自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統設計與實現

張海濤　唐權華

摘 要： 在物聯網和嵌入式Linux內核環境下進行自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統優化設計，提高自助網絡學習平臺的兼容性和應用可靠性。提出一種基于多線程總線開發的內容推送系統設計方法，進行系統的總體設計描述，在Visual DSP++ 4.5平臺下建立自助網絡學習平臺內容推送系統的開發環境。系統的模塊化設計主要包括了系統初始化程序、緩沖區設計、存儲器設計、同步串口和CAN通信設計。在嵌入式程序加載模塊進行內容推送程序加載，在物聯網環境下構建嵌入式Linux內核進行自助網絡學習平臺的平臺端口信息采集和可視化遠程操作，提高內容推送的面向對象性和準確性。系統測試結果表明，該系統具有較好的穩健性和可靠性。

關鍵詞： 自助網絡學習平臺； 內容推送系統； 物聯網； Linux內核

中圖分類號： TN711?34； TP391.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）10?0050?04

Abstract： In the Internet of Things （IOT） and embedded Linux kernel environments， the optimization design of the optimal content push system in self?service network learning platform is carried out， which improves the compatibility and application reliability of the self?service network learning platform. A design method of content delivery system push based on the development of multi?threaded bus is put forward to describe the overall design of the system， and build the development environment for content push system of the self?service network learning platform is in the Visual DSP ++ platform. The modular design of the system mainly includes system initialization program， buffer design， memory design， synchronization serial port and CAN communication design. The loading of the content push program is executed in the embedded program loading module. The embedded Linux kernel is built in IOT environment to carry out the port information acquisition and visualization remote operation of the self?service network learning platform so as to improve the oriented object performance and accuracy of content push. The system test results show that the system has high robustness and reliability.

Keywords： self?service network learning platform； content push system； Internet of Things； Linux kernel

0 引 言

網絡學習平臺的發展為學習和教育的多樣性模式開發提供了新的可能性，人們通過網絡學習平臺實現自助學習，提高了學習過程的環境適應性，網絡學習平臺使得學習機教育的模式、手段、范圍等發生巨大變革。在自助網絡學習平臺中，學習資源具有開放性和多元性，需要對學習資源和學習內容進行有效的甄別和推薦，按照學習資源元數據標準，對學習資源進行可靠性辨別，滿足用戶的自助學習需求。因此，研究自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統，對改善網絡學習平臺中學習效率，提高學習的面向對象性方面具有重要意義[1?2]。當前，對網絡學習平臺的內容推送方法主要采用的是資源本體匹配方法，局限于機器學習技術自身的復雜性、計算性能，不能解決學習資源本體匹配問題。對此，本文在物聯網和嵌入式Linux內核環境下進行自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統優化設計。

1 自助網絡學習平臺內容推送系統總體設計

首先分析自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統總體設計并進行功能模塊分析和介紹，自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統建立在Linux系統和物聯網環境中，采用VXI總線技術進行網絡學習資源的本體匹配和信息采集，結合學習資源調度模型進行資源配置和內容推送[3]。嵌入式網絡學習平臺的軟件開發通常采用交叉編譯環境，即開發平臺使用通用計算機。所謂交叉編譯就是在一個平臺上生成可以在另一個平臺上執行的代碼，自助網絡學習平臺的內容推送通過開發、編譯好的內容推薦和推送程序進行程序加載。在程序加載模塊，采用編譯軟件來安裝和運行嵌入式目標系統；再通過網口、串口、USB口進行學習資源調度及內容推送[4?5]。

自助網絡學習平臺的最優內容推送系統由幾個重要的子系統組成，分別是內容推送的進程管理、學習資源的內存管理、設備驅動系統、文件管理、網絡通信系統。系統的模塊化設計主要包括了系統初始化程序、緩沖區設計、存儲器設計、同步串口和CAN通信設計，系統的總體設計思想描述如下：本文在系統設計中使用Qt/Embedded作為GUI，選用SuperViVi作為BootLoader，實現對時鐘、存儲器、串口、網口等硬件設備的初始化操作，使得自助網絡學習平臺內容推送系統擁有廣闊的應用空間。設備管理，即輸入/輸出系統是操作系統的重要組成部分，在kernel內核中通過設備驅動程序接口，實現與設備的通信，創建Linux內核源碼提供給上層一個統一的接口，在學習平臺的操作界面，系統在硬件設備進行SuperViVi的移植工作。設計者要根據系統的硬件來選擇不同的文件系統支持，根據上述總體設計，進行系統軟件開發。

