近年來，國家檢驗檢疫系統(tǒng)廣泛推行的電子申報業(yè)務給企業(yè)和檢驗檢疫機構均帶來了極大的好處，一方面企業(yè)可以進行網(wǎng)上申報、網(wǎng)上改錯，節(jié)省了往返檢驗檢疫機構的時間；另一方面方便了檢驗檢疫對申報業(yè)務的管理，提高工作效率，實現(xiàn)了檢企雙贏的局面。但隨著電子全申報業(yè)務的開展，檢驗檢疫系統(tǒng)將逐步加強對進出口商品的所有環(huán)節(jié)（包括種養(yǎng)殖、檢驗、生產(chǎn)、加工、運輸、通關、入庫、分包裝、銷售等）進行監(jiān)管，實現(xiàn)生產(chǎn)流通銷售環(huán)節(jié)信息的全申報，這對現(xiàn)有的電子申報業(yè)務系統(tǒng)提出了更高的要求，因此有必要研制出一種能夠隨時隨地跟蹤商品位置、實現(xiàn)商品監(jiān)管和申報的移動電子全申報系統(tǒng),以取代傳統(tǒng)的固定電子申報方式。2009年以來，深圳市檢驗檢疫科學研究院與清華大學合作開展具有自主知識產(chǎn)權的檢驗檢疫移動電子全申報系統(tǒng)研究。在移動互聯(lián)網(wǎng)終端研制[1]、供港果蔬平臺搭建[2]、口岸虛擬閘口設計[3]等方面取得了階段性的成果。
    為進一步提升電子申報業(yè)務的信息化水平，真正實現(xiàn)進出口商品各環(huán)節(jié)信息的全部申報和監(jiān)管，需采用RFID標簽和移動互聯(lián)網(wǎng)技術。另外，基于英特爾Atom處理器技術移動互聯(lián)網(wǎng)設備MID(Mobile Internet Device)的逐漸成熟，為實現(xiàn)移動電子全申報業(yè)務提供了有效手段。
   基于上述背景，本文開發(fā)了集成度高、數(shù)據(jù)處理速度快、可隨時隨地訪問互聯(lián)網(wǎng)且體積小、重量輕、適用于進出口商品全申報的MID硬件系統(tǒng)。從信息交互、業(yè)務軟件和系統(tǒng)安全性角度對MID進行了應用改進，最終構建了一個通用的基于MID的移動電子全申報系統(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，構成了CPU+橋片式的X86 IA架構。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、存儲模塊、電源管理模塊、LVDS模塊、RFID數(shù)據(jù)采集模塊、移動互聯(lián)網(wǎng)模塊和EC模塊等。如圖1所示。
    該系統(tǒng)已作為典型范例應用在深圳出口商品供應鏈的各個環(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時的數(shù)據(jù)計算和外圍接口電路的控制。在種養(yǎng)殖基地、企業(yè)生產(chǎn)加工場所、物流運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，及商品包裝上的RFID標簽中，可使用該系統(tǒng)中的觸摸屏輸入模塊和RFID數(shù)據(jù)采集模塊實時寫入商品相關信息。同時一方面進行本機存儲，另一方面通過移動互聯(lián)網(wǎng)模塊(包括802.11 b/g/n、3G或RJ45)遠程傳輸至口岸監(jiān)管數(shù)據(jù)庫中，以實現(xiàn)遠程電子申報。非一線口岸工作人員下廠監(jiān)管時，通過該系統(tǒng)能在線完成查驗記錄填寫，如發(fā)現(xiàn)違規(guī)現(xiàn)象，可采用CCD攝像頭實現(xiàn)現(xiàn)場拍照取證。商品抵達口岸時，口岸工作人員可使用該系統(tǒng)讀取RFID標簽信息,實現(xiàn)查驗數(shù)據(jù)與口岸數(shù)據(jù)庫中各環(huán)節(jié)所申報數(shù)據(jù)的實時比對，完成口岸監(jiān)管，最終實現(xiàn)商品的快速通關。
    MID硬件系統(tǒng)采用了類平板電腦的設計方法，使用全觸摸輸入方式替代了以往的鍵盤和鼠標(可通過USB接口外接)輸入方式，同時使用Windows XP操作系統(tǒng)，完全兼容該操作系統(tǒng)下可運行的所有應用軟件。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讀寫模塊。
2 各功能模塊劃分與硬件設計
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，同時考慮移動設備低功耗的需求，兼顧運算能力和外圍邏輯、保護、存儲、移動互聯(lián)網(wǎng)通信等功能的實現(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),兩者之間通過高速400/533MT/s FSB實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
    Atom Z530主要負責數(shù)據(jù)的實時處理工作，它采用了45 nm高-K金屬柵極金體管制造工藝和先進的功耗管理技術，其主頻最高可達1 600 MHz，熱設計功耗(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和手持設備的大部分I/O接口,如PCI-e、USB、SDIO、LVDS、PATA等。
