触摸屏自助点菜终端的设计与实现
颜泽球，廖晓东，涂钦
(福建师范大学物理与光电信息科技学院福建福州350007)
摘要：设计并实现了一种自助点菜终端，采用8寸液晶触摸屏作为人机交互界面，提供图文并茂的电子菜单。针对嵌入式系统存储空间的局限性，提出一种应用层软件与底层软件分离的存储运行方式。解决了大容量数据的存储与更新问题。采用开放源代码的图形用户接口软件Nano—X窗口系统，详细探讨了其配置与移植的方法。系统具有交互界面良好，易于生产维护的特点。
关键词：点菜系统；分离式存储；NaDO—X；GUI移植；嵌入式系统
中圈分类号：TP311．5 文献标识码：A 文章编号：1004—373X(2010)05—125—03
0 引言
电子点菜系统，是随着餐饮业的智能化、信息化发展而出现的新一代产品。相对于传统的点菜服务方式，电子点菜具有高效、舒适的特点，有效地节省了人力资源，提高了服务的质量。一个典型的点菜系统由点菜终端、收银台管理系统和数据调度管理系统组成。根据应用场合的不同，目前较为流行的点菜终端主要分为两种。第一种采用单片机和无线模块实现，成本低，但是功能和界面较为简单，通信距离也较短，使用者一般是服务员。另外一种采用商业PDA和无线网卡实现，功能强大，界面华丽，操作方面，但成本较高，一般作为消费者自助点菜的终端，应用于中高档酒店。
自助点菜终端给客户提供每道菜肴的名称、插图、介绍和价格等各种相关信息，这些信息随着菜单的变化实时更新。由于嵌入式系统的存储空间有限，大量的图片存储和实时更新成了点菜终端设计的一个难题。本文给出了一种自助点菜终端的软硬件实现方案，通过应用层与底层软件的分离存储设计，解决了大容量数据的存储更新问题，提高了批量生产升级效率。同时，采用开放源代码的自由软件开发，降低了系统成本。
1 系统结构
终端的核心处理器采用ARM920T核的$3C2440芯片，其主频可达到400 MHz，外接64 MB SDRAM和64 MB FLASH。终端的硬件结构图如图1所示。其中，显示接口采用8寸TFT液晶屏LQ080V3DG01，像素640X480，为用户提供友好的电子菜单。用户通过触摸屏进行各种操作。系统首次启动时进行触摸屏的校准，管理员也可以通过长按校准按键进入校准模式。SD卡存放应用程序、相关的图片和字体等资源，系统支持的最大的SD卡容量为32 GB，可以很好地满足点菜终端的存储容量要求。终端与服务器的各种交互数据通过无线网卡传输。
图1硬件结构图
系统采用c／s模式设计，点菜终端作为客户端。数据调度管理中心为服务器。采用开放源代码的各层软件构成终端软件平台，节省了开发成本，软件结构如图2所示。Linux具有开放源代码、协议栈较完善、运行稳定和易于移植的优势，在嵌入式领域得到了广泛的应用。终端以嵌入式Linux作为操作系统，管理系统软硬件资源。Linux 2．6．29是2009年3月份发布的稳定的内核版本。根文件系统采用日志结构的文件系统JFFS2，用户可以对文件进行读写操作，在意外掉电时仍然可以保持数据的完整性，而不会丢失数据。
图2软件结构图
2 应用层与底层软件分离的存储管理策略
每个终端设备都有自己的配置信息(设备ID号，IP地址，终端设备对应的餐桌的位置信息等)，在系统正常工作前必须手动配置这些信息。一种解决的方案是，在终端安装完首次运行时，通过触摸屏手动配置这些信息。然而，在批量安装、升级或者重新规划终端设备的布局时，这种解决方式将大大降低工作效率。
本文将应用程序以及相关的配置信息、图片及字体资源都存放于SD卡中，实现应用层软件与其底层软件的离存储。终端设备的系统目录结构如图3所示，／mnt／sdcard为SD卡的挂载点，terminal为交叉编译产生的应用程序文件。ipconfig为配置终端设备IP地址的Shell脚本，在系统启动时调用执行。devinfo文件存储设备的相关信息(餐馆的名称，包厢号，餐桌号等)，由应用程序运行时读取。log．ini文件记录终端软件运行时的各种信息(启动、关闭的时间，异常状态的记录等)。终端的固件差异仅在于SD卡中ipconfig文件和devinfo文件，而这两个文件可以通过上位机软件批量生成。
图3文件系统目录结构
Linux启动时会加载启动配置文件／ete／init．d／rcS，可以通过修改该文件使系统启动时设置系统IP并加载应用程序。根据点菜终端的目录结构设置，在reS文件后添加如下两行：
／mnt／sdcard／ipconfig #配置终端IP
／mnt／sdcard／terminal& #启动应用程序
3 Nano—X的定制与移植
3．1 Nano～X介绍
