（测试计量技术及仪器专业论文）gprs智能手机解决方案的设计与实现.pdf

摘要 随着半导体产业的不断发展，移动通信网络的质量和带宽大幅提升，无线网 络逐渐和有线网络趋于同质化，手机的功能也得到了空前的增强，日益将通信功 能和计算功能融合在一起。同时这也给了缺乏g s m c d m a 等核心芯片技术的国 内厂商们一个机会，使用标准通信模块，在计算功能上自主研发，摆脱单纯o e m 角色的尴尬。因此，深入的研究智能手机技术并且研制自己的智能手机产品具有 重要的意义。 按照技术含量和竞争壁垒的高低，手机研发都具有三个技术层次，论文简要 描述了这三个层次，并根据实际情况确立了课题的技术路线，即采用双c p u 方 案来进行研究和实现。论文在分析对比了s m a r t p h o n e 2 0 0 3 、s y m b i a no s 等手机操 作系统平台软件的基础上，确定了课题的功能需求，概述了软件的体系架构和各 组件( 操作系统内核、文件系统、嵌入式图形用户接口、网络协议栈、电源管理、 g s m 服务中间件、安全模块、消息处理、浏览器等) 的功能点，并阐述了整机 系统的设计，包括系统总控状态机、开关机流程和系统的任务设计。 接下来论文重点阐述了g s m 服务组件的设计和实现，包括c m 、n m 、s m s 、 s t k 、m u x 等；阐述了手机的几大重要的无线应用，对消息处理( e m a i l 、s m s 、 m m s ) 和信息浏览进行了分析和设计，突出介绍了其功能融合的特点( 三种消 息的统一处理，w m i 脚m u h t m l 三种标记语言的统一浏览) ；其次介绍了 电源管理方案的设计和实现，它对于降低手机的功耗，延长使用时间具有决定性 的作用；然后概述了项目的测试工作，提出了一种可行且有效的测试模型。 最后，论文阐述了手机解决方案的实现情况，对空间和时间指标进行了描述， 展示了在具体手机硬件板上的成功应用案例。实践证明，手机解决方案结构合理， 性能稳定，具有广阔的商业前景。 关键词：手机，g s m ，g p r s ，s t k ，m m s ，h t m l ，w a p ，m m i 摘要 a b s t r a c t r e c e n t l y t h eh a r d w a r eo fm o b i l e p h o n e s a r e p o w e r f u l c o n t i n u a l l y f u r t h e r m o r e ，a l o n g w i t h2 g 3 gt i m e s c o m i n g ，t h e b a n d w i d t h i n c r e a s e s ，a n d w i r e l e s si n t e r n e t g o e s a s i n t e r a c t s om o b i l e p h o n e s a r e p o w e r f u l ，a n di ts y n c r e t i z ec o m m u n i c a t i o n a n dc o m p u t e c a p a b i l i t y 1 t sa c h a n c e t od e v e l o po u rp r o d u c t si n d e p e n d e n t l y s oi t su r g e n tf o ru st om a s t e rt h es m a r t s m a r tp h o n e a n di n c r e a s eo u re s s e n t i a lc o m p e t e n c e p h o n et e c h n o l o g ya n dp r o d u c eo u ro w n t h es m a r t p h o n es o l u t i o n ，w h i c hi sd e s i g n e di nt h i st h e s i s ，c o n s i s t so f m a n y c o m p o n e n t ，s u c h a so s k e r n e l ，f i l es y s t e m ，e m b e d d e d g r a p h i c u s e r i n t e r f a c e ，t c p i pa n dw a ps t a c k ，p o w e rm a n a g e m e n t ，g s ms e r v i c e ，s e c u r i t y m o d u l e ，m e s s a g es e r v i c e ，a n dw e b w a p b r o w e r i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h et o t a ls y s t e md e s i g ni ss u m m a r i z e df i r s t l ya n dg s m s e r v i c ei s a