【正文】 先進功能。 目前，在智能手機上運行的操作系統(tǒng)主要有：微軟的Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｍｏｂｉｌｅ、 ＣＥ，諾基亞的Ｓｙｍｂｉａｎ ＯＳ，ＲＩＭ的黑莓，蘋果的ｉＰｈｏｎｅ以及Ｇｏｏｇｌｅ 的Ａｎｄｒｏｉｄ。 數(shù)據(jù)顯示，短短的一年間，Ａｎｄｒｏｉｄ的市場占有率就增長了４．２個百分點。Ａｎｄｒｏｉｄ的官方版本就是以開放手機 聯(lián)盟的名義發(fā)布的。另一方面，Ａｎｄｒｏｉｄ提供了一套免費的軟件開發(fā) 工具（Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｋｉｔ），而且與Ａｎｄｒｏｉｄ的源代碼同步更新。Ａｎｄｒｏｉｄ的前景很美好。國內(nèi)的手機開發(fā)商開發(fā)智能手機時，需要交付版權(quán)費 以及培訓(xùn)費用。通過對Ａｎｄｒｏｉｄ源 代碼的分析和研究，在智能手機領(lǐng)域?qū)楷F(xiàn)一批又一批的高素質(zhì)人才。在我們的研究開題時，市面上還沒有國 內(nèi)廠家生產(chǎn)的基于Ａｎｄｒｏｉｄ平臺的手機出售。不同的設(shè)計方案，通 訊功能實現(xiàn)的方式有差異。在手機業(yè)務(wù)高速發(fā)展的階段，這兩種通 訊方式為手機積累了大量的用戶，是手機市場茁壯成長的基石。手機功能多樣化、應(yīng)用軟件智能化， 多媒體技術(shù)的應(yīng)用，都需要高效率的處理器以及智能操作系統(tǒng)的支持。因此，在通訊方面，僅僅具有 通話和短信功能的手機不能滿足需求，手機必須要接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。 １．３文章結(jié)構(gòu) Ａｎｄｒｏｉｄ作為智能操作系統(tǒng)的新貴，其發(fā)展歷史很短暫。 為了讓讀者更好的了解文章論述的內(nèi)容，在第２章中，我將通過介紹目前市面上 的一些Ａｎｄｒｏｉｄ產(chǎn)品以及它們的通訊功能，從而引出論文相關(guān)的概念和協(xié)議，并 較粗略地描述協(xié)議的應(yīng)用過程。由ＨＴＣ制造的，首款Ａｎｄｒｏｉｄ智能手機，Ｔ－ｍｏｂｉｌｅ Ｇ１［８］就是采 用高通的芯片。另外，還要根據(jù)各種協(xié)議和規(guī)范， 實現(xiàn)通話、短信息服務(wù)、手機連接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的功能。 ８ 蘭州大學(xué)碩七學(xué)位論文 第２章論文相關(guān) ２．１ Ａｎｄｒｏｉｄ平臺介紹 在全球范圍內(nèi)，截止２００９年底，Ａｎｄｒｏｉｄ手機開發(fā)平臺至少被裝備到１８款 手機中［１０］。 但從兩者的共性來看，他們都運行在ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)中，支持ＧＰＲＳ和ＥＤＧＥ［１３］，具有 通話、短信息服務(wù)等基本通訊功能。任何一個 運行在Ａｎｄｒｏｉｄ系統(tǒng)中的應(yīng)用程序，在遵循Ａｎｄｒｏｉｄ應(yīng)用程序框架安全性限制的 前提下，都可以發(fā)布它特有的功能模塊，使得別的Ａｎｄｒｏｉｄ應(yīng)用程序可以調(diào)用該 功能模塊。Ｄａｌｖｉｋ虛擬機使用自己特有的字節(jié)碼文件，以滿足內(nèi)存大小有限， 處理器速度受限的手機終端設(shè)備的需求。 Ｗｅｂｋｉｔ的代碼簡潔，結(jié)構(gòu)合理，有利于開發(fā)。 Ａｎｄｒｏｉｄ系統(tǒng)中提供了２Ｄ和３Ｄ的圖形庫，開發(fā)者可以利用這些圖形庫開發(fā) 各種圖形效果。 ５．利用ＳＱＬｉｔｅ數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)。而對于寫操作，只有當(dāng)數(shù)據(jù)空閑的時候才 能進行操作，否則就會出錯。在手機終端設(shè)備硬件能力較低的情況下， ＳＱＬｉｔｅ是優(yōu)良的選擇。 ７．無線電話技術(shù)。