（计算机应用技术专业论文）基于车载网络的嵌入式浏览器的研发.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 随着汽车电子和汽车网络技术的广泛应用，传统意义上的汽车已经逐渐的转化 为“装在轮子上的信息终端”。在移动信息终端应用中，嵌入式浏览器扮演着举足 轻重的角色。但是复杂的多层网络环境、受限的嵌入式系统资源、以及多种信息 处理的需要使得通用的嵌入式浏览器不能满足汽车网络环境的需要。 论文首先分析基于车载网络的嵌入式浏览器研发的背景，分析了国内外研究发 展和趋势，介绍了论文中用到的嵌入式技术、x m l 技术和汽车网络基础。 在分析了汽车网络复杂的分层结构和多种网络协议并存状况的基础上，提出一 个以车载多层网络为应用环境、以浏览器为中心的应用模型，并对此模型的应用 进行了扩展。 为了在多种网络并存的汽车网中设计和实现一种通用的跨平台的信息交换方 式，定义了x m l 语言在汽车信息处理方面的一个应用e x m l ，开发了一个使用 d o m 解析技术的适用于汽车网络应用的嵌入式x m l 解析器。针对汽车网络特点 基于前面实现的标准x m l 解析器设计和实现一个专用于车载网络的浏览器系统。 介绍了在车载网络的嵌入式浏览器内部模块的设计和实现。 最后对基于车载网络的嵌入式浏览器的功能性、性能和可移植性进行测试。并 对全文进行总结对研发的现实意义和理论意义进行阐述，与国内外同类工作进行 了对比，发现了基于车载网络嵌入式浏览器的优势和不足。提出进一步研究的方 向。 关键词：汽车网络，x m l ，嵌入式系统，浏览器，b s 模型，消息机制 重庆邮电大学硕士论文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dt h ew i d eu s eo fa u t o m o b i l ee l e c t r o n i c sa n dl n - v e h i c l e n e t w o r k si nt h ea u t o m o b i l ei n d u s t r y , t h et r a d i t i o n a lc o n c e p to fa u t o m o b i l eh a sc h a n g e i n t o m o b i l ei n f o r m a t i 0 1 1t e r m i n a lo nt h ew h e e l s ”t h ee m b e d d e db r o w s e rt a k e sa n i m p o r t a n tp a r ti nt h em o b i l ei n f o r m a t i o ns y s t e mf i e l d h o w e v e ral o to fc u r r e n t e m b e d d e db r o w s e r e sc a nn o tm e e tt h ep r o c e s s i n gn e e d so fa u t o m o t i v en e t w o r k e n v i r o n m e n tr e s u l tf r o mc o m p l e xm u l t i - l a y e rn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，l i m i t a t i v ee m b e d d e d s y s t e mr e s o u r c e sa n dv a r i o u si n f o r m a t i o nt y p e s b a s e do nt h eb a c k g r o u n do fe m b e d d e db r o w s e ro fi n - v e h i c l en e t w o r k s ，as h o r t a n a l y s i so fh o m ea n da b o a r ds t u d i e so nd e v e l o p m e n ta n dt r e n di nt h i sf i e l dh a sb e e n m a d e a n da l s om a k e sab r i e fi n t r o d u c t i o no fe m b e d d e dt e c h n o l o g y , x m lt e c h n o l o g y a n db a s i so f a u t o m o t i v en e t w o r k a c c o r d i n gt ot h ec o e x i s t e n c es t a t eo f l a y e rs t r u c t u r ea n dv a r i o u sn e t w o r kp r o t o c o lo f c o m p l e xa u t o m o b i l en e t w o r k s ，an e wa p p l ym o d e lh a sb e e np u tf o r w a r d ，w h i c hi nt h e v e h i