（计算机应用技术专业论文）基于wince的电子词典的设计与实现.pdf

中文摘要 论文题目：基于w i n c e 的电子词典的设计与实现 专业：计算机应用技术 硕士生：周东兴( 签名)! 垂l 盔! 益 指导教师：田泽( 签名) i 塑i 主 摘要 随着科学技术的发展和信息时代的来临，多语言共存的国际化环境是一种趋势。电 子词典作为一种语言学习的工具，具有广阔的应用前景和商业价值。基于嵌入式操作系 统的专用电子词典，以其功能强大、可靠性高、健壮性好以及良好的操作性和交互性等 优点，克服传统无操作系统的交互性差以及掌上电子产品附加的电子词典的功能有限性 等不足，将成为市场的主流。 嵌入式操作系统作为系统级软件，是本电子词典系统开发的核心技术之一。w i n d o w s c e 嵌入式操作系统以其可靠性高、开放性好、开发周期短和良好的人机界面等显著优点， 广泛应用于工业控制，信息家电，移动通信，汽车电子，个人电子消费品等各个领域。 本文在考察设计任务的基础上，简述了w i n d o w sc e 操作系统的相关重要组件。 词库数据库技术和查词算法是电子词典应用软件系统的研究重点之一。首先，本论 文在论述w i n d o w sc e 自带的数据库开发方法的基础上，结合本电子词典系统的数据库 特点，提出了改进的数据库设计方法，从而有效解决了数据库的安全性、完整性及功能 的完善性问题；其次，本论文在列举常用搜索算法的基础上，提出了b + 树搜索算法，使 得系统的查词速度得以大大提高；最后，密切结合在研项目，详细阐述了软件的设计流 程和相关的设计实验，使得本系统的研究在实际系统中得以验证。 关键词：w i n c e 驱动电子辞典数据库 论文类型：应用研究 i i 英文摘要 s u b j e c t ：t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe m b e d d e de l e c t r o n i cd i c t i o n a r yb a s e do n w i n c e s p e c i a l i t y ：c o m p u t e ra p p u c a t i o nt e c h n o l o g y n a m e ：z h o u d o n g x i n g ( s i g n a t u r e ) z 趾凹基塑 i n s t r u c t o r ：t i a n z e ( s i g n a t u r e ) z ；巫b 丝 a b sl r a c r i w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n di n f o r m a t i o na g e c o m i n g ，t h ec o e x i s t e n c eo f m u l t i - l a n g u a g ee n v i r o n m e n ti st h ei n t e r n a t i o n a l i z a t i o no fat r e n d e l e c t r o n i cd i c t i o n a r ya sa l a n g u a g el e a r n i n gt o o l ，h a st h ea d v a n t a g e so fp o w e r f u l ，h i g hr e l i a b i l i t ya n dg o o dr o b u s t n e s s a n dg o o do p e r a b i l i t ya n di n t e r a c t i o ne t c ，o v e r c o m et h et r a d i t i o n a ld e f e c t st h a tp o o ri n t e r a c t i v e ， a sw e l la sl a c ko fl i m i t e df u n c t i o no fa d d i t i o n a le l e c t r o n i cd i c t i o n a r i e s s o ，e l e c t r o n i c d i c t i o n a r yw i l lb e c o m et h em a i n s t r e a mm a r k e t e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e ma sas y s t e m - l e v e ls o f t w a r e ，i so n eo ft h ec o r et e c h n o l o g y d e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r o n i cd i c t i o n a r ys y s t e m e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e