包先雨， 陸 清， 鄭緯民， 王 洋

(1.深圳市檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院,廣東 深圳518010;2清華大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,北京100084)

近年來(lái)，國(guó)家檢驗(yàn)檢疫系統(tǒng)廣泛推行的電子申報(bào)業(yè)務(wù)給企業(yè)和檢驗(yàn)檢疫機(jī)構(gòu)均帶來(lái)了極大的好處，一方面企業(yè)可以進(jìn)行網(wǎng)上申報(bào)、網(wǎng)上改錯(cuò)，節(jié)省了往返檢驗(yàn)檢疫機(jī)構(gòu)的時(shí)間；另一方面方便了檢驗(yàn)檢疫對(duì)申報(bào)業(yè)務(wù)的管理，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)了檢企雙贏的局面。但隨著電子全申報(bào)業(yè)務(wù)的開(kāi)展，檢驗(yàn)檢疫系統(tǒng)將逐步加強(qiáng)對(duì)進(jìn)出口商品的所有環(huán)節(jié)（包括種養(yǎng)殖、檢驗(yàn)、生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、通關(guān)、入庫(kù)、分包裝、銷(xiāo)售等）進(jìn)行監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流通銷(xiāo)售環(huán)節(jié)信息的全申報(bào)，這對(duì)現(xiàn)有的電子申報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提出了更高的要求，因此有必要研制出一種能夠隨時(shí)隨地跟蹤商品位置、實(shí)現(xiàn)商品監(jiān)管和申報(bào)的移動(dòng)電子全申報(bào)系統(tǒng),以取代傳統(tǒng)的固定電子申報(bào)方式。2009年以來(lái)，深圳市檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院與清華大學(xué)合作開(kāi)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的檢驗(yàn)檢疫移動(dòng)電子全申報(bào)系統(tǒng)研究。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端研制[1]、供港果蔬平臺(tái)搭建[2]、口岸虛擬閘口設(shè)計(jì)[3]等方面取得了階段性的成果。

為進(jìn)一步提升電子申報(bào)業(yè)務(wù)的信息化水平，真正實(shí)現(xiàn)進(jìn)出口商品各環(huán)節(jié)信息的全部申報(bào)和監(jiān)管，需采用RFID標(biāo)簽和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。另外，基于英特爾Atom處理器技術(shù)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備MID(Mobile Internet Device)的逐漸成熟，為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電子全申報(bào)業(yè)務(wù)提供了有效手段。

基于上述背景，本文開(kāi)發(fā)了集成度高、數(shù)據(jù)處理速度快、可隨時(shí)隨地訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)且體積小、重量輕、適用于進(jìn)出口商品全申報(bào)的MID硬件系統(tǒng)。從信息交互、業(yè)務(wù)軟件和系統(tǒng)安全性角度對(duì)MID進(jìn)行了應(yīng)用改進(jìn)，最終構(gòu)建了一個(gè)通用的基于MID的移動(dòng)電子全申報(bào)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成與工作原理

MID硬件系統(tǒng)以兩片英特爾公司生產(chǎn)的芯片為核心組成，構(gòu)成了CPU+橋片式的X86 IA架構(gòu)。包括基于Atom Z530的數(shù)據(jù)處理模塊、基于SCH US15W的外圍接口控制模塊、存儲(chǔ)模塊、電源管理模塊、LVDS模塊、RFID數(shù)據(jù)采集模塊、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)模塊和EC模塊等。如圖1所示。

