基于HTML5＋QNX的車載嵌入式應用解決方案

張旭，楊斌

（西南交通大學 信息科學與技術學院，成都610031）

引 言

近些年來，嵌入式實時系統被廣泛地使用，同時微處理器和圖形顯示技術也快速發展，車載嵌入式應用在滿足實時性要求的同時，還必須具有良好的人機交互界面。QNX作為一款嵌入式實時操作系統，具有獨特的微內核架構及基于消息進程間通信的方式，使其在實時性和可靠性上得到保證[1]。同時，QNX又支持 HTML5框架的應用開發，HTML5作為HTML最新的標準，目前已經在各種移動智能終端設備上得到廣泛的應用，被多種瀏覽器的新版本所支持。其離線緩存特性為HTML5嵌入式應用提供了基礎，同時實現了音視頻自由嵌入，使多媒體形式變得更加靈活。通過地理定位，用戶能夠隨時隨地地分享位置信息，Canvas繪圖功能有效提高了嵌入式平臺的繪圖能力，豐富的交互方式使用戶體驗度得到極大地提升[2]。本文采用OMAP4430作為硬件平臺，以QNX實時系統為軟件平臺，使用最新的QNX SDP 6.6、QNX SDK for Apps and Media 1.0及HTML5 SDK開發環境進行車載應用的開發。

1 相關技術簡介

1.1 QNX操作系統

QNX是一種采用微內核結構的嵌入式實時操作系統，具有較高的實時性、可靠性及穩定性，并且具有安全與穩定雙重認證。QNX的微內核結構有效地提高了系統的可靠性，系統只在內核中實現定時器、調度、信號等基礎服務，而文件系統、設備驅動、應用程序、網絡協議棧等組件則在內核外部的獨立空間運行，成為一個內存受到保護的用戶空間進程[3]。當其中一項服務發生錯誤時，操作系統的運行及其他服務都不會中斷，而系統則會通過“軟件監視器”對故障進行監測查找，并動態重啟故障服務，無需重啟整個系統或干擾其他用戶。QNX還是一個符合POSIX標準、多用戶、多任務、分布式嵌入的操作系統，提供了基于優先級搶占、用戶可控制的調度方式，在實時性上具有上下文切換、中斷延時短、自身開銷小的特點，具有較高的實時性。QNX微內核架構如圖1所示。

1.2 永久性發布/訂閱

圖1 QNX微內核構架

永 久 性 發 布/訂 閱 （Persistent Publish/Subscribe，PPS）消息傳遞模型是在松耦合消息架構中，一種針對發布者和訂閱者提供的基于對象的服務，根據不同的服務要求，任何的PPS服務端可以是獨立的訂閱者或者發布者，也可以既是訂閱者、又是發布者。發布通過異步的方式進行，PPS對象集中在PPS文件系統路徑各空間中，發布者可以修改對象及其屬性。當發布者修改對象時，PPS服務器會向訂閱此對象的所有客戶端發出通知。每個PPS客戶端可以同時訂閱多個對象，而每個對象也可以同時具有多個發布者和訂閱者。因此，發布者可以通過相同的對象與此對象所有的訂閱者進行信息交流，從而實現對不同對象屬性的應用數據訪問。

PPS的POSIX文件訪問API主要有open（）、read（）、write（）、select（）等。PPS服務在默認情況下是作為推送式發布系統運行的，即發布者推送數據到對象中，而訂閱者則根據通知讀取數據，但此種方式無法完成一些變化較快的數據發布，為此QNX PPS提供了另外一種選項，訂閱者可以將PPS變成請求式的發布系統[4]。通過這種機制，訂閱者可以根據所需速度向發布者檢索數據，實現按需發布。PPS消息傳遞模型如圖2所示。

圖2 PPS消息傳遞模型

1.3 HTML5

HTML5從廣義的角度上來看，實際上指的就是用于網絡應用開發的一系列最新技術的集合，包括了HTML、CSS3、JaveSeript等一系列的技術組合。HTML5希望能夠盡量減少瀏覽器對Microsoft Silverlight、Oracle JavaFX與Adobe Flash等插件的需求，同時提供了更多標準集來有效增強網絡應用[5]。

2 HTML5車載應用解決方案

目前，在嵌入式設備上的應用主要分為3種：原生應用、Web應用和移動Web應用。本文將對這3種方式進行對比分析。

原生應用指的是使用特定的移動平臺開發語言進行應用開發，如iPhone平臺使用Object-C，Android平臺使用Java，這樣做能夠充分利用平臺特性并直接調用系統的API，使性能和效率得到最優化，但其缺點是針對不同操作系統的設備，要分別進行開發、測試與優化。

Web應用通過標準的HTML5、JaveScript和CSS進行應用開發。不同的系統可以通過瀏覽器實現跨平臺訪問。目前，大部分的瀏覽器都能夠很好地支持HTML5。其缺點就是此類基于瀏覽器的應用無法通過調用系統API來完成一些高級功能，不適合在高性能、高效率的場合使用。

