嵌入式软键盘的设计与实现毕业论文设计.doc
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1、嵌入式软键盘的设计与实现摘要随着对嵌入式系统体积小型化和操作人性化的要求以及大尺寸触摸式显示屏的广泛应用,在嵌入式系统中采用软键盘实现字符的输入已经成为目前的发展主流。软键盘是应用于触摸屏上的重要信息输入工具,它代替传统的物理键盘,可以通过点击显示在触摸屏上的按键完成字母、数字、符号等的输入以及其他操作。本文首先介绍了嵌入式系统以及Linux的基本概念,并且指出了嵌入式系统下的图形用户具有轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、可配置等特点。其次详细阐述了技术上所涉及的问题,比如选择合适的图形用户界面开发软件平台,并且进行环境搭建,介绍了在Linux系统下基于Qt的软键盘的设计与实现方法,最终得到
2、一个简单的软键盘输入法程序,该键盘功能全面、界面友好、操作简单、在各种基于Linux的智能电子产品中具有很好的应用前景。关键词:软键盘 嵌入式 Linux QtDESIGN AND IMPLEMENTATION OF EMBEDDED SOFT-KEYBOARDAbstractWith the wideapplication oftheembedded systemminiaturizationandhumanized operationrequirements and thelarge sizetouch screen, in the embedded system using softke
3、yboardcharacter inputhas become the mainstream ofdevelopment at present. Soft keyboardisused in touch screen input importantinformationtool, the physical keyboardinstead of the traditional,can clickdisplayletters,numbers, symbols,to completetheinputand other operationson the touch screenkeys.This pa
4、per first introduces the basic conceptsof embedded system andLinux,and points out thattheembedded systemgraphical userhas the characteristics of light,small footprint,high performance,high reliability,easy configuration. Secondly introduce therelatedtechnical problems,such as choice ofgraphical user
5、 interfacesoftware development platformsuitable,andenvironment, introduces design and realization methods ofsoftkeyboard based on Qtin Linux system,finally asimple softkeyboardinput method,the keyboard isfully functional,friendly interface,simple operation,in variousbased on has thevery good applica
6、tion prospectof intelligent electronicproducts in the Linux.Key words: Soft-keyboard Embedded Linux Qt目录摘要iAbstractii1 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究的目的与意义11.3 软键盘技术的发展现状21.4 课题研究及实现的可行性21.4.1 技术可行性21.4.2 管理可行性31.4.3 社会可行性32 相关技术介绍42.1 嵌入式系统综述42.1.1 概念及历史发展42.1.2 嵌入式系统的特点52.1.3 嵌入式系统的组成62.1.4 嵌入式系统的发展现状72.2 L
7、inux平台开发的理论基础82.2.1 Linux概述82.2.2 Linux的特点92.2.3 Linux的发展前景102.3 Qt概述112.3.1 Qt简介112.3.2 Qt的特性112.3.3 Qt的应用122.4 集成开发环境搭建123 系统需求分析143.1 需求分析的目的143.2 需求分析的地位与作用143.3 嵌入式软键盘的特点143.4 系统应该满足的功能153.5 软键盘需要解决的主要问题153.6 运行环境164 软键盘的设计与实现174.1 软键盘设计理论174.1.1 软键盘输入的原理174.1.2 软键盘输入流程图174.2 界面的设计184.2.1 英文界面的
8、设计194.2.2 中文界面的设计204.2.3 数字界面的设计244.2.4 符号界面的设计244.3.5 程序总体界面的设计245 运行效果及软键盘测试29总结32致谢33参考文献34外文原文35中文翻译491 绪论本文旨在通过一个应用实例嵌入式软键盘来详细叙述嵌入式系统应用层软件开发的设计思想与技术应用。嵌入式系统属技术与知识密集型产业,其应用范围广泛、发展前景广阔。近几年,嵌入式系统及产品日益丰富,结构日臻完善,市场呈现块数增长趋势,尤其在电子、通信、金融、交通、网络、监控、自动化等领域应用广泛,使得嵌入式系统产品迅速渗透到社会各个层面,发展嵌入式系统产品成为了我国信息产业增长方式由粗