該系統(tǒng)已作為典型范例應(yīng)用在深圳出口商品供應(yīng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)中。具體的工作原理為：數(shù)據(jù)處理與控制模塊主要完成實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)計(jì)算和外圍接口電路的控制。在種養(yǎng)殖基地、企業(yè)生產(chǎn)加工場(chǎng)所、物流運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，及商品包裝上的RFID標(biāo)簽中，可使用該系統(tǒng)中的觸摸屏輸入模塊和RFID數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)寫(xiě)入商品相關(guān)信息。同時(shí)一方面進(jìn)行本機(jī)存儲(chǔ)，另一方面通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)模塊(包括 802.11 b/g/n、3G或 RJ45)遠(yuǎn)程傳輸至口岸監(jiān)管數(shù)據(jù)庫(kù)中，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電子申報(bào)。非一線口岸工作人員下廠監(jiān)管時(shí)，通過(guò)該系統(tǒng)能在線完成查驗(yàn)記錄填寫(xiě)，如發(fā)現(xiàn)違規(guī)現(xiàn)象，可采用CCD攝像頭實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)拍照取證。商品抵達(dá)口岸時(shí)，口岸工作人員可使用該系統(tǒng)讀取RFID標(biāo)簽信息,實(shí)現(xiàn)查驗(yàn)數(shù)據(jù)與口岸數(shù)據(jù)庫(kù)中各環(huán)節(jié)所申報(bào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)比對(duì)，完成口岸監(jiān)管，最終實(shí)現(xiàn)商品的快速通關(guān)。

MID硬件系統(tǒng)采用了類(lèi)平板電腦的設(shè)計(jì)方法，使用全觸摸輸入方式替代了以往的鍵盤(pán)和鼠標(biāo)(可通過(guò)USB接口外接)輸入方式，同時(shí)使用Windows XP操作系統(tǒng)，完全兼容該操作系統(tǒng)下可運(yùn)行的所有應(yīng)用軟件。且該系統(tǒng)的是RFID數(shù)據(jù)采集模塊易于更換，并支持LF(低頻)、MF(中頻)、UHF(超高頻)等各種頻段的 USB RFID讀寫(xiě)模塊。

2 各功能模塊劃分與硬件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)處理與控制模塊

作為MID硬件系統(tǒng)的核心模塊，同時(shí)考慮移動(dòng)設(shè)備低功耗的需求，兼顧運(yùn)算能力和外圍邏輯、保護(hù)、存儲(chǔ)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信等功能的實(shí)現(xiàn)，因此選擇英特爾公司的Atom Z530(441 balls,13 mm×14 mm)及橋片 SCH US15W(1249 balls,22 mm×22 mm),兩者之間通過(guò)高速400/533MT/s FSB實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

Atom Z530主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理工作，它采用了45 nm高-K金屬柵極金體管制造工藝和先進(jìn)的功耗管理技術(shù)，其主頻最高可達(dá)1 600 MHz，熱設(shè)計(jì)功耗(TDP)低至2 W（目前主流筆記本電腦處理器的 TDP為35W）[4]。集成GMA 500顯卡的 SCH US15W 芯片組具有3D圖形處理、720 p、1 080 i高清視頻硬件解碼功能，其控制并整合了PC和手持設(shè)備的大部分I/O接口,如PCI-e、USB、SDIO、LVDS、PATA 等。

2.2 存儲(chǔ)器模塊

存儲(chǔ)器模塊具體可分為內(nèi)存和硬盤(pán)兩個(gè)模塊。內(nèi)存模塊芯片內(nèi)核的供電電壓為1.8 V,最大可支持2 GB DDR2 533 MT/s的內(nèi)存。主要功能是主板上電時(shí)，能夠通過(guò)總線載入用戶指定的硬盤(pán)、光盤(pán)或其他外存中的數(shù)據(jù)，并開(kāi)辟臨時(shí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)用于暫存數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)其64個(gè)SM_DQ數(shù)據(jù)信號(hào)引腳和8個(gè)SM_DQS選通信號(hào)引腳，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與橋片之間快速的數(shù)據(jù)交換。內(nèi)存可選用符合DDR2 DIMM插槽標(biāo)準(zhǔn)的市場(chǎng)品牌知名度較高的內(nèi)存條。

硬盤(pán)模塊使用了橋片支持的并行PATA接口標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)133 MB/s。本文選用了Silicon公司型號(hào)為 SST85LD1008M 固態(tài)硬盤(pán)，磁盤(pán)空間為 8 GB，最大可擴(kuò)展至64 GB。該硬盤(pán)封裝格式為L(zhǎng)BGA，為降低硬盤(pán)模塊功耗，可直接將其貼片到主板上。

