基于DOM的嵌入式XML解析器的设计与实现

摘要

XML(Extensible Markup Language，可扩展标记语言)是一种独立于任何语言和体系结构的数据格式，由于其可扩展性和跨平台的特征，使其在Web服务器和数据库系统中得到了广泛的应用，已经成为了数据描述和交换的标准。然而，XML的灵活性对网络基础设施提出了更高的要求，因为它几乎需要耗费服务器80％的处理能力，并且，网络应用中的嵌入式设备也要求应该具有处理XML信息的能力。解决这一问题，是能否提高Web服务应用的关键，开发一种能够替代软件解析XML的方法已成为必须。
　　本文通过对XML解析的理论分析以及三种解析模型的对比，设计了一种基于DOM(Document Object Model，文本对象模型)解析模型的嵌入式XML硬件解析器。本文从软件和硬件两方面实现了该SOPC系统的相关模块。软件部分主要包括:词法分析模块、语法检查模块、DOM树构建模块和Schema验证模块。词法分析模块通过FSM(FiniteState Machine，有限状态机)实现，主要是对输入的XML文档中字符做出相应的标记，从而识别出元素名、属性名以及文本内容。语法检查模块主要是对XML文档进行语法检查，包括元素名检查和属性名检查。在元素名检查中，主要使用栈结构对元素名字符进行匹配;在属性名检查中，本文使用一种名为布隆过滤器的高效随机存储结构，可以快速的判断当前的元素是否已经出现过。DOM树构建模块独立于语法检查模块和Schema验证模块，它是对整个XML文档的信息建立一棵树形结构。Schema验证模块，通过对Schema文档进行预处理，将它解析后存储在SDRAM中，解析过程可以直接遍历比较，实现XML文档中的元素和属性与Schema文档中所定义的规则进行匹配，从而验证XML文档的合法性。硬件部分主要包括:基于NiosⅡ软核处理器的SOPC系统和人机交互模块等。人机交互模块主要实现了LCD显示，该模块是一种多功能LCD显示控制器，支持不同液晶屏显示模式且提高了系统可移植性。
　　本文选用Altera公司的DE2开发板作为硬件部分实现平台，开发板上的FPGA芯片型号为EP2C35F672C6，并在QuartusⅡ开发平台上使用Verilog语言编程实现系统的硬件模块。在NiosⅡ软核技术搭建的SOPC上实现嵌入式XML解析器的基础功能，采用解析优化方案实现了整个系统。系统中所有软件均采用移植性很强的C++进行编码。通过大量的实验，验证了本文设计的嵌入式XML硬件解析器，在性能上优于软件实现的XML解析器，且资源使用较少，有很好的扩展及移植能力。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 HTML面临的困难

1．2 XML的发展及应用

1．2．1 XML技术背景

1．2．2 XML简介

1．2．3 XML Schema简介

1．2．4 XML的应用

1．3 XML解析技术国内外研究动态

1．4 本文的主要工作和结构安排

第2章 XML解析相关理论

2．1 文档对象模型DOM

2．1．1 DOM工作原理

2．1．2 DOM特点

2．2 简单应用程序接口SAX

2．2．1 SAX工作原理

2．2．2 SAX特点

2．3 虚拟令牌描述符VTD

2．4 DOM，SAX和VTD的性能比较及课题提出

2．5 本章小结

第3章 基于DOM的嵌入式XML解析器的系统设叹计丌

3．1 XML硬件解析的趋势

3．2 解决方案

3．3 XML解析器的总体设计

3．3．1 XML解析器的功能

3．3．2 DOM解析模型解析流程

3．3．3 标记提取模块

3．3．4 语法检查模块

3．3．5 DOM树构造模块

3．3．6 Schema语义检查模块

3．3．7 多功能LCD控制器模块

3．4 硬件平台介绍

3．5 本章小结

第4章 基于DOM的嵌入式XML解析器的系统实现

4．1 整体实现架构

4．2 SOPC系统实现

4．2．1 SOPC系统总体结构

4．2．2 Nios Ⅱ软核处理器的配置

4．2．3 存储器配置

4．2．4 按键控制配置

4．2．5 其他

4．3 多功能LCD控制器实现

4．3．1 状态机定义和转换条件

4．3．2 定义寄存器和端口

4．3．3 LCD控制器RTL图

4．3．4 仿真测试

4．4 解析器软件设计

4．4．1 XML读取模块

4．4．2 标记提取模块

4．4．3 语法检查模块

4．4．4 DOM树构建模块

4．4．5 Schema验证模块

4．4．6 内部拷贝机制优化

4．5 本章小结

第5章 测试与结果分析

5．1 测试方案设计

5．2 测试结果分析

5．2．1 SOPC系统测试

5．2．2 解析速度测试

5．3 测试结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文