9、放型向集约型转变,实现可持续发展的重要途径。嵌入式软件开发同PC平台软件开发有很大的不同,具有目标多样性、跨平台作业、启动方式独特和调试手段独特的特点。因此本文通过设计一个嵌入式动态链接库,来叙述嵌入式应用程序的开发流程、开发方法和开发技巧,说明主要的设计思想和步骤。1.1 课题背景经过几十年的发展,嵌入式系统已经在很大程度上改变了人们的生活、工作以及娱乐方式,最近几年随着电脑的普及、计算机技术和通信技术的快速发展,嵌入式系统的应用越来越广泛,嵌入式计算机的应用数量远远超过了各种通用型的计算机。将嵌入式应用于工业控制类产品中,并开发出优秀的人机交互界面,是嵌入式发展的趋势,拥有广阔的市场前景。
10、近年来的市场需求显示越来越多的嵌入式系统均要求提供一个简洁的可视化操作界面,而这些都要求有一个高性能稳定可靠的图形用户界面来提供支持。国内用户对软键盘的需求也越来越迫切。所谓的软键盘并不是在键盘上的,而是在“屏幕”上,软键盘是通过软件模拟键盘通过鼠标点击输入字符,是为了防止木马记录键盘输入的密码,一般在一些银行的网站上要求输入帐号和密码的地方容易看到。Qt作为面向嵌入式系统的集成环境,正益成为嵌入式GUI开发的主流,被越来越多的国内外厂商用于便携式电子设备的开发。而软键盘是应用于触摸屏上的重要信息输入工具,它代替传统的物理键盘,可以通过点击显示在触摸屏上的按键完成字母、数字、符号等的输入以及其
11、他操作。因此进行此课题。1.2 课题研究的目的与意义随着计算机技术的迅猛发展,人们的生活已经与网络变得息息相关。网络在给我们带来了方便的同时也给心怀不轨之徒带来了可趁之机。用户使用网络游戏、网上通讯和网上购物等互联网服务之前必须通过键盘输入用户身份的凭证,如用户名和口令以实现用户身份的认证、后台服务的访问授权。这些凭证信息往往成为攻击者的攻击目标。旁路攻击可以间接获取身份凭证,如利用键盘输入录像、按键声音、按键振动、按键手姿等获得键盘输入内容,这需要攻击者离键盘距离比较近且获取的凭证不准确键盘记录器,也称按键嗅探器,间谍木马程序是具有击键记录功能的恶意代码一般通过消息截获或者对特定位置进行轮询
12、等信息流攻击来实现键盘记录器具有远程信息获取能力且捕获的精度较高目前键盘记录器发展迅速已成为最常用的信息窃取技术形成了完整的产业链,是互联网用户面临的一个主要安全威胁。用户的交易密码被盗不仅破坏了网络的安全性而且直接给用户带来了不可挽回的经济损失,因此各种密码保护技术随之越来越多得出现了。从最早的密码排序技术到最新的“数字证书”和“生物密码”技术,防窃密技术的更新速度越来越快,成本越来越高,破解也越来越复杂,“软键盘”密码输入技术是目前最流行最便捷的防窃密技术手段之一。软键盘输入技术使用方便成本较低,受到广大网上交易用户的普遍欢迎。针对类似于“屏幕快照”网银木马的攻击原理,可对软键盘输入技术进
13、行适当改进,使其克服不足之处防范。“屏幕快照”网银木马的攻击软键盘技术改进方案的基本思想是将原始的“静态”软键盘模型改进成“动态”的软键盘模型,每当用户利用软键盘点击输入一个数据的同时,键盘上所有按键的显示内容自动隐藏,随后出现的软键盘上所有的按键是随机出现的新的顺序,这种变换过程本身完全随机,无规律可寻这就可以有效防止密码的失窃。1.3 软键盘技术的发展现状随着网上转账、网上购物、网上缴费等网上银行业务的普及,一些不法分子开发了各种恶意程序。为了防范它们引起的安全风险,许多网上服务商采取了软键盘的输入方法。软键盘又称为虚拟键盘、屏幕键盘,是一种通过软件模拟键盘输入的技术。使用者通过鼠标点击屏
14、幕的按钮输入信息。使用软键盘输入信息时,用户所输入的是鼠标信息,物理层和内核层的供给即使接货鼠标信息也往往难以猜测其语义。与物理键盘相比,软键盘增强了安全性,得到了广泛的应用。中国金融认证中心(CFCA)发布的2007 年中国网上银行调查报告报告显示:网银作为新兴的在线支付工具,有着快捷、方便等诸多有利因素,使得我国网上银行交易量大幅增加。2007 年,在受调查的10 个经济发达的城市中,个人和企业使用网银的比例均持续增长,已有37.8%的个人使用网银,企业网银使用率已达31.7%。但在网银交易大幅增加的同时,网银成为除网游之外木马泛滥的另一重灾区,网银的安全性也已成为个人和企业消费者最为关心
15、的问题,超过七成老百姓因担心网银的安全性而没选择网上交易。4因此,网银安全性成了制约其发展的瓶颈,如何安全使用网上银行,除了要树立风险防范意识、培养良好操作习惯以外,借助专业的安全工具软件来保护是必不可少的。软键盘输入技术只是众多网上交易安全技术中的一种,这种防窃密技术具有其它防窃密技术难以比拟的优点,正因如此,才使该技术得以流行至今。当然其本身也有一定的缺陷,通过对它的改进可以提高网上交易的安全性。1.4 课题研究及实现的可行性可行性分析也成为可行性研究,是在系统调查的基础上,针对新系统的开发是否具备必要性和可能性,对新系统的开发从技术、社会等的方面进行分子和研究,以避免出现失误,保证新系统
16、的开发成功。可行性研究的目的就是用最小的代价在尽可能短的时间内确定问题是否能够解决。1.4.1 技术可行性在Ubuntu12.04系统里,有许多可供使用的图形界面库,本课题选择使用Qt Creator 5设计一个小巧的程序,能够满足基本的输入法的实现。即在技术方面是满足本课题的设计开发。1.4.2 管理可行性本课题是基于Qt的图形用户界面的开发,鉴于Linux系统的开源性、以及Qt的可移植性和易用性,本课题无需多余的管理。1.4.3 社会可行性本课题设计完成后仅作毕业设计和私人使用,且设计内容健康,不会违反法律,不会对社会造成不良影响。2 相关技术介绍2.1 嵌入式系统综述嵌入式系统以应用为中
17、心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是一种专用的计算机系统,作为装置或设备的一部分。2.1.1 概念及历史发展嵌入式系统(Embedded system),是一种“完全嵌入受控器件内部,为特定应用而设计的专用计算机系统”,根据英国电气工程师协会(U.K. Institution of Electrical Engineer)的定义,嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。与个人计算机这样的通用计算机系统不同,嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务,设计人员能够