n a l y z e dt h o r o u g h l y ，w h i c h c o n s i s t so fc a l l m a n a g e r ，n e t m a n a g e r ，s m s ，s i mt o o l k i ta n dm u l t i p l e x e r t h e nt w ok i l l e ra p p l i c a t i o n sa r e i n t r o d u c e d ，m u l t i m e d i am e s s a g es e r v i c ea n d m u l t i f u n c t i o nb r o w s e r a n ds o m e c h a r a c t e r so ft h es o l u t i o na r es u m m a r i z e d a f t e rm a n yt e s t sh a v eb e e no v e ro ni t t h es o l u t i o ni sm o r ea n dm o r es t a b l e ，a n dt h em o b i l ep h o n e sb a s e do ni tw i l lb e p r o d u c e d s o o n a tl a s t ，an e x t g e n e r a t i o n s m a r t p h o n es o l u t i o n w i l lb e i n t r o d u c e d k e y w o r d s ：p h o n e ，g s m 。g p r s ，s t k m m s ，h t m l ，w a p ，m m i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的资料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：王厅l日期：如。午年f 月2 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行查阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：上厌导师签名弘考 日期：卯4 年岁月 第一章绪论 1 1 智能手机发展概述 第一章绪论 移动通信技术的进步为手机的发展和应用提供了广阔的空间。随着移动通 信技术的发展，移动通信系统将逐渐由提供话音为主的服务发展为以提供数据 为主的服务，并随着通信网络传输速率的提高，多媒体、彩色动画和移动商务 等在内的新的无线应用也将逐渐涌现出来( 移动通信发展所带来的变化情况如 图1 所示) ，使得以提供话音为主的传统手机将逐渐发展成为融合了p d a 、电 子商务、娱乐等特性的智能手机。 图1 1 移动通信系统发展将带来的变化 智能手机通常具有如下主要特点： l ) 实时性( r e a lt i m e ) 。智能手机需要对语音等内容进行实时处理； 2 ) 资源缺乏性( r e s o u r c el i m i t a t i o n s ) 。智能手机将拥有比传统手机更加丰富 的资源，但移动性所带来的功耗低、重量轻和尺寸小等需求仍然使得智 能手机在存储空间、处理能力和屏幕大小等方面的资源比较有限； 3 ) 变化的网络连接特性( v m i a b l en e t w o r kc o n n e c t i v i t y ) 。由于手机的移动性、 基站覆盖区域信号强弱的差异或是障碍物的影响，手机具有变化的网络 连接特性，在强连接、弱连接，甚至是失去连接之间变化； 4 ) 功能丰富( r i c hs e t so f f u n c t i o n a l i t y ) 。智能手机不但要提供传统的话音服 务，还应该是一个融合了工作、娱乐和商务等内容的服务平台，具有多 第一章绪论 种信息浏览和传播方式： 5 ) 个性化( p e r s o n m i t y ) 。不同用户对手机功能有不同的需求，要求手机平 台能够满足个性化需要，以构建个性化的信息平台； 6 ) 差异性( p r o d u c td i v e r s i t y ) 。生产厂商需要通过产品的差异性来满足多样 化的市场需求。这些差异既体现在硬件平台方面，也包括软件功能的区 别。 显然，同桌面系统和其他固定终端相比，智能手机有其自身独特的需求， 再加上智能手机本身广阔的市场前景，需要建立专门的软件平台，以满足智能 手机自身的特性和市场发展的特殊需求。 1 2 课题背景 本课题来源于国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 的软件重大专项 智能手机嵌入式实时软件平台，是其产业化的一个部分。 科银京成技术有限公司在2 0 0 2 年申报了该课题。所属专题名称：面向仪器 控制信息电l l 通信行业的嵌入式软件平台。经过重重筛选和考核，最终得到了 8 6 3 专家组的认可，得到了8 6 3 的软件重大专项基金支持。 