计算机学院毕业设计优秀智能PDA终端设计与实现.docx

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计算机学院毕业设计优秀智能PDA终端设计与实现

智能PDA终端设计与实现

摘要

随着科学技术和地理信息系统的发展，计算机的发展已经进入了移动时代，以掌上电脑（PDA）为代表的移动嵌入式产品日益普及，在移动中使用计算机，将移动的主体通过网络与庞大的数字空间无缝结合在一起，已经不再是天方夜谭。

个人移动导航为主的PDA嵌入式产品在未来的市场具有巨大的发展潜力。

课题结合嵌入式系统技术，以UP-TECH270-S为硬件开发平台，采用WindowsCE5.0操作系统，qt-embedded-wince-opensource4.6为应用程序框架设计的智能PDA终端，它作为智能PDA手持GPS终端的一个重要组成部分，主要是利用正在兴起的移动计算机技术、GPS导航技术，结合个人数字助理等开发设计的嵌入式空间信息可视化应用系统，该系统具有传统的空间信息显示、查询、分析等功能，更重要的是，它一方面是移动系统，能够随时随地的使用，另一方面是能适应各专业领域的应用（如智能家居，车载信息系统等设备），本项目的GPS导航、无线通讯、Qt应用程序设计是本课题的重点。

本毕业设计论文主要从发展前景、系统方案、硬件设计、软件设计、实现功能、实现原理、系统测试等方面详细深入的阐述智能PDA终端开发的整个流程和细节。

关键字：

UP-TECH270-S平台qt-embedded-wince-opensource4.6WindowsCE5.0GPRSGPS导航

PDADesignandImplementationofIntelligentTerminal

ABSTRACT

Asscienceandtechnologyandthedevelopmentofgeographicinformationsystems,computer'sdevelopmenthasenteredthemobileera,YiPocketPC（PDA）astherepresentativeofthemobileembeddedgrowingpopularityintheuseofmobileZhongcomputers,mobile'sZhutibyWangLuoandlargeseamlesscombinationofdigitalspaceisnolongerafantasy.PDA-basedpersonalnavigationproductsinthefuturemarketofembeddedhasgreatpotentialfordevelopment.

CombinationofembeddedsystemtechnologysubjecttoUP-TECH270-Sforthehardwaredevelopmentplatform,usingWindowsCE5.0operatingsystem,qt-embedded-wince-opensource4.6applicationframeworkforthedesignofintelligentPDAterminal,whichasasmarthandheldPDAGPSterminalisanimportantcomponentBufen,mainlytheuseofemergingmobilecomputertechnology,GPSnavigationtechnology,combinedwithpersonaldigitalassistantandotherdevelopmentShejitheembeddedapplicationspaceinformationvisualizationsystem,whichhasthespaceforinformationdisplayChuanTong,queryanalysisandotherfunctionsand,moreimportantly,itisamobilesystemontheonehand,theuseofanytime,anywhere,ontheotherhandisabletoadapttotheapplicationofvariousprofessionalfields（suchassmarthome,vehicleinformationsystemsandotherequipment）,theprojectincludingGPSnavigation,wirelesscommunications,Qtapplicationdesignisthefocusofthisissue.

Thedesignreportmainlyfromthedevelopmentprospectsofthesystem,thehardwaredesign,softwaredesign,implementation,andrealizetheprincipleofsystemtestingarealsodescribedindetailthedevelopmentofsmartPDAdevicesanddetailstheentireprocess.

Keywords:

UP-TECH270-Splatformqt-embedded-wince-opensource4.6WindowsCE5.0GPRSGPSNavigation

1前言

1.1选题背景

随着全球消费市场发展迅猛，电子消费市场也随之水涨船高。

计算机软硬件技术飞速发展，网络传输技术的普及，人类正进入以计算机、网络卫星通信为特征的信息社会，人员流动的日益频繁是每个人对空间信息有了更多的依赖，尤其是在户外和移动过程中，对地理信息的需求非常普遍。

