03.嵌入及開放式互動網頁技術

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嵌入及開放式互動網頁技術
林仲志
長庚大學資工系
Outline
 嵌入式系統介紹
 開放式互動網頁技術
 各國嵌入式系統應用於遠距居家照護介紹
R&D Confidential, Copyright 2002 .
嵌入式系統簡介(Embedded System)



何謂「嵌入式系統」:依據英國電機工程師協會的定義,
「嵌入式系統為控制、監視或輔助設備、機器或甚至工廠
運作的裝置」。
嵌入式系統為一種電腦軟體與硬體的綜合體,特別強調「
量身定做」的原則,基於某一種特殊用途上,針對這項用
途開發出截然不同的一項系統出來,這就是所謂的客制化
(Customized)系統。
在新興的嵌入式系統產品中,常見的有
– 手機
– 個人數位助理器(PDA, Personal Digital Assistant)
– 全球衛星定位系統(GPS, Global Position System)
– 數位電視機上盒(Set-Top-Box)
– 嵌入式伺服器(Embedded Server)
– 精簡型終端設備(Thin Client)… 等。
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嵌入式系統產品
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嵌入式系統特性

它具備了下列四項特性:
– 用來執行特定功能
– 以微電腦與周邊構成核心
– 需要嚴格的時序與穩定度
– 全自動操作循環
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嵌入式系統架構

嵌入式系統的體系架構可以分成四個部分︰
– 硬體平台
– 驅動程式
– 嵌入式作業系統
– 嵌入式應用軟體
應用程式(Applications)
作業系統或中介軟體(Middleware/OS)
驅動程式(Driver)
嵌入式硬體平台(Hardware)
處理器
(CPU)
儲存裝置
(Storage)
通訊裝置
(Communication)
週邊裝置
(Device)
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嵌入式系統-作業系統

從應用範圍劃分,嵌入式作業系統大致可以分為通用型
的嵌入式作業系統和專用型的嵌入式作業系統
– 通用型嵌入式作業系統:
- Windows CE
- VxWorks
- 從Linux發展出來的嵌入式Linux
- Android ……..
– 專用型嵌入式作業系統:
- 專門用於掌上電腦的Palm OS
- 主要用於行動電話的Symbian 、Phone 7……等
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嵌入式系統-作業系統特性

嵌入式作業系統特性:
– 系統複雜度通常比一般的個人電腦作業系統來的簡化
– 功能專屬-系統功能會因需求的不同,而有所不同
– 工作即時性的要求較高
– 必須較精準的預估系統執行時間
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嵌入式系統-作業系統功能

嵌入式作業系統仍舊是一種作業系統,因此,它具有作
業系統的基本功能,包括:
– 程序管理(Process Management)
– 處理器排程(Scheduling)
– 記憶體管理(Memory Management)
– 儲存管理(Storage Management)
– 設備管理(Device Management)
– 中斷處理(Interrupt)
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嵌入式系統的設計考量
 嵌入式系統運用在許多不同專門領域,所以開發的過程

與一般開發個人電腦或是工作站的程式也有許多地方不
相同
嵌入式系統的程式必須密切符合不同產品與硬體需求而
大幅度的修改,再加上嵌入式運算領域必順提供幾個特
殊的功能,使得嵌入式系統有相當的開發門檻,包括:
– 複雜的演算法:
- 微處理器所進行的運算可能相當複雜,例如控制汽車引擎的
–
微處理器。
使用者介面:
- 因為微處理器具有處理複雜功能的能力,相對來說,可供組
合的選單也變化很多,例如全球定位系統(GPS)所呈現的複
雜使用者介面。
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嵌入式系統的設計考量-效能