mo fw i n d o w sc e f o ri t sh i 曲r e l i a b i l i t y ，o p e n n e s s ，s h o r td e v e l o p m e n tc y c l ea n dt h e g o o dm a n m a c h i n e i n t e r f a c e ，w i d e l yu s e di ni n d u s t r i a lc o n t r o l ，i n f o r m a t i o na p p l i a n c e s ，m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ， a u t o m o t i v ee l e c t r o n i c s ，p e r s o n a le l e c t r o n i c sa n do t h e rf i e l d so fc o n s u m e rg o o d s i nt h et h e s i s ， e l a b o r a t e dt h er e l a t e di m p o r t a n tc o m p o n e n to fo p e r a t i n gs y s t e mo fw i n d o w sc eb a s e do n s t u d y i n ga n dd e s i g n i n gt h et a s k t h e s a u r u sd a t a b a s et e c h n o l o g ya n ds e a r c ht h ew o r da l g o r i t h ma r ee l e c t r o n i cd i c t i o n a r y a p p l i c a t i o ns o f t w a r es y s t e mr e s e a r c hp r i o r i t i e s 1 1 1 ef i r s t ，b a s e do nd a t a b a s ed e v e l o p m e n t m e t h o d o l o g y w h i c hi so w n e d 而t l lw i n d o w s c e ，a n dc o m b i n a t i o no ft h ed a t a b a s e c h a r a c t e r i s t i c so fe l e c t r o n i cd i c t i o n a r y s y s t e m ，t h e t h e s i sp u tf o r w o r dt h em e t h o do f i m p r o v i n gt h ed a t a b a s ed e s i g n ，s os o l v et h ep r o b l e mo fs e c u r i t y ，i n t e g r i t ya n df u n c t i o n i n t e g r i t yo fd a t a b a s e s e c o n d l y ，o nt h eb a s i so fl i s t i n gc o m m o n l yu s e ds e a r c ha l g o r i t h m ，t h e t h e s i sp u tf o r w o r dab + t r e es e a r c ha l g o r i t h m ，s og r e a t l ye n h a n c et h es p e e do fs e a r c h i n g w o r do ft h es y s t e m ；f i n a l l y ，i nc l o s ec o n j u n c t i o nw i t hr e s e a r c hp r o j e c t ，e l a b o r a t e dd e t a i l e do f t h es o f t w a r ed e s i g np r o c e s sa n dr e l a t e dd e s i g ne x p e r i m e n t ，m a k i n gt h es y s t e mo fs t u d yt o v e r i f yt h ea c t u a ls y s t e m k e yw o r d s ：w i n c e d r i v ee l e c t r o n i c d i c t i o n a r y d a t e r b a s e t h e s i st y p e ：d e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c h i i i 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：篮l 盔兰! 