人们更加关心“当前我在那里？

”、“目的地在哪里”、“如何到达？

”等问题。

个人数码助理，即PDA，英文全称PersonalDigitalAssistant，PDA是近年来继传呼机、手机之后，迅速崛起的新兴电子消费性产品，它轻便、小巧、可移动的智能掌上电脑，从其扩展的意义来讲，它是供人们沟通、连接和互动的移动数字设备，集电话、短信、和随时随地迅速地接入互联网等功能于一身，而且更为重要的是，这些功能是通过无线的方式实现。

将电脑、通信（GPRS）和导航（GPS）三者融合的智能个人导航PDA，实现无线通讯，远程安控，信息接收查询，可以最大程度的发挥PDA信息管理功能和智能导航的功能，具有可观的发展前景。

正是基于此，我们开展了基于WindowsCE5.0的智能PDA终端的研究。

本系统的设计思想是在以PDA手持式客户端为空间中心，通过无线的方式，实时从卫星获取经纬度信息，结合嵌入式电子地图，在以Qt应用程序框架上实现对现实世界的导航、通讯、信息查询等，还具备智能的个人数字助理，影音功能等辅助模块，同时PDA还适合各专业领域的应用。

1.2现状分析

中国的智能PDA市场仍将处于培育阶段，这一阶段市场上的产品会大量增加，但产品价格的下降将更多通过提供更实用的产品来实现，即通过实用型产品进行市场普及。

另外，未来基于手机PDA的行业应用的拓展将使得产品更加丰富由此带来的产品价格的差异化将更加明显。

随着中国未来电子消费市场的快速发展和智能电子产品的价值含量迅速提高，中国智能电子产业将形成巨大经济规模效应。

未来的智能电子产品中，围绕安全、节能、环保、舒适和娱乐等方面的元器件及其周边产品将发展最快。

目前，中国消费者对智能电子产品需求的增加、网络在生活中的普及发展、安全与防盗需求的增加，产品实用与价格的性价比的提高等，都进一步推动了中国智能电子产品市场的发展。

目前在国内通信领域，最火的就是正在运行的TD-SCDMA——3G标准。

作为新一代的通信技术，3G带给人们非常多的期许。

3G牌照的全面发放，也成了人们共同关注的焦点。

其实在国内的GPS导航领域也在经历着一场蜕变，第三代PDA类导航产品的应运而生，已经把人们带进了全新的导航时代。

卫星导航与移动通讯、无线上网等高技术相结合，从根本上促进了IT技术的整体发展。

项目在于将移动计算技术应用到传统的空间信息服务中，改变传统的基于位置的服务机制，是作为主体的人、作为客体的真实世界以及经由网络传输的数字世界三者无缝的结合起来，事先不受任何时间和空间局限的互动，改变人与数字、人与真实世界的交互方式，实现便携式的智能导航，无线通讯，信息服务的功能。

1.3选题目标

基于以上相关的背景分析，开发一个智能PDA项目，采用PXA270作为开发平台作为硬件平台，嵌入式WindowCE作为操作系统，以Qt作为跨平台的C++图形用户界面框架，编写调用应用程序的各个模块，以及根据项目的每个功能模块需求，分析各个应用程序模块功能的用户界面和人机交互的图形化接口设计，同时根据项目系统实际的需求，裁剪、定制、移植内核，分析系统的功能和需求，添加各种驱动程序，如串口驱动、USB驱动等，加上外围的设备模块，完善项目的功能；

1.4需求分析

1.4.1用户需求分析

智能电子技术的发展趋势是电子化、智能化、信息化和集成化。

GPS为代表的卫星导航应用产业已成为当今国际公认的八大无线产业之一。

随着技术的进步、应用需求的增加，GPS以全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点及其所独具的定位导航、授时校频、精密测量等多方面的强大功能，融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域，使GPS成为继蜂窝移动通信和互联网之后的全球第三个IT经济新增长点。

居于导航和通讯的PDA结合是移动计算机发展的新方向，从环境、技术和需求上来看都具备了一定的条件存在着结合的必要性和可行性。

首先从环境的角度看全球定位导航应用产业和移动电子通讯产业经历了近10年的高速发展后，市场需要新的发展和盈利模式来促进新一轮的增长。

GPS全球定位系统、GIS地理信息系统和无线通讯设备的融合，将带来巨大的商机，促进移动终端的一场新革命。

作为移动计算机终端的PDA，结合卫星定位、智能安控、无线通讯、网络和多媒体应用都是其必然的发展方向，而智能PDA正是集成了这些特性的典型代表；从技术的角度看移动通信技术的发展刺激了移动通讯终端的数据服务需求，GPRSCDMA和3G的发展为移动终端提供了更宽的跑道，这使得提供更强大的移动终端和更丰富的服务成为可能。