嵌入式運算效能限制,所以必須達到:
– 即時功能:
- 許多系統強調即時,也就是如果資料不能夠在規定的時間內
–
處理完畢,將會造成嚴重的後果
多重速度匹配:
- 有些嵌入式系統不是同時只有一件工作正在執行,而是好幾
件工作同時執行,並且必須能夠達到不同的即時的要求,這
種特性稱為多重速度匹配。
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嵌入式系統的設計考量-成本
 成本問題也是一個重要考量,包括:
– 製造成本:
- 建立一個系統的成本非常重要,因為製造成本決定了硬體零
–
組件的挑選。
省電:
- 電源設計直接影響到製造成本,如果產品採用電池當作電力
來源,這個成本就不能省略,否則無法達到省電的目的。
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嵌入式系統設計能力

硬體的晶片設計、電路與周邊設計, 到軟體、韌體
(Firmware)系統整合,以及各式各樣的應用程式與服務提
供,都是整個嵌入式系統領域包含的範疇。

一個軟體工程師應該具備的能力:
– 系統整合能力
– 程式語言能力
– 掌握市場應用導向
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開放式互動網頁技術
全球資訊網(World Wide Web)(1/2)
 全球資訊網(亦作「Web」、「WWW」、「W3」,英




文全稱為「World Wide Web」)
由許多互相鏈結的超文字文檔(HTML)組成的系統,透過
網際網路存取
在這個系統中,每個有用的事物,稱為一樣「資源」;
並且由一個全域「統一資源標識符」(URI)標識
資源透過超文件HTTP傳輸協定(Hypertext Transfer
Protocol)傳送給使用者
為一種Internet服務,能夠在網路上傳送圖片、文字、影
像、聲音等多媒體資料,由Tim Berners Lee領導的小組
所開發的主從架構分散式網路服務系統
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全球資訊網(World Wide Web)(2/2)

WWW的架構:
– WWW全球資訊網屬於一種主從式架構(Client-Server)的系統,
雙方在網際網路上在透過通訊協定HTTP來取得和傳輸網頁:
- 主端是「伺服端」(Server):指的是Web伺服器或網站,在
伺服器上儲存著HTML文件等網頁文件和圖片等多媒體資料
- 從端是「客戶端」(Client):使用者執行瀏覽程式(Browser)
的電腦,負責和伺服器溝通和讀取伺服器的資料,也就是
HTML檔
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網頁的簡介(1/2)



網頁(Web page)是一種文件,通常為HTML格式(
.html或.htm),需要透過網頁瀏覽器來閱讀
網頁文件HTML的定義(Hypertext markup language) 一
種電腦程式語言,用於描述網頁內容的超文件
W3C對於Web page的定義為
– 一個信息的集合,其內容包含一個或多個網路資源的信息,同
–

時預期使其成為單一個URI。
一個網頁包含一個或多個嵌入於網頁中的網路資源使其成為單
一個URI檔案(HTML),而該URI並不再嵌入於其他檔案之中
URI(Uniform Resource Identifier)
– Internet檔案在網路上的位址
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網頁的簡介(2/2)

網頁通常有以下元素:
– 文字資料
– 圖像檔案
– Applet(在頁面內執行的副程式)
– 超鏈結
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如何取得網頁資料
 分為伺服端(Server)與用戶端(Client)
 伺服端:存放網頁供使用者瀏覽網頁
 客戶端:透過網路觀看網頁
 使用者透過瀏覽器向伺服端請求資料
 透過HTTP協定進行溝通,做資料的請求與回應
HTTP請求一個網頁
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HTTP回傳HTML格式的網頁格式
HTTP介紹


