基于ARM的無線餐廳點(diǎn)菜系統(tǒng)

陸政

摘要：跟隨時(shí)代發(fā)展的腳步，科技的快速發(fā)展，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用在生活中越來越普遍，涉及我們生活中的各個(gè)領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)活動的生產(chǎn)，水質(zhì)監(jiān)測管理，環(huán)境工程和餐廳點(diǎn)菜等各個(gè)領(lǐng)域之中。其中，關(guān)系到我們?nèi)粘Ｉ畹牟蛷d點(diǎn)菜系統(tǒng)越來越普遍。本次研究開發(fā)的課題是基于ARM的無線餐廳點(diǎn)菜系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，使用Smart210SDK1305開發(fā)板，用于方便我們?nèi)粘Ｉ钪性诓蛷d就餐時(shí)的點(diǎn)菜，加菜，埋單等各項(xiàng)服務(wù)。當(dāng)PDA終端提交點(diǎn)菜信息時(shí)，信息會自動通過無線接口迅速地將點(diǎn)菜信息傳送給ARM開發(fā)板的無線串口，無線串口通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將獲得到的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，提交給廚房的服務(wù)器終端。通過此種方法來實(shí)現(xiàn)手持終端點(diǎn)菜與服務(wù)器端確認(rèn)菜單的功能。

關(guān)鍵詞：嵌入式；ARM；無線；點(diǎn)菜系統(tǒng)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）29-0273-03

1無線餐廳點(diǎn)菜系統(tǒng)的研究意義

無線餐廳點(diǎn)菜設(shè)備，通過客人點(diǎn)菜形成初步菜單，通過無線的渠道將菜單信息通過無線發(fā)送到后廚。無線餐廳點(diǎn)菜設(shè)備的出現(xiàn)大大簡化了以往紙質(zhì)的開臺，點(diǎn)菜，加菜，退菜，結(jié)賬等服務(wù)。節(jié)約了人力的成本，提高了餐廳服務(wù)效率與質(zhì)量，是具有很大研究意義的一個(gè)嵌入式設(shè)備。

嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：①專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；②嵌入式系統(tǒng)必須滿足環(huán)境的要；③嵌入式系統(tǒng)具有較長的生命周期；④嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)l生和可靠性；⑤軟件代碼固化；⑥嵌入式系統(tǒng)必須滿足對象系統(tǒng)的控制要求。⑦嵌入式系統(tǒng)需要專業(yè)的開發(fā)工具和方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)需求分析

由于餐廳點(diǎn)菜時(shí)，用一根很長的數(shù)據(jù)線將手持終端與服務(wù)器接收終端相連的話，會導(dǎo)致線路復(fù)雜，不方便挪動和成本高等不方便因素。關(guān)于無線通信的無線點(diǎn)菜系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)利用了嵌入式的低價(jià)格，費(fèi)用低和功耗小等優(yōu)點(diǎn)對實(shí)現(xiàn)無線餐廳點(diǎn)菜有著重大的研究意義，也是有很好的利用價(jià)值的。因此，根據(jù)論文的設(shè)計(jì)與理論實(shí)現(xiàn)無線餐廳點(diǎn)菜系統(tǒng)的原理，我設(shè)計(jì)出該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

依據(jù)無線餐廳點(diǎn)菜系統(tǒng)的在技術(shù)性上的開發(fā)和實(shí)際使用中的各種情況的分析，要對該無線餐廳點(diǎn)菜系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，需求分析包含系統(tǒng)功能分析和系統(tǒng)性能分析：

1）系統(tǒng)功能需求分析

根據(jù)無線餐廳點(diǎn)菜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在應(yīng)用中的具體狀況和特點(diǎn)，本次論文的無線餐廳點(diǎn)菜系統(tǒng)要主要包括如下幾個(gè)方面的功能特點(diǎn)：

①能夠進(jìn)行點(diǎn)菜，退菜，結(jié)賬；②運(yùn)用無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)手持終端點(diǎn)菜的數(shù)據(jù)信息傳送到后廚的服務(wù)器終端；③使用起來簡單易懂。

2）系統(tǒng)性能需求分析

該無線餐廳點(diǎn)菜系統(tǒng)是一款針對餐廳內(nèi)的點(diǎn)菜方便的，因此在實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)的性能時(shí)要注意如下幾個(gè)方面：