2.2 存儲器模塊
    存儲器模塊具體可分為內存和硬盤兩個模塊。內存模塊芯片內核的供電電壓為1.8 V,最大可支持2 GB DDR2 533 MT/s的內存。主要功能是主板上電時，能夠通過總線載入用戶指定的硬盤、光盤或其他外存中的數(shù)據(jù)，并開辟臨時數(shù)據(jù)緩沖區(qū)用于暫存數(shù)據(jù)，同時通過其64個SM_DQ數(shù)據(jù)信號引腳和8個SM_DQS選通信號引腳，實現(xiàn)內存與橋片之間快速的數(shù)據(jù)交換。內存可選用符合DDR2 DIMM插槽標準的市場品牌知名度較高的內存條。
    硬盤模塊使用了橋片支持的并行PATA接口標準，數(shù)據(jù)傳輸速率達133 MB/s。本文選用了Silicon公司型號為SST85LD1008M 固態(tài)硬盤，磁盤空間為8 GB，最大可擴展至64 GB。該硬盤封裝格式為LBGA，為降低硬盤模塊功耗，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，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現(xiàn)幾百Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于采用低壓和低電流驅動方式，因此具有低功耗、低誤碼率、低串擾和低輻射的特點。
    在本模塊設計中，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信息(X_RIGHT, X_LEFT, Y_UP, Y_DOWN)，經(jīng)轉換芯片TSC2007IPW處理之后輸入到橋片中，實現(xiàn)觸摸信號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)信號差分線LA_D[0:3]、1組時鐘信號差分線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,即可實現(xiàn)視頻信號的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標簽內容經(jīng)數(shù)據(jù)處理與控制模塊處理后，輸出至LCD進行顯示； (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，寫入至RFID標簽中。本模塊采用兩片型號均為ADF7020[6]的半雙工射頻通信芯片實現(xiàn)此功能,并使用miniUSB接口直接連線到SCH US15W芯片上。它通過外圍控制電路對其接收和發(fā)射模式、工作頻段配置，在接收模式下對信號進行選擇、放大、解調等處理后進行基帶處理，在發(fā)射模式下則是把基帶信號進行調制、放大等處理后，通過產(chǎn)生的載波信號發(fā)送出去。
2.5 移動互聯(lián)網(wǎng)模塊
    本文移動監(jiān)管系統(tǒng)的一個特點是可實現(xiàn)隨時隨地連接互聯(lián)網(wǎng)，移動互聯(lián)網(wǎng)模塊通過支持無線和有線兩種互聯(lián)網(wǎng)連接方式實現(xiàn)此功能,包括內置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)全部需通過移動互聯(lián)網(wǎng)模塊及時傳送至口岸監(jiān)管數(shù)據(jù)庫中，以實現(xiàn)出口數(shù)據(jù)電子全申報、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、內存、硬盤、觸摸屏、LCD、PCI-e、SDIO、USB以及其他各種數(shù)字和模擬電路等，這些功能模塊對電源的要求各不相同。為使這些功能模塊正常工作并實現(xiàn)功耗最小化以達到更長的電池使用時間，針對各個功能模塊的精細化需求，同時考慮到電源變換效率，設計了介于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到節(jié)電的目的。另外，EC模塊通過SMBus總線控制電池的充放電、檢測電池電量及自動調節(jié)風扇轉速等功能。
3 基于MID的移動電子全申報系統(tǒng)
    基于以上開發(fā)的MID硬件系統(tǒng)構建了一個通用的基于MID的移動電子全申報系統(tǒng)，如圖3所示。通過該系統(tǒng)，進出口企業(yè)可輕松完成與檢驗檢疫機構之間的業(yè)務交互，實現(xiàn)了移動電子全申報。該系統(tǒng)分為前端業(yè)務模塊和后端控制模塊兩部分，后端主要完成電子全申報數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理和維護，前端實現(xiàn)對申報數(shù)據(jù)的采集以及與申報受理人員的信息交互。目前前端業(yè)務模塊可實現(xiàn)的功能包括報檢業(yè)務、監(jiān)管業(yè)務和產(chǎn)地證業(yè)務。