2.3 LVDS模塊

LVDS[5]（Low Voltage Differential Signaling）是 一 種 低壓差分信號(hào)，它利用非常低的電壓擺幅(約350 mV)在一組或多組差分線上實(shí)現(xiàn)幾百M(fèi)b/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于采用低壓和低電流驅(qū)動(dòng)方式，因此具有低功耗、低誤碼率、低串?dāng)_和低輻射的特點(diǎn)。

在本模塊設(shè)計(jì)中，LVDS模塊由觸摸輸入電路、視頻控制電路和LCD顯示電路三部分組成。其中，觸摸輸入電路將感知到的觸屏位置坐標(biāo)信息(X_RIGHT,X_LEFT,Y_UP,Y_DOWN)，經(jīng)轉(zhuǎn)換芯片TSC2007IPW處理之后輸入到橋片中，實(shí)現(xiàn)觸摸信號(hào)的位置定位和指令執(zhí)行；視頻控制電路由橋片和LVDS之間互連的4組數(shù)據(jù)信號(hào)差分線LA_D[0:3]、1組時(shí)鐘信號(hào)差分線LA_CLK共同完成視頻數(shù)據(jù)的同步傳輸；使用LVDS排線將LVDS接口和LCD連接起來(lái),即可實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的LCD顯示輸出。

2.4 RFID數(shù)據(jù)采集模塊

RFID數(shù)據(jù)采集模塊主要完成兩部分工作：(1)將讀出的RFID標(biāo)簽內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)處理與控制模塊處理后，輸出至LCD進(jìn)行顯示；(2)將觸摸輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理與控制模塊處理后，寫(xiě)入至RFID標(biāo)簽中。本模塊采用兩片型號(hào)均為ADF7020[6]的半雙工射頻通信芯片實(shí)現(xiàn)此功能,并使用miniUSB接口直接連線到SCH US15W芯片上。它通過(guò)外圍控制電路對(duì)其接收和發(fā)射模式、工作頻段配置，在接收模式下對(duì)信號(hào)進(jìn)行選擇、放大、解調(diào)等處理后進(jìn)行基帶處理，在發(fā)射模式下則是把基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、放大等處理后，通過(guò)產(chǎn)生的載波信號(hào)發(fā)送出去。

2.5 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)模塊

本文移動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地連接互聯(lián)網(wǎng)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)模塊通過(guò)支持無(wú)線和有線兩種互聯(lián)網(wǎng)連接方式實(shí)現(xiàn)此功能,包括內(nèi)置802.11 b/g/n、3G模塊以及RJ45以太網(wǎng)接口。經(jīng)RFID數(shù)據(jù)采集模塊采集之后的數(shù)據(jù)全部需通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)模塊及時(shí)傳送至口岸監(jiān)管數(shù)據(jù)庫(kù)中，以實(shí)現(xiàn)出口數(shù)據(jù)電子全申報(bào)、口岸備案及稽查。

2.6 電源管理模塊

本文系統(tǒng)包括了處理器、橋片、內(nèi)存、硬盤(pán)、觸摸屏、LCD、PCI-e、SDIO、USB以及其他各種數(shù)字和模擬電路等，這些功能模塊對(duì)電源的要求各不相同。為使這些功能模塊正常工作并實(shí)現(xiàn)功耗最小化以達(dá)到更長(zhǎng)的電池使用時(shí)間，針對(duì)各個(gè)功能模塊的精細(xì)化需求，同時(shí)考慮到電源變換效率，設(shè)計(jì)了介于0.9 V～5 V之間的近20組電源，如圖2所示。

2.7 EC模塊

EC（Embedded Controller）是 MID系統(tǒng)中獨(dú)有的組成部分，也是主板中最為底層的部件。EC的大部分工作都需要與系統(tǒng)BIOS協(xié)作完成。本文EC模塊采用了ITE公司的IT8502E-JX芯片，可以控制系統(tǒng)主板的上電時(shí)序，并配合橋片在S3、S4、S5狀態(tài)下分別提供不同的電源管理策略以達(dá)到節(jié)電的目的。另外，EC模塊通過(guò)SMBus總線控制電池的充放電、檢測(cè)電池電量及自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等功能。

3 基于MID的移動(dòng)電子全申報(bào)系統(tǒng)