c l em u l t i - l a y e rn e t w o r ke n v i r o n m e n ta n db a s e do nb r o w s e r i t sa p p l i c a t i o ni s e x p a n d e di nt h ep a p e r i no r d e rt od e s i g na n di m p l e m e n tac u r r e n tf u n c t i o no fc r o s sp l a t f o r mi n f o r m a t i o n e x c h a n g i n gm e t h o di nt h ea u t o m o t i v en e t w o r kw h i c hc o n t e n t e dv a r i o u sn e t w o r kt y p e s a n dm a n yd e f e r e n tn e t w o r kp r o t o c o l ，a l la p p l i c a t i o n ( e x m l ) o fx m ll a n g u a g ei nt h e f i e l do fm o b i l ei n f o r m a t i o np r o c e s si sd e f i n e da n da ne m b e d d e dx m lp a r s e ru s et h e d o mp a r s et e c h n i q u e ，w h i c hi sf i tf o rt h ea p p l i c a t i o no fa u t o m o t i v en e t w o r k , h a sb e e n e m b o l d e n e d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro fa u t o m o t i v en e t w o r k s ，a ne m b e d d e db r o w s e rs y s t e m w h i c hi sb a s e do nt h ep r e - r e a l i z e dx m l p a r s eh a sb e e nd e s i g n e d i nt h i sp a p e rt h em i n d o f d e s i g na n dr e a l i z a t i o no f e m b e d d e db r o w s e r si n t e rm o d u l e si na u t o m o t i v en e t w o r ki s i n t r o d u c e da n dat e s t i n go fe m b e d d e db r o w s e r s f u n c t i o n a l i t y , p e r f o r m a n c e a n d t r a n s l a t a b i l i t yb a s e do na u t o m o t i v en e t w o r ki sg i v e n ac o n c l u s i o no ft h ep r a c t i c ea n dt h e o r e t i cs e n s eo ft h ed e s i g na n di m p l e m e n to ft h e b r o w s e rw a sm a d e a n da l s o f i n dt h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo fi t b yt h e c o m p a r i s o nw i t ht h eo t h e re m b e d d e db r o w s e r t h ec o n t e n to ft h ed e e p e rr e s e a r c hw a s p u tf o r w a r da tl a s t 重庆邮电大学硕士论文摘要 k e yw o r d s ：a u t o m o t i v en e t w o r k , x m l ，e m b e d d e ds y s t e m ，b r o w s e r , b sm o d e l ， m e s s a g em o d e i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重鏖邮电盔堂或其他教育 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 献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 躲印孝边一期：川年咖妒 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 重庞哑皇太兰 有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权 重麽鲣曳太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 躲锄寺、迎翩魏力励国 签字日期：一7 年必月乡口日签字日期：力呻年朔多9 日 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 第一章绪论 随着汽车技术的进步，特别是网络技术、嵌入式技术在汽车行业的广泛应用， 汽车电子技术已经成为计算机技术、网络技术发展最快的主要方向之一。 