嵌入式支付应用开发受到硬件开发板不足、烧片时间长的问题

摘要：目前嵌入式支付应用的开发受到硬件开发板不足、烧机时间长、调试不便等因素的影响，面临应用开发周期长的问题。为了解决上述问题，研究了嵌入式支付系统，并在Windows环境下开发了与嵌入式支付系统对应的嵌入式支付系统模拟器。所开发的嵌入式支付模拟器是基于软件模拟硬件功能的基本思想，通过Windows现有的API模拟嵌入式支付系统的基本系统。进行模拟；扩展资源工具，实现中间层的移植；通过配置文件解决模拟器适配不同机型的问题，实现人机交互界面的输入输出；通过动态链接库（Dynamic Link Library，DLL）隔离、宏隔离和区域隔离来解决Windows相关的API隔离。

0 前言

随着生活水平的提高和社会的发展，人们对电子产品的需求也越来越大，极大地促进了嵌入式系统行业的快速发展。无论是用于从银行取款的ATM（Automated Tellermachine），还是用于通讯的手机，甚至是日常孩子玩的智能玩具中的小芯片，都离不开嵌入式技术。可以说，嵌入式产品已经遍布全球。人们生活的方方面面[1]。嵌入式系统产品种类繁多，不仅广泛应用于各行各业，而且对人们的生活和社会的发展产生了重大影响。随着消费者对嵌入式产品需求的扩大，开发人员需要开发更高性能的软硬件系统，这也将导致嵌入式系统的开发和学习难度越来越大。在嵌入式开发过程中，经常会出现软硬件协同开发、嵌入式产品硬件资源非常昂贵、软硬件知识、开发时间长等问题[2-4]。

为了解决上述问题，本文研究开发了Windows环境下的嵌入式支付系统模拟器，模拟了嵌入式支付系统的部分功能，在模拟器上实现了部分应用程序的开发和调试c语言万年历程序设计源程序，实现了嵌入式支付系统的开发和调试。模拟器上的一些应用程序。尽可能少修改或不修改，就可以在真正的嵌入式支付机上正常运行。

1 嵌入式支付系统模拟器架构

1.1 系统架构

系统架构如图1所示。可以看出，该系统包括三个部分：真机辅助工具、人机交互和模拟器处理。

(1）真机辅助工具模块

真机辅助是旨在加快嵌入式支付应用程序开发的辅助集合。目前系统有一个资源工具，是MFC开发的WIN32应用程序，可以生成嵌入式支付应用程序所需的菜单数据。

(2）人机交互模块

主控模块控制仿真环境。该模块包含人机交互界面和人机交互处理。

人机交互界面：模拟真实嵌入式支付机的界面，将模拟器处理模块处理的结果展示给用户查看。

人机交互处理：模拟嵌入式支付系统的按键输入和LCD输出功能。

(3） 模拟器处理模块

仿真器处理模块实现嵌入式支付系统的仿真，是整个仿真器的核心部分。模块可以分为三层，即中间层、系统层和配置层。

1.2 系统运行流程

系统运行过程为：(1）系统启动主控线程，通过配置信息对象读取配置文件内容；(2）主控线程绘制人机交互界面根据窗口配置内容，然后根据模拟设置模拟器环境并加载要运行的应用程序DLL；(3）启动模拟器线程并运行应用程序；(4）应用程序运行，用户通过人机交互界面）输入数据并将数据传递给模拟器线程，模拟器接收用户输入并进行处理；（5）用户结束应用程序，系统结束模拟器线程；(6）系统结束主控线程。

2 嵌入式支付系统模拟器的实现

2.1 配置层的实现

配置层包括配置信息和配置信息对象。配置信息是一个数据文件，其数据框由模拟器可配置信息组成，具体内容由用户填写。配置信息对象是为用户操作配置信息提供统一接口的类。

模拟器系统利用配置信息可以实现两个功能：模型的可选性和应用程序的动态加载。因为嵌入式支付系统适用于多种机型，对于不同的机型，它们的区别只是人机界面不同，内存大小不同，Flash大小不同，底层驱动不一致，所以模拟器系统使用配置文件来动态绘制模拟器人机交互界面，动态申请模拟器内存​​大小，动态设置模拟器Flash大小，动态加载模拟器驱动。因此，模拟器系统可以利用配置信息实现模型的可选性。