2 最優內容推送系統設計與實現

2.1 Visual DSP++ 4.5開發環境建立

在上述系統總體設計描述的基礎上，進行自助網絡學習平臺的最優內容推送系統的模塊化設計。本文提出一種基于多線程總線開發的內容推送系統設計方法，在Visual DSP++ 4.5平臺下建立自助網絡學習平臺內容推送系統的開發環境[6]。Visual DSP++有一個集成開發環境IDDE，還包括自助網絡學習的VDK、多線程專家連接器VCSE、軟件仿真器（Simulator）、硬件仿真器（Emulator）、高速緩存和指令流水查看器。

在Visual DSP++ 4.5開發環境中，建立包括了創建和調試DSP工程的各種入口，使用了Visual DSP++的Simulator和Emulator構建自助網絡學習平臺內容推送系統的軟件仿真環境。在開發環境建立基礎上，通過I/O設備的數據采集量和數據處理量估計程序存儲區，確定DSP處理器型號、外圍器件以及連接關系等。

首先將自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統的VXI總線數據首址賦給地址指針，采用標準的VPP儀器驅動程序，配置PXI?6713的回放通道，根據模糊自組織神經網絡進行多線程控制，設定時間采樣節點的初始值，控制指令驅動程序進行系統總線開發。在Visual DSP++集成開發環境中，逐步地采析、設計、編碼、測試，搭建嵌入式軟件開發環境，考慮到系統的兼容性，需要在主機上安裝Linux。本項目采用在Windows操作系統下安裝VirtualBox虛擬機，然后在最優內容推送系統的虛擬機上安裝Linux的方式。在內容推送程序開發過程中通常在Windows下編輯代碼，在Linux下編譯程序生成GNU開發工具集，由此構建Visual DSP++ 4.5開發環境，進行程序編譯。

2.2 系統的硬件設計

本文的自助網絡學習平臺中，最優內容推送系統的硬件設計主要包括時鐘控制模塊、A/D采樣模塊、集成控制模塊和復位模塊等。其主要包絡了系統初始化程序、緩沖區設計、存儲器設計、同步串口。采用STM32F101xx芯片設計自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統的主控芯片，設置隔直RC濾波電路。端口I/O_0～I/O_7作為自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統的并口輸入/輸出端。最優內容推送系統的時鐘控制模塊設計如圖1所示。

采用ST 超低功耗 ARM Cortex??M0 微控制器作為自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統的嵌入式RFID識讀器[7?8]。

內容推送系統的采樣頻率為10 kHz，將STM32F101xx給予相應的晶振和復位電路，得到內容推送系統的額定功耗[Pspc]和擴展功耗[Pdpc]，即：

式中：[Vdd]表示自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統的工作的額定電壓值，單位為V；[Idd]表示最優內容推送系統的低電壓啟動電流值。根據上述功耗設計，選擇具有低功耗特性的TRF7960作為PPI接口，結合所選擇的STM32F101xx應答器的讀寫功能實現A/D采樣模塊設計，如圖2所示。

通過圖3所示的A/D模塊可知，本文設計的內容推送系統的動態功耗與[ITC]，[CT]和[fp]相關，又因自助網絡學習平臺中MOS電路的[Pspc]僅占總功耗的1%左右，因此，可以采用并口方式實現TRF7960與STM32F101xx的通信。因SPI通信時數據處于異步處理狀態，因此在進行最優內容讀寫中需要使用TRF7960芯片進行學習平臺的控制和編程；在TRF7960的OSC_IN和OSC_OUT間，接入13.56 MHz的晶振，采用硬件加密和解密電路避免數據泄露；在加密解密時，應對8位二進制數據進行操作，從而構建自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統的集成控制模塊電路如圖3所示。

在上述硬件電路設計的基礎上，在超高頻段實現最優內容推送系統中的11 Mb/s速率學習資源的無線數據傳輸，結合DMA功能來實現集成智能控制，并進行系統的軟件開發設計。

