家居防盗系统Word下载.docx

1、计算机学院姓名学号200225502208毕业届别2006届专业自动化毕业论文（设计）题目指导教师张粉玉学历本科职称副教授所学陈智育硕士工程师具体要求（主要内容、基本要求、等）：研究基于VxWorks系统的显示解决方案-WindML，从WindML的体系结构入手，通过对WindML的系统原理及图形驱动的研究，解决基于VxWorks系统的汉字显示方案，实现图形显示,并模拟实现智能家居简单的图形用户界面。主要参考资料：VxWorks程序开发实践 陈智育 人民邮电出版社VxWorks与嵌入式软件开发 罗国庆 机械工业出版社Zinc和WindML应用笔记 陈智育进度安排：3月15日前：完成毕业设计选题

2、；3月15日4月10日：调研、收集资料，完成开题报告；4月11日5月31日：毕业设计阶段；6月1日5日：整理论文，完成设计作品；6月5日：提交作品及论文初稿；6月6日10日：完善设计及论文6月13日：提交最终论文及作品。指导教师签字： 2006年 月 日院（系）意见：教学院长（主任）签字： 年 月 日附注：摘要 论文首先介绍了智能家居以及与图形界面的关系，接着对博创嵌入式开发平台UP-NET ARM3000、实时多任务操作系统VxWorks作了简单的概述，介绍了嵌入式系统开发的交叉开发模式、嵌入式开发系统Tornado2.2，论述了如何用VxWorks的WindML实现图形显示，并给出了关键代

3、码。本课题研究了基于VxWorks系统的显示解决方案-WindML，从WindML的体系结构入手，根据WindML的系统原理，解决了基于VxWorks系统的汉字显示方案，实现了图形显示。论文最后模拟实现了智能家居简单的图形用户界面。关键词 智能家居；图形用户界面；VxWorks；Tornado；WindMLAbstract At first, this paper describes smart home,Graphical user interface and the relation between them.In succession,there is a simple overview

4、 about the Bo Chuang an embedded development platforms UP-NET ARM3000 and technique of development on embedded system VxWorks. It introduces crossing development mode on embedded system, embedded developing system Tornado2.2. It discusses how to realize the display graphics by WindML of VxWorks and

5、gives the key codes.This subject researches the display solving scheme -WindML based on VxWorks system, proceeds with the architecture of WindML, through the research and study of the systematic principle of WindML system.This subject has implemented the display solving Chinese characters show based

6、 on VxWorks system systematically and integrately, realized graphical interface. Finally, papers achieve a simple graphical user interface of smart home simulately.Key Words Smart home；Graphical user interface；WindML 目录1 绪论 11.1 智能家居及其发展趋势 11.2 嵌入式系统与智能家居 11.3 图形用户界面与智能家居 22 硬件体系结构 42.1 开发板硬件资源 42.2

7、 CPU-S3C44B0X 43 软件平台 63.1 VxWorks操作系统介绍 63.1.1 实时操作系统和分时操作系统的区别 63.1.2 VxWorks的特点 63.1.3 对一个实时内核的要求 73.1.4 VxWorks结构Wind、组件 73.2 主机工具-Tornado 83.2.1 Tornado 概述 83.2.2 主机仿真与下载 104 图形硬件与图形库 144.1 S3C44B0X的LCD显示屏 144.2 触摸屏 154.3 图形库 WindML 155 图形驱动的实现 175.1 WindML仿真 175.1.1 WindML库配置编译 175.1.2 非标设备配置

8、185.1.3 非标设备配置320*240彩色LCD 185.2 汉字处理 195.2.1 BMF文件的结构 195.2.2 BMF文件的使用 205.2.3 中文英文混合显示 215.3 WindML for Arm 235.3.1 图形驱动 235.3.2 触摸屏驱动 275.4 图形库的使用 316 智能家居界面的设计与实现 34总结 40致谢 41参考文献 42附录 431 绪论智能家居及其发展趋势随着电子技术在现实生活中的广泛应用，人们越来越感受到电子产品为生活所带来的各种便利，特别是在20世纪80年代，智能家居的出现更为人们享受生活提供了一个广阔的平台。智能家居是一个系统，也是一个

