碑。類似的動態(tài)服務(wù)將比比皆是，動態(tài)服務(wù)將為我們帶來除基本音視頻業(yè)務(wù)之外的數(shù)字電視增值業(yè)務(wù)。由于電視節(jié)目的多樣化，為內(nèi)容制作商提供技術(shù)支持的技術(shù)服務(wù)商就應(yīng)運而生，技術(shù)服務(wù)商的作用就相當(dāng)于應(yīng)用軟件開發(fā)商，他們利用數(shù)字電視的操作系統(tǒng)所提供或支持的中間件，開發(fā)出大量的數(shù)字電視節(jié)目開發(fā)軟件，為內(nèi)容制作商提供強(qiáng)大的支持。而電視運營商將會從內(nèi)容制作商那里采購所需的電視節(jié)目，編排以后提供給電視觀眾。電視廠家為電視觀眾提供數(shù)字電 視，以便觀眾們能享用豐富的電視節(jié)目。 以下是數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)網(wǎng)的示意圖： 圖 字電視產(chǎn)業(yè)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖 數(shù)字電視服務(wù)的最大特點是，它除了支持傳統(tǒng)的音頻、視頻業(yè)務(wù)以外，還能帶來電視增值業(yè)務(wù) ，而這些 增值業(yè)務(wù) 大都 是建立在 基于數(shù)字電視 的 軟件產(chǎn)品上的 。 隨著數(shù)字電視市場的不斷發(fā)展，數(shù)字電視運營商在尋求一種高效可靠的軟件 平臺，數(shù)字電視制造商面對著多種系統(tǒng)實現(xiàn)方案和市場需求， 其軟件開發(fā)占技術(shù)總投入的比重日益加大，從而產(chǎn)生了對與平臺無關(guān)而又能夠支 持業(yè)務(wù)擴(kuò)展的開放系統(tǒng)的需求。數(shù)字電視中間件技術(shù)就是在這種應(yīng)用需求下產(chǎn)生 的。 它定 義了一組支持?jǐn)?shù)字電視應(yīng)用功能的標(biāo)準(zhǔn)程序接口，使應(yīng)用程序與具體的數(shù)字電視 硬件平臺無關(guān)。 通過中間件的平滑嫁接，同一應(yīng)用軟件可以在不同的操作系統(tǒng)上使用。 第 1 章 引言 6 題來源及研究意義 本課題來源于國家 863重大軟件專項 項目 “基于中間件技術(shù)的因特網(wǎng)嵌入式操作系統(tǒng)及跨操作系統(tǒng)的中間件運行平臺” 。本課題 的主要目標(biāo)是研究和開發(fā)基于嵌入式操作系統(tǒng)的數(shù)模一體機(jī)的開發(fā)，本文是在該課題的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。首先研究了嵌入式操作系統(tǒng)的關(guān)鍵技 術(shù)；然后分別分析了數(shù)模一體機(jī)的模擬模塊和數(shù)字模塊的軟件架構(gòu)和實現(xiàn)，以及數(shù)模通訊的設(shè)計和實現(xiàn) ， 最后給出了該系統(tǒng)的前端設(shè)計和實現(xiàn)。 雖然國內(nèi)企業(yè)對數(shù)字電視的研發(fā)已經(jīng)起步， 但由于 我們 普遍 采用外國廠家提供的 與芯片捆綁銷售的 操作系統(tǒng)，受國外操作系統(tǒng)技術(shù)封閉的影響，國內(nèi)廠家將很難 做到 自主開發(fā)產(chǎn)品，必須高度依賴國外廠家的技術(shù)支持。 這樣就 必然產(chǎn)生開發(fā)環(huán)境、開發(fā)手段落后，手工作坊式生產(chǎn)應(yīng)用軟件甚至是電視節(jié)目的弊端 。 為了更好的保護(hù)我國的數(shù)字電視 產(chǎn)業(yè)，一方面要 采用具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的操作系統(tǒng) ，另一方面 還必須加快對數(shù)字電視軟件平臺相關(guān)技術(shù)的研究和開發(fā)。因此，本文對數(shù)字電視軟件開發(fā) 平臺進(jìn)行的研究，不僅具有重要的理論意義 ，還具有廣闊的應(yīng)用前景。 文結(jié)構(gòu) 本文的內(nèi)容共分為七章 : 第一章簡要介紹了數(shù)字電視的發(fā)展概況、數(shù)字電視與軟件中間件的關(guān)系以及課題來源及研究意義。 第二章重點介紹了“和欣”嵌入式操作系統(tǒng)及其構(gòu)件技術(shù)。 