本课题结合了手机和掌上电脑的特点，除完整实现手机的通话功能外，还 具备掌上电脑的功能，包括个人信息管理、无线数据通讯、数码相机、多媒体 娱乐、收发电子邮件、收发彩信、浏览w w w w a p 网站、下载j a v a 应用、移 动商务等。 1 3 攻读学位期间完成的主要工作 学位论文的研究内容来自北京科银京成技术有限公司的8 6 3 项目：智能手 机嵌入式实时软件平台。我是课题组的核心成员( 前五名) ，并在项目的具体实 施过程中担任项目负责人和主研人员。我分析了当前的主流f u t u r ep h o n e ( 特性 手机) 和s m a r t p h o n e ( 智能手机) 的功能特点，研究对比了s m a r t p h o n e 2 0 0 3 、 s y m b i a no s 等手机操作系统平台软件，完成了本智能手机解决方案的功能需求 分析，设计了手机的总体体系结构，将一个庞大的解决方案分解成多个子模块， 带领一个3 0 人的开发团队完全自主研发了一款手机，该款手机目前处于最后的 产品化阶段，将在5 月左右进行c t a 认证，预计于7 月左右面市。我主要完成 了以下工作： 完成了手机解决方案的需求分析和定义 组织项目成员完成了m m i 设计和评审 第一章绪论 完成了系统的总体架构设计，并亲自编程实现 完成了关键技术g s m 服务中间件的设计，并作为主研人员参与了实现 作为主研人员设计并实现了w a p 协议栈 参与设计了安全模块中的s s l 协议 参与设计了消息处理中的彩信 项目的开展实施和质量控制 1 4 论文章节安排 本论文阐述了智能手机的一种解决方案，重点分析和实现了其总体体系架 构和相关软件模块，包括g s m 服务中间件、消息处理、浏览器等，并提出了一 种有效的测试模型。 第一章概述手机的发展及智能手机的特点。同时，总结了我在硕士学位攻 读期间的主要研究成果。 第二章概要介绍了课题的技术层面，并阐述了方案的软件体系结构和整机 系统设计( 上电、开机、关机、电源管理) 。 第三章简要介绍了g s m 系统的基本组成，并重点阐述了g s m 服务组件的设 计和实现，包括e m 、n m 、s m s 、s t k 、m u x 等。 第四章阐述了手机的几大杀手级的数据业务上的无线应用，对消息处理 ( e m a i l 、s m s 、m m s ) 和信息浏览进行了分析和设计。 第五章介绍了电源管理方案的设计和实现，它对于降低手机的功耗，延长 使用时间具有决定性的作用。 第六章概述了项目的测试工作，并提出了一种可行且有效的测试模型。 第七章总结解决方案的实现情况，讨论了本课题的成功以及下一步的改进 方向和目标。 第二章体系结构和系统流程 2 1 课题概述 第二章体系结构和系统流程 按照技术含量和竞争壁垒的高低，无论g s m 还是c d m a 手机，其技术均 可分为三个层次。 第一个层次是最初级的层次，购买国外厂商的整机( 软硬件) 方案，然后 自己修改一下人机界面，贴自己的品牌生产销售。迄今为止，这依 然是国内手机厂商出货量最大的一种主要方式。 第二个层次是基于手机通信模块进行整机周边电路设计并进行手机软件开 发。所谓手机通信模块，就是集成了射频和基带元件的手机主板， 它嵌入了g s m g p r s c d m a 协议；周边电路设计，就是要在这块 主板上设计出显卡、声卡、键盘等设备的周边电路。这就是目前号 称完全自主研发的国产手机厂商的技术层次，尽管这个层次的技术 含量并不算太高，因为没有g s m g p r s ，c d m a 的核心协议栈和芯 片设计能力，但拥有完整周边电路设计能力的国内手机厂商还是寥 寥无几。 第三个层次就是拥有芯片设计能力和g s m g p r s ，c d m a 核心协议栈，这 是为数不多的几个国外厂商( t i 、t t p c o m 、高通等) 的竞技赛场。 课题的技术层面属于上述的第二个层次，即双c p u 方式的手机解决方案。 两端各是一个独立的子系统，各有其软硬件资源。主c p u 主要完成计算功能， 进行人机界面交互、高层数据协议软件处理，从c p u ( 通信模块) 主要完成 g s m 基带、射频、协议处理。两者通过串口进行通讯，主c p u 使用标准的a t 命令驱动通信模块工作。 课题涉及到的软件设计和开发均位于主c p u 端。下图为硬件结构示意图： 第二章体系结构和系统流程 2 2 软件体系结构 图2 - 1 手机硬件结构示意图 图2 - 2 软件体系结构图 第二章体系结构和系统流程 2 2 1 嵌入式实时操作系统内核 操作系统内核为基于i d t r o n 3 ，0 的r o s 3 3 ，是为e o c 3 3 系列芯片设计的 实时操作系统。提供任务管理、任务问的通信与同步、内存管理、中断管理和 定时器管理等功能，并提供实时性保证的机制，使移动通信过程中的语音和数 据等内容能够得到及时处理。除此以外，还具有可移植性和代码精简等特性。 