①系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；②系統(tǒng)的穩(wěn)定性；③系統(tǒng)的可擴(kuò)展性；④系統(tǒng)的易維護(hù)性。

2.2系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)

無線餐廳點(diǎn)菜系統(tǒng)中LCD模塊利用圖形界面可以有收集用戶點(diǎn)餐信息的功能，無線收發(fā)模塊有將用戶點(diǎn)餐后的菜單在發(fā)送給后堂廚房時(shí)，起到了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的功能。它們通過無線路由器組成的無線局域網(wǎng)與后堂的服務(wù)器終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其中軟件的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

根據(jù)圖2可以知道，在ARM板上的軟件的獲得過程是在本地系統(tǒng)中得到的，之后通過所設(shè)定的文件系統(tǒng)將開發(fā)好的應(yīng)用軟件進(jìn)行編譯后的程序下載到ARM開發(fā)板上再運(yùn)行。通過開發(fā)板的運(yùn)行，得到用餐者的點(diǎn)菜，加菜，退菜，結(jié)賬信息，并在操作完成后通過無線模塊的TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送到后堂服務(wù)器終端。

本次研究課題是基于ARM的無線餐廳點(diǎn)菜系統(tǒng)，在餐廳點(diǎn)菜中將起到重大的變革作用，可以很好的改善餐廳點(diǎn)菜效率的底下，結(jié)賬速度慢等一系列問題。

2.3交叉編譯環(huán)境的建立

在嵌入式系統(tǒng)上進(jìn)行編寫代碼，然后運(yùn)行，這幾乎是個(gè)不可能事件。但是，我們有辦法解決這個(gè)問題，那就是采用交叉編譯的方式。

所謂交叉編譯就是，在我們編程計(jì)算機(jī)上裝上一個(gè)虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)內(nèi)裝上一個(gè)我們即將在嵌入式開發(fā)板上裝人的操作系統(tǒng)，在此系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行編寫代碼，最后通過交叉編譯工具將我們所編寫的代碼轉(zhuǎn)換成能夠在嵌入式開發(fā)板上直接運(yùn)行的二進(jìn)制代碼形式，再通過一定的傳輸工具，將所生產(chǎn)的二進(jìn)制代碼傳輸?shù)角度胧介_發(fā)板的文件系統(tǒng)的指定位置。交叉編譯環(huán)境示意圖如圖3所示。

所需資源：linux-2.6.10.tar.gz glibc-2.3.2.tar.gz binutils-2.15.tar.bz2

glibc-linuxthreads-2.3.2.tar.fz gcc-3.3.6.tar.gz

3嵌入式系統(tǒng)的移植與實(shí)現(xiàn)

嵌入式Linux的移植涉及：BootLoader的移植，嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的移植與嵌入式Linux操作系統(tǒng)根文件系統(tǒng)的移植。

3.1BootLoader的移植

U-boot的啟動分為兩個(gè)過程：第一個(gè)過程是將各種不同的硬件設(shè)備進(jìn)行初始化，為下一步準(zhǔn)備RAM空間，保存信息，堆棧空間的設(shè)置等工作；第二個(gè)過程是在第一個(gè)過程的基礎(chǔ)上加載操作系統(tǒng)的內(nèi)核和根文件系統(tǒng)，一般是使用C語言設(shè)計(jì)該部分內(nèi)容，因?yàn)镃語言的主要特點(diǎn)是讀性和移植性。U-boot的啟動流程如圖4所示。

3.2嵌入式Linux內(nèi)核的移植

內(nèi)核是所有嵌入式Linux系統(tǒng)的核心軟件，內(nèi)核移植是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)，也是基于ARM的嵌入式開發(fā)過程中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。內(nèi)核移植過程包括內(nèi)核的配置、內(nèi)核的編譯和內(nèi)核下的載。