Nano—X是一个著名的开放源码的图形用户接(GUI)软件，原名microwindows，由于和微软的win—dows注册商标存在冲突，从2005年1月起改名为Nano—X Window System，其目的是把图形视窗环境引入到嵌入式平台和小型设备上。Nano—X采用C语言设计，有很好的可移植性，根据用户配置，其占用的内存资源在100～600 KB左右。Nano—X能在宿主机上仿真目标机，用户可以在普通个人电脑上开发和调试应用程序，大大提高了开发效率u州。
3．2 Nano～X的定制
Nano—X的定制主要通过修改其源代码根目录下的config文件来实现。主要包括处理器平台、输入输出平台、图片支持和字体支持等选项。
(1)处理器平台选项。Nano—X窗口系统支持X86，ARM，MIPS，PowerPC等多种处理器平，通过配置“ARCH—LINUX—ARM”和“ARMTOOLSPRE—FIX=arm—linux一”选择ARM处理器平台及其所使用的编译器。
(2)输入输出驱动配置选项，包括显示驱动平台，屏幕大小和触摸屏支持，具体如下：Nano—X支持多种触摸屏设备，点菜终端的触摸屏设备为“／dev／h3600tsraw”，对应的Nano—X驱动接口类型为IPAQ—MOUSE。修改config文件的相关配置如下：
SCREEN—WIDTH -----640 #屏幕大小为640×480
SCREEN HElGHT 一480
FRAMEBUFFER=Y
#使用Linux的framebuffer作为图形引擎
IPAQMOUSE=Y #触摸屏驱动类型为Compaq iPAQ
(3)图像支持选项。可支持bmp，gif，xpm，jPg，png和tiff格式的图片解码。如果要使用后三种格式的图片，需要额外添加相应的解码库。本系统的界面和菜肴的插图均采用24位bmp格式的图片，图像支持选项配置为“HAVE BMP SUPPORT=Y”。
(4)字体支持选项。Nano—X自身支持12×12和16×16的中文点阵字体，但不包含对truetype矢量字体的解码支持，所以如果要使用其他样式的字体，或者使用可伸缩矢量字体，需要移植freetype解码库程序。
修改config文件的相关配置如下：
HAVE—FREETYPE一2一SUPPoRT—Y
#使用Freetype2解码Truetype字体
INCFT2LIB=lib／libfreetype／include
#freetype头文件路径
LIBFT2LIB=Iib／libfreetype／Iib／libfreetype．a
#编译freetype生成的静态库文件
HAVE—HZK—SUPPORT=Y #支持HZK点阵汉字
HZK—FONT—DIR=’7fonts／chinese"
#字体文件的存放路径
(5)应用程序的编译和运行方式。Nano—X是基于设备无关的图形引擎，使用Client／Server模式，客户端程序和服务器端程序时同一个设备上的两个不同进程，既可以分别编译成各自的应用程序文件，也可以通过修改配置选项“LINK APP INTO SERVER—Y”将客户端程序与服务器端程序直接链接成一个单独的应用程序。本文采用后者的编译和运行方式。
4通信协议
点菜终端与服务器之间的通信过程如图4所示。
图4 系统通信流程
终端首先向服务器发起会话连接请求，待服务器回应后建立连接。数据交互过程中，服务器回应终端每个数据包的接收处理状态。两者的通信在TCP／IP协议的基
础上，采用自定义传输层和应用层通信协议进行数据交互。应用层把各种业务数据组成消息包，把一个或者多个消息包组成应用包，并把应用包发送给传输层发送，或从传输层接收应用包，把应用包拆分成消息包，并处理各消息包数据。本系统采用一个消息包对应一个应用包，不对消息包进行组包。
传输层的帧格式如图5所示。帧标识符包含会话建立请求标志，会话结束请求标志和应用包结束标志。
图5传榆帧格式
终端对接收区数据的解释分为服务器应答用户消息包，服务器应答心跳消息包和终端软件升级命令消息包。系统每隔一段时间检测网络的连接情况，文中称该段时间为心跳间隔时间。当终端发送心跳给服务器，服务器会回应心跳，当终端在一定时间内未收到任何命令(包括心跳回应)，终端可认为断线，主动断开连接，并根据自身的参数设置来决定是否重连。发送区由命令编码、菜肴的类别号、索引号和数量组成，描述用户的各种操作信息。
5 应用程序流程
应用程序流程如图6所示。
图6软件流程图
6 结语
电子点菜系统可以改善餐馆的经营策略、管理效率和服务质量，随着信息化的发展，将得到更为广泛的应用，有着广阔的前景。本文设计的自助点菜终端，具有通信速度快、可操作性强和便于维护特点，采用开放源代码软件设计，使系统的成本降低，更具有市场竞争力。
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