第三章主要介紹了數(shù)模一體機(jī)的模擬模塊的硬件平臺和軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)。 第四章主要論述了數(shù)模一體機(jī)的硬件組成和關(guān)鍵技術(shù)， 件總體架構(gòu)，并詳細(xì)介紹了中間件的設(shè)計和實現(xiàn)。 第五章具體論述了 數(shù)模通訊的詳細(xì)設(shè)計和實現(xiàn)。 第 1 章 引言 7 第六章 論述了 基于數(shù)字電視中間件平臺的可視化開發(fā)工具 提出了一種數(shù)字電視軟件開發(fā)的新模式。 第七章對目前的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，并提出了未來可能的研究方向和關(guān)鍵性問題。第 2 章 “和欣”嵌入式操作系統(tǒng)及其構(gòu)件技術(shù) 6 第 2 章 “和欣”嵌入式操作系統(tǒng)及其構(gòu)件技術(shù) 和欣”操作系統(tǒng)概述 和欣”操作系統(tǒng)簡介 “和欣”是 32位嵌入式操作系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)可以從多個側(cè)面進(jìn)行描述： 32位嵌入式操作系統(tǒng) 。 操作系統(tǒng)基于微內(nèi)核，具有多進(jìn)程、多線程、搶占式、基于線程的多優(yōu)先級任務(wù)調(diào)度等特性。提供 統(tǒng)，可以從軟盤、硬盤、 可以通過網(wǎng)絡(luò)啟動。和欣操作系統(tǒng)體積小，速度快，適合網(wǎng)絡(luò)時代的絕大部分嵌入式信息設(shè)備。 完全面向構(gòu)件技術(shù)的操作系統(tǒng) 。 操作系統(tǒng)提供的功能模塊全部基于 此是可拆卸的構(gòu)件，應(yīng)用系統(tǒng)可以按照需要剪裁組裝，或在運行時動態(tài)加載必要的構(gòu)件。 從傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的角度來看，和欣操作系統(tǒng)可以看成是由微內(nèi)核、構(gòu)件支持模塊、系統(tǒng)服務(wù)器組成的。 微內(nèi)核：主要可分為 4 大部分：硬件抽象層（對硬件的抽象描述，為該層之上的軟件模塊提供統(tǒng)一的接口）；內(nèi)存管理（規(guī)范化的 內(nèi)存管理接口，虛擬內(nèi)存管理）；任務(wù)管理（進(jìn)程管理的基本支持，支持多進(jìn)程，多線程）；進(jìn)程間通信（實現(xiàn)進(jìn)程間通信的機(jī)制，是構(gòu)件技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施）。 構(gòu)件支持模塊：提供了對 件的支持，實現(xiàn)了構(gòu)件運行環(huán)境。構(gòu)件支持模塊并不是獨立于微內(nèi)核單獨存在的，微內(nèi)核中的進(jìn)程間通訊部分為其提供了必要的支持功能。 系統(tǒng)服務(wù)器：在微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)支持等系統(tǒng)服務(wù)是由系統(tǒng)服務(wù)器提供的。在和欣操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)服務(wù)器都是以動態(tài)鏈接庫的形式存在。 第 2 章 “和欣”嵌入式操作系統(tǒng)及其構(gòu)件技術(shù) 7 欣靈活內(nèi)核簡介 和欣操作系統(tǒng)的實現(xiàn)全面 貫穿了 以把操作系統(tǒng)的內(nèi)核地址區(qū)看成是一段特殊的地址空間，用戶可以根據(jù)運行時的需求，自主選擇將操作系統(tǒng)的某些系統(tǒng)服務(wù)構(gòu)件、文件系統(tǒng)、圖形系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動構(gòu)件等運行于內(nèi)核地址空間或用戶地址空間。與傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)的“大內(nèi)核”、“微內(nèi)核”體系結(jié)構(gòu)相比，和欣操作系統(tǒng)內(nèi)核里提供的系統(tǒng)服務(wù)，完全可以由用戶依據(jù)系統(tǒng)自身的需求動態(tài)決定。