一種基于ARM的電費綜合自助系統(tǒng)的設計與實現

楊曉東 糜元根

南京工業(yè)大學信息科學與工程學院 江蘇 210009

0 引言

本系統(tǒng)在用戶操作過程中，把交互信息寫入本地數據庫，并且同時更新遠程數據庫。系統(tǒng)設計兩個數據庫的目的也是為了在網絡不順暢的時候，用戶也可以及時購電。管理員可以在遠程數據庫上對用戶數據進行統(tǒng)一管理。

1 系統(tǒng)的實現原理

1.1 MiniGUI圖形界面應用程序開發(fā)技術

為了與用戶有很好的交互性，需要設計圖形界面便于用戶操作。常見的圖形界面設計方法是QT和MiniGUI，綜合考慮了系統(tǒng)的硬件，本系統(tǒng)采用MiniGUI進行圖形界面設計。MiniGUI是由北京飛漫軟件技術有限公司主持的自由軟件，遵循GPL條款發(fā)布。其目的是為實時嵌入式Linux系統(tǒng)建立一個快速、穩(wěn)定和輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用的MiniGUI 1.3.1版本，可以從http://www. minigui.com上下載。

用于處理事件的窗口例程通常標志了某一個“窗口類”，具有相同窗口例程的窗口實例被認為是屬于同一窗口類。

焦點和光標的概念用于管理輸入設備和輸入事件的發(fā)送。鼠標光標是一個繪制在屏幕之上的小位圖，指示當前的鼠標位置。以某種非破壞性的方式繪制該位圖是窗口系統(tǒng)的責任，不過應用程序可以控制繪制哪一個位圖以及是否顯示該光標。應用程序還可以捕捉鼠標光標并獲取光標事件，即使該光標已經超出該應用程序窗口的顯示范圍。鍵盤輸入有類似的輸入焦點和鍵盤輸入插入符的概念。只有具有輸入焦點的窗口才能獲取鍵盤事件。改變窗口的焦點通常由特殊的按鍵組合或者鼠標光標事件完成。具有輸入焦點的窗口通常繪制有一個鍵盤插入符。該插入符的存在、形式、位置，以及該插入符的控制完全是由窗口的事件處理例程完成的。

應用程序可通過調用一些系統(tǒng)函數來要求重繪窗口或窗口的某一部分，這些事件通常由窗口例程來處理。

1.1.1 事件驅動編程

1.1.2 MiniGUI-Lite和MiniGUI-Threads

MiniGUI是一個圖形用戶界面支持系統(tǒng)，通常的GUI編程概念均適用于MiniGUI編程，如窗口和事件驅動編程等。

在傳統(tǒng)的GUI圖形系統(tǒng)模型中，鍵盤和鼠標動作產生由應用程序不斷輪詢的事件。這些事件通常發(fā)送到具有焦點的窗口，而應用程序把這些事件交由和該窗口相關聯的例程來處理。這些窗口例程通常是由應用程序定義的，或者是某些標準例程中的一個。操作系統(tǒng)、其它窗口的事件處理例程和應用程序代碼都可以產生事件。

在編寫第一個MiniGUI程序之前，我們需要了解一個事實：我們可將MiniGUI配置編譯成兩個架構上截然不同的版本——MiniGUI-Lite版或MiniGUI-Threads版。

MiniGUI的早期版本(即 MiniGUI-Threads)采用基于POSIX線程的消息傳遞和窗口管理機制，這種實現提供最大程度上的數據共享，但同時造成了MiniGUI體系結構上的脆弱。

如果某個線程因為非法的數據訪問而終止運行，則整個系統(tǒng)將受到影響。為了解決這個問題，使MiniGUI更符合嵌入式系統(tǒng)的應用需求，MiniGUI從0.98開始推出Lite版本。Lite版本的MiniGUI使用進程機制，拋棄了pThread庫，從而使得MiniGUI更穩(wěn)定和更高效率。

在 MiniGUI Lite版本中，我們可以同時運行多個MiniGUI應用程序。首先我們啟動一個服務器程序mginit，然后我們可以啟動其他作為客戶端運行的 MiniGUI應用程序。如果因為某種原因客戶終止，服務器不受影響，可以繼續(xù)運行。

MiniGUI-Lite區(qū)別于MiniGUI-Threads的最大不同在于我們可以在MiniGUI-Lite程序中創(chuàng)建多個窗口，但不能啟動新的線程建立窗口。除此之外，其他幾乎所有的 API都和MiniGUI原有版本是兼容的。

MiniGUI-Threads適合于多窗口、實時性要求很高的系統(tǒng)，比如工業(yè)控制系統(tǒng)；而MiniGUI-Lite適合于功能豐富、結構復雜系統(tǒng)，比如PDA等信息產品。而且MiniGUI-Threads可以通過MiniGUI的消息函數，可在不同的線程之間傳遞消息，相比較而言，本系統(tǒng)采用前者。