移動Web應用是使用原生方式和HTML5相結合的方式來達到最優的效果[6]。此種方式先使用HTML5技術在開發框架上進行代碼編寫，然后通過開發框架的封裝器將代碼打包成適合所有平臺的原生應用。這種方式具有開發成本低、跨平臺的特點，更接近用戶的使用習慣，更容易被用戶所接受。

3種解決方案的執行方式如圖3所示。

圖3 3種方案執行方式

通過對以上3種方法的對比分析，結合實際的開發需要，本文將使用Apache Cordova框架及PPS消息模型實現QNX下車載移動Web應用的開發。系統總體框架如圖4所示。

圖4 系統總體架構

3 方案實現

QNX HTML5 SDK提供了Apacheco Cordova應用程序框架來進行移動Web應用的開發與執行，使用HT-ML5、JaveScript和CSS在PC機上進行HTML5應用程序的開發，以及創建用來訪問目標硬件API的JaveScript Plugins，此Plugins將通過QNX下PPS消息傳遞模型實現應用目標平臺的互動。最后，通過Apacheco Cordova打包成QNX下的原生應用。本文將通過一個簡單車載儀表盤的實現，來說明使用HTML5進行車載應用開發的過程。

3.1 創建汽車儀表盤的HMI

在HTML5標準中，新增加了Canvas元素，使用此元素能夠在頁面中對各種復雜圖形直接進行制作。同時，圖形的繪制可以直接在客戶端進行，不需要再占用服務器的資源，便能完成離線應用的開發。通過Canvas元素繪制一個儀表盤，實現對儀表盤各種屬性的設置：

同時，車輛在行駛過程中，轉速和車速是實時變化的，如果儀表指針跟隨數據頻繁跳變，很容易引起駕駛員視覺疲勞，因此，在傳統的機械儀表中，指針轉動的角度是逐漸改變的，這樣更加符合駕駛員的習慣。數字虛擬指針也應該遵循這一運動規律，當得到轉速和車速的數據后，指針要逐漸轉動到期望位置，實現緩動。緩動通過一個冪函數實現：

3.2 創建訪問PPS API的Plugins

盡管HTML5提供了豐富的功能，但是其應用無法直接訪問本地硬件設備。要在移動Web應用框架下實現Web應用與各種本地設備之間的交互，必須引用一個cordova.js文件，此文件提供API綁定。因此，必須創建一個用來訪問本地設備的插件，它是Web應用與平臺原生層之間的橋梁，提供對本地API的調度機制。在QNX Neutrino系統下，所有服務都可以通過PPS消息模型對接口進行訪問。下面將創建一個插件來實現PPS對象的創建、更新和讀取等功能。此插件必須包括如下幾個重要文件 ：plugin.xml、plugin＿name.js、index.js、client.js。

plugin.xml文件用來聲明插件的命名空間及定義插件的文件結構。

plugin＿name.js文件提供插件的核心功能，初始化定義函數，創建PPS對象，事件處理函數和PPS返回數據。通過用于閱讀的（＿readerPPS）句柄和用于寫入的（＿writerPPS）句柄對PPS對象的數據進行操作。＿trigger Update用來處理事件，當我們定義了新的數據時，對PPS對象進行更新。

index.js文件用來定義觸發事件，并通過client.js文件傳遞給客戶端。client.js對外開放，通過cordova.exec（）函數與index.js文件橋接，客戶端調用client.js的API，通過回調函數連接到觸發事件。下面為定義公共接口函數的部分代碼：

3.3 打包并運行測試

通過Apacheco Cordova開發框架將應用打包成qnxcar.bar文件，在目標平臺上安裝并啟動應用。通過對目標系統下PPS文件的數據進行修改，可以順利實現應用中汽車車速、轉速及油量儀表指針的動態變化。實現效果如圖5所示。

圖5 汽車儀表盤界面

結 語

對于車載應用來說，需要具備較高實時性和可靠性，本文采用QNX操作系統完全符合這一要求；同時使用HTML5進行嵌入式圖形界面的開發，很好地解決了傳統嵌入式圖形界面開發中存在的問題，在正常完成車載應用所需顯示任務的同時，還具備更佳的界面顯示效果；并且能夠有效地縮短開發周期，具有較強的可移植性。

[1]李英.基于QNX硬加速的軟控車載全虛擬儀表平臺[J].計算機技術與應用，2012，38（10）：129-132.

[2]黃永慧，陳程凱.HTML5在移動應用開發上的應用前景[J].計算機技術與發展，2013，7（23）：207-210.

[3]石峰，胡大斌，胡錦輝.基于QNX實時操作系統的圖形控制界面設計[J].軟件天地，2009（18）：8-10.

[4]QNX Persistent Publish/Subscribe Developer’s Guide[EB/OL].[2014-03].http：//www.qnx.com.

[5]吳磊，張福慶.基于HTML canvas的WebGIS客戶端技術研究[J].地理信息世界，2009（3）：78-82.

[6]Zibula Alexander，Majehrzak Tirn A.Cross-platforrn development using HTML5，jQury rnobile，And PhoneGap：Realizing a srnart rne-ter applieation[C]//8th Intemational Confereneeon Web Inforrnation Systerns and Teehnologies.Porto.Portugal：Springer Verlag，2013：16-33.