基于ARM的嵌入式電子點菜系統的設計與實現

楊曉東 糜元根

南京工業大學電子與信息工程學院 江蘇 210009

0 引言

近年來，隨著我國人民生活水平的提高和生活方式的轉變，餐飲業得以迅速發展。然而，在競爭愈演愈烈的今天，信息科技在各行各業廣泛應用的時候，餐飲業卻一直徘徊在信息科技的邊緣地域。

據悉，我國現有各類飯店、餐館近400多萬家，年營業額超過7300億元人民幣，并保持著高達15%～17%的年增長率。不容忽視的是，在這些眾多的餐館中，上規模的卻不多，更多的只是街頭小店。

越來越多的餐飲業管理者達成了一種共識：傳統的由人工來傳遞菜單的點菜方式已經不能滿足市場的需求。不僅浪費時間、效率低下，而且很容易出現錯誤，從而大大降低服務質量，給企業帶來不必要的損失。

針對上述問題，本文介紹了一種全新的電子點菜系統。該系統的使用將大大降低人力資源成本，解決了傳統點菜方式的弊端，從而有效的提高了餐飲機構的服務質量和工作效率，也同時實現了餐飲業利潤的最大化。

1 系統的硬件設計

1.1 終端系統的框架圖

本系統采用博芯公司基于ARM7的SEP4020處理器，開發板上帶有以太網芯片，SD卡，UART接口等外設。整個系統的界面用北京飛漫公司的MiniGUI1.3來設計，系統采用最新的Linux2.6內核。如圖1所示。

圖1 終端系統的框架圖

1.2 主芯片SEP4020

SEP4020是由南京東南大學國家專用集成電路系統工程技術研究中心設計，使用0.18um標準CMOS的工藝設計，內嵌ASIX CORE（32位RISC內核，兼容ARM720T，帶8KB指令數據Cache和全功能MMU），采用馮諾依曼結構，SEP4020芯片中集成各種功能包括：8/16位SRAM/NOR FLASH接口，16位SDRAM接口，硬件NAND FLASH控制器（支持NAND FLASH自啟動），10M/100M自適應以太網MAC（支持RMII接口），64K Byte高速片上SRAM，USB1.1 Device（全速12Mbps，支持I2S 音頻接口，支持MMC/SD卡），LCD控制器（支持640*480*16 位TFT 彩屏和STN黑白、灰度屏），RTC（支持日歷功能/WatchDog，支持后備電源），10通道TIMER（支持捕獲、外部時鐘驅動和MATCH OUT），4通道PWM（支持高速GPIO），4通道UART（均支持紅外），2通道SSI（支持SPI和Microwire協議），2通道SmartCard接口（兼容ISO7816協議，支持最多97個GPIO），14個外部中斷（支持外部DMA傳輸），片上DPL（支持多種功耗模式，IDLE、SLOW、NORMAL、SLEEP）。SEP4020提供全面的、通用的片上外設，大大減少了系統電路中除處理器以外的元器件配置，從而最小化系統成本，符合嵌入式的要求。

2 系統功能

本系統包括六大功能模塊：訂位、冷菜、熱菜、菜單查詢、顧客結賬、退出。顧客可以根據界面上的按鈕對各功能進行操作。

3 實現原理

3.1 MiniGUI圖形界面應用程序開發技術

為了與用戶有很好的交互性，需要設計圖形界面便于用戶操作。常見的圖形界面設計方法是QT和MiniGUI，綜合考慮了系統的硬件，采用飛漫公司的MiniGUI進行圖形界面設計。

MiniGUI編譯成兩個截然不同的版本，一個是MiniGUIThreads，一個是MiniGUI-Lite。MiniGUI-Threads適合于多窗口、實時性要求很高的系統，比如工業控制系統；而MiniGUI-Lite適合于功能豐富、結構復雜系統，比如PDA等信息產品。而且MiniGUI-Threads可以通過MiniGUI的消息函數，可在不同的線程之間傳遞消息，相比較而言，本系統采用前者。

3.1.1 事件驅動和消息機制

MiniGUI是一個基于事件驅動的圖形用戶界面支持系統，用戶程序的流程不再是只有一個入口和若干個出口的串行執行線路；相反，程序會一直處于一個循環狀態，在這個循環當中，程序從外部輸入設備獲取某些事件，比如用戶的按鍵或者鼠標的移動，然后根據這些事件作出某種的響應，并完成一定的功能，這個循環直到程序接受到某個消息為止。

3.1.2 窗口過程

窗口是MiniGUI當中最基本的GUI元素，一旦窗口建立之后，窗口就會從消息隊列當中獲取屬于自己的消息，然后交由它的窗口過程進行處理。窗口過程函數主要是對屬于該窗體的不同消息進行相應的處理。窗口過程函數通常使用switch語句來對各種消息（message）進行處理。