1.1.3 窗口及窗口過程

窗口是屏幕上的一個矩形區(qū)域。在傳統(tǒng)的窗口系統(tǒng)模型中，應用程序的可視部分由一個或多個窗口構成。每一個窗口代表屏幕上的一塊繪制區(qū)域，窗口系統(tǒng)控制該繪制區(qū)域到實際屏幕的映射，也就是控制窗口的位置、大小和可見區(qū)域。每個窗口被分配一個屏幕繪制區(qū)域來顯示本窗口的部分或全部，也許根本沒有分配到屏幕區(qū)域(該窗口完全被其它的重疊窗口所覆蓋和隱藏)。

MiniGUI中有三種窗口類型：主窗口、對話框和控件窗口(子窗口)。每一個MiniGUI應用程序一般都要創(chuàng)建一個主窗口，作為應用程序的主界面或開始界面。主窗口通常包括一些子窗口，這些子窗口通常是控件窗口，也可以是自定義窗口類。應用程序還會創(chuàng)建其它類型的窗口，例如對話框和消息框。對話框本質上就是主窗口，應用程序一般通過對話框提示用戶進行輸入操作。消息框是用于給用戶一些提示或警告的主窗口，屬于內建的對話框類型。

一旦窗口建立之后，窗口就會從消息隊列當中獲取屬于自己的消息，然后交由它的窗口過程進行處理。窗口過程函數主要是對屬于該窗體的不同消息進行相應的處理。窗口過程函數通常使用switch語句來對各種消息(message)進行處理。

1.2 Socket網絡編程技術

當前，Socket接口是TCP/IP網絡最為通用的API，也是在Internet上進行應用開發(fā)最為通用的API。它是介于應用層和傳輸層之間的編程接口，它提供了訪問下層通信協(xié)議的大量系統(tǒng)調用和相應的數據結構功能。在Linux系統(tǒng)中，Socket是應用程序訪問下層網絡協(xié)議的惟一方法。具體地講，Socket在用戶級實現了兩個應用程序之間的網絡連接和數據交換，所以Linux中的Socket意味著網絡上的通信。

我們在做網絡傳輸數據功能時，采用了客戶端/服務器(C/S)網絡通信：服務器端守護進程不斷的監(jiān)聽、等待連接；客戶端向遠程服務器發(fā)送連接請求，服務器端收到請求后，按照一定的規(guī)則建立連接，連接完成后，兩個程序之間就建立了一個虛擬的數據通信鏈路。這些程序可以直接從自己打開的套接口讀入和寫出數據，而不用關心實際的數據鏈路。具體實現過程見圖1。

圖1 基于TCP協(xié)議的socket傳輸流程圖

1.3 SQLite技術

SQLite是2000年開發(fā)出來的一種小型嵌入式數據庫。它是一個小型的C語言鏈接庫，這個鏈接庫本身就完全包含數據庫引擎的功能，可以方便地運用于嵌入式系統(tǒng)中。SQLite提供了對SQL92的大多數支持，支持多表、索引、事務、視圖和觸發(fā)等一系列用戶接口以及驅動。簡單易用，速度也相當得快，同時提供了豐富的數據庫接口。這個庫具有很強的內聚性，通過不到25000行的ANSIC代碼實現，而且它的源代碼完全開放，可以自由地應用于任何領域。

在與MiniGUI的連接中，SQLite的API及其易于使用，完全可以對嵌入式數據庫進行基本的操作，如建立表格、查詢、修改、插入、刪除、排序等，只需要三個用來執(zhí)行SQL和獲取數據的函數。此外它還是可以擴展的，允許自定義函數，然后以Callback(回調函數)的形式傳遞進去。

2 系統(tǒng)的軟件設計

本系統(tǒng)的軟件設計分為客戶端(終端)程序設計和服務器端程序設計，主要是客戶端程序設計，服務器端主要是一個接收數據并更新數據庫的守護進程程序。

2.1 客戶端程序流程

在客戶端，登錄系統(tǒng)后進入主界面，主界面包括6個功能界面選擇按鈕，具體系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主流程圖

2.2 服務器端流程設計

數據庫服務器端采用 Fedora 7作為服務器操作系統(tǒng)，sqlite3作為數據庫，系統(tǒng)啟動后自動運行守護進程，這包括:建立套接字、綁定地址、開始監(jiān)聽并等待客戶端的連接，收到數據后更新本地數據庫，并將操作記錄寫入設定好的日志文件中，循環(huán)執(zhí)行以上過程。服務器端流程圖如圖3所示。

圖3 服務器端流程圖

3 結語

經測試，本系統(tǒng)完全符合人性化設計，購電方便，操作系統(tǒng)界面友好，簡單。每個用戶必須憑ID和密碼才能登錄，同時密碼忘記后可以通過短信貓將密碼發(fā)送到用戶賬號登記的手機中，從而大大的增強了系統(tǒng)的安全性。在有網絡的情況下，本地數據庫能與遠程數據庫及時更新，做到數據實時準確無誤。稍微有點遺憾的是，由于本系統(tǒng)過于龐大未能全面展開。

[1] 韓超.嵌入式GUI開發(fā)設計—基于MiniGUI[M].北京:電子工業(yè)出版社.2009.

[2] 李亞鋒,歐文盛. ARM嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)從入門到精通[M].北京:清華大學出版社.2007.