18、对它进行优化,减小尺寸降低成本。嵌入式系统通常进行大量生产,所以单个的成本节约,能够随着产量进行成百上千的放大。嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。与通用计算机能够运行用户选择的软件不同,嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的;所以经常称为“固件”。国内普遍认同的嵌入式系统定义为:以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的,它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。因此可以这样理解上述三个面向的含义,即嵌入式系统是与应
19、用紧密结合的,它具有很强的专用性,必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。所以,介入嵌入式系统行业,必须有一个正确的定位。例如Palm之所以在PDA领域占有70%以上的市场,就是因为其立足于个人电子消费品,着重发展图形界面和多任务管理;而风河的Vxworks之所以在火星车上得以应用,则是因为其高实时性和高可靠性。嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪,满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以,如果能建立相对通用的软
20、硬件基础,然后在其上开发出适应各种需要的系统,是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核,需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减,但是由于微内核的存在,使得这种扩展能够非常顺利的进行。实际上,嵌入式系统本身是一个外延极广的名词,凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统,而且有时很难以给它下一个准确的定义。现在人们讲嵌入式系统时,某种程度上指近些年比较热的具有操作系统的嵌入式系统,本文在进行分析和展望时,也沿用这一观点。一般而言,嵌入式系统的构架可以分成四个部分:处理器、存储器、输入输出(I/O)和软件(由于多数嵌入式设备的应用软件和操
21、作系统都是紧密结合的,在这里我们对其不加区分,这也是嵌入式系统和一般的PC操作系统的最大区别)。从20世纪七十年代单片机的出现到各式各样的嵌入式微处理器,微控制器的大规模应用,嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。70年代单片机的出现,使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能:更容易使用、更快、更便宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点,但是这时的应用只是使用8位的芯片,执行一些单线程的程序,还谈不上“系统”的概念。最早的单片机是Intel公司的 8048,它出现在1976年。Motorola同时推出了
22、68HC05,Zilog公司推出了Z80系列,这些早期的单片机均含有256字节的RAM、4K的ROM、4 个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定 时 器。之后在80年代初,Intel又进一步完善了8048,在它的基础上研制成功了8051,这在单片机的历史上是值得纪念的一页,迄今为止,51系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片,在各种产品中有着非常广泛的应用。从80年代早期开始,嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件,这使得可以获取更短的开发周期,更低的开发资金和更高的开发效率,“嵌入式系统”真正出现了。确切点说,这个时候的操作系统是一个实时核,这个实时核包含了许多传
23、统操作系统的特征,包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。其中比较著名的有Ready System 公司的VRTX、Integrated System Incorporation (ISI)的PSOS和IMG的VxWorks、QNX公司的QNX 等。这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点:它们均采用占先式的调度,响应的时间很短,任务执行的时间可以确定;系统内核很小,具有可裁剪,可扩充和可移植性,可以移植到各种处理器上;较强的实时和可靠性,适合嵌入式应用。这些嵌入式实时多任务操作系统的出现,使得应用开发人员得以从小范围的开发解放出来,同时也促使嵌入式有了更为广阔的应
24、用空间。90年代以后,随着对实时性要求的提高,软件规模不断上升,实时核逐渐发展为实时多任务操作系统(RTOS),并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景,开始大力发展自己的嵌入式操作系统。除了上面的几家老牌公司以外,还出现了Palm OS,WinCE,嵌入式Linux,Lynx,Nucleux,以及国内的Hopen,Delta Os等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔,相信会有更多的嵌入式操作系统软件出现。2.1.2 嵌入式系统的特点这些年来掀起了嵌入式系统应用热潮的原因主要有几个方面:一是芯片技术的发展,使得单个芯片具有
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