基于以上開(kāi)發(fā)的MID硬件系統(tǒng)構(gòu)建了一個(gè)通用的基于MID的移動(dòng)電子全申報(bào)系統(tǒng)，如圖3所示。通過(guò)該系統(tǒng)，進(jìn)出口企業(yè)可輕松完成與檢驗(yàn)檢疫機(jī)構(gòu)之間的業(yè)務(wù)交互，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)電子全申報(bào)。該系統(tǒng)分為前端業(yè)務(wù)模塊和后端控制模塊兩部分，后端主要完成電子全申報(bào)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理和維護(hù)，前端實(shí)現(xiàn)對(duì)申報(bào)數(shù)據(jù)的采集以及與申報(bào)受理人員的信息交互。目前前端業(yè)務(wù)模塊可實(shí)現(xiàn)的功能包括報(bào)檢業(yè)務(wù)、監(jiān)管業(yè)務(wù)和產(chǎn)地證業(yè)務(wù)。

由于MID屬于移動(dòng)電子申報(bào)終端，雖然可以幫助檢驗(yàn)檢疫機(jī)構(gòu)加強(qiáng)電子全申報(bào)監(jiān)管，但也要考慮與現(xiàn)有的電子申報(bào)后端平臺(tái)無(wú)縫連接問(wèn)題。因此需要對(duì)MID進(jìn)行一定的應(yīng)用改進(jìn)，包括信息交互、客戶端軟件以及系統(tǒng)安全性。信息交互是申報(bào)受理人員在電子申報(bào)業(yè)務(wù)的接收、發(fā)送、轉(zhuǎn)派以及管理等過(guò)程中，通過(guò)MID就一些事項(xiàng)與申報(bào)客戶之間進(jìn)行的溝通，溝通手段包括語(yǔ)音、文字、視頻信息等。客戶端軟件是基于Java平臺(tái)進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，能夠與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，申報(bào)客戶通過(guò)登錄該客戶端軟件，可以不受時(shí)間、空間的限制，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的電子全申報(bào)工作。在網(wǎng)絡(luò)安全威脅日益嚴(yán)重的今天，移動(dòng)電子全申報(bào)系統(tǒng)的安全更是一個(gè)不容忽視的重要問(wèn)題。在系統(tǒng)安全性方面，使用了移動(dòng)接入網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)安全隔離層，以解決移動(dòng)電子全申報(bào)業(yè)務(wù)通過(guò)公網(wǎng)的安全接入問(wèn)題，同時(shí)對(duì)授權(quán)用戶（包括申報(bào)人員和受理人員）采用了先進(jìn)的身份認(rèn)證和權(quán)限管理技術(shù)，以及通過(guò)與移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商簽約，提供移動(dòng)通信端到端加密算法的VPN技術(shù)以增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。

4 性能及應(yīng)用

4.1 性能指標(biāo)

采用功能單元模塊化設(shè)計(jì)和層疊裝配方法（由上至下依次是帶觸摸的LCD屏、LCD支架、主板和電池），將上述功能模塊集成在 205 mm(長(zhǎng))×115 mm(寬)×22 mm(高)空間尺寸內(nèi)，設(shè)計(jì)完成了一種低功耗、高性能的移動(dòng)電子全申報(bào)終端MID硬件系統(tǒng)，如圖4所示。

該系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)包括：屏幕：7寸帶觸摸功能的LCD屏，全觸屏輸入；網(wǎng)絡(luò)：支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)802.11a/b/g、3 G以及有線網(wǎng)絡(luò) RJ45等；操作系統(tǒng)：Windows XP；重量 ：980 g（ 含 電 池 ）； 體 積 ：205 mm(長(zhǎng))×115 mm(寬)×22 mm(高)；待機(jī)時(shí)間：標(biāo)準(zhǔn) 1850mA電池續(xù)航時(shí)間 150 min；穩(wěn)定性：3×24 h開(kāi)機(jī)，3D Mark05不間斷正常測(cè)試穩(wěn)定。