另外PDA的生产工艺都已经趋于成熟，在硬件和软件两方面基本具备了结合的条件；从发展阶段上看目前中国手机PDA市场仍然处于起步阶段，这主要表现在市场参与程度不高，市场上的产品和竞争厂商相对较少市场增长迅速；最后，从发展速度上看中国手机PDA市场增长迅速，2008年市场销售额超过8000亿人民币。

市场处于高速启动阶段，智能PDA是一个充满想象的巨大发展空间。

由此推出中国市场必然会获得更大的发展空间。

由此，本项目也适应用户需求，开发多种功能模块：

GPRS通讯模块、信息管理模块、GPS导航模块、娱乐工具模块等。

1.4.2功能需求分析

根据用户的需求和项目的定位，从提升产品价值的角度出发，划分项目的各个功能模块，具体如下：

（1）实时的获得本地经纬度的信息，显示所在的电子地图；

（2）能够进行无线语音通讯、短信收发；

（3）具有指纹识别保障安全使用功能；

（4）具有图片浏览、文本编辑、绘画板、摄像头、播放器等娱乐工具模块；

（5）各个功能界面美观，体现PDA的多功能的特点；

从上面的功能分析来看，项目的硬件选用的开发平台，必须具备CPU必须能满足应用程序运行的需求，同时平台具备串口、USB、鼠标、键盘、显示屏、音频解码器等以及配备相关的驱动程序，保障应用程序的稳定运行；

采用的操作系统必须结合项目的需求，体积小、响应快、稳定等特点，能够支持项目功能的实现；

1.5本章总结

本章通过介绍了对智能PDA的发展背景、以及现状需求分析，结合对当前移动通信技术出现的新特点以及未来的发展趋势，对本毕业设计智能PDA终端的设计提出了用户需求和功能需求，目的在于通过对PDA目前的现状需求分析，明确开发设计目标，选取合适的硬件开发平台、操作系统和开发工具，完成各个功能应用模块的开发；

2系统方案

2.1系统总体方案

根据智能PDA终端的功能与技术要求情况，决定采用“硬件+软件”的系统结构来设计智能PDA终端，应用层在OS的基础上根据项目的不同需求来编写，各部分简要介绍如下：

系统选用基于采用IntelXscalePXA270的硬件开发平台，该平台是以IntelXScale架构的ARM处理器。

嵌入式操作系统选用windowsCE5.0。

WindowsCE是高度模块化的嵌入式操作系统，用户为了满足特定的项目开发需求，可以对操作系统进行量身定制。

用户可以根据自己的设备需求通过PlatformBuilder工具进行定制和裁减。

应用程序框架：

qt-embedded-wince-opensource4.6具有丰富的标准库，动态引擎，具有Widget样式表，强大的图形布画和多线程功能；在WindowsCE上实现高性能、占位小等特点。

系统的开发环境如下：

●硬件环境：

UP-TECHPXA270-S硬件开发平台、指纹识别模块、GPS模块、GPRS模块；

●软件环境：

PlatformBuilder5.0、qt-embedded-wince-opensource4.6、VisualStudio2005+SP1

该平台是作为一个独立的移动设备及个人导航设备，通过网络可随时随地地对门禁平台进行查询控制和上网，可以在户外随时的接受卫星的信号，获得所处的经纬度，结合电子地图，显示当前位置信息。

系统总体方案图2-1如下：

图2-1系统框图

2.2本章总结

本章介绍系统开发的基本结构，包括根据用户及功能需求，对硬件平台的选型、操作系统的选型、应用开发工具选型，以及通过系统框图对系统的总框架进行介绍。

3系统硬件设计

根据系统实现功能的要求，采用博创科技公司的UP-TECHPXA270-S的教学科研平台为本项目的开发平台。

博创科技的UP-TECHPXA270教学科研平台主要是面向计算机、软件专业的高端平台，可运行windowsCE内核，支持EVC、C#等嵌入式图形界面，提供完整的驱动和应用程序。