9、过程。它是利用先进的网络通讯技术、电力自动化技术、计算机技术、无线电技术，将与居家生活有关的各种设备有机地结合在一起，通过网络化的综合管理，让居家生活更轻松。智能家居不仅具有传统的居住功能，而且不再是被动的，是具有能动性智能化的工具，提供全方位的信息交换功能，优化我们的生活方式和居住环境，帮助我们有效地安排时间，节约各种能源，提供优质、高效、舒适、安全的生活空间智能家居的原型最早起源于美国。时至今日，智能家居在美国已走过了将近30个年头。目前，美国有全球最大的智能化住宅群，其占地3359公顷，由约8000栋小别墅组成。此外，在欧美、日本、新加坡和韩国等地，智能家居也日渐兴起。自动化的家居不再是

10、一幢被动的建筑，相反，成了帮助主人尽量利用时间的工具，使家庭更为舒适、安全、高效和节能。网络化智能家居系统可为您提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全。随着家庭智能化在世界范围内的日渐普及，智能家居在上个世纪末悄然走进了中国市场。近年来，智能家居频繁地出现在各大媒体上，一时之间成了人们耳熟能详的词汇。但是，通常媒体上常见的有关智能家居的介绍，事实上却误导了人们对智能家居的认识，使人们不知道如何将其与自己的家庭联系起来。家居生活的智能化是当今计算机网络与通讯技术最人性化的

11、应用，给人们的家居生活带来了全新的感受。今天，借助电话控制或互联网，您几乎可以在任何地方、任何时候监控您的家居状况，为您的家居生活带来前所未有的方便。随着社会全面的信息化、智能化和自动化，家庭智能化必将成为未来家居装饰潮流发展的最新方向！嵌入式系统与智能家居智能家居，也叫智能住宅，英文叫Smart Home。智能家居是以家为平台，兼备建筑、网络通讯、信息家电、网络家电、自动化和智能化，集系统、结构、服务、管理、控制于一体的高效、舒适、安全、便利、节能、健康、环保的家居环境。它在保持了传统的居住功能的基础上，摆脱了被动模式，成为具有能动性智能化的现代工具。智能家居不仅提供了全方位的信息交换功能，

12、还优化了人们的生活方式和居住环境，帮助人们有效地安排时间、节约各种能源，实现了家电控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、计算机控制、定时控制以及电话远程遥控等功能。评判某类产品其应用技术是否为广大用户接受，主要体现在该产品在系统功能、布线方式、安装及调试的复杂性、系统可靠性、操作方便性、标准化、扩展性性价比等几个方面。嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着资源调度及与硬件的交互作用。

13、 我们可以通过各项比较发现，嵌入式比较有发展潜力。嵌入式的智能家居使系统的处理能力大大增强，可以带来更加逼真的图象以及更加真实的语音等。根据系统定制的实时操作系统不仅可以最大限度的利用硬件资源而且还避免了过于庞大的系统造成的系统冗余。一般只有一颗主处理芯片，系统架构更加清晰简捷。软件采用分层设计，方便维护和升级，大大提高了代码利用率，缩短开发周期。因为嵌入式技术是伴随着Internet而生的，所以它具有更加卓越的网络性能，可以增加更多的网络应用，很显然嵌入式类智能家居产品在应用方面具有相当的优势，应该是未来中国家庭智能化技术主流发展方向。随着Internet向普通家庭生活不断扩展，消费电子、计

14、算机、通讯一体化趋势日趋明显，现代智能家居由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特点在21世纪将成为现代社会和家庭的新时尚。当家庭智能网关将家庭中各种各样的家电通过家庭总线技术连接在一起时，就构成了功能强大、高度智能化的现代智能家居系统。而基于嵌入式系统的家庭智能系统在国内才刚刚出现，随着嵌入式技术更加广泛的应用，随着成本的逐步降低，中国的智能家居最终将走向嵌入式。图形用户界面与智能家居智能家居系统围绕家庭智能中心（HIC）构建了家庭测控总线网络，并通过家居智能接口模块（IFU）完成电气匹配，实现了对各种家庭设备集中管理、分散控制、智能监测、接入路由、信息处理等诸多功能。其家庭智能核心由智能控