任务管理包括任务的创建、删除、挂起、解挂、调度，以及任务的优先级 改变等功能，保证任务状态的正确变迁和处理器资源的有效使用；任务间的通 信与同步为任务与任务之间和任务与中断处理程序之间提供信号量、消息队列 和事件管理等通信与同步的机制；内存管理实现系统内存的分配与释放操作， 并避免由此可能产生的碎片；中断管理建立硬件中断同中断服务程序的联系， 并提供现场的保护和恢复机制，简化用户的中断服务程序；定时器管理为系统 提供时钟管理，是多任务能够正常运转的重要机制。 2 2 2d e l t a f i l ，e 嵌入式文件系统d e l t a f i l e ，通过文件系统对智能手机存储设备的管理，将 抽象的平面存储空间变为具有层次关系的，以目录及文件为存储对象的方便、 简洁、通用的存储形式。 针对智能手机存储设备的特点，文件系统具有以下主要特点： 可移植性。支持多种存储设备及其相应的驱动程序，既能很好地支持智 能手机中常见的普通f l a s h 设备，也支持各种卡式存储设备，还应支持 即插即用设备的处理； 支持多任务。能够支持多个任务对文件系统的操作。 文件系统提供对文件的以下操作： 基本操作。创建，更名，打开，关闭，读，写，删除； 文件属性操作。可以设置、查询和改变文件的属性； 目录、路径操作。可以创建或是删除目录，也可以改变路径或是设置 当前工作目录。 另外，以f l a s h 为存储介质时，还充分考虑了文件系统对f l a s h 的损耗平衡 问题，避免对同一区域进行大量的操作，尽量使f l a s h 中的每一个存储区域被 擦除的次数相等，以增加f l a s h 的使用寿命。 第二章体系结构和系统沭程 2 2 3 嵌入式图形用户接口 嵌入式图形用户接口提供以下主要功能： 基本的作图函数：点、线、圆、椭圆、弧等 窗口( 包含对话框) 、滚动条 控件：列表框、菜单、按钮、编辑框、选择框等 菜单和系统资源( 包括系统图标和系统图片) 支持b r n p g i f j p e g 等格式的图片显示； 支持多种字库和多种输入法，提供接口可以灵活挂接第三方字库和输 入法。 支持g b 2 3 1 2 、b i 9 5 字符集以及和u n i c o d e 字符集之间的互换： 目前集成了1 2 x 1 2 、1 6 x 1 6 中文点阵字库，支持西文和数字的多种大字 体：并可显示各种风格文本。 支持双屏显示 支持p i p ( 画中画) 效果 提供底层驱动程序抽象层，易于适配不同的手机显示设备和输入设备 2 24 网络和通信 议 包括t c p i p 协议栈和w a p 协议栈两部分内容。 t c p i p 协议栈为智能手机提供基于i n t e m e t 的网络访问方式，包含以下协 d n s t c p u d p i p i c m p p p p 协议 除此之外，还具有如下特点 第二章体系结构和系统流程 解决传统打包、拆包过程中对数据传递所采用的拷贝方式，提高协议 过程的效率。 能够以g s m 、g p r s 、c d m a 2 0 0 0l x 和w c d m a 等无线通信网络作为 承载网络，为上层应用提供访问i n t e m e t 的统一s o c k e t 接口。 充分考虑无线网络高误码率、长延迟等因素对协议栈的影响，以对协 议栈进行优化和特殊处理。 w a p 协议栈实现w a p l 2 1 规范，主要包括w s p 、w t p 、w t l s 和w d p 等协议，提供面向连接的服务和无连接模式的服务，支持p u s h 、多会话和异 步交易，并能有效兼容主流网关平台，包含以下功能： 会话协议( s e s s i o np r o t o c 0 1 ) 提供两种服务：面向连接服务和无连接服务 支持g e t 、p o s t 和h e a d 支持能力协商( c a p a b i l i t yn e g o t i a t i o n ) 支持o t a 的推服务模式 支持p u s ho v e r s m s 支持用户代理配罱( u s e r a g e n t p r o f i l e ) 传输服务( t r a n s f e rs e r v i c e ) 支持c l a s s0 ，1 和2 的i n i t i a t o r 和r e s p o n d e r 支持分段重组功能( s e g m e n t a t i o n 和r e a s s e m b l y s a r ) 承载网服务( t r a n s p o r t s e r v i c e ) 提供通用报文传输服务框架，支持不同承载网络的报文传输。 2 2 5 电源管理 连续使用时间的长短对智能手机的产品化具有重要的影响，要求智能手机 的功耗情况能够与智能手机当前的活动状况一致，即所消耗的功耗都是必需的， 从而减少不必要的功耗，延长智能手机的使用时间。为此，本模块实现了以下 内容： 1 ) 适合智能手机平台的功耗管理模式。操作系统的功耗管理模式同硬件平 台的功耗管理特性有若密切的联系，需要建立一种比较灵活的、能够适 应大多数硬件平台的功耗管理模式，不同的功耗管理模式功耗不同，根 第二章体系结构和系统流程 据系统当前的活动状况，确定出合适的工作功耗模式，从而实现系统的 低功耗目标； 2 ) 适合智能手机平台的功耗管理策略。以操作系统的功耗管理机制为基 础，建立适于智能手机平台的功耗管理策略。