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中間件思想在嵌入式GIS設計中的應用
摘要：介紹中間件的基本概念，包括中間件的定義、特點、應用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。在此基礎(chǔ)上，針對嵌入式地理信息系統(tǒng)，給出如何將中間件思想應用在該系統(tǒng)設計上，以滿足系統(tǒng)能夠在各種異構(gòu)平臺上運行的要求。引言
隨著計算機軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，應用程序的規(guī)模也在不斷擴大。應用范圍也更加廣闊。這不僅存在著多種硬件平臺（例如臺式機、嵌入式系統(tǒng)），而且在這些硬件平臺上，通常又存在著多種的通信介質(zhì)（例如串口、USB口等）、通信協(xié)議（例如TCP/IP等）及操作系統(tǒng)軟件平臺（例如Windows、Linux、Nucleus等）。我們的軟件開發(fā)往往要求能夠在這些異構(gòu)的硬/軟件平臺上運行。
為此，我們引入了“中間件（Middleware）”的概念。本文在介紹中間件基本概念的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究項目“嵌入式地址信息系統(tǒng)的開發(fā)”來說明如何以中間件的形式設計該系統(tǒng)。
1 中間件的基本概念
1.1 中間件定義及作用
中間件是位于平臺（硬件和操作系統(tǒng)）和應用之間的通用服務，這些服務具有標準的程序接口和協(xié)議。針對不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺，它們可以有符合接口和協(xié)議規(guī)范的多種實現(xiàn)。也就是說，中間件是位于底層硬件/操作系統(tǒng)平臺之上，應用層之下的中間適配層。該層向下屏蔽掉硬件平臺或操作系統(tǒng)平臺的差異，向上為應用層操作一個統(tǒng)一的標準接口，應用層的開發(fā)基于該接口進行。在以下定義下，中間件具有如下特點：
*滿足大量應用的需要；
*運行于多種硬件和OS平臺；
*支持分布計算，提供跨網(wǎng)絡、硬件和OS平臺的透明性應用或服務的交互；
*支持標準的協(xié)議；
*支持標準的接口。
在中間件設計思想下，軟件的開發(fā)變得更加簡單。首先，當系統(tǒng)硬件/操作系統(tǒng)平臺改變時，只需改變中間適配層的幾個參數(shù)，只要保持中間件層對應用層的接口定義不變，就可以直接將應用程序移植過去運行。所有的代碼只需編寫一次就可在任何系統(tǒng)上運行，大大縮短了系統(tǒng)研制的周期，提高了開發(fā)效率，同時還保證了系統(tǒng)的高伸縮性、易升級性穩(wěn)定性。
其次，由于中間件屏蔽了底層平臺差異，提供了標準的封裝接口，使應用層以組件的形式實現(xiàn)為可能。用戶可以根據(jù)自己的需要將各個組件有選擇地進行組合，像搭積木一樣，構(gòu)成自己的應用系統(tǒng)。
世界著名的咨詢機構(gòu)Standish Group在一份研究報告中歸納了中間件的十大優(yōu)越性：
*縮短應用的開發(fā)周期；
*節(jié)約應用的開發(fā)成本；
*減少系統(tǒng)初期的建設成本；
*降低應用開發(fā)的失敗率；
*保護已有的投資；
*簡化應用集成；
*減少維護費用；
*提高應用的開發(fā)質(zhì)量；
*保證技術(shù)進步的連續(xù)性；
*增強應用的生命力。
1.2 中間件應用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢
中間件的應用范圍十分廣泛，發(fā)展前景非常美好。據(jù)有關(guān)機的統(tǒng)計表明，近5年來，全球中間件的銷售額平均年增長率為34%，到2004年總銷售額將達到97億美元。中間件已經(jīng)成為國際IT巨頭競逐的目標，各大軟硬件廠商都在積極參與有關(guān)標準的制定和產(chǎn)品的研發(fā)工作，像IBM、甲骨文、BEA、微軟等都制定了相應的戰(zhàn)略。據(jù)估計，未來基于Internet的電子商務業(yè)務將有79%建筑在中間件的基礎(chǔ)之上。
中間件種類繁多，從不同的應用方面及發(fā)展程序上有不同的分類方法。在同上，從中間件所起的作用上來說，中間件可以分為以下三類。
①數(shù)據(jù)類（data integration）：用于數(shù)據(jù)的存取、利用和增值，此類中間用于構(gòu)建以數(shù)據(jù)為中心的應用。
②處理類（process integration）：把分布在網(wǎng)絡結(jié)點上的各個應用或處理連接在一起，形成一個統(tǒng)一的、協(xié)同工作的分布式應用。
③分布式構(gòu)件類（distributed components）：支持構(gòu)件式應用，是未來應用的發(fā)展方向。
據(jù)統(tǒng)計，近五年增長率最高的中間件集中在消息中間件、交易中間件、對象中間件和應用服務器中間件、數(shù)據(jù)訪問中間件5種（統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所列）。另外，隨著網(wǎng)上信息安全問題的出現(xiàn)，安全中間悠揚也應運而生。
表1 IDC的市場調(diào)查分析
消息中間件是目前中間件的發(fā)燕尾服熱點。它適用于任何需要進行網(wǎng)絡通信的系統(tǒng)，負責建立網(wǎng)絡通信的通道，進行數(shù)據(jù)或文件發(fā)送。消息中間悠揚可以跨平臺操作，為不同操作系統(tǒng)上的應用軟件集成提供方便，從而滿足企業(yè)內(nèi)部對系統(tǒng)伸縮性和可擴展性的要求。
數(shù)據(jù)訪問中間件能屏蔽不同廠家、不同類型數(shù)據(jù)庫之間的差異，實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的共享，從而使得企業(yè)不同時代、不同地域的寶貴數(shù)據(jù)能夠充分利用。
對象中間件技術(shù)目前發(fā)展迅速，各大硬軟件廠商都在積極參與有關(guān)標準的制定和產(chǎn)品的開發(fā)工作。面向?qū)ο蟮闹虚g件提供一個標準的構(gòu)件框架，能使不同廠家的軟件交互訪問，為軟件用戶及開發(fā)者提供一種即插即用的互操作性。
安全中間提供完備的信息安全基顧構(gòu)架，屏蔽安全技術(shù)的復雜性，使設計開發(fā)人員無須具備專業(yè)的安全知識背景就能構(gòu)構(gòu)造高安全性的應用。
2 中間件思想在嵌入式GIS設計中的應用
我們研制的嵌入式GIS是一個地理信息的綜合系統(tǒng)。在功能上，該系統(tǒng)包括地
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