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名：! 茎i 盔送 导师签名： 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章绪论 第一章绪论 近年来，伴随着个人数字助理( p d a ) 等便携式移动计算设备的不断普及，嵌入式软 件需求量与日俱增。到目前为止，移动设备己经深入到了社会生活的各个领域。随着信 息化、智能化、网络化的迅速发展，嵌入式系统技术将会获得更为广泛的发展空间。 进入2 1 世纪以来，嵌入式技术逐渐成熟并全面展开，己成为通信和消费类电子产品 的共同发展方向。在通信领域，数字技术正在逐渐取代模拟技术。数字电视、数字广播 等技术正在全球大多数国家推广使用。软件、集成电路和新型元器件在信息发展中的作 用变得日益重要。在个人计算机领域中，嵌入式产品把个人商用、娱乐和通信等功能相 结合，以友好的人机交互界面和丰富的多媒体处理能力迅速得以推广，并取得了巨大成 功，而所有上述产品的出现都离不开嵌入式系统技术的发展。所以嵌入式系统的软硬件 开发，己被业界公认为是一个具有良好发展潜力的行业。 随着网络技术的迅猛发展，人们可以随时随地使用各种各样的嵌入式产品进行网络 互连，从而获得世界各地的信息，以及不同领域的资料。而这些信息和资料大部分是英 文的，对于不太精通英文的用户来说，能够及时进行单词的查询和英文的翻译无疑是雪 中送炭。因此电子词典已成了大部分掌上电子产品的必备工具。所以在不同系统下进行 电子词典的开发是时代的需求。本文通过在基于w i n c e 的操作系统下进行电子词典的开 发，给出了应用软件开发的的完整流程，为进行基于其他操作系统的各种嵌入式软件开 发起到了抛砖引玉的作用【l j 。 1 1 课题的背景及意义 随着计算机技术的快速发展，计算机的应用已经进入了后p c 时代。各种智能化设 备应用在了生产和生活的方方面面，毫不夸张地说嵌入式芯片无处不在。今天大家熟悉 的电子消费产品除了满足移动商务的高端需求外，娱乐化和个性化也已成为市场追求的 一个热点。就像现在的智能手机一样，除了打电话发短信外还具有各种媒体娱乐功能， 例如能听歌、能看电影、能上网、能拍照等。随着3 g 网络的开通，3 g 手机拥有的功能 将会更加强大，将会给人们随时随地获得信息带来更大的便捷。 现阶段中国消费类电子产品市场正在步入发展的阶段，目前国内消费类电子市场异 常活跃。由于中国用户对消费类电子产品的需求不断增长，所以市场的发展前景非常广 阔，与此同时为各种消费类电子产品厂商提供了一个前所未有的发展机遇。在这种情况 下，市场可以进一步细分，产品可以不断的差异化，品牌可以不断地创新。 电子词典是以字典类为主，定位于学习消费品。在中国市场上常见的品牌有快译通、 文曲星、名人、好易通、震旦、锦囊、译神等。在c b i r e s e a r c h 的调查数据中发现： 近 年来快译通、文曲星、名人所占据中国电子词典的市场将近7 5 。电子词典作为消费类 产品，一般是在零售市场如商场、专卖店，直接面对消费者。由于这类产品的局限性， 西安石油大学硕士学位论文 厂商的市场推广活动都是在商场或专卖店做一些促销活动，同时也会与其它产品进行捆 绑销售。随着互联网和信息的发展，消费者对掌上电子产品认识的加深，具有无线互联 网功能的掌上电子产品将全面接管主流市场。 国外的发展也异常活跃，各种消费类电子产品除了满足移动商务的高端需求外，娱 乐化和个性化也已成为市场致力于追求的一个重点。日本索尼公司已经推出了主攻多媒 体娱乐功能的掌上电脑，该掌上电脑采用p a l m 操作系统，能听歌曲，能欣赏电影，整 合了m p 4 播放器的功能。就像今天手机进入绝大多数人的生活一样，也许再过几年，一 台轻巧的，却可以通话、拍摄、录音、计算和上网的掌上电脑也会出现在大多数人的手 中，正如宣传广告所描写的那样，“谁拥有了掌上电脑，谁就掌握了时代”【2 】。 然而，在绝大多数专用电子词典中基于w i n c e 操作系统的电子词典很少，一般在基 于w i n c e 操作系统的高端掌上电子产品中，电子词典都是以附加软件的形式出现的，这 样一来，电子词典无论从性能上还是功能上都不及专用电子词典强。 很少有基于w i n c e 操作系统的专用电子词典的主要原因是考虑到w i n c e 操作系统 对硬件环境的要求比较高，这样生产出来的产品成本就会比较高。但是随着科技的不断 进步，硬件的性能不断提高但是价格却不但没有上涨反而在下跌，这样一来基于w i n c e 操作系统开发出高性能、功能强、操作方便的电子词典就成为可能，而且将来还会是一 种趋势，所以本论文对该领域的探讨很具有时代的意义。 1 2 国内外研究现状 电子词典的提出始于上世纪4 0 年代末期美国人对机器翻译的研究，在5 0 6 0 年代中期 曾引起人们的高度重视，但后来由于种种原因一直停滞不前。进入8 0 年代后，电子词典 进入了活跃期。随着p c 机的普及，特别是光驱在计算机上的应用和机器翻译研究的深入， 电子词典越来越受到人们的重视，国际上已经形成了一门新型交叉科学一电子词典学， 有些国家还成立了专门的电子词典研究机构。 