不同手机平台的外围设备 可能不同，需要有灵活的外围设备功耗管理机制； 系统共分为s h u t d o w n 、s l e e p 、n o r m a l 、i d l e 、d e e p d o z e 五个状态，也代表 了五种功耗模式。在每个状念下对m c u 和外设的控制都有其各自的特点，通 过不同的功耗管理策略的组合来实现整机功耗的降低，延长手机的通话时间和 待机时间。 2 2 6 g s m 服务中间件 g s m 服务中间件是介于上层m m i 应用和底层g s m g p r s 协议栈之间的一 层中间件，它封装了所有的g s m 业务和第二阶段附加业务，包括： c m ( 呼叫管理) n m ( 网络管理) s m s ( 短信) s t k ( s i m 卡工具箱) s s ( 附加业务) m u x ( 复用协议) 通过本中间件封装了g s m g p r s 协议，屏蔽不同g s m g p r s 通信模块的 差异性，向上层m m i 应用( 电话、短消息等) 提供统一的接口。这样把m m i 处理和底层协议逻辑分开，即简化了m m i 的处理逻辑，又提高了解决方案的可 移植性。 2 2 7 安全模块 随着有线网络电子商务步入成熟，智能电话作为另一种更方便、快捷的网 络通讯工具，成为电子商务的新热点。安全是电子商务的核心，安全模块以 w p k i ( w i r e l e s s a p p l i c a t i o np r o t o c o lp u b l i ck e yi n f r a s t r u c t u r e ) 为核心，以数据 加密和用户确认技术为基础建立开放型的安全平台，根据无线传输层安全协议 ( w t l s ) 或传输层安全协议( t l s ) 进行网上交易，把智能手机变为一个移动 电子商务平台。为此，本课题研究并实现了d e l t a s s l ，形成关于智能手机的安 全解决方案。在算法库方面，提供以下功能： 第二章体系结构和系统流狸 加解密的对称算法：d e s ，3 d e s ，r c 2 ，r c 4a n dr c 5 ，i d e a ： 加解密的非对称算法支持：r s a 、d h ： m a c 算法：m d 5 、s h a l 、h m a c ： 伪随机数生成器。 在安全仂，议方面，提供以下功能： 支持w t l s 、s s l 、t l s ，使用传输层之上的多种安全协议为应用提供 安全的传输通道； 支持x 5 0 9 证书、w t l s 证书，使用证书分别对服务器和客户端的身份 进行认证和鉴别： 实现能无缝集成硬件加密设备( 如w i m 卡) 的机制，与智能电话融为 一体。 在证书管理方面，提供以下功能： 支持x 5 0 9 证书、w t l s 证书； 证书的存储和读取； 证书链的构建和校验： 证书的认证； 通过o c s p ( o n l i n ec e r t i f i c a t es t a t u sp r o t o c 0 1 ) 进行证书的撤销检查。 2 2 8 消息处理 本课题研究并实现了s m s ( s h o nm e s s a g es e r v i c e ) 、m m s ( m u l t i m e d i a m e s s a g i n gs e r v i c e ) 和e m a i l 的接收和发送处理，为智能手机建立个能够处理 多种类型消息的平台。 s m s 是晟早的短消息服务标准，也是目前普及率和使用率最高的一种短消 息业务： m m s 为多媒体信息服务。多媒体功能除可以传送纯文本消息外，还可以传 输包括视频、图片、音乐等在内的各种内容，既支持电路交换数据格式，也支 持通用分组无线服务g p r s 格式； 随着移动通信技术的发展，使得在智能手机上实现e m a i l 成为可能。本课 题实现了s m t p 、p o p 3 和m a p 协议。在s m t p 中实现安全的数据传输处理、 安全的用户认证机制、多地址群发邮件功能和密件副本邮件发送功能，并在附 第二章体系结构和系统流程 件中支持以下内容：文本、网页、图片( b m p g 】f j p e g ) 、待机屏保、手机铃 声、m i d p 应用和二进制文件等。在p o p 3 中实现收取信件到本地存储、摘要浏 览、服务器端信件的删除和附件收取等功能。在i m a p 中实现邮件收发、目录 管理和内容摘要等功能。 2 2 9 浏览器 d e l t a b r o w s e r 是一个嵌入式三合一浏览器( w m l x h t m l h t m l ) ，它的 特点是： 支持w a p 2 0 浏览器标准，即支持w m l l 2 、w b x m l 和x h t m l 文 档的下载、解析、显示与交互。 支持h t m i a 0 支持w a p 协议栈和h t t p 这两种传输协议。w a p 协议栈支持g e t 和 p o s t 方式；h t t p 协议栈支持g e t 、h e a d 、p o s t 、c o o k s 。 支持各类文本、热连接、f o r m 元素、t a b l e 、w b m p b m p g i f j p g 图 像格式、可扩展支持声音及其它多媒体元素。 