目前汽车电子技术中最活跃的领域包括网络化、线控技术和4 2 v 技术，其中 网络技术是关键部分【”。当前高档轿车上的电子成本已经达到2 0 以上，而且逐渐 增加中。随着电子设备价格的降低，汽车电子技术也得到快速的发展，汽车上的 各种电子设备通过车载网络连接成为一个有机的整体。 车辆的控制向高精度、高安全发展，汽车行业正走向智能化、网络化。不仅 发动机变速器等采用微电脑控制，而且电控系统实施控制和车载信息系统也在快 速的普及到汽车工业的各个角落。在汽车上正逐渐出现能够进行移动通信、多媒 体和信息处理等信息装置和智能终端。 一方面是汽车电子对车载网络应用的依赖不断增加，一方面是车载网络技术 发展相对缓慢，汽车网络的发展正面临着一系列问题。 网络标准不统一，不同厂商推出规范之间仍然存在着接口不同、协议不统一 的状况。目前的汽车网络采用多层结构，不同速度的层次之间使用网关连接，层 与层之间的协议很难统一、跨层信息共享存在问题。 虽然现在控制总线技术解决了底层接入设备互连的问题，但是高层协议和应 用程序的欠缺使车载设备利用互联网络资源的能力变差，不利于车载系统的发展。 由于汽车电子器件本身的功能和资源限制，联网的智能节点处理简单的控制 信息已经稍显不足，很难胜任c s ( 客户端服务器模式) 两层网络客户端大量信息 处理需要。 汽车逐渐发展成为一个信息终端，却存在网络体系结构滞后的情况，在互联 网络普遍采用b s ( 浏览器服务器模式) 三层网络结构的同时，车载网络还处在简 单的c s 两层网络结构的阶段。 针对汽车网络标准不统一、接口混乱、管理困难、网络体系滞后的状况。可 以引入当前互联网络中广泛使用的标记语言( m em a r k u pl a n g u a g e ) 和b s 网络结 构。标记语言是一种跨平台的信息交换方式，在汽车网络中采用标记语言解决不 同智能节点之间标准不统一、接口不同和跨层信息交换的问题。而b s 网络结构 重庆邮电大学硕士论文 可以很好地解决网络节点信息处理能力不足的状况，把大部分的信息处理通过网 络提交到处理能力强大的主设备( 甚至通过互联网络连接到大型主机) ，而从设备 仅仅需要通过浏览器软件解析主机处理的结果。 但是目前使用标记语言和b s 网络结构最大的问题是缺乏针对于车载网络的 嵌入式浏览器系统。通用的嵌入式浏览器使用h t m l 语言作为信息的载体，而 h t m l 语言本身存在内容和显示信息不分、描述结构数据能力差、语法不严格、 缺乏验证能力和扩展能力差等种种缺点。通用的嵌入式浏览器本身也因为仅仅拥 有对文件的解析和显示的功能，而出现实时数据的处理和显示的能力不足等问题。 因此急需研发一种针基于车载网络的嵌入式浏览器。 基于车载网络的嵌入式浏览器的研发首先具有重要的现实意义： 1 汽车网络发展的需要。汽车逐渐发展成为一个信息终端，互联网络上大部 分的信息以超文本标记语言的形式存储。基于车载网络的嵌入式浏览器可以提 供对互联网络上超文本信息的浏览，成为汽车信息处理的主要信息来源和显示 方式。 2 基于车载网络的嵌入式浏览器可以实时地显示汽车内部运行状况，便于用 户对车辆即时状况的了解。还可以将实时信息以x m l 标准的格式存储，从而 提供一个车内信息处理的通用格式。 3 使用车载网络浏览器内部实现的标准d o m 解析器经过扩展可以实现地理 信息系统中矢量地图和图形的显示。从而可以促进信息地理系统在车载网络环 境中的使用。 4 车载网络浏览器还为汽车的在线诊断技术提供了一个通用接口，使用车载 网络浏览器可以将汽车内部的诊断数据传到互联网络服务器，并下载在线诊断 的数据。 其次基于车载网络的嵌入式浏览器的研发还具有很高的理论意义： 1 提供了一个通用的信息交换标准。目前汽车网络标准不统一，不同厂商推 出规范之间仍然存在着接口不同、协议不统一的状况。车载网络使用多层结构， 不同速度的层次之间采用网关连接，层与层之间的协议很难统一、跨层信息共 享存在问胚。基于车载网络的嵌入式浏览器采用的x m l 技术可以提供跨平台 的通用信息交换的格式，可以很好的结局层与层之间以及不同协议之间的信息 通信。 2 基于车载网络的浏览器的研发和x m l 语言在汽车网络中的应用，是对b s 网络体系结构和x m l 语言在汽车网络中的应用进行的一个有益的探索，也是 互联网络技术和车载网络技术融合的一个有益探索。 3 基于车载网络的嵌入式浏览器可以利用网络资源进行计算，从而避免在车 2 第一章绪论 载网络终端上进行大规模的信息处理，推动了汽车网络从传统的简单的c s ( 客 户端朋务器模式) 两层网络结构向互联网络普遍采用b s ( 浏览器服务器模式) 三层网络结构的转变。促进了车载网络和互联网络的统一。 4 在基于车载网络的嵌入式浏览器研发的过程中率先使用了在桌面浏览器 中使用的多页面浏览器技术和主题技术，不仅解决了嵌入式浏览器的进行多个 页面浏览时过多系统占用的问题，而且增加了系统的可移植性。