2.3 系統軟件開發設計

在進行自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統設計中，硬件設計是基礎，軟件設計是核心，本文在Linux內核開發環境中，基于多線程總線開發方法進行內容推送系統的軟件設計，主要包括了系統初始化程序、緩沖區設計、存儲器設計、同步串口和CAN通信設計?？蓤绦写a能在ARM上運行，調用VISA庫函數將自助網絡學習平臺中的內容推送SCPI命令寫入CPI驅動儀器。E?Learning學習平臺的Linux根文件系統通過調用VISA庫函數vistatus=viWrite

使用CAN功能對CAN的相關寄存器和RAM進行初始化，實現CAN通信設計。最后，不斷讀取CAN_STATUS寄存器，在物聯網環境下構建嵌入式Linux內核進行自助網絡學習平臺的平臺端口信息采集和可視化遠程操作，由此完成自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統的軟件開發設計。

3 系統測試實驗分析

在嵌入式Visual DSP++集成開發環境下，調試本文設計的自助網絡學習平臺中的最優內容推送系統的性能，系統的模塊化設計在嵌入式程序加載模塊進行內容推送程序加載，首先配置PPI的操作模式，XFR_TYPE設為11，讀取CAN_STATUS寄存器中的自助網絡學習資源信息，配置內容推送系統的qt?embedded?arm，當遇到授權信息時，輸入yes即可。在系統調試測試中，對采集的自助網絡學習資源信息進行狀態測量的特征分析，并進行如下操作：

Save：暫存當前學習資源信息，接收到8位數據后，會向發送數據的器件發出一個低電平脈沖，并進行內容的有效性比較。

Show/Hide：用于寄存器映像控制，直接訪問底層寄存器，實現最優內容推送系統的控制功能。

Stop/Restart：停止或重新啟動設備驅動程序，并進行內容推送信息顯示。

Store：進入數據存儲界面，進行信息調理和自適應信息過濾。

Back：返回模式選擇及參數設置界面。

根據上述系統調試，得到本文設計的自助網絡學習平臺內容推送系統的準確性和時間開銷對比結果如圖4和圖5所示。

分析上述結果得出：

（1） 本文設計的系統進行學習資源內容推送的準確度高于傳統方法，更好地滿足學習用戶的個性化學習需求。

（2） 隨著自助網絡學習平臺中推送內容數據規模的增大，時間開銷增大，本文方法的計算時間開銷小于傳統方法，提高了內容推送的實時性。

由測試系統的運行性能得知，本文設計的內容推送系統具有較好的穩健性和可靠性。

4 結 語

為了提高自助網絡學習內容推送的可靠性和準確性，本文提出一種基于多線程總線開發的內容推送系統設計方法，進行系統的總體設計描述。在Visual DSP++ 4.5平臺下建立自助網絡學習平臺內容推送系統的開發環境，系統的模塊化設計主要包括了系統初始化程序、緩沖區設計、存儲器設計、同步串口和CAN通信設計。進行系統的硬件設計和軟件開發設計，提高內容推送的面向對象性和準確性。最后進行系統測試，結果表明，該系統具有較好的穩健性和可靠性，內容推送的準確度較高，時間開銷較小。

參考文獻

[1] FEYZMAHDAVIAN H R， CHARALAMBOUS T， JOHANSSON M. Exponential stability of homogeneous positive systems of degree one with time?varying delays [J]. IEEE transactions on automatic control， 2014， 59（6）： 1594?1599.

[2] ZHANG J F， HAN Z Z， WU H. Robust finite?time stability and stabilization of switched positive systems [J]. IET control theory and applications， 2014， 8（1）： 67?75.

[3] NGOC P H A. Stability of positive differential systems with delay [J]. IEEE transactions on automatic control， 2013， 58（1）： 203?209.

[4] 戴欣，鄧湘，劉浩.RFID低功耗電子標簽和手持閱讀器設計開發[J].電子技術應用，2013，39（6）：21?23.

[5] 謝高生，易靈芝，王根平.動態密鑰在Mifare射頻IC卡識別系統中的應用[J].計算機測量與控制，2009，17（4）：725?726.

[6] 謝惠敏，郭東輝.可重構的串行高級加密標準加解密電路設計[J].計算機應用，2013，33（2）：450?454.

[7] 黃猛，杜紅彬.移動機器車的WiFi接口設計[J].自動化儀表，2010，31（3）：50?52.

[8] 李志燦，王奕，沈航，等.輕量級加密算法的低功耗硬件實現與研究[J].小型微型計算機系統，2013，34（11）：2574?2578.