HTTP(Hypertext Transfer Protocol;超文字傳輸協定)
在HTTP協定中,每個物件從WEB伺服器上獲取都需要建立
一個TCP連接,埠號(port) 80通常用於傳輸網頁的HTTP服務
 HTTP 定義了 Web client 與 Web Server 之間你來我往資料
傳送的規則
 整個通訊過程並不是一直保持連線狀態,而是瀏覽器發出請求
,伺服端完成回便斷線。直到再次發送請求,才再次回應
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HTTP協定的過程
1
完成!
5
2
輸入網址
3
取得網站的ip位址
建立連線socket
4
送出GET指令試著取得網址上指定的網頁
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網頁設計
 網頁的設計
– 網頁的設計依據技術又分靜態網頁和動態網頁
– 動態網頁又分客戶端動態網頁技術和伺服器端動態網頁技術
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靜態網頁
 單純以 HTML 語法所組成
 伺服端理直接存放HTML文件或是圖片等檔案
 網址結尾通常為: .htm、.html、.shtml 、.xml
 靜態網頁的內容相對穩定,因此容易被搜索引擎檢索
 網站製作和維護方面工作量較大,當網站信息量很大時完全
依靠靜態網頁製作方式比較困難
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靜態網頁架構
1. 網頁瀏覽器
要求靜態網頁
2. 網站伺服器
找到網頁
3. 網站伺服器將
網頁傳送到要求
的瀏覽器
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靜態網頁優與缺


優點:
– 讀取速度快
缺點:
– 無法鍵入資訊
– 不會自動更新網路上的資料
– 無法讓使用者選擇某項設定
– 缺乏彈性
– 不合適大量資料維護
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動態網頁


動態網頁是能夠根據用戶的要求,在用戶點擊相應的連結
或輸入一定的資訊之前網頁的內容實際尚未產生,即時在
伺服器或用戶的電腦產生的網頁
動態網頁有別於靜態網頁只能單純地顯示 html 內容,其
可以依據瀏覽者的輸入資訊不同(例如:不同的瀏覽者、
瀏覽行為、瀏覽時間…),而呈現不同的內容
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動態網頁技術

動態網頁的技術:
– 客戶端動態網頁技術
- 指程式碼在使用者客戶端瀏覽器上執行,通常需要在瀏覽器
–
內安裝插件或附加程式,用來處理動態網頁的指令。包括
Java Applet、JavaScript、VBScript、CSS、Flash等伺服
器端動態網頁技術
伺服器端動態網頁技術
- 包括 ASP(微軟)、ASP.NET (微軟)、PHP (自由網路社群)、
JSP (Sun昇陽)。
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動態網頁架構
網站伺服器將結果
傳送到要求的瀏覽
器
應用程式伺服器在網頁
中插入資料,然後將網
頁傳送到網站伺服器
將查詢結果傳送到應用程式伺服器
傳回查詢結果
網頁瀏覽器要求動態網頁
資料庫執行查詢
網站伺服器找到網
頁,並將它傳送給
應用程式伺服器
應用程式伺服器將查詢傳送到資料庫
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應用程式伺服器掃描網頁上的指示
動態網頁優與缺


優點:
– 即時呈現最新資料
– 可做到網頁內容與版面分離
– 結合資料庫,可處理大量資料
– 可依據使用者的需求找出適合的內容
缺點:
– 網頁伺服器之安裝/設定/管理較為困難
– 網站維護需要程式設計基礎
– 反應速度較慢、系統負載較高
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什麼是Web Service (1/2)

Web Service是一種建立於HTTP、XML、SOAP、
WSDL等標準協定上的一種具開放性、分散性的軟體元件
,讓網際網路中不同機器及異質平台上的應用程式能以
整合的方式一同工作

Web Service就是將傳統的Web應用程式轉變具元件化及
重覆使用的能力
不管是電子化企業內各單位的資訊溝通,或與外部合作
夥伴之間一直系統資訊交換,Web Service架構皆能提供
具一致性的資訊傳遞方式和資訊整合服務

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什麼是Web Service (2/2)


將軟體元件化的優點,根據Vitharana and Jain[2000]所
提到的五個優點如下:
– 降低軟體之發展時間與成本
– 提高軟體的易維護性與升級空間
– 延長軟體程式的生命週期
– 使軟體系統更容易為其他企業系統所用
– 提升軟體可靠度
Web Service將這些軟體元件化的優勢,更進一步的結合
至網際網路架構上,讓組織與客戶間以標準的方式建立
應用程式與流程,以便於Web上連接與交換資訊
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Web Service架構 (1/2)