15、制器（HIC）、家居智能系统人机交互终端（HLK）、综合配线箱等组成。本设计的目标就是充分依托系统的网络功能，开发家居智能系统人机交互终端。图形用户界面是智能家居系统的重要组成部分之一。用控制安全系统的图形用户界面的软件（GUI）直接与视频切换主机连接，可以对整个系统进行全面控制和编程。通过一个优化界面与系统通讯，可以对其所有系统功能实现高性能的实时监控。这样，可在屏幕上直接看到系统所控制设备的实时状态。家居智能系统人机交互终端作为智能化系统与用户的信息交互平台，由图形用户界面、LCD液晶显示屏、信息输入按键、状态指示灯、紧急报警按键等部分构成，采用菜单查询、信息交流的简捷方式，实现了智能系统

16、与用户的交流，架起了业主与物业之间沟通的桥梁。图形用户界面（GUI-Graphics User Interface）是当前用户界面的主流，广泛应用于各档台式微机和图形工作站。图形用户界面和人机交互过程极大地依赖视觉和手动控制的参与，因此具有强烈的直接操作特点。图形用户界面（GUI）的广泛流行是当今计算机技术的重大成就之一，它极大地方便了非专业用户的使用，人们不再需要死记硬背大量的命令，而可以通过窗口、菜单方便地进行操作 。一个图形用户界面系统通常由三个基本层次组成。它们是显示模型，窗口模型和用户模型。图形用户界面的主要特征：一个屏幕上可以有多个窗口，图符系形象化的图形标志，易于人们隐喻和理解，

17、便于用户直接对屏幕对象进行操作。采用GUI后，用户可直接对屏幕上的对象进行操作，如拖动、删除、插入以至放大和旋转等。用户执行操作后，屏幕能立即给出反馈信息或结果，给用户带来了方便。随着虚拟现实、科学计算可视化及多媒体技术的飞速发展，新的人机交互技术不断出现，更加自然的交互方式将逐渐为人们所重视。新一代界面的主要特征是以用户为中心，以用户对界面的需求变化为出发点，使用户界面的外在形式和内部机制能符合不同用户的需要；多通道，充分利用一个以上的感觉和运动通道的互补特性来捕捉用户的意向，从而增进人机交互中的自然性；智能化，精确交互技术是指能用一种技术来完全说明用户交互目的的交互方式，键盘和鼠标器均需用

18、户精确输入；高带宽，新一代的用户界面应该支持高的输入带宽，快速大批量地输入信息；不限制地点，采用语音输入输出或其他计算机视觉（摄像输入）技术，则可不受地点的限制；图示编程，比较简单和直观，便于交互修改、控制时间关系。与通用的图形用户界面系统相比，嵌入式系统下的图形用户界面具有轻型、占用资源少，高性能，高可靠性，可配置等特点。常见的的用户界面都非常简单，几乎看不到 PC 机上华丽美观的 GUI 界面。最近出现的 Palm 等手持式电脑或者在 Windows CE 等面向嵌入式系统的操作系统上，我们已经看到了完整的图形用户界面支持。随着手持式设备的硬件条件的提高，嵌入式系统对轻量级 GUI 的需求

19、会越来越迫切。嵌入式图形用户界面为嵌入式系统提供了一种应用于特殊场合的人机交互接口。用户通过GUI可以直观地观察系统的状态、参数、数据和数据的图形表示，也可以通过GUI方便地完成设备的操作和控制。GUI可以一改过去嵌入式系统的黑匣子样式，可以极大地提供系统的可用性，因此，尽管GUI功能添加需要较高的成本，但也逐渐在越来越多的嵌入式系统中采用。2 硬件体系结构开发板硬件资源本课题是基于博创嵌入式开发平台UP-NET ARM3000上实现的，UP-NETARM3000是比较成熟的ARM7嵌入式教学科研实验系统。它采用模块化的设计理念， 更加强调应用，移植了目前最为流行的实时、开放源码的双操作系统C