目前，电子词典的种类繁多。随着技术进步和市场的逐步成熟，其产品日益多样化， 可归结为两大类：无操作系统的低端产品和有操作系统的高端产品。前一类产品中，系 统存储能力小、处理速度慢，且不能升级，也不能进行完善的人机交互和信息通信；而 后一类产品中由于有操作系统的支持，使得系统的功能日益复杂，性能日益优越，而且 添加了各种新功能，逐渐演变成了一种小型电脑。 近年来，嵌入式系统迅速崛起，以个性化的形态，处理任务的多样化广泛地应用在 通信、网络、金融、智能家电、医疗交通等行业，电子词典也得到飞速发展和广泛研究。 一方面，操作系统技术很大程度上决定了电子词典系统的性能和可靠性，另一方面嵌入 式数据库的安全性和完整性以及查词算法也是电子词典的另一难点问题。 在操作系统技术上，市场上涌现了一系列针对类似电子词典、p d a 相关移动产品的 专用操作系统，例如l i n u x 、u c o s l i 等。同时微软的w i n c e 具有与桌面p c 相同的界面，也 2 第一章绪论 得到飞速发展和应用，国内外相关的应用系统的文献迅速增多。 在嵌入式数据库上，国内外对嵌入式数据库研究的组织和个人都非常多，目前研究 得比较深入并且开发出成型的嵌入式数据库是b e r k e l e yd b 、s q l i t e 、r d m e 、e m p r e s s 等。相关的应用大都是直接调用相应的应用程序编程接口去实现对数据的操作，期间并 没有采取数据安全的保护措施，这样应用程序和数据库管理系统在运行过程中很容易被 黑客攻击，从而导致信息丢失或泄密。更直白的讲，目前嵌入式数据库系统具有了使用 价值但并没有很强的安全保障。随着网络的发展更多的嵌入式设备可以通过网络互通信 息和传递数据，这样一来信息的安全性和数据的完整性显得尤为重要，而目前国内外在 这方面的研究还没有深入的涉及。 在查词算法上，从电子词典诞生的那一刻起，世界各国就在研究一种高效而快速的 查词方法，尤其应用在嵌入式系统中的电子词典，对算法的精简性和实时地响应性提出 了更高的要求。为此国内外有好多研究机构专门研究电子词典算法的设计，为的是能设 计出一种更加先进的算法，使电子词典具有更强的智能化和更快的查找速度。例如，如 果有一个单词在词库中没有，那么词典会对该词的结构进行分析比较，从而给出与它最 相近的解释，如果连网的话它会自动到其它词库中去搜索，如果有正确答案它会自动把 它写到自己的词库中去，下次再遇到该词的时候就会给出正确的翻译。 目前国内外用的比较多的搜索算法主要有群举法、二分法、b + 树法、b 。树法、深度 优先法、广度优先法等等。这些算法各有优缺点，关键是选择的算法能够适合你的系统 满足你的要求。但真正把这些算法应用到电子词典中进行单词搜索的并不多，尤其应用 在嵌入式系统中的电子词典上的更是少之又少。而基于w i n c e 电子词典的查词算法研究 还属于崭新的领域。 1 3 本论文的主要研究工作 本论文结合在研项目“基于w i n c e 的电子词典的设计与实现 ，对开发过程中所遇 到的问题进行了较为深入地分析与研究，旨在剖析并解决基于w i n c e 电子词典系统中的 关键问题，从而使本电子词典的整体性能达到预定要求。本论文相关研究工作主要有： 1 ) 较为深入地分析了w i n c e 操作系统的原理及相关核心技术，并全面阐述了基于 w i n c e 操作系统的电子词典的应用软件开发流程。 2 ) 简要探讨了w i n c e 操作系统的系统架构，并对电子词典中的触摸屏和键盘等人 机交互模块的驱动开发技术进行了较为详细的分析和研究。 3 ) 分析了基于w i n c e 操作系统自带的数据库解决方案，并结合本电子词典系统的 数据库特点，提出了改进的数据库设计方法。 4 ) 查词算法是电子词典系统的一大难点，本文在列举常用搜索算法的基础上，提出 了b + 树搜索算法。 5 ) 成功设计了基于w i n c e 的电子词典产品，并完成了功能及性能验证。 西安石油大学硕士学位论文 1 4 论文的组织结构 本论文共由七章组成，密切结合在研项目“基于w i n c e 的电子词典的设计与实现 ， 研究了基于w i n c e 电子词典的数据库和查词算法等问题。本论文相关研究工作的安排如 下： 第一章，简要介绍了本课题的研究背景及意义，并对国内外的研究现状和本课题涉 及到的研究工作进行了概述。 第二章，首先概述了本课题设计的电子词典的功能：接着从体系结构、内存管理、 文件系统和设备管理等四个方面，论述了系统软件平台的层次结构和内核特点；最后简 单介绍了用来验证最终成果的硬件平台。 第三章，针对本课题涉及的相关工作，较为详细地分析了触摸屏及键盘设备的硬件 原理和驱动开发过程。 第四章，简单概述了嵌入式数据库系统的概论和特点，并叙述了w i n c e 数据库系统 的开发方法。针对本课题所用到的数据库系统，指出了w i n c e 数据库系统的不足，在此 基础上给出了一种改进的数据库开发方法，从而解决了本系统数据的完整性和安全性等 相关问题。 第五章，针对英汉汉英检索算法的复杂度不同，给出了两种不同的搜索算法。