这些技术的使 用促进了桌面系统和嵌入式系统的融合。 5 基于车载网络的嵌入式浏览器研发，促进了我国车载网络浏览器的开发， 有利于打破国外技术垄断。 1 2 国内外研究现状分析 1 2 1 国内外研究发展和趋势 首先是汽车网络技术的发展，汽车网络的使用是从1 9 8 0 年开始的，1 9 8 3 年日 本丰田公司在汽车上最早使用光缆连接的车门控制系统，采用集中控制的方式实 现多个节点的连接通信。1 9 8 6 年1 9 8 9 间，在车身系统上出现了使用铜线的车载 网络。在这个阶段出现了第一个车载局域网协议【2 1 。德国的r o b e r tb o s c h 公司提出 了汽车车载局域网( l a r d 的基本协议，此协议为众所周知的控制器局域网 ( c o n t r o l l e r a r e an e t w o r k ) ，简称c a n 。 接着，美国汽车工程师协会( s a e ) 提出了j 1 8 5 0 。欧洲的汽车厂家采用c a n ， 同时发表文章介绍采用大型c a n 网络的车型。由于c a n 网络也可以用在车辆控 制中，因此得到了更加广泛的应用，充分地证明了c a n 在此领域内的先进性。在 美国，通过采用s a ej 1 8 5 0 普及了数据共享系统，在s a e 中也通过了c a n 的标 准，明确地表示将转向c a n 协议。 随着汽车技术的发展，欧洲又以与c a n 协议不同的思路提出了控制系统的新 协议t t p ( t i m et r i g g e r e dp r o t o c 0 1 ) ，并在x _ ) y - w i r e 系统上开始应用。 在这些网络协议上建立的新系统中，在开关及显示功能控制的信号系统和信 息设备之间建立网络，并利用光缆传送有关显示数据。 为了实现音响系统的数字化，建立了将音频数据与信号系统综合在一起的a v 网络，因为这种网络需要将大容量的数据连续地输出，因此，在这种网络上将采 用光缆。现代汽车网络，由于要与车外交换数据，所以，在信息系统中将会采用 更大容量的网络，例如d 2 b 协议、m o s t 及i e e e l 3 9 4 等。 主要的网络规范、制定组织和内容如表1 1 所示： 重庆邮电大学硕士论文 表1 1 汽车网络主要标准 规范名称 制定组织协议内容 网络速率 信息系统通讯协议 e e e l3 9 4 1 3 9 4 工业协会 1 0 0 m b p s 有转化成i d b l 3 9 4 的动向 重视安全、按用途分类的控 制用l a n 协议 b y t e f l i g h t b m w 公司 1 0 m b p s 通用时分多路复用 ( f t d m a ) t t c a n r o b e r tb o s c h 公重视安全、按用途分类的控 司制用l a n 协议 i m b p s ( t i m et r i g g e r e dc a n ) c i a时间同步的c a n t t p c r 丌计算机技术 重视安全、按用途分类的控 ( t i m et r i g g e r e d制用l a n 协议 2 m b p s p r o t o c o lb yc a n ) 公司 2 5 m b p s 时分多路复用( t d m a ) 车身动力传动系统控制用 c a n r o b e r tb o s c h 公l a n 协议 1 m b p s ( c o n t r o l l e ra r e a 司( 开发) i s o最有可能成为世界标准的 n e t w o r k ) 车用l a n 协议 m o s t信息系统通讯协议 ( m e d i ao r i e n t e dm o s t 合作组织从以欧洲为中心一由克莱 2 2 5 m b p s s y s t e mt r a n s p o r t )斯勒与b m w 公司推动 l n q 车身系统控制用l a n 协议 ( l o c a li n t e r c o n n e c tl i n 协议会 2 0 k b p s n e t w o r k ) 液压组件专用 车身系统控制用l a n 协议 1 0 4 k b p s 儿8 5 0f o r dm o t o r 公司 以美国为中心4 1 6 k b p s b m w 公司 重视安全、按用途分类的控 f l e x r a y d a i m l e rc h r y s l e r 制用l a n 协议 5 m b p s 公司 ) b c 以c a n 为基础的控制用 ( i t sd a t ab u so l ld m 论坛 2 5 0 k b p s c a n ) l a n 协议 d 2 b o p t i c a l 音频系统通讯协议 ( d o m e s t i cd i g i t a lc & c 公司将d 2 b 作为音频系统总线5 6 m p b s b u s o p t i c a l ) 采用光通讯 v a n ( v e h i c l ea r e a i s 0 车身系统控制用l a n 协议 1 m b p s n e t w o r k )以法国为中心 其次x m l ( e x t e n dm a r k u pl a n g u a g e 可扩展标记语言) 技术在嵌入式系统中得 到广泛应用。