Web Service為一組使用WSDL、SOAP、UDDI構成之服
務導向架構(Service-Oriented Architecture,SOA),
其運作架構中有三個主要的角色
服務提供者:
– 服務提供者使用WSDL描述此服務物件中所含功能、使用所需
輸入資料、預期輸出結果及提供呼叫的URL,並使用UDDI將這
些訊息公告出去
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Web Service架構 (2/2)

服務要求者:
– 服務要求者利用從服務登錄庫所獲得的資訊,向服務提供者建
立直接的連線,已啟動所需之服務。雙方溝通接經由SOAP訊息
機制

服務登錄庫:
– 服務登錄庫提供”黃頁”的服務,使UDDI讓服務提供者公告服務
的內容,並使服務要求者能找到所呼叫的服務
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Web Service運作架構圖
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http://www.acm.org/ubiquity/views/f_coyle_1.html
什麼是XML


XML延伸式標示語言(eXtensible Makeup Language)
XML是以標準通用標示語言(SGML)的格式精簡後制定
出來,制定者是全球資訊網協會(W3C),誕生的目的
是為了擴充網路的應用、彌補HTML的不完美,並且由
SGML的角度出發,去除了SGML過於複雜的缺點,所以
XML肩負著使得全球資訊網能夠傳輸或處理更豐富資訊
的責任

XML使用非常類似於HTML的結構,因為他們都是SGML
的延伸子集,不過在定義文件結構上的文章語句文法的
結構,使XML擁有HTML所不足之處
– 與HTML不同之處
- XML是有大小寫差別的(case-sensitive)
- 要能符合文法(well-formediness)-文件中所有起始的標籤
必須有對應的結束標籤
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標示語言


標示(markup)一詞可以視為一個識別符號(code)或
標誌(token),用來在文件中指示如何詮釋資料的性質
– 性質包含:所屬欄位、資料型態、顯示格式
標示也描述了文件中的資料應如何被詮釋
<NBforSale>
<Maker>Acer</Maker>
<Model>Travel Mate</Model>
<Storage>
<Ram Unit="MB">256</Ram>
<HardDisk Type="ATA100" Unit="GB“> 40</HardDisk>
</Storage>
</NBforSale>
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XML的結構 (1/2)


一個典型的XML文件大致可分為四大部分:
序言(Prolog)宣告
– XML文件第一行必須是序言,也就是宣告
– 基本上XML宣告包含:起始宣告<?XML” 、版本資訊、獨立性
宣告、字碼宣告和結束宣告” ?>
獨立性宣告代表文件是否參考外部其他文件
ex:<?Xml version=“1.0” encoding=“UTP-8”>

–
–
文件型別(Document type)宣告
– 包含特別類別文的的文法規則,文件型別的宣告必須出現在
XML宣告之後,其他文件元素之前
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XML的結構 (2/2)

註解
– 註解在XML的作用與HTML相似,剖析器會忽略他們的內容,故
可以在裡面放至任何說明與註記
註解開始於<!--然後結束於-->

–
處理指令
– 處理指令並不多見,處理指令主要是用來提供資訊給外部程式
– ex:<?Jimmy – use the burnt umber. ?>
當處理的應用程式有一個函數名稱為Jimmy時能接受這一個處理
指令
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XML的特色 (1/2)

可擴展性(Extensibility)
– 這一點完全符合標示語言的精神,XML讓使用者根據需要,自行
–


定義標籤
XML可視為一個meta-language,能夠依據各產業或應用所需,延
伸定義出各種標識語言
結構性(Structure)
– XML能夠描述各種複雜的文件結構
– 所有表單形式的文件結構都是欄位與子欄位之關係,也就是樹狀
結構。XML元素的層級即屬於樹狀結構,故能完全處理所有表單
式文件
嚴格的語法規範(Well-formedness)
– 標籤大小寫、起始的標籤必須有對應的結束標籤、屬性前後引號
等等規範
– 一個良好的資料管理系統亦需要嚴格的格式約束能力,以確保資
料儲存的一致性
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XML的特色 (2/2)