在列 举常用搜索算法的基础上，提出了b + 树搜索算法，并给出了该算法的实现，从而使得系 统的查词速度得以大大提高。 第六章，较为详细地给出了电子词典应用软件的设计及系统验证过程。 第七章，总结全文，并展望了进一步的研究工作。 4 第二章电子词典系统平台介绍 第二章电子词典系统平台介绍 2 1 系统功能概述 本课题设计的基于w i n c e 的电子词典实现了如下功能： 1 ) 程序启动时统计词库中词量的数字会随着词库中记录的增加实时进行变化，可以 随时让使用者了解到数据库中现有单词的个数。 2 ) 可以进行英汉汉英双向查词。当用户通过键盘或触摸屏输入字符时系统就开始判 别输入的是字母还是汉字。如果输入的是字母，则系统会提示“简明英汉词典”。如果输 入的是汉字，则系统会提示“简明汉英字典”。 3 ) 在进行查词之前如果没有输入任何字符就按下查词按钮，那么系统会对使用者进 行“您好，请输入要查找词”的提示。在进行英汉查词时，当你输入第一个字母的时候， 系统便会在索引列表框中列出词库中所有与之匹配的单词，依次类推直到与该单词完全 匹配。在查词过程中你随时点击列表框中的任意一个单词，都会在翻译框中显示该单词 的词性和解释。如果你输入的单词词库中没有，则当你按下查词按钮时会进行“词库中没 有该单词”的提示。此时你可以点击添加生词按钮把该词添加到词库中。如果此时你不小 心点击了编辑单词按钮，那么系统会进行“词库中没有该单词不能进行编辑，如果拼写正 确的话你可以添加该单词到词库”的提示。如果进行的是汉英查词，那么在索引列表框中 显示的是汉字。其他与英汉查词一样。 4 ) 在使用的过程中可以随时添加新单词到词库中，具体操作是，单击添加生词按钮 会弹出添加生词的对话框，在弹出的对话框中填好新增词的信息后，点击确定按钮，返 回到主对话框界面，此时新增词已被增加到了词库中，同时统计词库中词量的数字会增 一。如果用户对某个词的信息感觉不是很满意，比如觉得单词解释不是很全面，那么可 以通过单击编辑单词按钮来进行修改，修改完毕后单击确定按钮，此时修改后的单词会 替代词库中原来的单词，你也可以单击取消按钮，放弃对该词的修改。 5 ) 可以在程序中指定保存词库的路径，所以你也可以把词库保存在外部介质中，比 如s d 卡中，方便以后的使用。 2 2 软件平台介绍 2 2 1w i n c e 体系结构 w i n c e 操作系统的设计借鉴了p c 机中的w i n d o w s 操作系统灵活的结构设计方法， 从体系结构上来看，它同时具有分层结构和微内核的结构特点。 为了使操作系统各功能模块之间的调用关系更加清晰，将操作系统的各功能模块按 功能的调用次序分成若干层，各层之间只能单向依赖或单向调用，这就叫做分层模型1 4 1 。 w i n c e 分层结构如图2 1 所示： 5 西安石油大学硕士学位论文 i n t e r a c t a p p l i c a t i o n s m f c ，a t l ，c o m d c o m ，n e t c o m m ，g w e s ，s t o r a g e c o r e d l l ，s c h e d u l e ，m e m o r y ，d e v i c e b s p s ，c s p s ，d r i v e r s 硬件 应用集成层 应用开发层 应用支持层 操作系统层 o e m 适配层 硬件层 一 图2 - 1w i n c e 分层结构图 在图2 1 中，操作系统的功能在操作系统层和应用支持层实现。具有接口性质的应 用支持层的上部和操作系统层的上部以及下部构成了w i n c e 的应用界面和系统界面。从 各层提供者角度来讲，硬件厂商提供了硬件层和o e m 适配层( o e ma d a p t i o nl a y e r ， 0 a l ) ；微软提供操作系统层、应用支持库、应用开发层；软件开发商提供应用集成层。 但是这个划分并不是绝对的，在很多时候是相互交叉的。 w i n c e 的操作系统模型如图2 2 所示。系统总共被分为四个层次，最底层是硬件层， 是指由c p u 、板卡等硬件设备组成的硬件系统。最顶层是应用层，应用层主要包括w i n c e 的应用程序、客户应用程序、i n t e m e t 各户服务和国际化的用户接口等部分。中间两层是 操作系统和o e m 层，这两层构成了实际的操作系统。 2 2 2 内存管理 同其他w i n d o w s 操作系统一样，w i n c e 也支持3 2 位虚拟内存、按需分配内存和内 存映射文件等内存管理技术。但毕竟w i n c e 是嵌入式操作系统，在内存管理方面必须比 其他w i n d o w s 操作系统更节省、更有效地使用物理内存。 1 ) r o m 和r a m 在早期的基于w i n c e 的产品中，存储设备一般采用r o m + r a m 的方式进行存储， r o m 保存w i n c e 的内核文件、应用程序，而r a m 则在内核和应用程序运行的时候使 用。为了能够支持这样的硬件存储环境，w i n c e 分别采用了r o m 文件系统和r a m 文 件系统。 