支持不嵌套的t a b l e 布局( 对嵌套t a b l e 进行拆分成单t a b l e 处 理) ，可支持c s s 2 0 。 支持j a v a s c r i p t l _ 3 2 2 1 0 数据同步 数据同步包含s y n c m l 和p c 连接特性两部分，前者用于手机、p c 、p d a 等设备通过网络和s y n c m l 服务器进行数据( v c a r d 、v c a l e n d a r 等) 同步；后 者用于手机通过同步电缆和p c 进行手机基本信息和配黄文件的同步。 2 21 0 1s y n c m l 按照s y n c m l 数据同步规范1 1 。1 版本和中国国家相关标准的要求开发通用 的数据同步软件。该软件将能够与任何符合s y n c m l 数据同步规范的服务器进 行通信，完成数据同步。 主要特性如下： 支持x m l 和w b x m l 两种文档格式 实现t w o w a ys y n c 和s l o wt w o w a ys y n c 同步方式 实现h t t p 的数据同步通信方式 第二帝体系结f , j 平n 系统流程 实现符合v c a r d2 1 标准的数据内容的同步 实现终端到服务器的同步方式，不支持终端到终端的同步方式 实现普通客户端的s y n c m l 同步，不支持客户端的同步引擎 不支持终端同时和多个服务器同步的方式，本地只保留一份同步日志 信息 实现数据库级的同步锚( s y n ca n c h o r s ) ，不支持数据项级的同步锚 在i d m a p p i n g 中，不支持m a p 操作的缓存功能 不支持设备能力信息交互中的优化 支持将大的同步数据包拆分成多个网络消息发送的机制，但不支持 l a l g eo b j e c th a n d l i n g 不支持在同步初始化的同时进行同步数据包收发的操作 对应服务器“忙”信号的处理，采取重新发起同步的方式 完全支持服务器级的两种认证机制，不支持数据库级的认证 仅实现完成上述功能所需的同步标志语言元素的编解码功能 2 2 1 0 2p c 连接特性 包含p c 端同步工具和手机端连接管理器两个部分，可以通过串口、u s b 、 i r d a 进行连接。 1 )在p c 上查看、编辑、下载手机基本信息，如： 铃声 墙纸 画册 电话本 日程安排信息 常用短语 2 )在p c 上对手机进行相应的设置，并将注册表同步到手机，如： w a p 配置 e m a i l 配置 彩信配置 2 第二章体系结构和系统流程 个性化设置 2 2 1 lp i m 应用 提供了以下常用的应用程序 电话本 通话记录 行程备忘 记事本 画册 闹钟 计算器 游戏 音乐盒 字典 第二章体系结构和系统流程 2 3 整机系统设计 如本章上节体系结构中的阐述，本课题包含了诸多的功能组件，那么如何 让这么多零散的组件有机结合在一起协同工作呢? 这就要依赖于系统的总体设 计了。通过总体的任务设计、外层总控状态机的变迁，以用户事件和g s m 事 件驱动作为主线，把诸多的功能组件有机无缝连接在一起，组件间设计和实现 耦合度低，功能融合度高，这样就形成了一个有机整体系统。 2 3 1 系统总控状态机和电源管理策略 系统总控状态机是手机最外层的宏观的状态切换和变迁处理机，它包含了 手机上电、开机、版本升级、关机和系统级的电源管理五个部分。 系统总状态共分为s h u t d o w n 、s l e e p 、n o r m a l 、i d l e 、d e e p d o z e 五个状态， 也代表了五种功耗模式。在每个状态下对m c u 和外设的控制都有其各自的特 点，通过不同的功耗管理策略的组合来实现整机功耗的降低，延长手机的通话 时间和待机时间。 1 ) s h u t d o w n 状态 s h u t d o w n 状态是整个系统运行的起始点，在该状态下没有对系统进行 供电。 2 ) s l e e p 状态 s l e e p 状态表示系统处于关机状态，它是节能最深的模式，除了维持最 基本的硬件运行外，其他的外设( l c d 、l c d 控制器、闪光灯、串口、 g p r s 通信模块、和铉芯片、定时器等等) 都被关闭。 3 ) n o r m a l 状态 n o r m a l 状态是没有进行电源管理时系统的正常模式，所有的软硬件都 不受电源管理的控制和影响，通常也是性能最好，功耗最高的模式。 4 ) i d l e 状态 如果进入i d l e 任务，表明系统空闲，系统就会转入i d l e 模式。这是 一种轻量级的节能方式，主要是考虑到i d l e 任务可能会频繁地换入换 出( 特别是在使用g u i 的时候) ，为了提高效率，减少任务切换的开 销，i d l e 模式下节能的实现是比较简单的，只是c p u 降频。 i d l e 任务被换出的时候会退出i d l e 模式回到n o r m a l 模式。 第二章体系结构和系统流程 5 1d o z e d o z e 模式的特点是系统的多数硬件降频或者有些被关闭。