目前，以计算机技术和软件技术为核心的嵌入式技术得到了迅猛的 发展，汽车电子技术、计算机技术、通信技术前所未有的紧密结合。以往的嵌入 4 第一章绪论 式系统是独立工作的，独立于日益繁荣的互联网络之外，为适应嵌入式系统地分 布式管理，特别是汽车作为信息终端的需要，新一代的汽车电子必将接入互联网 络，并能够通过互联网络实现对汽车电子设备的网络化管理。利用网络技术使用 浏览器朋务器模式可以方便的使汽车终端接入互联网络，在嵌入式系统本身资源 受限的情况下，充分利用网络资源进行远程管理网络配置。 在实际的使用中可以使用x m l 技术和w e b 技术相结合的方式，实现嵌入式设 备的网络化。跟当前使用的主从模式( 客户端服务器模式) 相比使用( 浏览器服务 器模式) 与x m l 技术相结合，不仅可以降低对客户端接入设备资源需求、减少汽 车网络终端设备的成本而且由于x m l 技术本身的优势给车载网络系统带来一些 新的优点。 最后嵌入式浏览器技术得到前所未有的发展。不论是复杂的国际互联网络， 还是结构简单紧凑的嵌入式网络中，浏览器都扮演者越来越重要的角色。从上个 世纪微软与网景的浏览器之争也可以看出，浏览器在网络应用中的重要位置。随 着移动终端的出现，嵌入式浏览器成为浏览器应用的新焦点，各公司也分别推出 了各自的浏览器版本。这些版本的出现也为基于汽车网络的浏览器的研发提供了 新的参考。 1 2 2 课题的基础 基于车载网络的嵌入式浏览器的研发是对嵌入式技术、汽车电子技术、嵌入 式网络技术和x m l 技术的综合应用。 首先是嵌入式技术的发展为基于汽车网络的嵌入式浏览器提供了一个可靠的 软硬件平台。 嵌入式系统是一种以应用为中心，以计算机技术为基础，软件可裁剪，适应 应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。当前 嵌入式系统的发展主要体现在以下几个方面： 1 嵌入式系统硬件的可靠性得到提高。大规模集成电路的使用大大的提高了 嵌入式硬件平台的可靠性，因为有了可靠的硬件平台系统的稳定性才能得到实 现。嵌入式硬件系统的资源更加丰富，目前的嵌入式硬件提供的资源，和计算 能力甚至是以前台式机所不具有。这些也为嵌入式系统在汽车电子中的应用提 供了可能。 2 交叉编译方式和应用开发平台的发展。交叉编译方式使用资源丰富的台式 主机作为应用程序开发编译的平台，然后通过仿真器等连接在嵌入式系统中调 试，最后生成可执行文件下载到微控制器中执行。这种方式和应用程序集成开 5 重庆邮电大学硕士论文 发环境的使用一起极大的加快了嵌入式系统的开发。 3 嵌入式操作系统的出现大大的提高了嵌入式系统软件开发的效率，丰富了 嵌入式系统应用的多样性，增强了嵌入式应用的可移植性。与通用的操作系统 相比，嵌入式操作有系统的实时性高、依赖于特殊的硬件、可靠性高、软件的 固态化、应用领单一等特点。 其次x m l 技术在嵌入式系统中的广泛应用为基于汽车网络的嵌入式浏览器 定义通用信息交换语言提供了标准【4 l 。 嵌入式浏览器是一种应用于嵌入式系统的专用浏览器，从实现功能来看他必 须是一个信息浏览器，通过对h t t p 、f t p 甚至c a n 等网络传输协议实现对标记 语言( h t m l 、x m l 等) 、脚本语言( j a v a s c r i p t 等) 和资源链接( 超链接等) 支持，完 成对网络信息和本地信息的显示和信息交换。 x m l 允许各种不同的专业开发与自己的特定领域有关的标记语言。这就使得 该领域中的人们可以交换笔记、数据和信息，特定领域的开发人员也可以向本领 域外的人发送文档。对于浏览器开发商来说，都不需要对特定的领域提供特殊的 支持。也不需要提供复杂的插件。现在有些行业已制定了本行业的x m l 标记语 言，经w 3 c 推荐成为正式标准。例如记述化学分子式的语言c m l 。可缩放矢量图 形语言s v g 手持设备标记语言h d m l ，用于表现多媒体效果的s m i l 等已在本行 业发挥其优势忙l 。 由于x m l 是非专有的、并易于阅读和编写。这些特性使得它成为在不同的应 用间交换数据的理想格式。x m l 使用的是非专有的格式不受版权、专利、商业秘 密或是其他种类的知识产权的限制。x m l 对于人类或是计算机程序来说，都容易 阅读和编写。因而成为交换语言的首选。使用x m l 而不是专有格式人们就可以 利用任何理解x m l 的工具来处理数据。还可以为不同的目的使用不同的工具一 个程序用来查看而另一程序用来编辑。x m l 使用户不必因为数据已经用专有格式 编写好了或是接受数据的人只接受专有格式而限制在一个特定的程序上。 x m l 的应用扩展到各个领域，其势有增无减。与x m l 标准有关的新标准化 课题正在持续发展焦点转向如何利用x m l 进行信息交换的标准行为即解决方 案。x m l 文件再利用性和交换性使得信息系统的开发成本不断降低x m l 正起着 新世纪高度信息化社会的信息交换、共享的基石作用x m l 将是下一代因特网的标 准格式。 最后网络技术在汽车电子中的应用，不仅解决了汽车电子化过程中出现的线 路复杂、布线成本增加可靠性降低等种种问题，而且其即时通信能力、资源共享 能力、信息处理能力成为新的电子技术和计算机技术在汽车应用的基础。