改进的MID在检验检疫移动电子全申报中的应用*

包先雨， 陆 清， 郑纬民， 王 洋

(1.深圳市检验检疫科学研究院,广东 深圳518010;2清华大学 计算机科学与技术系,北京100084)

近年来，国家检验检疫系统广泛推行的电子申报业务给企业和检验检疫机构均带来了极大的好处，一方面企业可以进行网上申报、网上改错，节省了往返检验检疫机构的时间；另一方面方便了检验检疫对申报业务的管理，提高工作效率，实现了检企双赢的局面。但随着电子全申报业务的开展，检验检疫系统将逐步加强对进出口商品的所有环节（包括种养殖、检验、生产、加工、运输、通关、入库、分包装、销售等）进行监管，实现生产流通销售环节信息的全申报，这对现有的电子申报业务系统提出了更高的要求，因此有必要研制出一种能够随时随地跟踪商品位置、实现商品监管和申报的移动电子全申报系统,以取代传统的固定电子申报方式。2009年以来，深圳市检验检疫科学研究院与清华大学合作开展具有自主知识产权的检验检疫移动电子全申报系统研究。在移动互联网终端研制[1]、供港果蔬平台搭建[2]、口岸虚拟闸口设计[3]等方面取得了阶段性的成果。

为进一步提升电子申报业务的信息化水平，真正实现进出口商品各环节信息的全部申报和监管，需采用RFID标签和移动互联网技术。另外，基于英特尔Atom处理器技术移动互联网设备MID(Mobile Internet Device)的逐渐成熟，为实现移动电子全申报业务提供了有效手段。

基于上述背景，本文开发了集成度高、数据处理速度快、可随时随地访问互联网且体积小、重量轻、适用于进出口商品全申报的MID硬件系统。从信息交互、业务软件和系统安全性角度对MID进行了应用改进，最终构建了一个通用的基于MID的移动电子全申报系统。

1 系统组成与工作原理

MID硬件系统以两片英特尔公司生产的芯片为核心组成，构成了CPU+桥片式的X86 IA架构。包括基于Atom Z530的数据处理模块、基于SCH US15W的外围接口控制模块、存储模块、电源管理模块、LVDS模块、RFID数据采集模块、移动互联网模块和EC模块等。如图1所示。

该系统已作为典型范例应用在深圳出口商品供应链的各个环节中。具体的工作原理为：数据处理与控制模块主要完成实时的数据计算和外围接口电路的控制。在种养殖基地、企业生产加工场所、物流运输等环节，及商品包装上的RFID标签中，可使用该系统中的触摸屏输入模块和RFID数据采集模块实时写入商品相关信息。同时一方面进行本机存储，另一方面通过移动互联网模块(包括 802.11 b/g/n、3G或 RJ45)远程传输至口岸监管数据库中，以实现远程电子申报。非一线口岸工作人员下厂监管时，通过该系统能在线完成查验记录填写，如发现违规现象，可采用CCD摄像头实现现场拍照取证。商品抵达口岸时，口岸工作人员可使用该系统读取RFID标签信息,实现查验数据与口岸数据库中各环节所申报数据的实时比对，完成口岸监管，最终实现商品的快速通关。

MID硬件系统采用了类平板电脑的设计方法，使用全触摸输入方式替代了以往的键盘和鼠标(可通过USB接口外接)输入方式，同时使用Windows XP操作系统，完全兼容该操作系统下可运行的所有应用软件。且该系统的是RFID数据采集模块易于更换，并支持LF(低频)、MF(中频)、UHF(超高频)等各种频段的 USB RFID读写模块。

2 各功能模块划分与硬件设计

2.1 数据处理与控制模块

作为MID硬件系统的核心模块，同时考虑移动设备低功耗的需求，兼顾运算能力和外围逻辑、保护、存储、移动互联网通信等功能的实现，因此选择英特尔公司的Atom Z530(441 balls,13 mm×14 mm)及桥片 SCH US15W(1249 balls,22 mm×22 mm),两者之间通过高速400/533MT/s FSB实现数据传输。

Atom Z530主要负责数据的实时处理工作，它采用了45 nm高-K金属栅极金体管制造工艺和先进的功耗管理技术，其主频最高可达1 600 MHz，热设计功耗(TDP)低至2 W（目前主流笔记本电脑处理器的 TDP为35W）[4]。集成GMA 500显卡的 SCH US15W 芯片组具有3D图形处理、720 p、1 080 i高清视频硬件解码功能，其控制并整合了PC和手持设备的大部分I/O接口,如PCI-e、USB、SDIO、LVDS、PATA 等。