   由于MID屬于移動電子申報終端，雖然可以幫助檢驗檢疫機構加強電子全申報監(jiān)管，但也要考慮與現(xiàn)有的電子申報后端平臺無縫連接問題。因此需要對MID進行一定的應用改進，包括信息交互、客戶端軟件以及系統(tǒng)安全性。信息交互是申報受理人員在電子申報業(yè)務的接收、發(fā)送、轉派以及管理等過程中，通過MID就一些事項與申報客戶之間進行的溝通，溝通手段包括語音、文字、視頻信息等?？蛻舳塑浖腔贘ava平臺進行定制開發(fā)設計的，能夠與后臺數(shù)據(jù)庫接口進行數(shù)據(jù)交換，申報客戶通過登錄該客戶端軟件，可以不受時間、空間的限制，實現(xiàn)隨時隨地的電子全申報工作。在網(wǎng)絡安全威脅日益嚴重的今天，移動電子全申報系統(tǒng)的安全更是一個不容忽視的重要問題。在系統(tǒng)安全性方面，使用了移動接入網(wǎng)和網(wǎng)絡安全隔離層，以解決移動電子全申報業(yè)務通過公網(wǎng)的安全接入問題，同時對授權用戶（包括申報人員和受理人員）采用了先進的身份認證和權限管理技術，以及通過與移動運營商簽約，提供移動通信端到端加密算法的VPN技術以增強系統(tǒng)的安全性。
4 性能及應用
4.1 性能指標
   采用功能單元模塊化設計和層疊裝配方法（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)×115 mm(寬)×22 mm(高)空間尺寸內，設計完成了一種低功耗、高性能的移動電子全申報終端MID硬件系統(tǒng)，如圖4所示。

    該系統(tǒng)的主要性能指標包括：屏幕：7寸帶觸摸功能的LCD屏，全觸屏輸入；網(wǎng)絡：支持無線網(wǎng)絡802.11a/b/g、3 G以及有線網(wǎng)絡RJ45等；操作系統(tǒng)：Windows XP；重量：980 g（含電池）；體積：205 mm(長)×115 mm(寬)×22 mm(高)；待機時間：標準1850mA電池續(xù)航時間150 min；穩(wěn)定性：3×24 h開機，3D Mark05不間斷正常測試穩(wěn)定。
4.2 出境貨物報檢應用
    以典型的出境貨物報檢業(yè)務應用為例,出境貨物報檢流程如圖5所示，企業(yè)通過MID登錄電子全申報系統(tǒng)如圖6所示。首先對系統(tǒng)進行設置，包括配置企業(yè)電子報檢所需的各種通信參數(shù)，設置存儲報檢單所需要的基本信息，以及設置公司信息等。這些信息無需修改，在新建單證時使用默認信息，可以減少數(shù)據(jù)的錄入工作量、節(jié)省數(shù)據(jù)錄入時間、提高數(shù)據(jù)錄入準確性。單證錄入時，出境貨物報檢模塊可以完成出境電子報檢單的制作，并將錄好的單證生成電子報文,等待正式被發(fā)送。當企業(yè)通過身份認證并接入檢驗檢疫業(yè)務網(wǎng)絡時，通過數(shù)據(jù)交換平臺，可將電子報檢數(shù)據(jù)發(fā)送到受理出境報檢業(yè)務所屬機構的電子郵箱。當電子報檢單到達局端郵箱后，通信機從數(shù)據(jù)交換平臺上收取企業(yè)電子報檢數(shù)據(jù)，并自動對數(shù)據(jù)進行電子驗證。若驗證通過，受理出境電子報檢業(yè)務的審簽機構通過“出入境檢驗檢疫計算機管理系統(tǒng)”對電子報檢數(shù)據(jù)進行人工審核，對符合要求的報檢申請連同正式報檢號一并返回給用戶，對不合格的報檢數(shù)據(jù)不予受理并返回錯誤原因。企業(yè)通過MID接收回執(zhí)信息，并根據(jù)回執(zhí)信息及時做出下一步的任務處理，當接收到出錯回執(zhí)時，企業(yè)通過MID可隨時隨地地進行修改，并重新發(fā)送，如出現(xiàn)疑難問題，也可在線與審簽機構進行語音、文字甚至視頻溝通，直至報檢受理成功。

    由于MID申報終端不受時間和空間的約束，使得企業(yè)申報人員的工作空間擴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，可隨時隨地地完成報檢工作，達到合理有效地利用時間和空間，不僅提高了工作效率，而且加快了貨物通關速度，極大地提升了檢驗檢疫機構的執(zhí)法效率，對檢驗檢疫業(yè)務由電子申報到移動電子全申報起到了重要的推動作用。
    本文基于英特爾Atom處理器和US15W芯片組，研制了一種低功耗、高性能的移動電子全申報終端MID，并給出了數(shù)據(jù)處理與控制、存儲器、電源、RFID數(shù)據(jù)采集、移動互聯(lián)網(wǎng)等模塊電路的硬件設計方法。同時結合檢驗檢疫電子全申報業(yè)務的特點，從信息交互、客戶端軟件及系統(tǒng)安全性角度對MID進行了應用上的改進，從而構建了一種通用的基于MID的移動電子全申報系統(tǒng)。最后以出境貨物報檢為例說明了該系統(tǒng)的有效性。該系統(tǒng)由于不受時間和空間的約束，不僅便于企業(yè)隨時隨地的完成在線申報工作，而且給檢驗檢疫全申報工作的推廣應用帶來了契機。
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