2.2 基本系统模拟——“内存池”模拟内存管理

内存池技术提供了一种内存分配方法。它向系统申请一块地址连续的大块内存，然后根据自己的需要管理这块内存。如果内存块不够用，则继续申请新内存。这种方法的优点是可以减少内存碎片以提高性能。

嵌入式支付系统的内存管理是在windows上模拟的，在概念上与内存池技术非常相似：申请windows系统申请与真机记忆棒大小相同的内存，用这块内存来模拟嵌入式支付系统的内存管理机制。它与内存池技术的区别在于以下两个方面：（1）如果内存块不足，则抛出异常而不是继续申请；（2）模拟的目的不是为了减少内存碎片，不过是尽可能模拟嵌入式支付系统内存的分配。

2.3 驱动组模拟

2.3.1 点图模拟 LCD 驱动器

LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）作为输出设备，用户将要显示的信息传送到显示缓冲区，然后LCD通过“点亮”的方式进行显示。PC 上还有一个 LCD。是否可以通过PC上的LCD模拟嵌入式支付机的LCD？答案是肯定的，只需在PC上模拟嵌入式支付系统的LCD驱动即可。在PC上模拟LCD驱动就是绘制点阵数据显示在PC的LCD上。目前WIN32可以通过以下两种方式在LCD上显示点阵数据：(1）在DOS下使用汉字显示原理是利用SetPixel函数逐点绘制点阵数据。这种方法的优点是彩屏绘制，但是绘制速度慢；(2） 直接使用缓冲数据创建BMP对象，这种方法可以快速刷新屏幕，但只能实现单色渲染[6]。本系统借鉴了这两种方法，采用双缓冲机制，利用SetPixel函数将点阵数据绘制到一个中间DC（Device Context，设备描述表）中。)，在特定条件下将方块 DC 绘制到屏幕上。这样不仅可以实现彩屏的绘制，还可以控制绘制速度。设备描述表）。)，在特定条件下将方块 DC 绘制到屏幕上。这样不仅可以实现彩屏的绘制，还可以控制绘制速度。设备描述表）。)，在特定条件下将方块 DC 绘制到屏幕上。这样不仅可以实现彩屏的绘制，还可以控制绘制速度。

2.3.2 文件模拟 Flash 驱动

Flash是一种存储芯片，是嵌入式支付真机的重要组成部分。它不仅可以保存用户的应用信息，还可以保存系统的配置信息[7]。

Flash实际上是一个很大的连续地址区域，这个区域的数据可以被读取、写入和永久存储。由于Flash空间比较大，如果直接用内存来模拟Flash，一些配置比较低的PC可能内存不足。模拟器系统根据Flash可以永久保存的特性，使用文件模拟Flash。该文件被视为一个大的连续地址空间。打开文件后可以得到地址空间的首地址，加上偏移地址就可以得到对应的地址空间。这样，Flash驱动的模拟就变得简单了，通过open、地址偏移、读、写、

2.4 支付服务支持模块的设计与实现

支付服务支持模块是与支付应用直接相关的模块，为支付应用提供银行卡号信息和一些加密算法。由于不同银行的支付协议不一致，具体的支付流程也不同。因此，具体的支付处理由应用层程序根据不同的需求来实现。嵌入式支付系统只提供用户卡的银行卡信息，并提供常用的几种加密算法。

由于嵌入式资源的限制，嵌入式支付系统不能包含所有的加密算法。其加解密算法包括des和3des加解密。这部分内容可以直接移植到模拟器中，无需修改。

2.5 中间层的迁移

嵌入式支付系统中封装了一个中间件（中间层），该层的内容是对底层信息的封装，供应用程序直接使用。目前仿真器系统的中间件有GDI子系统、GUI子系统和DB子系统。GDI（Graphics Device Interface，图形设备接口）封装了底层的LCD驱动，为GUI模块和应用程序调用提供了接口。嵌入式支付系统中的GDI模块包括动态绘图区、绘图、纹理、文本、光标、滚动条和启动提示。在LCD驱动已经完成仿真的前提下，GDI调用LCD驱动接口完成绘图操作。在模拟器系统中，大部分GDI操作都可以直接从嵌入式支付系统移植过来，