因此稱和欣操作系統(tǒng)內(nèi)核為“靈活內(nèi)核” （ 和欣靈活內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)，利用構(gòu)件和中間件技術(shù)解決了長 期以來困擾操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計者的大內(nèi)核和微內(nèi)核在性能、效率與穩(wěn)定性、安全性之間不能兩全其美的矛盾。 下圖來表示和欣靈活內(nèi)核及其與系統(tǒng)構(gòu)件和應(yīng)用構(gòu)件的關(guān)系： 圖 和欣”靈活內(nèi)核與系統(tǒng)構(gòu)件和應(yīng)用構(gòu)件的關(guān)系 欣操作系統(tǒng)提供的功能 從應(yīng)用編程的角度看，和欣操作系統(tǒng)提供了一套完整的、符合 在各種嵌入式設(shè)備的硬件平臺上運行 和欣操作系統(tǒng)還提供了一組動態(tài)鏈接構(gòu)件庫，這些構(gòu)件庫通常是開發(fā)嵌入式應(yīng)用 系統(tǒng)時不可缺少的： 圖形系統(tǒng)構(gòu)件庫（方便開發(fā)圖形用戶操作界面）； 設(shè)備驅(qū)動構(gòu)件庫（各種輸入輸出設(shè)備的驅(qū)動）； 靈活內(nèi)核 內(nèi)核狀態(tài) 用戶狀態(tài) 設(shè)備驅(qū)動、 核心構(gòu)件 系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性考慮 系統(tǒng)速度、效率考慮 應(yīng)用構(gòu)件 第 2 章 “和欣”嵌入式操作系統(tǒng)及其構(gòu)件技術(shù) 8 文件系統(tǒng)構(gòu)件庫（ 容，包括對 的支持）； 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)件庫（ P 等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持）。 系統(tǒng)提供的構(gòu)件庫，以及用戶開發(fā)的應(yīng)用程序構(gòu)件都是通過系統(tǒng)接口與內(nèi)核交互，從這個意義上說，他們處于同樣的地位。用戶可以開發(fā)性能更好或者更符合需求的文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等構(gòu)件庫，替換這些構(gòu)件庫，也可以開發(fā)并建立自己的應(yīng)用程序構(gòu)件庫。這就是基于構(gòu)件技術(shù)操作系統(tǒng)的優(yōu)勢之一。 此外，為了方便用戶編程，在和欣 與微軟 容的應(yīng)用程序編程接口 ( 標(biāo)準(zhǔn) C 運行庫（ 和欣提供的工具類函數(shù)（ 對程序員來說，和欣操作系統(tǒng)提供的用戶編程接口與上一節(jié)中介紹的和欣構(gòu)件運行平臺完全一樣。所以，在相互兼容的硬件平臺上，不管運行的是和欣操作系統(tǒng)還是 用程序可以不加區(qū)分地在其上運行。 和欣操作系統(tǒng)實現(xiàn)并支持系統(tǒng)構(gòu)件及用戶構(gòu)件相互調(diào)用的機(jī)制，為 于 描述與“和欣構(gòu) 件運行平臺”是一樣的，在此從簡。因此，可以把和欣操作系統(tǒng)看成是直接運行在硬件平臺上的“和欣構(gòu)件運行平臺”。 可以用下圖來表示和欣操作系統(tǒng)及其主要構(gòu)成： 圖 和欣”操作系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 欣操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件開發(fā) 函數(shù)庫 動態(tài)鏈接庫 硬件 和欣操作系統(tǒng) 和欣操作系統(tǒng)內(nèi)核 應(yīng)用程序 構(gòu)件運行平臺 第 2 章 “和欣”嵌入式操作系統(tǒng)及其構(gòu)件技術(shù) 9 和欣 發(fā)“和欣”應(yīng)用軟件的開發(fā)環(huán)境如下圖所示： 圖 和欣”應(yīng)用軟件的開發(fā)環(huán)境 開發(fā)“和欣”應(yīng)用軟件的過程，如下圖所示： 圖 和欣”應(yīng)用軟件的開發(fā)過程 欣操作系統(tǒng)的優(yōu)勢 和欣操作系統(tǒng)的最大特點就是： 全面面向構(gòu)件技術(shù)，在操作系統(tǒng)層提供了對構(gòu)件運行環(huán)境的支持； 用構(gòu)件技術(shù)實現(xiàn)了“靈活”的操作系統(tǒng)。 