它的节能 效果优于i d l e 模式。d o z e 模式提供给应用以低功耗方式运行的机 会，适用于那些需要运行但不需要高处理能力的场合。d o z e 模式对 任务的同步互斥等都没有影响，是否进入i d l e 任务也不影响d o z e 模 式的效果。 d o z e 模式的可选性能级别有四种，n o r m a l 模式性能的1 1 ，1 2 ， 1 4 ，1 8 。 表2 - i 总控状态转换表 总控状态状态描述事件动作跳转状态 s h u t d o w n 此时没有电源 p o w e r o nm c u 全迷廷仃，系统 s l e e p 接入用户合电池( 上电操作)进行板极初始化，只 挂接r t c 中断和键盘 中断。然后将m c u 降 频并进入s l e e p 模式； 并将高速时钟切换到 低速状态运行。 s l e e pm c u ：s l e e p ： r t ca l a r mi n t e m t p t 置标志，唤醒m c u 后 外设均关闭；中断( 闹钟)在i d l e 任务中调用 3 2 k 时钟工作 f n p i m a l a r m c i o c k i n t r t c c l o c k发消息给g u i 任务进 t i m e r 关闭行相应显示 a u t o p o w e r o nm c u = 全速率n o r m a i r t ca l a r m ( 自动开机) r e b o o t ，进行全功能初 o r 始化 l o n g p r e s s - p o w e r - k e y l o n g p r e s s - p o w e r - k e y 进行软件版本升级， s l e e p a n d 完毕后r e b o o t s e r i a l w a i t u p d a t e 充电 n e r l l l a l 正常使用状态关盖( 数码相机开)关主屏及背光、键盘 n o r m a l ( 所有外设均背光，小屏取景 开启) ：关盖关主屏及背光、键盘 o c s 3 5 ： 作背光，开小屏待机 主屏打开 休眠定时到，系统状态关主频背光、键盘背 n o r m a l 为：数据传输等光 休眠定时到，系统状态关闭主、小屏及背光 d o z e 为：普通态关闭键盘背光 i d l eh a i 第二章体系结构和系统流程 d o z em c u ：h a l t 2当前任务是i d l e 任务休眠模块d o z e 主、小屏及背时m c u = h a l t 2 光关别：o c s = 3 2 k 时钟 键盘背光关闭关闭所有8 1 6 位t i m e r g m 8 0 0 休眠r t c t i m e r 中断m c u 提至全速 3 2 k 时钟上作 m c u 提至全速 外部事件( 按键、g s m )激活各8 、1 6 位t i m e r n o i t o a l 更新o s 日历时间 s e t s y s t i m e 视情况点亮主、小屏 及背光 激活g m 8 0 0 关机键 s l e e p 2 3 ，2 开关机流程 丌机流程概述了手机上电后的初始化流程，包含： b s p 初始化 o s 初始化 t i m e r 初始化 f i l e 初始化 r t c 初始化 通信模块初始化 图片资源装载 配置文件装载 字符串装载 启动g u i 应用任务、g s m 任务、i d l e 任务 其中g u i 应用任务的初始化流程包含如下： g u i 初始化 p h o n e b o o k 初始化 通话记录初始化 软定时器初始化 开机动画 1 6 第二章体系结构和系统流程 创建待机界面 i m e 初始化 s i m 卡电话本初始化 s i m 卡短信装载 第二章体系结构和系统i l j 程 ”i 机( 芙机状态下按下p o w e r ) 系统启动( 包括碰件初始化，操 系统初抬化塾础模块初始化) g u 怔务启动 等铀g s m 初始化完成 s i m i - 枘制 图2 - 3 开机流程图 镑二审体系结构和系统河：程 关机流程相对比较简 单，主要是：释放各应用占 用的资源，关闭电话窗口， 关闭桌面，显示关机动画、 播放关机音乐，并创建关机 态窗口，最后进入深度节电 模式( s l e e p 状态) 。 在关机态中，m c u 和所 有外设均关闭，只有实时时 钟和键盘中断处于活动状 念，功耗相当低。 图2 - 4 关机流程图 待机界面中长 按p o w e r 键 关闭电话窗口 关闭桌1 ：i | i 显示关机动 画，捅放关机 音乐 i 创建关机态窗口 吐入深度节电模式 第二二章体系结构和系统洗程 2 3 3 系统任务设计 系统共分为六个任务，优先级和功能设计如下表所示 表2 - 2 任务设计表 任务优先每次轮循休功能 级眠时间 网络定时任务 】1 0 0 m s 负责t c p 的重传定时控制 g s m 任务 11 0 0 m s 轮循串口缓冲区，分流g s m v o i c ed a t a 神lg p r s d a t a 。