既适合作为计算机、软件等专业开设嵌入式软件课程的教学平台，又适合广大从事PMP、PDA、智能手机的厂商和科研单位作为参考设计平台。

平台的处理器为Intel公司XScalePXA270处理器。

XScalePXA270处理器主要特性：

基于XScale架构的PXA27X系列处理器[2]（开发代号Bulverde），最高主频达到624MHz，引用了英特尔的SpeedStep动态电源管理技术，在保证CPU性能的情况下，最大限度的降低系统功耗，延长便携产品的电池使用功耗。

同时加入了WirelessMMX无线多媒体扩展指令集技术，提高了多媒体处理能力，使其能够支持2D和3D游戏、数据流MPEG4视频、无线加密/解密、语音识别和数字编辑等应用。

在安装WindowsCE5.0选择Xscale的支持后，就会安装、平台的板级支持包（BoardSupportPackage，BSP）。

以此为基础，修改和完善PXA270平台的BSP。

3.1硬件平台架构

基于windowsCE5.0的智能PDA终端的主要硬件结构如图3-1所示：

3-1硬件系统框图

系统硬件模块设计主要有以下模块：

（1）核心资源模块：

基于IntelXScale架构内核的嵌入式处理器PXA270，内部集成iwmmx指令，加速处理器对多媒体数据的处理速度，用于实现系统的输入输出控制和音视频、图像等的编解码，微处理器主频稳定运行在520MHz，具有64MBSDRAM、16MBNorFlash和64MBNandFlash；

（2）输入接口模块：

主要处理用户的交互输入信息，分为USB接口、RS232串口、标准串行（STUART）接口和触摸屏;平台拥有四个USBHOST（USB1.1或2.0规范）接口，支持全速（12Mbps）或低速（1.5Mbps）传输，用于驱动外设；平台提供至少1路9线全双工异步串行口（UART），波特率高达115200bps，用于调试回显以及提供两个3线DB9串口，9针串口可以从扩展口引出来；USB通讯包括键盘输入、蓝牙和摄像头；RS232串口通讯包括GPRS模块、指纹识别模块，GPS模块；

（3）音频输出模块：

主要用于音频信息的输出，包括本地内置喇叭的音频输出和音频接口的输出；

（4）显示输出模块：

主要用于输出视频影像、图像、文本等功能信息的输出，实现人机的交互；

（5）系统控制模块：

包括晶振，电源，复位电路，总线扩展槽等；

（6）存储模块：

包括NOR/NANDFlash、SDRAM、U盘、SD卡等。

用于系统初始化代码的存放、音视频数据及图像数据的存储；

（7）以太网物理层电路模块：

用于网络传输；

（8）系统外围设备模块：

GPS模块，用于接收经纬度信息，采用Trimble的LasseniQ46240-20GPS模块；GPRS模块用于实现系统的语音通讯和短信收发，采用SIM300GPRS模块；摄像头模块，用于实现PDA的摄像功能；指纹模块，用于判别指纹信息识别；

3.2本章总结

本章节主要介绍系统所选用的应用硬件平台的相关信息，包括对平台处理器的简要介绍，以及系统中若干功能所用到的硬件接口模块，由硬件系统框图可以看到系统所涉及的硬件接口名称以及对硬件接口的介绍；

4系统软件设计

4.1系统软件框图

基于WindowsCE5.0的智能PDA的软件框图如下图4-1所示：

图4-1软件框图

软件设计主要分如下三个部分进行介绍：

（1）WindowsCE嵌入式操作系统的制定；

（2）驱动程序的实现；

（3）应用程序开发；

4.2WindowsCE嵌入式操作系统的制定

4.2.1WindowsCE操作系统简介

MicrosoftWindowsCE是为各种嵌入式系统和产品设计的一种高度模块化、压缩的、具有高效的、可升级的操作系统（OS）。

它最大程度继承了桌面版Windows操作系统的丰富功能，具备完整的操作系统特性，集包和端对端开发环境，它包括了创建一个基于定制设备的WindowsCE所需的一切，同时有引入了许多新特性，以适合嵌入式领域的实际情况和要求，其多线程、多任务、全优先的操作系统环境是专门针对资源有限而设计的。