可確認性(Validation)
– XML可以根據DTD/XML Schema對文件進行結構確認。其中DTD
是沿用SGML的型別定義

可讀性高(Readability)
– 透過標籤的定義,或是使用reference dictionary都可很容易的了解
–
自己或其他資料的欄位涵義
不論是對於電腦或人工處理,都能提供比現今其他資料處理標準
更容易的可讀性
 結構與資料分開
– XML從(應用程式所處理的)格式化分開出(剖析器所處理的)
–
–
標示文法,對XML而言有很大的彈性,當然在標示這方面也就有
更嚴格的限制
彈性的增加可以使系統有更廣大的應用空間
嚴格的限制則可以使資料更能確保其格式的正確,當然嚴格的格
式限制必需仰賴系統的輔助,以便減少資料輸入人員的負荷
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SOAP


Transport independent XML-based message protocol
– Request/response message exchange
– Multiple bindings: HTTP, JMS, RMI/IIOP, etc.
– Encoding rules: literal, structured schema
Extensible envelope for encapsulating data
– Headers
– Body
– Attachments
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SOAP的訊息格式

SOAP的訊息格式,包括
HTTP Header和SOAP
Envelope兩部份

SOAP Envelope是一份
標準的XML文件,分為
SOAP Header和SOAP
Body兩部份

Header定義SOAP內文
、SOAP資料型態與
SOAP編碼等
Namespace位址

Body部分則為Client
Request與Server
Response的訊息內容
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Web Service的優點


Web Service的出現對現存的資訊系統帶來眾多的衝擊,在資
策會[2002]的報告就指出Web Service在系統整合上帶來的幾
項優勢:
簡單化(Simple):
– 一旦Web Service的架構建置完成,即可輕易的建立一個橫跨多個應
用系統的的流程,故Web Service在設計、發展、維護及使用上皆較
簡單化

開放式標準(Open Standards):
– 相較於傳統式的系統整合,Web Service所採用的標準為開放式的標
準,包含:HTTP、SOAP及UDDI。此為目前已存在的通訊協定,企
業無須再投資更多的成本來支援網路協定
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Web Service的優點

有彈性(Flexible):
– Web Service所採用的整合方式為透過使用被公佈出來的服務來
與其他系統做結合,充份保留系統與系統間整合的彈性

整合範圍廣(Scope):
– Web Service可將應用系統區分成多個獨立的邏輯單位,以提供
多個整合的連結點
 有效性高(Efficient):
– 鑒於Web Service的整合方式可以為單一應用系統提供多種整合
入口優勢,Web Service的整合方式具有效性
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Web Service的優點

具動態性(Dynamic):
– 系統整合的過程中,若採用Web Service的方式進行,則只需從
服務提供者(Service Provider)所公佈出來的服務中選擇適用
的服務納入流程中,故較具動態性

綜合以上優點,若能整合出以XML Web Service為核心
的醫療資訊交換服務元件,讓使用者/用戶端可以經由公
用性醫療資訊交換服務元件迅速的編碼及解釋,必能提
升位元傳輸在及時性和完整性上的價值
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Web Service的限制

目前Web Service限制
– 缺乏交易控管機制
– 缺乏安全控管機制
– 執行時間可能較傳統之RPC模式為長
– 服務供應商之收費方式與服務品質(QoS)
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各國嵌入式系統應用於遠距居家照護介紹
歐盟
資料來源:工研院,2003
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英國Tunstall的ADS監測系統
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緊急壓扣系統 & 跌倒偵測器
跌倒偵測器
Tunstall 400 警報器
Amie 壓扣
最多可以啓動12個無線回應裝置
及支援一個遠距照護所需的感應器
50
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視訊電話
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加拿大
資料來源:工研院,2003
R&D Confidential, Copyright 2002 .
美國
美國
資料來源:工研院,2003
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美國
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美國
R&D Confidential, Copyright 2002 .
美國
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日本
日本
資料來源:工研院,2003
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日本
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日本
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日本
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台灣
台灣
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台灣
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台灣
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台灣
69
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THE END THANKS FOR
YOUR ATTENTION
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