现在基于w i n c e 的产品开始使用f l a s h 、i d e 等永久存储设备，此时w i n c e 添加了 f a t ( 文件分配表) 文件系统。内核镜像和其他应用程序文件开始存放到永久存储设备 中如f l a s h 或i d e 中，这不仅是因为硬盘或者f l a s h 的i 0 速度比r o m 要快，更因为现 在的内核由于包含的功能多并且文件数量增加，因而需要的存储空间很大。再加上其他 开发商的应用程序文件，要求的空间就更大了。 6 第二章电子词典系统平台介绍 w i n c e 体系结构 耻川后 客户应用程序 用户接口 i n t e m e t 客户层 w i n d o w s 应用程序i国际化 i 客户和服务开发 i 操作系统层 l 核心。l l l l 对象存储l 多媒体技术 图形窗口和事 设备管理器 通信服务和 件系统g w e s网络 i 核心 l io a l , 层ll 驱动 i o e m 层 引导程序配置文件 硬件层 图2 2w i n c e 操作系统模型 2 ) 内存结构 w i n c e 操作系统能够管理5 1 2 m b 的物理内存和4 g b 的虚拟地址空间。不同的c p u 内存管理方法也不同。对于x 8 6 和a r m 系列的c p u 来说，在启动过程中内核会将现有 物理内存地址全部都映射到0 x 8 0 0 00 0 0 0 以上的虚拟地址空间中供内核在以后的运行中 使用。整个4 g b 虚拟地址空间主要被划分为两个部分，其中内核使用0 x 8 0 0 00 0 0 0 以上 的2 g b 部分，应用程序使用0 x 8 0 0 00 0 0 0 以下部分。具体地址范围划分见图2 3 ： k e m o ls 茹_ 缓l v i r t u a la d d r e s s 一s t a t 耐妒一 m a p p e d s h a r e d m e m o r y 爹s l o t 3 2 ( 3 2 m ) 耋 s l o t 0 ( 3 2 m ) u n c a c h e d c a c h e d a p p l i c a t i o n s p a c e 图2 - 3w i n c e 内存地址空间划分情况 7 西安石油大学硕士学位论文 3 ) 进程地址空间结构 w i n c e 的每个进程拥有6 4 m 的总地址空间。当一个应用程序启动时，内核为这个 进程选择一个空闲的槽( s l o t ) ，并且为所有的代码、资源分配足够的虚拟地址空间，然 后分配堆和栈，加载d l l 等。当这个进程得到c p u 使用权时，它的整个地址空间被内 核映射到s l o t o ，也就是当前进程使用的地址空间，然后开始运行。进程地址结构如图 2 - 4 所示，这是整个内核被映射到s l o t 0 之后的结果【5 】。 0 3 f ff f f f 0 1 f ff f f f 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 c o r e d l l d l l o t h e rx i pd l l s x i pd l l s p a c e r a mb a s ed l l s f r e ev i r t u a ls p a c e h e a p r e s o u r c e s r e a d w r i t ed a t a r e a do n l yd a t a c o d e d l ls p a c e ( c o n s t a n tf o ra l l a p p l i c a t i o n ) a p p l i c a t i o n s l o t ( c l o s e di n t o0 ) 图2 - 4w i n c e 进程地址空间结构 2 2 3 文件管理 1 ) w i n c e 文件系统的结构 对象存储、r o m 文件系统以及用于访问外部设备的存储管理器组成了w i n c e 的文 件系统。w i n c e 提供了与设备无关的文件访问，原因是w i n c e 对所有文件系统的访问 都是通过w i n 3 2 的a p i 来完成的。 对象存储在w i n c e 中的作用与p c 机中的硬盘相似，它给应用程序和与其相关的数 据提供了持久稳固的存储系统。r a m 系统注册表、r a m 文件系统和属性数据库都包含 在对象存储中。 基于r o m 的文件系统通常被连接到呈现给应用程序的统一文件系统的根即统一文 件系统中的 w i n d o w s ”目录下。这就意味着r o m 中的所有文件均可作为“w i n d o w s ”目 录下的只读文件来被访问并且不可以被更改或者删除。 存储管理器在w i n c e 中主要负责像硬盘、c d r o m 这类外围存储设备以及它们所使 用的文件系统和块设备驱动程序等的管理。存储管理器主要有4 个部分组成：分区驱动 程序、存储驱动程序、文件系统筛选器和文件系统驱动程序。