這是和欣操作系統(tǒng)區(qū)別于其它商用嵌入式操作系統(tǒng)產(chǎn)品的最大優(yōu)勢。 在新一代因特網(wǎng)應(yīng)用中，越來越多的嵌入式產(chǎn)品需要支持網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，而網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的提供一定是基于構(gòu)件的。在這種應(yīng)用中，用戶通過網(wǎng)絡(luò)獲得服務(wù)程序，這個程序一定是帶有自描述信息的構(gòu)件，本地系統(tǒng)能夠為這個程序建立運行環(huán)境，自動加載運行。這是新一代因特網(wǎng)應(yīng)用的需要，是必然的發(fā)展方向。和欣 主機(jī) 000/用戶的目標(biāo)系統(tǒng) 運行和欣操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序 和欣 +源程序 運行、調(diào)試 和欣構(gòu)件 運行平臺 交叉 編譯 其它 目標(biāo)系統(tǒng) 容 的目標(biāo)系統(tǒng) 和欣 2 章 “和欣”嵌入式操作系統(tǒng)及其構(gòu)件技術(shù) 10 操作系統(tǒng)就是應(yīng)這種需要而開 發(fā)，率先在面向嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)中實現(xiàn)了面向構(gòu)件的技術(shù)。 因此，構(gòu)件化的和欣操作系統(tǒng)可以為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)帶來以下好處： 在嵌入式軟件開發(fā)領(lǐng)域，導(dǎo)入先進(jìn)的工程化軟件開發(fā)技術(shù)。嵌入式軟件一般用匯編語言、 C 語言，在少數(shù)系統(tǒng)中已經(jīng)支持了 C+開發(fā)，但是由于還沒有一個嵌入式操作系統(tǒng)能夠提供構(gòu)件化的運行環(huán)境，可以說，嵌入式軟件開發(fā)還是停留在手工作坊式的開發(fā)方式上。和欣操作系統(tǒng)使得嵌入式應(yīng)用的軟件開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)工程化、工廠化生產(chǎn)。 可以動態(tài)加載構(gòu)件。動態(tài)加載構(gòu)件是因特網(wǎng)時代嵌入式系統(tǒng)的必要功能。新一代 移動電 話等移動電子產(chǎn)品，不能再像以前那樣由廠家將所有的功能都做好后固定在產(chǎn)品里，而要允許用戶從網(wǎng)上獲得自己感興趣的程序。 隨時和動態(tài)地實現(xiàn)軟件升級。動態(tài)加載構(gòu)件的功能，同樣可以用于產(chǎn)品的軟件升級，開發(fā)商不必為了添加了部分功能而向用戶重新發(fā)布整套軟件，只需要升級個別構(gòu)件。 靈活的模塊化結(jié)構(gòu)，便于移植和剪裁。易于定制成針對不同硬件配置的緊湊高效的嵌入式操作系統(tǒng)。添加或刪除某些功能模塊也非常簡單。 嵌入式軟件開發(fā)商容易建立自己的構(gòu)件庫。在不同開發(fā)階段開發(fā)的軟件構(gòu)件，其成果很容易被以后的開發(fā)所共享，保護(hù)軟件開發(fā)投資。軟件 復(fù)用使得系列產(chǎn)品的開發(fā)更加容易，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期。 容易共享第三方軟件開發(fā)商的成果。面向行業(yè)的構(gòu)件庫的建設(shè)，社會軟件的豐富，使得設(shè)備廠家不必親自開發(fā)所有的軟件，可以充分利用現(xiàn)有的軟件資源，充分發(fā)揮自己的專長為自己的產(chǎn)品增色。 跨操作系統(tǒng)平臺兼容，降低軟件移植的風(fēng)險。在和欣開發(fā)環(huán)境上開發(fā)的軟件所具有的跨平臺特性，使得用戶可以將同樣的可執(zhí)行文件不加修改地運行在和欣操作系統(tǒng)（嵌入式設(shè)備）與 000/。特別是對于需要將 的軟件移到嵌入式系統(tǒng)以降低產(chǎn)品成本的用戶，這一特點 不僅可以大大節(jié)約軟件移植的費用，還可以避免因移植而帶來的其它隱患。 功能完備的開發(fā)環(huán)境和方便的開發(fā)工具，幫助嵌入式開發(fā)