它拥有较快的运行速度、良好的系统稳定性以及方便的应用开发环境。

同时它这种模块化设计使嵌入式系统开发者和应用开发者能够定做各种产品，例如PDA，专门的工业控制器和嵌入式通信娱乐设备等。

同时借助于完善的操作系统功能和开发工具，WindowsCE为开发人员提供了构建、调试和部署基于WindowsCE的定制设备所需要的一切特性。

平台开发工具PlatformBulider是一个完全集成的开发环境，并且还包括一个软件开发工具包（SDK）导出工具。

WindowsCE.NET支持MicrosofteMbeddedVisualC++和MicrosoftVisualStudio，为面向Microsoft.NETCompactFramework的Web服务和应用程序开发提供了一个完整的开发环境。

利用这些工具，开发人员可以迅速开发出在最新硬件上运行各种应用程序的智能化设计。

4.2.2WindowsCE嵌入式操作系统的定制与裁剪

通过微软提供的PlatformBuilder定制嵌入式操作系统，不仅能够符合系统的硬件平台，也能为各外围设备的驱动以及应用程序的运行提供稳定的系统环境。

WindowsCE是高度模块化的嵌入式操作系统，用户为了满足特定的项目开发需求，可以对操作系统进行量身定制。

为嵌入式设备定制WindowsCE操作系统，须进行创建、构建、运行和发布OS等一系列操作。

在本系统的设计中，根据项目实际功能的需要，利用PlatformBuilder定制操作系统的流程如下：

（1）导入BSP开发包。

BSP是英文BoardSupportPacket的简称，即板级支持包，是所有和硬件相关部分的代码的总称，它主要由4部分组成，包括BootLoader（启动装载器），OEMadaptationlayer（即OAL，设备中间适配层）、devicedriver（设备驱动程序）和配置文件。

BSP和硬件开发环境之间的关系如图4-2。

由于使用的是博创公司提供的硬件平台，故首先安装博创公司提供的BSP包，点击安装BSP之后，可以在platform目录中看到先添加的BSP内容；

图4-2BSP和硬件开发环境之间的关系

（2）创建项目。

根据WindowsCE智能PDA系统的功能需求，在定制过程中选择合适的组件。

其中包括的组件有：

MFC组件、.NETCompactFramework2.0组件、网络相关的组件、串行通信的组件以及音视频播放相关的组件等；

（3）编译项目。

点击菜单“BuildOS”→“Sysgen”开始编译项目。

生成操作系统镜像（NK.bin）并导出SDK；

（4）下载镜像到硬件平台，调试成功后启动。

将NK.bin下载到硬件平台上运行。

4.2.3WindowsCE若干组件说明

WindowsCE采用模块化进行，在添加catalog可以看到很多相关的组件；CoreOS（核心操作系统）是WindowsCE提供的最丰富的功能特征集，定制操作系统的功能在很大程度上取决于开发者选择了那些CoreOS的特性。

这些CoreOS特性不是孤立存在的，某些CoreOS特性可能需要和另外一些特征的支持，当开发者为自己定制操作系统选择了某些特征时，其相关的另外一些特征会自动被加入到开发者定制操作系统，PlatformBuilder会自动解析特征或组件之间的相关性。

根据项目实现的功能需求，需添加的组件如下;

1、USB设备支持

UP-TechPXA270-SBSP:

ARMV4I

DeviceDrivers

USBHost

USBHostControllers

USBHost（OHCI）

WindowsCEDrivers

CoreOSServices

USBHostSupport

USBHumanInputDevices（HID）ClassDriver

USBHIDKeyboardandMouse

USBStorageClassDriver

FileSystemsandDataStore

StorageManager

FATFileSystem

PartitionDriver

2、网络功能

UP-TechPXA270-SBSP:

ARMV4I

DeviceDrivers

Networking

LocalAreaNetworking（LAN）devices

DM9000NetworkAdapter

WindowsCEDri