20、/OS-II和UCLinux，实现了对不同专业教学要求的全覆盖，其主要硬件资源包括：1）CPU：S3C44B0X，ARM7TDMI，工作在 60MHz 2）BIOS：1M，NOR FLASH 3）内存：8M，SDRAM 4）海量存储器：16M，NANDFlash 5）键盘：17键数字小键盘 6）显示器：320 240 的 16 级灰度LCD（可选 256 彩色 LCD），四线电阻式触摸屏 7）USB 接口：1.1 标准 8）串行口：两个，最高波特率 115200kb 9）网络接口：10M 以太网 10）CAN接口：125Kb，250Kb，500Kb，1Mb 11）调试接口：JTAG，14 针，

21、20 针 12）电机：直流电机（有刷），步进电机（带 1/64 减速器） 13）A/D：8路 10 位，满量程 2.5V，已用前 4 路 14）D/A：10 位，满量程 4.096V 15）LED：8个，共阴极 16）音频输出：44.1KHzCPU-S3C44B0XS3C44B0X微处理器是三星公司专为手持设备和一般应用提供的高性价比和高性能的微控制器解决方案。它使用ARM7TDMI核，工作在66MHz，集成了LCD控制器等外围器件。它的LCD控制器具有通用性,能与大多数LCD显示模块接口。接口设计、驱动程序开发都很简单，广泛应用于智能仪表、PDA等的显示部分。S3c44B0X开发板（标准版）

22、是ARM开发套件。该套件功能强大，可接320x240，640x480  LCD。10M网口，尺寸小巧，布线美观，价格低廉，是目前国内最精致的ARM开发板。44B0X 配置JTAG调试头，是ARM开发者的必备的利器。电路图如下图所示：21 S3c44B0X的电路图电路方块图如下图所示：22 S3c44B0X的方块图3 软件平台VxWorks操作系统介绍VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），是嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之

23、地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等。在美国的 F-16、FA-18 战斗机、B-2 隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器上也使用到了VxWorks。实时操作系统和分时操作系统的区别从操作系统能否满足实时性要求来区分，可把操作系统分成分时操作系统和实时操作系统：分时操作系统按照相等的时间片调度进程轮流运行，分时操作系统由调度程序自动计算进程的优先级，而不是由用户控制进程的优先级。这样的系统无法实时响应外部异步事件。实时操作系统能够在限定的时间内

24、执行完所规定的功能，并能在限定的时间内对外部的异步事件作出响应。分时系统主要应用于科学计算和一般实时性要求不高的场合。实时性系统主要应用于过程控制、数据采集、通信、多媒体信息处理等对时间敏感的场合。VxWorks的特点3.1.1.1 可靠性操作系统的用户希望在一个工作稳定，可以信赖的环境中工作，所以操作系统的可靠性是用户首先要考虑的问题。而稳定、可靠一直是VxWorks的一个突出优点。3.1.1.2 实时性实时性是指能够在限定时间内执行完规定的功能并对外部的异步事件作出响应的能力。实时性的强弱是以完成规定功能和作出响应时间的长短来衡量的。VxWorks 的实时性做得非常好，其系统本身的开销很小

25、，进程调度、进程间通信、中断处理等系统公用程序精练而有效，它们造成的延迟很短。VxWorks 提供的多任务机制中对任务的控制采用了优先级抢占（Preemptive Priority Scheduling）和轮转调度（Round-Robin Scheduling）机制，也充分保证了可靠的实时性，使同样的硬件配置能满足更强的实时性要求，为应用的开发留下更大的余地。3.1.1.3 可裁减性用户在使用操作系统时，并不是操作系统中的每一个部件都要用到。例如图形显示、文件系统以及一些设备驱动在某些嵌入系统中往往并不使用。VxWorks由一个体积很小的内核及一些可以根据需要进行定制的系统模块组成。VxWor