由于所有对文件的访问以 及卷的处理都是由存储管理器来完成的，因此存储管理器在对磁盘和其他一些永久性存 8 第二章电子词典系统平台介绍 储介质的访问过程中是一个很重要的环节 w i n c e 的文件系统结构如图2 - 5 所示 圈2 - 5 w i l c e 的文件系统结构 2 ) w m c e 的文件访问过程 首先覆们介绍一下存储管理器的4 个部分所担任的任务： 分区驱动程序：它们为单个存储设备上的分区提供管理。w m c e 允许物理磁盘 包含多个分区，并且每个分区可以格式化为不同的文件系统。 存储驱动程序：它们是物理存储介质的设备驱动程序，称为“块驱动程序”，它们 提供对数据存储的随机存储块的访问。 文件系统筛选器：用于提供文件系统的调用，此后文件系统才能获得这些调用。 任何一个新装入系统的外围设备，文件系统筛选器首先要做的就是将其纳入系统 的管理，然后才能对该设备进行使用。从底层存储驱动程序的加载，到分区驱动 程序的装载以及文件系统驱动程序的装载和文件筛选器的使用，到最后将块设备 及其使用的各种驱动程序纳入设备管理器和存储管理器的管理当中，这是一个自 底向上的过程。通过统一的w i n 3 2a p i 接口定位到相应的文件系统驱动程序， 再经由分区驱动程序或直接交给存储驱动程序来完成文件的操作旧。 文件系统驱动程序：这些驱动程序将存储设备上的数据组织为文件和文件夹。 w m c e 附带了几个不同的系统，包括用于c d 和d v d 的u d f s ，以及f a t f s 。 w m c e 的文件访问过程如图2 - 6 所示： 西安石油大学硕士学位论文 图2 - 6w i n c e 的文件访问过程 2 2 4 设备管理 作为一个面向嵌入式应用的操作系统，w i n c e 在设备管理方面当然也有一般嵌入式 系统设备管理的特点，即设备管理简单而高效、支持多种多样的设备、支持即插即用设 备、能够进行设备节能控制、能够使输入输出具有实时响应能力。w i n c e 的设备管理主 要分为4 个部分，它们分别是：i o 管理、p 1 1 p ( 即插即用) 管理器、电源管理以及管理 和支撑的例程库。 w i n c e 在设备管理方面采用分层的管理模式，其管理模式如图2 7 所示。其中与设 备无关的系统软件层是w i n c e 系统与其他系统的主要区别。 w i n c e 的p i l p 管理是指当系统中的硬件设施有变化的时候，系统可以自动识别这个 设备并且自动加载这个设备所需要的驱动程序。比如用户使用一个u s b 接口，把一个u 盘插入了系统接口，那么系统将会自动识别这个u 盘，加载所要使用的设备驱动程序， 这样用户就能对u 盘进行读写了。 电源管理单元需要硬件的支持，电源管理器管理系统的能源分配策略，它能够决定 系统的能耗状态变化。当满足一定条件时，电源管理器调用具体的设备驱动程序和系统 内核提供的函数来进行系统电源地管理。 i o 请求 图2 7w i n c e 分层设备管理模式 l o i o 响应 第二章电子词典系统平台介绍 2 2 5 用户界面与图形子系统 w i n c e 操作系统与其它微软操作系统不同，它是将m i c r o s o f tw i n 3 2 应用程序接口、 用户界面( u i ) 和图形设备接口( g d i ) 三者组合为图形窗口事件子系统模块( g w e s e x e ) ， 该模块包含了大部分的w i n c e 核心功能。g w e s 是用户、应用程序和操作系统之间的 接口。除此之外g w e s 还负责部分驱动程序的加载工作，主要包括显示器、键盘、鼠标 以及触摸屏等的驱动的加载。它支持组成w i n c e 图形用户界面的窗口、对话框、控件、 菜单和资源，这样能够使用户控制应用程序。 1 ) w i n c e 的消息处理 w i n c e 的消息是由消息标识符和其他可选参数组成。消息标识符是用于识别消息的 命名常数，当窗口过程处理函数接收到消息时，用消息标识符决定如何处理该消息。消 息参数包含窗口过程函数在处理消息时所需的数据或者数据的位置。消息标识符决定了 消息参数的意义和取值，消息参数可以包含整数、组合位标志、指向包含附加数据的结 构指针或者其他信息，窗口通过检查消息标识符从而确定如何解释消息参数。通过把消 息数据作为参数传递给窗口过程函数，系统就把信息发送给了窗口过程，随后窗口过程 就可以对消息数据执行适当的操作，这样它就可以检查消息标识符，并用消息参数中指 定的数据处理消息。在w i n c e 系统中定义了很多消息处理a p i 函数来处理系统和应用 程序的消息。如邮寄消息使用p o s t m e s s a g e 函数来完成，还有发送消息函数s e n d m e s s a g e 、 接受消息函数g e t m e s s a g e 、分发消息函数d i s p a t c h m e s s a g e 等等。 2 ) w i n c e 图形设备接口 在w i n 3 2g d i 中，图形输入输出模板是由设备描述表( d e v i c ec o n t e x t ，d c ) 来描 述的，通过将使用的绘图工具( 画笔、画刷) 对象选入设备描述表中从而完成对绘图工 具的选择。设备描述表是所有绘图工具的集合，绘图操作可以使用所有被选入设备描述 表的工具对象。