4.2 出境貨物報(bào)檢應(yīng)用

以典型的出境貨物報(bào)檢業(yè)務(wù)應(yīng)用為例,出境貨物報(bào)檢流程如圖5所示，企業(yè)通過(guò)MID登錄電子全申報(bào)系統(tǒng)如圖6所示。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，包括配置企業(yè)電子報(bào)檢所需的各種通信參數(shù)，設(shè)置存儲(chǔ)報(bào)檢單所需要的基本信息，以及設(shè)置公司信息等。這些信息無(wú)需修改，在新建單證時(shí)使用默認(rèn)信息，可以減少數(shù)據(jù)的錄入工作量、節(jié)省數(shù)據(jù)錄入時(shí)間、提高數(shù)據(jù)錄入準(zhǔn)確性。單證錄入時(shí)，出境貨物報(bào)檢模塊可以完成出境電子報(bào)檢單的制作，并將錄好的單證生成電子報(bào)文,等待正式被發(fā)送。當(dāng)企業(yè)通過(guò)身份認(rèn)證并接入檢驗(yàn)檢疫業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，可將電子報(bào)檢數(shù)據(jù)發(fā)送到受理出境報(bào)檢業(yè)務(wù)所屬機(jī)構(gòu)的電子郵箱。當(dāng)電子報(bào)檢單到達(dá)局端郵箱后，通信機(jī)從數(shù)據(jù)交換平臺(tái)上收取企業(yè)電子報(bào)檢數(shù)據(jù)，并自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行電子驗(yàn)證。若驗(yàn)證通過(guò)，受理出境電子報(bào)檢業(yè)務(wù)的審簽機(jī)構(gòu)通過(guò) “出入境檢驗(yàn)檢疫計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)”對(duì)電子報(bào)檢數(shù)據(jù)進(jìn)行人工審核，對(duì)符合要求的報(bào)檢申請(qǐng)連同正式報(bào)檢號(hào)一并返回給用戶，對(duì)不合格的報(bào)檢數(shù)據(jù)不予受理并返回錯(cuò)誤原因。企業(yè)通過(guò)MID接收回執(zhí)信息，并根據(jù)回執(zhí)信息及時(shí)做出下一步的任務(wù)處理，當(dāng)接收到出錯(cuò)回執(zhí)時(shí)，企業(yè)通過(guò)MID可隨時(shí)隨地地進(jìn)行修改，并重新發(fā)送，如出現(xiàn)疑難問(wèn)題，也可在線與審簽機(jī)構(gòu)進(jìn)行語(yǔ)音、文字甚至視頻溝通，直至報(bào)檢受理成功。

由于MID申報(bào)終端不受時(shí)間和空間的約束，使得企業(yè)申報(bào)人員的工作空間擴(kuò)展到理論上的任意空間。不論是在家中還是在去公司的路上等任何地方，可隨時(shí)隨地地完成報(bào)檢工作，達(dá)到合理有效地利用時(shí)間和空間，不僅提高了工作效率，而且加快了貨物通關(guān)速度，極大地提升了檢驗(yàn)檢疫機(jī)構(gòu)的執(zhí)法效率，對(duì)檢驗(yàn)檢疫業(yè)務(wù)由電子申報(bào)到移動(dòng)電子全申報(bào)起到了重要的推動(dòng)作用。

本文基于英特爾Atom處理器和US15W芯片組，研制了一種低功耗、高性能的移動(dòng)電子全申報(bào)終端MID，并給出了數(shù)據(jù)處理與控制、存儲(chǔ)器、電源、RFID數(shù)據(jù)采集、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等模塊電路的硬件設(shè)計(jì)方法。同時(shí)結(jié)合檢驗(yàn)檢疫電子全申報(bào)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，從信息交互、客戶端軟件及系統(tǒng)安全性角度對(duì)MID進(jìn)行了應(yīng)用上的改進(jìn)，從而構(gòu)建了一種通用的基于MID的移動(dòng)電子全申報(bào)系統(tǒng)。最后以出境貨物報(bào)檢為例說(shuō)明了該系統(tǒng)的有效性。該系統(tǒng)由于不受時(shí)間和空間的約束，不僅便于企業(yè)隨時(shí)隨地的完成在線申報(bào)工作，而且給檢驗(yàn)檢疫全申報(bào)工作的推廣應(yīng)用帶來(lái)了契機(jī)。

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