26、ks 内核最小为8kB，即便加上其它必要模块，所占用的空间也很小，且不失其实时、多任务的系统特征。由于它的高度灵活性，用户可以很容易地对这一操作系统进行定制或作适当开发，来满足自己的实际应用需要。对一个实时内核的要求一个实时操作系统内核需满足许多特定的实时环境所提出的基本要求，这些包括：3.1.1.4 多任务由于真实世界的事件的异步性，能够运行许多并发进程或任务是很重要的。多任务提供了一个较好的对真实世界的匹配，因为它允许对应于许多外部事件的多线程执行。系统内核分配CPU给这些任务来获得并发性。3.1.1.5 抢占调度真实世界的事件具有继承的优先级，在分配CPU的时候要注意到这些优先级。基于优

27、先级的抢占调度，任务都被指定了优先级，在能够执行的任务（没有被挂起或正在等待资源）中，优先级最高的任务被分配CPU资源。换句话说，当一个高优先级的任务变为可执行态，它会立即抢占当前正在运行的较低优先级的任务。3.1.1.6 任务间的通讯与同步在一个实时系统中，可能有许多任务作为一个应用的一部分执行。系统必须提供这些任务间的快速且功能强大的通信机制。内核也要提供为了有效地共享不可抢占的资源或临界区所需的同步机制。3.1.1.7 任务与中断之间的通信尽管真实世界的事件通常作为中断方式到来，但为了提供有效的排队、优先化和减少中断延时，我们通常希望在任务级处理相应的工作，所以需要杂任务级和中断级之间存

28、在通信。VxWorks结构Wind、组件VxWorks采用可裁减的微内核体系结构。Wind内核是整个平台的核心，是实现实时多任务操作系统基本功能的微内核，其它实现外围功能的大量软件组件依赖于它。Wind内核只关心CPU，而对外设不做假设，不关心总线类型、内存大小和I/O设备等。Wind内核实现功能包括任务调度、任务通信、内存管理、定时器和中断处理等。VxWorks由很多可裁减的组件组成，包括Wind内核、I/O系统、文件系统、网络系统、C库、C+库、共享内存对象VxMP和虚拟内存接口VxVMI等。因为VxWorks的组件式结构，VxWorks可根据应用需求灵活配置。VxWorks包括核心内核功

29、能和依赖内核的外围功能，各种功能按组件形式提供。VxWorks可看作各种功能库的集合，各种功能库的选择加入，就能产生适应定制需求的各种不同功能集合的操作系统映象。VxWorks库由400多个相对独立的、短小的目标模块组成，用户可根据需要选择适当模块来裁剪和配置系统，编译时链接器只链接配置的必要模块，保证生成映象的最小适用。主机工具-TornadoTornado 概述Tornado开发环境是嵌入式实时领域里最新一代的开发调试环境,是实现嵌入式实时应用程序的完整的软件开发平台 ,是交叉开发环境运行在主机上的部分,是开发和调试VxWorks系统不可缺少的组成部分。Tornado是集成了编辑器、编译器

30、、调试器于一体的高集成度的窗口环境,给嵌入式系统开发人员提供了一个不受目标机资源限制的超级开发和调试环境。Tornado允许开发者增量地将目标模块加载到目标机上去,这种动态的链接和加载功能是Tornado系统的核心功能,可以使开发者省去通常的开发步骤:在主机上将应用程序与内核链接起来,然后将整个应用程序下载到目标机上去。这样,编辑- 测试 - 调试的周期就会大为缩短;而且,所有的模块都是共享的 ,主机上的应用程序也不需要重新链接,所以,加载目标模块到运行中的 VxWorks目标机中以达到调试和重新配置的目的成为可能。下图描述了Tornado主机工具与目标机的交互关系,Tornado集成开发环境（IDE）主要包括以下几个部分:31 Tornado主机工具与目标机的交互关系Tornado集成开发环境支持多种宿主机环境包括:SunOS,Solaris OS,Win98,Win2000,