w i n c e 系统拥有调色板、位图、字体及其他g d i 组件。对于所有的g d i 对象来说，实现是一个非常模糊的概念，并且对不同的对象代表了不同的操作。如果在 应用设计中要使用一个w i n c e 系统中不存在的颜色，此时系统就会尽量选择一个与之最 接近的颜色。字体实现也是一样，当你选择一种理想化的字体并且将它选入设备描述表 时，它和实现中的某种物理设备是基本匹配的。一般情况下，当绘图时候，仅仅是选择 相应的资源然后把它们拷贝到对应的地方，但是别的逻辑操作会把理想的资源和物理资 源连接起来。 2 3 硬件平台介绍 s i n o s y a m 3 是上海双实科技有限公司的一套试验箱，其处理器为$ 3 c 2 4 4 0 a ，该处 理器使用a r m 9 2 0 t 核，内部带有m m u ( 虚拟内存处理单元) ，它适用于设计移动手持 设备类产品，具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小的优良特性。它有6 4 m 内存、6 4 m n a n df l a s h ，1 mn o rf l a s h ，工作主频高达4 0 0 m h z ，有6 4 0 x 4 8 01 6 位t f t 真彩液晶显 西安石油大学硕士学位论文 示，可以触摸。外接物理键盘。本硬件平台正适合成果的验证。 1 2 第三章触摸屏平键盘驱动开发 第三章触摸屏和键盘的驱动开发 3 1 触摸屏驱动开发 触摸屏作为一种智能化的人机交互界面，现如今已被广泛地应用在工业控制系统、 消费电子产品，甚至医疗设备上等。我们在日常生活中也经常会用到触摸屏，比如在a t m 机上取款、签署包裹，办理登机手续或查找电话号码等。 1 ) 触摸屏硬件原理 触摸屏按照它的技术原理一般被分为四类：电阻触摸屏、声表面波触摸屏、红外线 触摸屏和电容触摸屏，其中在嵌入式系统中用的较多是电阻式触摸屏。 电阻触摸屏在本质上就是电阻分压器。电阻触摸屏是由多层的膜复合而成，由一层 玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层塑料层，塑料 层的内表面也涂有一层透明的导电层，在两层导电层之间有许多细小的透明隔离点把它 们隔开，使两层导电层之间绝缘。工业中经常使用t i o ( 1 n d i u m t i n o x i d e 氧化锡) 导电层。 当触摸屏被触摸时，会使两个电阻薄层变形到足以使它们之间发生电气连接。然后由软 件通过检测分压器上产生的电压值从而计算出两层短路的位置，并展终确定触摸位置。 这是所有电阻触摸屏的基本原理，具体如图3 - i 所示。 图3 - 1 触摸屏按下时的原理图 电阻式触摸屏叉根据信号线数分为四线、五线、六线等电阻触摸屏类型。用的最多 的是四线式电阻触摸屏，在其设计中有一层称为“x 轴”的电阻层，上面加有一定的电压， 另一个作为接受层测量对应x 轴位置的电压值被称为“y 轴”的电阻层。这一过程再反过 来再执行一遍，即y 轴层加电，x 轴层用于检测电压。 2 ) 触摸屏原点和坐标值的确定 电阻式触摸屏是通过电压的变化范围来判定按下的触摸屏位置，所以其原点就是触 摸屏x 轴电阻面和y 轴电阻面接通时产生最小电压的地方。随着电阻的增大，a d d 转换 时所产生数值不断增加，从而形成了坐标范围。 触摸屏坐标值也可以采用多种不同的计算方式进行计算。常用的有多次采样取平均 值法、二次平方处理法等。镀常用的是平均值法，即首先从触摸屏的四个顶角得到两个 晟大值和两个崴小值，分别标识为x m a x 、y m a x 和x m i n 、y m i n 。 西安石油大学硕士学位论文 图3 - 2 四线电阻触摸屏的等效电路 参照上图3 2 组成的坐标识别控制电路，x 、y 方向的确定见表3 1 。 表3 - 1 确定x 、y 方向 加n m o sp m o s xa n o q i ( - ) = 1 ；q 2 ( + ) = 0q 3 ( 一) = o ；q 4 ( + ) = 1 ya n l q1 ( + ) = 0 ；q 2 ( ) = 1q 3 ( + ) = 1 ；q 4 ( 一) = o 当触摸屏被按下的时候，首先导通m o s 管组q 2 和q 4 ，x + 与x 回路加上+ 5 v 电源， 同时将m o s 管组q 1 和q 3 关闭，断开y + 和y ；再启动处理器a d 转换通道0 ，电路 电阻与触摸屏按下产生的电阻输出分量电压，并由a d 转换器将电压数字化，计算出x 轴所在的坐标。 接着再导通m o s 管组q 1 和q 3 ，y + 与y 回路加上+ 5 v 电源，同时将m o s 管组q 2 和q 4 关闭，断开x + 和x ；再启动处理器的a d 转换通道1 ，电路电阻与触摸屏按下 产生电阻输出分量电压，并由a d 转换器将电压值数字化，最后计算出y 轴所在的坐标。 3 ) 触摸屏驱动程序设计 对于触摸屏的驱动来说，它主要包含以下功能： 对控制器硬件进行配置 判断屏幕有没有被触摸 获得稳定的、去抖动的位置测量数据 对触摸屏进行校准 将触摸屏状态和位置变化