觸摸屏自助點(diǎn)菜終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要:設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種自助點(diǎn)菜終端，采用8寸液晶觸摸屏作為人機(jī)交互界面，提供圖文并茂的電子菜單。針對(duì)嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)空間的局限性，提出一種應(yīng)用層軟件與底層軟件分離的存儲(chǔ)運(yùn)行方式，解決了大容量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與更新問(wèn)題。采用開(kāi)放源代碼的圖形用戶接口軟件Nano-X窗口系統(tǒng)，詳細(xì)探討了其配置與移植的方法。系統(tǒng)具有交互界面良好，易于生產(chǎn)維護(hù)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:點(diǎn)菜系統(tǒng);分離式存儲(chǔ);Nano-X;GUI移植;嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TP311.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)05-125-03

Design and Implementation of Self-service Touchable Dish-order System

YAN Zeqiu，LIAO Xiaodong，TU Qin

(School of Physics and Opto-electronics Technology，F(xiàn)ujian Normal University，F(xiàn)uzhou，350007，China)

Abstract:A self-service dish-ordering terminal adopts 8-inch LCD touch screen as a man-machine interactive interface，and provides electronic menu with picture and text. According to the limitations of storage space in embedded system，a method of isolated storage about the application-level software and the bottom software is addressed to solve the problem of large-capacity data storage and update. Additionally，using the open source software Nano-X Window system，its configuration and porting process are discussed in detail. The system has characteristics of good interface，easy to maintain and produce.

Keywords:dish-order system;isolated storage;Nano-X;GUI porting;embedded system

0 引 言

電子點(diǎn)菜系統(tǒng)，是隨著餐飲業(yè)的智能化、信息化發(fā)展而出現(xiàn)的新一代產(chǎn)品。相對(duì)于傳統(tǒng)的點(diǎn)菜服務(wù)方式，電子點(diǎn)菜具有高效、舒適的特點(diǎn)，有效地節(jié)省了人力資源，提高了服務(wù)的質(zhì)量。一個(gè)典型的點(diǎn)菜系統(tǒng)由點(diǎn)菜終端、收銀臺(tái)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)調(diào)度管理系統(tǒng)組成。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，目前較為流行的點(diǎn)菜終端主要分為兩種。第一種采用單片機(jī)和無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)，成本低，但是功能和界面較為簡(jiǎn)單，通信距離也較短，使用者一般是服務(wù)員。另外一種采用商業(yè)PDA和無(wú)線網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)，功能強(qiáng)大，界面華麗，操作方面，但成本較高，一般作為消費(fèi)者自助點(diǎn)菜的終端，應(yīng)用于中高檔酒店。

自助點(diǎn)菜終端給客戶提供每道菜肴的名稱、插圖、介紹和價(jià)格等各種相關(guān)信息，這些信息隨著菜單的變化實(shí)時(shí)更新。由于嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間有限，大量的圖片存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)更新成了點(diǎn)菜終端設(shè)計(jì)的一個(gè)難題。本文給出了一種自助點(diǎn)菜終端的軟硬件實(shí)現(xiàn)方案，通過(guò)應(yīng)用層與底層軟件的分離存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，解決了大容量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)更新問(wèn)題，提高了批量生產(chǎn)升級(jí)效率。同時(shí)，采用開(kāi)放源代碼的自由軟件開(kāi)發(fā)，降低了系統(tǒng)成本。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

終端的核心處理器采用ARM920T核的S3C2440芯片，其主頻可達(dá)到400 MHz，外接64 MB SDRAM和64 MB FLASH。終端的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。其中，顯示接口采用8寸TFT液晶屏LQ080V3DG01，像素640×480，為用戶提供友好的電子菜單。用戶通過(guò)觸摸屏進(jìn)行各種操作。系統(tǒng)首次啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行觸摸屏的校準(zhǔn)，管理員也可以通過(guò)長(zhǎng)按校準(zhǔn)按鍵進(jìn)入校準(zhǔn)模式。SD卡存放應(yīng)用程序、相關(guān)的圖片和字體等資源，系統(tǒng)支持的最大的SD卡容量為32 GB，可以很好地滿足點(diǎn)菜終端的存儲(chǔ)容量要求。終端與服務(wù)器的各種交互數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡傳輸。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)采用C/S模式設(shè)計(jì)，點(diǎn)菜終端作為客戶端，數(shù)據(jù)調(diào)度管理中心為服務(wù)器。采用開(kāi)放源代碼的各層軟件構(gòu)成終端軟件平臺(tái)，節(jié)省了開(kāi)發(fā)成本，軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。Linux具有開(kāi)放源代碼、協(xié)議棧較完善、運(yùn)行穩(wěn)定和易于移植的優(yōu)勢(shì)，在嵌入式領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。終端以嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)，管理系統(tǒng)軟硬件資源。Linux 2.6.29是2009年3月份發(fā)布的穩(wěn)定的內(nèi)核版本。根文件系統(tǒng)采用日志結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)JFFS2，用戶可以對(duì)文件進(jìn)行讀寫(xiě)操作，在意外掉電時(shí)仍然可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性，而不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。