2.2 存储器模块

存储器模块具体可分为内存和硬盘两个模块。内存模块芯片内核的供电电压为1.8 V,最大可支持2 GB DDR2 533 MT/s的内存。主要功能是主板上电时，能够通过总线载入用户指定的硬盘、光盘或其他外存中的数据，并开辟临时数据缓冲区用于暂存数据，同时通过其64个SM_DQ数据信号引脚和8个SM_DQS选通信号引脚，实现内存与桥片之间快速的数据交换。内存可选用符合DDR2 DIMM插槽标准的市场品牌知名度较高的内存条。

硬盘模块使用了桥片支持的并行PATA接口标准，数据传输速率达133 MB/s。本文选用了Silicon公司型号为 SST85LD1008M 固态硬盘，磁盘空间为 8 GB，最大可扩展至64 GB。该硬盘封装格式为LBGA，为降低硬盘模块功耗，可直接将其贴片到主板上。

2.3 LVDS模块

LVDS[5]（Low Voltage Differential Signaling）是 一 种 低压差分信号，它利用非常低的电压摆幅(约350 mV)在一组或多组差分线上实现几百Mb/s的数据传输速率。由于采用低压和低电流驱动方式，因此具有低功耗、低误码率、低串扰和低辐射的特点。

在本模块设计中，LVDS模块由触摸输入电路、视频控制电路和LCD显示电路三部分组成。其中，触摸输入电路将感知到的触屏位置坐标信息(X_RIGHT,X_LEFT,Y_UP,Y_DOWN)，经转换芯片TSC2007IPW处理之后输入到桥片中，实现触摸信号的位置定位和指令执行；视频控制电路由桥片和LVDS之间互连的4组数据信号差分线LA_D[0:3]、1组时钟信号差分线LA_CLK共同完成视频数据的同步传输；使用LVDS排线将LVDS接口和LCD连接起来,即可实现视频信号的LCD显示输出。

2.4 RFID数据采集模块

RFID数据采集模块主要完成两部分工作：(1)将读出的RFID标签内容经数据处理与控制模块处理后，输出至LCD进行显示；(2)将触摸输入的数据经数据处理与控制模块处理后，写入至RFID标签中。本模块采用两片型号均为ADF7020[6]的半双工射频通信芯片实现此功能,并使用miniUSB接口直接连线到SCH US15W芯片上。它通过外围控制电路对其接收和发射模式、工作频段配置，在接收模式下对信号进行选择、放大、解调等处理后进行基带处理，在发射模式下则是把基带信号进行调制、放大等处理后，通过产生的载波信号发送出去。

2.5 移动互联网模块

本文移动监管系统的一个特点是可实现随时随地连接互联网，移动互联网模块通过支持无线和有线两种互联网连接方式实现此功能,包括内置802.11 b/g/n、3G模块以及RJ45以太网接口。经RFID数据采集模块采集之后的数据全部需通过移动互联网模块及时传送至口岸监管数据库中，以实现出口数据电子全申报、口岸备案及稽查。

2.6 电源管理模块

本文系统包括了处理器、桥片、内存、硬盘、触摸屏、LCD、PCI-e、SDIO、USB以及其他各种数字和模拟电路等，这些功能模块对电源的要求各不相同。为使这些功能模块正常工作并实现功耗最小化以达到更长的电池使用时间，针对各个功能模块的精细化需求，同时考虑到电源变换效率，设计了介于0.9 V～5 V之间的近20组电源，如图2所示。

2.7 EC模块

EC（Embedded Controller）是 MID系统中独有的组成部分，也是主板中最为底层的部件。EC的大部分工作都需要与系统BIOS协作完成。本文EC模块采用了ITE公司的IT8502E-JX芯片，可以控制系统主板的上电时序，并配合桥片在S3、S4、S5状态下分别提供不同的电源管理策略以达到节电的目的。另外，EC模块通过SMBus总线控制电池的充放电、检测电池电量及自动调节风扇转速等功能。

3 基于MID的移动电子全申报系统

基于以上开发的MID硬件系统构建了一个通用的基于MID的移动电子全申报系统，如图3所示。通过该系统，进出口企业可轻松完成与检验检疫机构之间的业务交互，实现了移动电子全申报。该系统分为前端业务模块和后端控制模块两部分，后端主要完成电子全申报数据的数据库管理和维护，前端实现对申报数据的采集以及与申报受理人员的信息交互。目前前端业务模块可实现的功能包括报检业务、监管业务和产地证业务。

由于MID属于移动电子申报终端，虽然可以帮助检验检疫机构加强电子全申报监管，但也要考虑与现有的电子申报后端平台无缝连接问题。因此需要对MID进行一定的应用改进，包括信息交互、客户端软件以及系统安全性。信息交互是申报受理人员在电子申报业务的接收、发送、转派以及管理等过程中，通过MID就一些事项与申报客户之间进行的沟通，沟通手段包括语音、文字、视频信息等。客户端软件是基于Java平台进行定制开发设计的，能够与后台数据库接口进行数据交换，申报客户通过登录该客户端软件，可以不受时间、空间的限制，实现随时随地的电子全申报工作。在网络安全威胁日益严重的今天，移动电子全申报系统的安全更是一个不容忽视的重要问题。在系统安全性方面，使用了移动接入网和网络安全隔离层，以解决移动电子全申报业务通过公网的安全接入问题，同时对授权用户（包括申报人员和受理人员）采用了先进的身份认证和权限管理技术，以及通过与移动运营商签约，提供移动通信端到端加密算法的VPN技术以增强系统的安全性。