1）內(nèi)核配置：

①修改Makefile：修改根目錄下Makefile中交叉編譯器的版本和所要使用的體系結(jié)構(gòu)。

②設(shè)置NAND Flash分區(qū)：建立Flash分區(qū)表，用來劃分內(nèi)存空間的，以及每個(gè)分區(qū)的起始地址與空間大小。

③配置內(nèi)核選項(xiàng)：依照所使用的開發(fā)板的配置文件進(jìn)行相應(yīng)的配置。

2）內(nèi)核編譯：

①清除冗余文件：首先進(jìn)人根目錄，清除之前編譯過而殘留下來的.config和.o文件。

②編譯內(nèi)核映像和模塊：make zImage：編譯生成gzip壓縮形式的image。

make bzImage：編譯生成較大些的內(nèi)核。比上面一條命令生成的大。

make modules：編譯在配置時(shí)選擇的模塊。

make modules_install：將make modules生成的模塊文件復(fù)制到相應(yīng)的目錄。

③安裝模塊

#make modules_install

默認(rèn)情況下模塊被安裝到/lib/modules目錄下。

3）內(nèi)核下載

首先在開發(fā)使用的宿主機(jī)上建立一個(gè)tftp服務(wù)。然后使用超級終端或DNW工具啟動目標(biāo)板。

#tftp 0x30008000 zImage

3.3文件系統(tǒng)移植與實(shí)現(xiàn)

文件系統(tǒng)是文件存放在存儲設(shè)備上的組織方法。主要體現(xiàn)在對文件和目錄的組織上，UNIX系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)是最基本的資源。在內(nèi)核和文件系統(tǒng)之間通過制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接口實(shí)現(xiàn)，在不同文件結(jié)構(gòu)之間可以有不同的文件系統(tǒng)的接口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。常見的文件系統(tǒng)目錄如圖5所示：

制作根文件系統(tǒng)：

①建立lu設(shè)備的臨時(shí)掛載點(diǎn)：#mkdir/mnt/lu

②建立一個(gè)大小為15MB的臨時(shí)文件：#dd if=/dev/zero of=/tmp/lu_tmp bs=1k count=15360

③聯(lián)接設(shè)備與臨時(shí)文件：#losetup/dev/lu0/tmp/lu_tmp

④將/dev/lu0格式化位ext2文件系統(tǒng)：#mke2fs-m0/dev/lu0

⑤把虛擬盤掛載在節(jié)點(diǎn)/mnt/lu上：#mount-t ext2/dev/lu0/mnt/lu

⑥用cp命令將需要的文件復(fù)制到虛擬盤上。

⑦卸載文件系統(tǒng)，得到文件系統(tǒng)映像：#cd/mnt/lu#un-mount/mnt/lu

⑧壓縮文件系統(tǒng)映像：#gzip/tmp/lu_tmp>/tftpboot/ram-disk.gz

4服務(wù)器端詳細(xì)設(shè)計(jì)

服務(wù)器端是用來采集終端設(shè)備關(guān)于點(diǎn)菜，加菜，退菜等操作的菜單信息采集。并且實(shí)時(shí)將手持終端發(fā)送到的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫經(jīng)過處理后將處理后的數(shù)據(jù)通過無線收發(fā)模塊進(jìn)行傳送給指定的IP終端。

服務(wù)器端的主程序共有兩個(gè)子模塊。如圖6所示，第一個(gè)子模塊分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)保存處理；第二個(gè)子模塊負(fù)責(zé)監(jiān)聽來自手持終端的命令，及返回請求數(shù)據(jù)。

主程序代碼如下所示。

由以上代碼可以看出我創(chuàng)建了兩個(gè)子進(jìn)程分別負(fù)責(zé)采集和監(jiān)聽命令。主進(jìn)程不做具體事宜只負(fù)責(zé)進(jìn)程不被殺死。

5結(jié)束語

現(xiàn)在人們的日常生活中的各種便捷式的電子設(shè)備的開發(fā)都越來越離不開基于ARM的開發(fā)了。本次開發(fā)過程簡單上看是在做一個(gè)基于ARM的無線餐廳點(diǎn)菜系統(tǒng)，實(shí)際上基于ARM的開發(fā)的大多套路都是和我們此次開發(fā)的過程是類似的。區(qū)別僅僅在于具體的軟件代碼實(shí)現(xiàn)。

此次開發(fā)的工期不長，由于個(gè)人在專業(yè)方面的知識的限制，很多地方可能都有不完善的地方，有待大家的完善與指正。