圖2 軟件結(jié)構(gòu)圖

2 應(yīng)用層與底層軟件分離的存儲(chǔ)管理策略

每個(gè)終端設(shè)備都有自己的配置信息(設(shè)備ID號(hào)，IP地址，終端設(shè)備對(duì)應(yīng)的餐桌的位置信息等)，在系統(tǒng)正常工作前必須手動(dòng)配置這些信息。一種解決的方案是，在終端安裝完首次運(yùn)行時(shí)，通過(guò)觸摸屏手動(dòng)配置這些信息。然而，在批量安裝、升級(jí)或者重新規(guī)劃終端設(shè)備的布局時(shí)，這種解決方式將大大降低工作效率。

本文將應(yīng)用程序以及相關(guān)的配置信息、圖片及字體資源都存放于SD卡中，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層軟件與其底層軟件的分離存儲(chǔ)。終端設(shè)備的系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)如圖3所示，/mnt/sdcard為SD卡的掛載點(diǎn)，terminal為交叉編譯產(chǎn)生的應(yīng)用程序文件。ipconfig為配置終端設(shè)備IP地址的Shell腳本，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)調(diào)用執(zhí)行。devinfo文件存儲(chǔ)設(shè)備的相關(guān)信息(餐館的名稱，包廂號(hào)，餐桌號(hào)等)，由應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)讀取。log.ini文件記錄終端軟件運(yùn)行時(shí)的各種信息(啟動(dòng)、關(guān)閉的時(shí)間，異常狀態(tài)的記錄等)。終端的固件差異僅在于SD卡中的ipconfig文件和devinfo文件，而這兩個(gè)文件可以通過(guò)上位機(jī)軟件批量生成。

圖3 文件系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)

Linux啟動(dòng)時(shí)會(huì)加載啟動(dòng)配置文件/etc/initd/rcS，可以通過(guò)修改該文件使系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)設(shè)置系統(tǒng)IP并加載應(yīng)用程序。根據(jù)點(diǎn)菜終端的目錄結(jié)構(gòu)設(shè)置，在rcS文件后添加如下兩行:

/mnt/sdcard/ipconfig#配置終端IP

/mnt/sdcard/terminal #啟動(dòng)應(yīng)用程序

3 Nano-X的定制與移植

3.1 Nano-X介紹

Nano-X是一個(gè)著名的開(kāi)放源碼的圖形用戶接口(GUI)軟件，原名microwindows，由于和微軟的Windows注冊(cè)商標(biāo)存在沖突，從2005年1月起改名為Nano-X Window System，其目的是把圖形視窗環(huán)境引入到嵌入式平臺(tái)和小型設(shè)備上。Nano-X采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)，有很好的可移植性，根據(jù)用戶配置，其占用的內(nèi)存資源在100~600 KB左右。Nano-X能在宿主機(jī)上仿真目標(biāo)機(jī)，用戶可以在普通個(gè)人電腦上開(kāi)發(fā)和調(diào)試應(yīng)用程序，大大提高了開(kāi)發(fā)效率[10]。

3.2 Nano-X的定制

Nano-X的定制主要通過(guò)修改其源代碼根目錄下的config文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。主要包括處理器平臺(tái)、輸入輸出平臺(tái)、圖片支持和字體支持等選項(xiàng)。

(1) 處理器平臺(tái)選項(xiàng)。Nano-X窗口系統(tǒng)支持X86，ARM，MIPS，PowerPC等多種處理器平，通過(guò)配置“ARCH=LINUX-ARM”和“ARMTOOLSPREFIX=arm-linux-”選擇ARM處理器平臺(tái)及其所使用的編譯器。

(2) 輸入輸出驅(qū)動(dòng)配置選項(xiàng)，包括顯示驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，屏幕大小和觸摸屏支持，具體如下:Nano-X支持多種觸摸屏設(shè)備，點(diǎn)菜終端的觸摸屏設(shè)備為“/dev/h3600_tsraw”，對(duì)應(yīng)的Nano-X驅(qū)動(dòng)接口類型為IPAQMOUSE。修改config文件的相關(guān)配置如下:

SCREEN_WIDTH=640 #屏幕大小為640×480

SCREEN_HEIGHT =480

FRAMEBUFFER =Y #使用Linux的framebuffer作為圖形引擎

IPAQMOUSE=Y #觸摸屏驅(qū)動(dòng)類型為Compaq iPAQ

(3) 圖像支持選項(xiàng)。可支持bmp，gif，xpm，jpg，png和tiff格式的圖片解碼。如果要使用后三種格式的圖片，需要額外添加相應(yīng)的解碼庫(kù)。本系統(tǒng)的界面和菜肴的插圖均采用24位bmp格式的圖片，圖像支持選項(xiàng)配置為“HAVE_BMP_SUPPORT=Y”。

(4) 字體支持選項(xiàng)。Nano-X自身支持12×12和16×16的中文點(diǎn)陣字體，但不包含對(duì)truetype矢量字體的解碼支持，所以如果要使用其他樣式的字體，或者使用可伸縮矢量字體，需要移植freetype解碼庫(kù)程序。修改config文件的相關(guān)配置如下:

HAVE_FREETYPE_2_SUPPORT= Y#使用Freetype2解碼Truetype字體

INCFT2LIB=lib/libfreetype/include #freetype頭文件路徑

LIBFT2LIB=lib/libfreetype/lib/libfreetype.a #編譯freetype生成的靜態(tài)庫(kù)文件

HAVE_HZK_SUPPORT=Y#支持HZK點(diǎn)陣漢字

HZK_FONT_DIR=″fonts/chinese″#字體文件的存放路徑

(5) 應(yīng)用程序的編譯和運(yùn)行方式。Nano-X是基于設(shè)備無(wú)關(guān)的圖形引擎，使用Client/Server模式，客戶端程序和服務(wù)器端程序時(shí)同一個(gè)設(shè)備上的兩個(gè)不同進(jìn)程，既可以分別編譯成各自的應(yīng)用程序文件，也可以通過(guò)修改配置選項(xiàng)“LINK_APP_INTO_SERVER=Y”將客戶端程序與服務(wù)器端程序直接鏈接成一個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用程序。本文采用后者的編譯和運(yùn)行方式。

4 通信協(xié)議

點(diǎn)菜終端與服務(wù)器之間的通信過(guò)程如圖4所示。終端首先向服務(wù)器發(fā)起會(huì)話連接請(qǐng)求，待服務(wù)器回應(yīng)后建立連接。數(shù)據(jù)交互過(guò)程中，服務(wù)器回應(yīng)終端每個(gè)數(shù)據(jù)包的接收處理狀態(tài)。兩者的通信在TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上，采用自定義傳輸層和應(yīng)用層通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。應(yīng)用層把各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)組成消息包，把一個(gè)或者多個(gè)消息包組成應(yīng)用包，并把應(yīng)用包發(fā)送給傳輸層發(fā)送，或從傳輸層接收應(yīng)用包，把應(yīng)用包拆分成消息包，并處理各消息包數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用一個(gè)消息包對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)用包，不對(duì)消息包進(jìn)行組包。

圖4 系統(tǒng)通信流程

傳輸層的幀格式如圖5所示。幀標(biāo)識(shí)符包含會(huì)話建立請(qǐng)求標(biāo)志，會(huì)話結(jié)束請(qǐng)求標(biāo)志和應(yīng)用包結(jié)束標(biāo)志。

圖5 傳輸幀格式

終端對(duì)接收區(qū)數(shù)據(jù)的解釋分為服務(wù)器應(yīng)答用戶消息包，服務(wù)器應(yīng)答心跳消息包和終端軟件升級(jí)命令消息包。系統(tǒng)每隔一段時(shí)間檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的連接情況，文中稱該段時(shí)間為心跳間隔時(shí)間。當(dāng)終端發(fā)送心跳給服務(wù)器，服務(wù)器會(huì)回應(yīng)心跳，當(dāng)終端在一定時(shí)間內(nèi)未收到任何命令(包括心跳回應(yīng))，終端可認(rèn)為斷線，主動(dòng)斷開(kāi)連接，并根據(jù)自身的參數(shù)設(shè)置來(lái)決定是否重連。發(fā)送區(qū)由命令編碼、菜肴的類別號(hào)、索引號(hào)和數(shù)量組成，描述用戶的各種操作信息。

5 應(yīng)用程序流程

應(yīng)用程序流程如圖6所示。

圖6 軟件流程圖

6 結(jié) 語(yǔ)

電子點(diǎn)菜系統(tǒng)可以改善餐館的經(jīng)營(yíng)策略、管理效率和服務(wù)質(zhì)量，隨著信息化的發(fā)展，將得到更為廣泛的應(yīng)用，有著廣闊的前景。本文設(shè)計(jì)的自助點(diǎn)菜終端，具有通信速度快、可操作性強(qiáng)和便于維護(hù)特點(diǎn)，采用開(kāi)放源代碼軟件設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的成本降低，更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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