汽车网 络技术已经成为车载控制系统和信息系统的有力支撑。网络化的汽车电子技术正 第一章绪论 在逐渐改造汽车的机械系统构造、提高汽车驾驶操作的安全性舒适性、降低事故 的发生、提高了经济效率。 c a n 总线是德国b o s c h 公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的 数据交换而推出的一种串行数据通信协议【6 】。它是一种多主总线，通信介质可以是 双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1 m b p s ，距离可达1 0k m 。c a n 协 议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码， 使网络内的节点个数在理论上不受限制。由于c a n 总线具有很高的网络安全性、 通讯可靠性和实时性，简单实用，网络成本低。特别适用于汽车计算机控制系统 和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。 1 2 3 存在的问题 随着计算机、网络技术的迅猛发展，新型的高科技含量的电子产品层出不穷， 遍及家电、生产、军事等各个领域。嵌入式系统因其体积小，速度快而受到重视。 在掌上电脑、p d a 、手机、导航设备、信息家电领域嵌入式系统被广泛采用，这 也是近期产品研发的热剧7 1 。嵌入式浏览器作为重要的嵌入式系统应用软件，是不 可或缺的。但目前，嵌入式浏览器产品的市场被少数国外大公司垄断，众多的小 型嵌入式浏览器也尚处于发展期，而国内的自主技术的嵌入式浏览器更屈指可数， 刚刚进入实用阶段。迫切需要更多的人来关注嵌入式浏览器技术，开发中国自主 知识产权的浏览器产品。 而在汽车电子和汽车网络领域嵌入式浏览器也扮演了越来越重要的角色。但 是普通的嵌入式浏览器并不能满足需要主要原因是： 网络复杂，汽车网络一般采用不同速率的分层结构，层与层之间采用高低速 网关进行连接，不同的网络往往采用不同的标准。普通的嵌入式浏览器只针对常 见的互联网络协议设计，不能满足对复杂网络环境的应用。 实时信息，基于车载网络的嵌入式浏览器处理的信息不仅包括来自互联网络 的信息，而且包括来自车身控制网络传来的实时信息。通用的嵌入式浏览器只能 处理非实时的消息。因此不适合车载网络的应用环境。 应用功能单一，通用的浏览器和桌面浏览器相同。使用的标记语言是超文本 标记语言。超文本标记语言因为自身的限制不能满足多种功能的应用。 车载网络的嵌入式应用环境也对嵌入式浏览器的应用带来一些限制，也不适 合通用的嵌入式浏览器的应用。这些限制包括： 1 汽车电子的嵌入式控制器存储空间和运行时间都受到限制，而通用的嵌入 式浏览器相对来说内存占用和运行时间过大。 7 重庆邮电大学硕士论文 2 汽车电子所用的控制器芯片都是专用芯片，对嵌入式浏览器的通用性和可 移植性是一个挑战。 3 汽车电子所使用的g u i 并不能提供通用的嵌入式浏览器所需图形系统的 支持。 鉴于嵌入式浏览器在工业控制和汽车电子方面的应用有越来越多的趋势，基 于h t m l 的通用嵌入式浏览器的应用已经不能远远不能满足信息浏览和消息交换 的需要。 1 3 论文的目标 基于车载网络的浏览器的研发目标是：设计和实现一款面向多层汽车局域网 络，针对于车载网络信息处理需要的、使用x m l 为信息载体的、可以同时显示汽 车内部实时信息和互联网络信息的专用嵌入式浏览器。 目标分为三部分，首先，分析和研究车载网络的特点，提出一个以车载多层 网络为应用环境、以浏览器为中心的应用模型。然后在此基础上定义了x m l 语言 在汽车信息处理方面的一个应用e x m l ( e m b e d d e dx m l ) ，并设计和实现了一个符 合汽车电子应用的嵌入式标准x m l 解析器，最后针对汽车网络特点基于前面实现 的解析器设计和实现一个专用于车载网络的浏览器系统。 1 4 论文的主要创新 基于车载网络的嵌入式浏览器的设计和研发中将一些当前流行的技术创造性 的应用在车载网络应用中，并提出了一些新的模型和方法。其中当前新技术在汽 车网络中的应用，主要是b s + x m l 模型在汽车网络中的应用：多主题和多页面浏 览在嵌入式浏览器中的应用。提出的新模型和方法主要有以浏览器为中心的应用 模型、e x m l 的定义、应用于车载网络的嵌入式x m ld o m 解析器的设计、双层 消息循环机制。 设计了一个基于汽车网络特点的嵌入式浏览器的应用模型。将目前嵌入式网 络中最近提出的b s 模型+ 订l 网络结构，应用在汽车网络中。提出了个新的 车载网络的应用模型，更加方便的使用互连网络资源，特别是可以将大量的信息 处理提交到大型网络主机上运行，而车载浏览器只负责对结果的显示。解决了通 用车载系统中信息处理中的需要和车载网络终端处理器计算资源受限之间的矛 盾。 定义了一个x m l 语言在汽车网络中的应用( e x m l ) ，并设计了一个应用于汽 第一章绪论 车网络的轻量级嵌入式x m l 解析器。e x m l 是根据汽车网络信息处理和交换的特 点使用x m l 技术和模块化的方式对h t m l 语言基本子集的一个扩展。通过e x m l 的使用提供了一个跨网络、跨协议的通用信息交换格式。