4 性能及应用

4.1 性能指标

采用功能单元模块化设计和层叠装配方法（由上至下依次是带触摸的LCD屏、LCD支架、主板和电池），将上述功能模块集成在 205 mm(长)×115 mm(宽)×22 mm(高)空间尺寸内，设计完成了一种低功耗、高性能的移动电子全申报终端MID硬件系统，如图4所示。

该系统的主要性能指标包括：屏幕：7寸带触摸功能的LCD屏，全触屏输入；网络：支持无线网络802.11a/b/g、3 G以及有线网络 RJ45等；操作系统：Windows XP；重量 ：980 g（ 含 电 池 ）； 体 积 ：205 mm(长)×115 mm(宽)×22 mm(高)；待机时间：标准 1850mA电池续航时间 150 min；稳定性：3×24 h开机，3D Mark05不间断正常测试稳定。

4.2 出境货物报检应用

以典型的出境货物报检业务应用为例,出境货物报检流程如图5所示，企业通过MID登录电子全申报系统如图6所示。首先对系统进行设置，包括配置企业电子报检所需的各种通信参数，设置存储报检单所需要的基本信息，以及设置公司信息等。这些信息无需修改，在新建单证时使用默认信息，可以减少数据的录入工作量、节省数据录入时间、提高数据录入准确性。单证录入时，出境货物报检模块可以完成出境电子报检单的制作，并将录好的单证生成电子报文,等待正式被发送。当企业通过身份认证并接入检验检疫业务网络时，通过数据交换平台，可将电子报检数据发送到受理出境报检业务所属机构的电子邮箱。当电子报检单到达局端邮箱后，通信机从数据交换平台上收取企业电子报检数据，并自动对数据进行电子验证。若验证通过，受理出境电子报检业务的审签机构通过 “出入境检验检疫计算机管理系统”对电子报检数据进行人工审核，对符合要求的报检申请连同正式报检号一并返回给用户，对不合格的报检数据不予受理并返回错误原因。企业通过MID接收回执信息，并根据回执信息及时做出下一步的任务处理，当接收到出错回执时，企业通过MID可随时随地地进行修改，并重新发送，如出现疑难问题，也可在线与审签机构进行语音、文字甚至视频沟通，直至报检受理成功。

由于MID申报终端不受时间和空间的约束，使得企业申报人员的工作空间扩展到理论上的任意空间。不论是在家中还是在去公司的路上等任何地方，可随时随地地完成报检工作，达到合理有效地利用时间和空间，不仅提高了工作效率，而且加快了货物通关速度，极大地提升了检验检疫机构的执法效率，对检验检疫业务由电子申报到移动电子全申报起到了重要的推动作用。

本文基于英特尔Atom处理器和US15W芯片组，研制了一种低功耗、高性能的移动电子全申报终端MID，并给出了数据处理与控制、存储器、电源、RFID数据采集、移动互联网等模块电路的硬件设计方法。同时结合检验检疫电子全申报业务的特点，从信息交互、客户端软件及系统安全性角度对MID进行了应用上的改进，从而构建了一种通用的基于MID的移动电子全申报系统。最后以出境货物报检为例说明了该系统的有效性。该系统由于不受时间和空间的约束，不仅便于企业随时随地的完成在线申报工作，而且给检验检疫全申报工作的推广应用带来了契机。

[1]包先雨,陆清,郑纬民.基于Atom的嵌入式移动互联网终端设计[C].CACIS 2010,合肥:中国科学技术大学出版社,2010.

[2]陆清,王晓,刘叔义,等.RFID技术在供港蔬菜卫生安全溯源监管中的示范应用 [J].植物检疫,2009,23(6):32-34.

[3]陆清,丁晓云,陈新,等.基于RF技术的口岸虚拟闸口系统的设计与实现[J].现代电子技术,2010,31(1):139-144.

[4]GEROSA G,CURTIS S,ADDEO M.A sub-2 low power IA processor for mobile internet devices in 45nm high-k metal gate CMOS[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2009,44:73-82.

[5]CHEN M,JOSE S M,MICHAEL N.Low-voltage lowpower LVDS drivers[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2005,40:472-479.

[6]Analog Devices,Inc.ADF7020-high performace ISM band FSK/ASK transceiver IC[EB/OL].2001.http://cn.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/83646/AD/ADF7020.html.