3.2 Socket網絡編程技術

當前，Socket接口是TCP/IP網絡最為通用的API，也是在Internet上進行應用開發最為通用的API。它是介于應用層和傳輸層之間的編程接口，它提供了訪問下層通信協議的大量系統調用和相應的數據結構功能。在Linux系統中，Socket是應用程序訪問下層網絡協議的惟一方法。具體地講，Socket在用戶級實現了兩個應用程序之間的網絡連接和數據交換，所以Linux中的Socket意味著網絡上的通信。

我們在做網絡傳輸數據功能時，采用了客戶端/服務器（C/S）網絡通信：服務器端守護進程不斷的監聽、等待連接；客戶端向遠程服務器發送連接請求，服務器端收到請求后，按照一定的規則建立連接，連接完成后，兩個程序之間就建立了一個虛擬的數據通信鏈路。這些程序可以直接從自己打開的套接口讀入和寫出數據，而不用關心實際的數據鏈路。具體實現過程見圖2。

圖2 Socket通信

3.3 SQLite技術

SQLite是2000年開發出來的一種小型嵌入式數據庫。它是一個小型的C語言鏈接庫，這個鏈接庫本身就完全包含數據庫引擎的功能，可以方便地運用于嵌入式系統中。SQLite提供了對SQL92的大多數支持，支持多表、索引、事務、視圖和觸發等一系列用戶接口以及驅動。簡單易用，速度也相當快，同時提供了豐富的數據庫接口。這個庫具有很強的內聚性，通過不到25000行的ANSIC代碼實現，而且它的源代碼完全開放，可以自由地應用于任何領域。

在與MiniGui的連接中，SQLite的API極其易使用，完全可以對嵌入式數據庫進行基本的操作，如建立表格、查詢、修改、插入、刪除、排序等，只需要三個用來執行SQL和獲取數據的函數。此外它還是可以擴展的，允許自定義函數，然后以Callback（回調函數）的形式傳遞進去。

我們在使用MiniGui連接并操作SQLite時，主要經歷了三個步驟：

（1）提供文件和訪問模式來調用sqlite3_open（）連接數據庫，這個函數參數有兩個，一個是需要打開的數據庫文件名（UTF-8格式），另一個用于返回數據庫句柄。

（2）SQLite通過執行Callback函數返回從數據庫得到的結果，不過有時候，在進行select查詢時，我們想要非回調的select查詢結果時，通過sqlite3_get_table（）來實現，它會以一個一維數組的形式返回我們查詢的值。

（3）調用sqlite3_exec（）執行，將SQL查詢語句和Callback函數的指針作為函數參數傳入，使用完關閉數據庫sqlite3_close（）。

4 系統軟件設計

4.1 軟件流程設計

如圖3所示，開發板UB4020MB上電后，從NorFlash中讀取Uboot程序，然后初始化部分硬件，再運行內核Linux Kernel，接著運行文件系統，最后再加載部分驅動，有的驅動在加載內核時加載了。這是開發板的系統已經啟動過程。系統啟動后，可以運行點菜系統的主程序，出現主界面，用戶可以通過點擊按鈕選擇相應的功能。

圖3 程序流程圖

4.2 服務器端流程設計

數據庫服務器端采用Fedora 7作為服務器操作系統，sqlite3作為數據庫，系統啟動后自動運行守護進程，這包括：建立套接字、綁定地址、開始監聽并等待客戶端的連接，收到數據后更新本地數據庫，并將操作記錄寫入設定好的日志文件中，循環執行以上過程。具體流程見圖4。

5 系統移植與測試

在PC機上安裝vmware虛擬機，在虛擬機中再安裝Fedora7系統。為了能夠方便重復調試，故采用NTF文件系統，確保內核支持NTF。并且安裝交叉編譯器cross-3.4.1.tar.gz。

6 總結與展望

嵌入式技術是與實踐緊密相結合的一門技術，把我們學的知識理論通過實驗應用到實踐中去，這樣我們才能真正掌握它們，并能運用它們。這個點菜系統的開發，讓我們掌握了硬件設計、Bootloader、嵌入式Linux操作系統編譯、linux驅動開發、嵌入式數據庫和MiniGUI圖形界面開發等。

圖4 服務器端流程設計

本文的點菜系統除了應用于學校的食堂，還可以應用于飯店，具有很好的市場前景。系統還存在著一些不足，沒有加上無線網卡，在以后的實驗開發中會將無線加入到系統中。

[1]劉國文.餐飲業要重視信息化建設[J].烹調知識.2005.

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[3]王琳，余震虹，李鑫等.基于ARM的嵌入式電子點菜系統的設計[J].微計算機信息.2009.

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[6]SQLite Home Page.http://www.sqlite.org.