设计和实现的嵌入式x m l 解析器，是一个标准x m l d o m 解析器在嵌入式系统中的实现。可以方便的对x m l 语言在车载网络中的应用进行扩展。 基于车载网络的嵌入式浏览器设计和实现中使用了多主题技术、多页面浏览 技术。其中多主题技术和多页面浏览是目前主流桌面浏览器的新技术，在主流的 嵌入式浏览器中尚未使用。 双层消息循环机制。在基于车载网络的嵌入式浏览器设计和实现中针对车载 网络嵌入式浏览器对互连网络信息和实时网络信息的不同显示要求( 主要是不同 的实时性要求) ，提出了一种带有优先级的双层消息循环机制。双层消息循环机制 的提出为目前嵌入式g u i 中对不同实时性要求的信息显示处理提供了一个新的解 决方法。并且促进了g u i 和实时系统的结合。 1 5 论文结构 论文分为7 个章节： 第一章绪论，对基于车载网络的嵌入式浏览器的研发背景和意义进行了分析 介绍了国内外汽车网络发展的现状和将来的趋势。然后对国内外研究和发展状况 进行分析，介绍了课题的基础和存在的问题。提出了基于车载网络的嵌入式浏览 器研发的目标。并对论文的章节进行了介绍。 第二章主要介绍了基于车载网络嵌入式浏览器的研发的理论基础和技术支 持。包括三个方面，首先是高速发展的嵌入式技术。其次是对广泛使用的x m l 技 术进行了描述。最后重点分析了当前汽车网络技术和发展的趋势。 第三章对基于车载网络的嵌入式浏览器系统进行总体设计。首先在对车载网 络的实际应用的基础上分析了车载网络环境对嵌入式浏览器的需求，然后提出了 基于车载网络的嵌入式浏览器系统所要完成的功能，最后在确定功能需要的基础 上对浏览器的功能模块进行了划分。 第四章介绍了基于车载网络嵌入式浏览器具体设计和实现。这部分包括浏览 器的网络接口和缓冲模块的设计和实现、应用于汽车网络的标记语言的定义，适 用d o m 技术设计和实现了针对汽车网络标记语言应用的解析器，完成了布局模块 的设计和实现，并根据汽车网络的实际应用需要设计了多页面显示和双层循环机 制。 第五章对基于车载网络的嵌入式浏览器应用进行了重点介绍，并且对其进行 9 重庆邮电大学硕士论文 了评测。基于车载网络的嵌入式浏览器的应用部分主要介绍了在a r m 和x 8 6 两 个最具代表性的r i s c 和c i s c 硬件平台上的移植和对不同嵌入式操作系统的支 持。在评测部分主要是对浏览器的功能和性能进行分析测试，最后重点对可移植 性进行了测试。 第六章对基于车载网络的嵌入式浏览器的功能、性能和可移植性进行分析和 测试。 第七章对论文的工作内容进行总结，分析了论文的现实意义和理论意义，并 与国内外相关成果进行对比，发现车载网络的嵌入式浏览器的优先和不足，提出 了基于车载网络的嵌入式浏览器今后的研究方向。 0 第二章基于车载网络的嵌入式浏览器研发的理论基础 第二章嵌入式浏览器研发的理论基础 2 1 高速发展的嵌入式技术 随着信息技术的快速发展和互联网的广泛应用，计算机的发展己显示出微型 化和专业化的趋势。嵌入式技术主要有嵌入式系统技术、嵌入式操作系统技术、 嵌入式系统用户界面、嵌入式浏览器技术和嵌入式网络技术几个方面构成。嵌入 式网络技术将在下章论述。 2 1 1 嵌入式系统基础 嵌入式系统的概念 嵌入式系统是一种以应用为中心，以计算机技术为基础，软件可裁剪，适应 应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它一 般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序4 个 部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。当前的嵌入式系统 是以基于i n t c r n c t 为标志的嵌入式系统，它拥有网络协议模块，便于各种网络应用 程序在不同平台上移植。 嵌入式系统的特点 首先嵌入式系统功能单一。嵌入式系统一经建立只能重复的执行一个或少数 几个特定的功能。当然有些嵌入式系统的功能可以被更新，或者在几个相关的功 能之间做出选择。即使这样嵌入式实时系统也只能完成特定的功能。 其次嵌入式系统在设计指标上存在严格的约束。这些指标反映了一些实现的 特征。例如功能、体积、成本、性能、功耗等。 在嵌入式应用中最重要的是系统的可靠性和实时性。很多嵌入式系统在专门 的应用在必须要在规定的时间内准确地完成特定的动作，即使有很少的延时和错 误也会造成不可挽回的结果。比如在导航系统、汽车控制系统中任何不确定的延 迟的反应都会导致整个系统的失败。 此外嵌入式系统具有便利灵活、性能价格比高、嵌入性强等特点，可以嵌入 重庆邮电大学硕士论文 到现有任何信息家电和工业控制系统中。从软件角度看，嵌入式系统具有不可修 改性，系统所需配置要求较低，系统专业性和实时性较强。 嵌入式系统的组成 嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统组成。它 是集软硬件于一体的可独立工作的器件。嵌入式处理器主要由一个单片机或微控 制器( m c u ) 组成。目前这些嵌入式c p u 多是8 位和1 6 位的，与3 2 位或6 4 位的高 性能处理器相比，具有很强的经济性和现实性。相关支撑硬件包括显示卡、存储 介质( r o m 和r a m 等) 、通信设备、i c 卡等读取设备等。嵌入式系统有别于一般 的计算机处理系统。