2.6 WIN32函数隔离的设计与实现

嵌入式支付系统参考WIN32中的UI设计，设计了适合其终端应用的GUI子系统。这样的设计不仅有利于统一不同产品和项目的界面风格，也有利于应用开发操作界面。但是给嵌入式支付系统带来方便的同时，也给模拟器系统带来了一个问题：嵌入式支付系统的GUI函数和WIN32中的GUI函数有很多同名，两者的功能是不可替代。比如WIN3​​2的GUI模块有CreateWindow功能c语言万年历程序设计源程序，嵌入式支付系统的GUI模块也有CreateWindow功能，两者的参数与实现功能不一致。并且由于整个嵌入式支付系统是用C语言和汇编语言共同开发的，所以模拟器系统需要解决一个很大的问题：如何让同名的函数在C环境中共存，并且让它们的调用不乱，即即，在主控系统中调用WIN32中的GUI函数，在模拟器应用程序中调用模拟器GUI函数。如图2所示，系统提出使用DLL隔离、宏隔离和区域隔离来共同处理这个问题。并在模拟器应用程序中调用模拟器 GUI 功能。如图2所示，系统提出使用DLL隔离、宏隔离和区域隔离来共同处理这个问题。并在模拟器应用程序中调用模拟器 GUI 功能。如图2所示，系统提出使用DLL隔离、宏隔离和区域隔离来共同处理这个问题。

3 实验结果与分析

3.1 实验环境

硬件环境：CPU为奔腾4以上；内存为 1 024 MB 或以上；可用硬盘空间为 1 024 MB 或以上。

软件环境：操作系统为Microsoft Windows 7；开发工具为VS2010；开发语言为C和C++混合编程。

3.2 实验结果分析

将计算器应用程序（如图 3 所示）、菜单应用程序和万年历应用程序移植到模拟器中进行测试。移植过程中没有修改源代码，而是转成DLL，运行结果与嵌入式支付真机一致。.

从测试结果可以得出以下结论：

（1）模拟器的可靠性：在真正的嵌入式支付机上实际运行的4个应用程序的源代码保持不变，但是转换成DLL，经过X86VC编译器编译后可以在模拟器上运行并且结果与真机上的结果一致，通过以上4个应用程序的测试，表明该模拟器是可靠的。

(2）模拟器应用开发优势：将应用移植到模拟器后，只需将DLL配置到应用启动项中即可直接运行。在此过程中遇到问题可以直接使用VS2010调试调试工具。因此，在模拟器上开发应用程序不需要真机或烧录时间，可以通过VS2010提供的调试工具进行调试，大大加快了应用程序的开发和测试速度。

4。结论

本文研究开发了一种Windows环境下的嵌入式支付系统模拟器。模拟器基于功能模拟的基本思想，通过Windows现有的API模拟基础系统，提出保持外部接口不变，模拟功能功能的原则。，它实现了底层驱动的模拟。通过配置文件，解决了模拟器适用于不同机型的问题。本文还提出了三种使用DLL隔离、宏隔离和区域隔离的方法来解决C环境下同名函数共存的问题，不会混淆调用。

参考

[1] 李婷. ARM全系统模拟器中I2C模块的设计与实现[D]. 成都：电子科技大学，2012.

[2]张秀平，杨国武，郑德生。用于模拟 MMU 协处理器的基于组件的模型[C]。2010 2nd International Conference on Information Engineering and Computer Science (ICIECS), 2010, 42 (8）: 1 -4.

[3] 邓曼玲. ARM嵌入式Linuz系统研究与实现[D]. 北京：北京邮电大学，2009.

[4] 柯华成. 嵌入式系统全系统模拟器框架的设计与实现[D]. 杭州：浙江大学，2006.

[5] 王平. 嵌入式系统研究[J]. 教学教育技术与培训, 2008 (1）: 21-22.

[6] GRANHAM I. 面向对象方法的原理与实践（英文第3版）[M]. 北京：机械工业出版社，2003.

[7] 汪洋. NAND Flash在嵌入式系统中的仿真与应用[D]. 成都：电子科技大学，2011.