如果是v o i c ed a t a 则调用g s mf u n c t i o n p a r s e r 进行解析，分离出电话、短信、小区j 播、 网络注册等信息，再通过消息机制通戋ug u i 应削 任务进行相应的处理；如果是g p r sd a t an ：t g - 数 据转交给网络p p p 缓冲医。 网络接收任务 2 信号量激活 g u i 戍州任务 21 0 0 m s 屏敲键最、触摸屏、硬件定时器等底层操作，为 用户提供m m i ( 人机界面接口) 操作界面，所有 应用( 电话本、短信、行程安排等) 都在此任务 空间内运行，和g s m 相关的处理则通过消息机 制把请求发给g s m 任务由g s m 任务年通信模 块进行交互，井把结果回送给g u i 应用任务，由 其与用户进行交互。 网络p p p 任务31 0 0 m s轮循p p p 接收缓冲区，负责拨号登录g p r s 网络， 建立和维护p p p 链路，协商本地i p 地址，发送平 接收数据 i d l e 任务 8 无在系统空闲时进行系统级的电源管理 任务之间的数据流图如下所示 图2 - 5 总体任务图 第三章g s m 中间件的设计和实现 第三章g s m 中间件的设计和实现 g s m 服务组件是介于上层m m i 应用和底层g s m g p r s 协议栈之间的一层 中问件，它封装了所有的g s m 业务和第二阶段附加业务，包括c m ( 呼叫管理) 、 n m ( 网络管理) 、s m s ( 短信) 、s t k ( s i m 卡工具箱) 、s s ( 附加业务) 、m u x ( 复用协议) 等几个模块。通过本中间件封装了g s m g p r s 协议，屏蔽不同 g s m g p r s 通信模块的差异性，向上层m m i 应用( 电话、短消息等) 提供统 一的接口。这样把m m i 处理和底层协议逻辑分开，既简化了m m i 的处理逻辑， 又提高了解决方案的可移植性。 3 1g s m 简介 g s m 数字移动通信系统源于欧洲。早在1 9 8 2 年，欧洲已有几大模拟蜂窝 移动系统在运营，例如北欧多国的n m t ( 北欧移动电话) 和英国的t a c s ( 全 接入通信系统) ，西欧其它各国也提供移动业务。当时这些系统是国内系统，不 可能在国外使用。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统， 1 9 8 2 年北欧国家向c e p t ( 欧洲邮电管理委员会) 提交了一份建议书，要求制 定9 0 0 m h z 频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲 电信标准学会( e t s i ) 技术委员会下的“移动特别小组g r o u ps p e c i a l m o b i l e ) 简称“g s m ”，来制定有关的标准和建议书。 1 9 8 6 年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的 8 个建议系统进行了现场实验。 1 9 8 7 年5 月g s m 成员国就数字系统采用窄带时分多址t d m a 、规则脉冲 激励线性预测r p e l t p 话音编码和高斯滤波最小移频键控g m s k 调制方式 达成一致意见。同年，欧洲1 7 个国家的运营者和管理者签署了谅解备忘录 ( m o u ) ，相互达成履行规范的协议。与此同时还成立了m o u 组织，致力于 g s m 标准的发展。 1 9 9 0 年完成了g s m 9 0 0 的规范，共产生大约1 3 0 项的全面建议书，不同建 议书经分组而成为一套1 2 系列。 1 9 9 1 年在欧洲开通了第一个系统，同时m o u 组织为该系统设计和注册了 市场商标，将g s m 更名为“全球移动通信系统”( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u 】1 i c a t i o n s ) 。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。同年，移动 特别小组还完成了制定1 8 0 0 m h z 频段的公共欧洲电信业务的规范，名为 d c s l 8 0 0 系统。该系统与g s m 9 0 0 具有同样的基本功能特性，因而该规范只占 第三童g s m 中间件的设计和实现 g s m 建议的很小一部分，仅将g s m 9 0 0 和d c s i s 0 0 之间的差别加以描述，绝 大部分二者是通用的，二系统均可通称为g s m 系统。 1 9 9 2 年大多数欧洲g s m 运营者开始商用业务。到1 9 9 4 年5 月已有5 0 个 g s m 网在世界上运营，1 0 月总客户数已超过4 0 0 万，国际漫游客户每月呼叫 次数超过5 0 0 万，客户平均增长超过5 0 。 1 9 9 3 年欧洲第一个d c s l 8 0 0 系统投入运营。到1 9 9 4 年已有6 个运营者采 用了该系统。 g s m 系统技术规范中只对功能和接口制定了详细规范，未对硬件做出规 定。这样做目的是尽可能减少对设计者限制，又使各运营者有可能购