它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用闪存 ( f l a s hm e m o r y ) 作为存储介质。嵌入式软件包括与硬件相关的底层软件、操作系统、 图形界面、通信协议、数据库系统、标准化浏览器和应用软件等。 嵌入式系统与众不同的开发方式 由于嵌入式系统是一个受资源限制的系统故而直接在嵌入式系统硬件上进行 编程显然是不合理的。在嵌入式系统的开发过程中一般采取交叉平台的开发方法。 即在通用p c 上编程，然后通过交叉编译和链接，将源程序编成能够在目标平台上 运行的二进制代码格式映像。最后将映像下裁到目标平台上的特定位置【引。由目标 板上启动代码( b o o t l o a d e r ) 执行这段二行制代码，从而运行起嵌入式系统。具体的 过程如下图所示： 图2 1 嵌入式系统的交叉编译 存在操作系统的情况下，嵌入式系统开发主要分如下几个步骤：建立交叉开 发环境，交叉编译和连接，加载映像，联机调试。 1 2 第二章基于车载网络的嵌入式浏览器研发的理论基础 2 1 2 嵌入式操作系统 嵌入式操作系统的概念和组成 嵌入式操作系统的支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统中 极为重要的组成部分。通常嵌入式系统包括与硬件相关的底层驱动软件、操作系 统内核、设备驱动接口、图形界面、标准化浏览器等。 嵌入式操作系统的特点 与通用的操作系统相比，嵌入式操作由系统的实时性高、依赖于特殊的硬件、 可靠性高、软件的固态化、单一领域的应用等特点。 嵌入式系统中引入嵌入式操作系统的优缺点 嵌入式操作系统的出现大大的提高了嵌入式系统软件开发的效率，丰富了嵌入 式系统应用的多样性，增强了嵌入式应用的可移植性。在嵌入式应用中引入嵌入 式操作系统成为目前嵌入式技术的一个主要的发展方向，可以说嵌入式技术的广 泛应用嵌入式操作系统功不可没。 但是在嵌入式应用中引入操作系统也带来了很多问题。由于嵌入式系统的资源 受限性，在引入嵌入式操作系统的时候会降低资源的有效利用率，带来嵌入式应 用成本的提高。同时在一些简单的应用中引入嵌入式操作系统也会造成实时性和 效率的降低。 典型的嵌入式操作系统嵌入式l i n u x 介绍 嵌入式l i n u x 不是指的某一个嵌入式操作系统，而是指以l i n u x 为核心的嵌入 式操作系统的应用。和其他的操作系统相比，l i n u x 的开放源代码、支持硬件广泛、 可剪裁性、易于定制和移植等优点使它可以方便的应用在嵌入式系统中，并且成 为一个发展最快的嵌入式研究方向【叭。随着l i n u x 自身的完善，嵌入式l i n u x 系统 迅速的普及到嵌入式的各个应用中。目前大多数的嵌入式系统，都会给出基于 l i n u x 嵌入式系统的软件解决方案。 嵌入式l i n u x 的主要特点有： 1 精简的内核，性能高、稳定，多任务。 2 适用于不同的c p u ，支持多种体系结构，如x 8 6 、a r m 、m i p s 、a l p h a 、 重庆邮电大学硕士论文 s p p d k 等。 3 能够提供完善的嵌入式g u i 以及嵌入式x w i n d o w s 。 4 提供嵌入式浏览器、邮件程序、m p 3 播放器、m p e g 播放器、记事本等应 用程序。 5 提供完整的开发工具和s d k ，同时提供p c 上的开发版本。 6 用户可定制，可提供图形化的定制和配置工具。 7 常用嵌入式芯片的驱动集，支持大量的周边硬件设备，驱动丰富。 8 针对嵌入式的存储方案，提供实时版本和完善的嵌入式解决方案。 9 完善的中文支持，强大的技术支持，完整的文档。 1 0 开放源码，丰富的软件资源，广泛的软件开发者的支持，价格低廉，结构 灵活，适用面广。 g n u 和l i n u x 良好的关系在l i n u x 在嵌入式系统的应用中起到了很大的推动 作用。g n u 为l i n u x 应用提供了一整套免费的工具链，这就是g n u t o o lc h a i n 。 利用这套工具可以很方便的建立嵌入式系统的开发环境、交叉编译环境和交叉调 试环境，可以满足用户从操作系统、应用软件到底层驱动不同级别的开发需要。 而l i n u x 的各个版本在不同程度上符合i e e e 的p o s i x 标准，于是在这个工具链 下开发的应用程序具有较好的可移植性。 但是l i n u x 不能直接应用于普通的嵌入式应用中，普通的l i n u x 在资源使用、 实时性、可靠性上不能满足嵌入式系统的需要。因此出现了很多种嵌入式l i n u x 的解决方案，其中最重要的两种就是u c l i n u x 和r t l i n u x 。 u c l i n u x 是一个完全符合g n u g p l 公约的项目。完全开放代码。u c l i n u x 的 初衷是提供一个针对于没有m m u 的c p u 或者不需要使用m m u 的嵌入式应用的 解决方案。 可移植的嵌入式g u i 嵌入式g u i ( g r a p hu s e ri n t e r f a c e 图形用户界面) 提供了一种应用于嵌入式系 统的人机交互接口。嵌入式g u i 要求简单、直观、可靠、占用资源小且反应快速， 以适应系统硬件资源有限的条件。