從用戶的角 度來說，ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)能提供較好的語音質(zhì)量以及各種不同的通訊方式，例如短信息， 從而滿足用戶的需求。 ８．支持藍牙、Ｗ卜Ｆｉ、攝像頭、ＧＰＳ等多種時尚應(yīng)用。 在開發(fā)Ｊａｖａ應(yīng)用時，Ｅｃｌｉｐｓｅ集成開發(fā)環(huán)境是最常用的。每個新建的應(yīng)用程序都是一個Ａｎｄｒｏｉｄ項目。也正是通 過ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)，手機設(shè)備間才能進行通訊。這主要是因為ＧＳＭ提供了一系列的開放標準 和協(xié)議，并且能夠被更好的部署在各種設(shè)備中。這三個部分具體涉及到的內(nèi)容很 多，很復(fù)雜，而且其設(shè)備都是由運營商投資建設(shè)的。而基站子系統(tǒng)的作用就是切換手機終端與基站間的連接，維持無 ————』燮塑燮 線信號傳輸?shù)倪B續(xù)性。 ２．２．２通訊協(xié)議 通訊時，數(shù)據(jù)從手機終端傳輸?shù)交?，最后到達目標設(shè)備，其過程是由ＧｓＭ 標準中的一系列通訊協(xié)議所控制的。而文章的著重點在于智能操作系統(tǒng)平臺上的通訊協(xié)議的應(yīng)用。下文將描述與上層應(yīng)用相關(guān)的協(xié)議’以及探 討這牲協(xié)議在實現(xiàn)相關(guān)功能時的應(yīng)用過程。當(dāng)有來電時，基 帶會用ＡＴ命令主動通知應(yīng)用程序。為此，在應(yīng)用ＡＴ命令的時候，必須參考提供商的ＡＴ命令文檔。從軟件的角度來說，應(yīng)用程序只 需要根據(jù)當(dāng)前通話所處于的狀態(tài)，向基帶發(fā)送不同的ＡＴ命令，控制通訊流程。 ２．２．５短信息服務(wù) 短信息服務(wù)［２３］是ＧＳＭ系統(tǒng)中提供的一種便捷的通訊服務(wù)，用來傳輸文本信 息。短信發(fā)送后，先被保存在短信服務(wù)中心，然后服務(wù)中心發(fā)送 給目標終端。為此文章中僅討論ＰＤＵ模式。 在通訊協(xié)議的實際應(yīng)用中，短信息應(yīng)用程序必須把用戶輸入的短信息進行 ＰＤＵ編碼，補全其他字段的內(nèi)容，利用ＡＴ命令把數(shù)據(jù)發(fā)送給基帶，然后基帶與 短信服務(wù)中心進行交互。ＧＰＲＳ通過分組的方式，讓多個用戶使用同一條信道。第一種是使用ＡＴ命令來接入ＧＰＲＳ 網(wǎng)。當(dāng)處理上網(wǎng) 業(yè)務(wù)時，要切換到數(shù)據(jù)模式，通話的時候要切換到命令模式。那么，通話和短信業(yè)務(wù)可以在命令通道中實現(xiàn)，數(shù)據(jù)通道處 理ＧＰＲＳ上網(wǎng)的業(yè)務(wù)。然而，在底層實現(xiàn)中，我們要根據(jù)相關(guān) 的協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和分發(fā)。 １５ 蘭州人學(xué)碩士學(xué)位論文 第３章Ａｎｄｒｏｉｄ平臺通訊架構(gòu) 通過前面的介紹，讀者應(yīng)該對于手機ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)有了一定的認識，了解了相關(guān) 的通訊協(xié)議，以及了解應(yīng)用協(xié)議實現(xiàn)通訊功能的相關(guān)過程與方法。另一方面，由于Ａｎｄｒｏｉｄ沒有考慮各種 硬件平臺的接口資源，在實際應(yīng)用中，可能會造成資源沖突。應(yīng)用程序的實現(xiàn)是基于Ｊａｖａ語言，但與標準的Ｊａｖａ ＭＥ［２９］語言有不同。運用這些接口，應(yīng)用程序可以訪問硬件資源。硬件抽象層以．ＳＯ動態(tài)庫文 件的形式存在。 ３．２ Ａｎｄｒｏｉｄ通訊架構(gòu)分析 ３．２．１架構(gòu)描述 Ａｎｄｒｏｉｄ通訊架構(gòu)是Ａｎｄｒｏｉｄ平臺架構(gòu)的子集，符合系統(tǒng)的設(shè)計思路。短信息服 務(wù)界面中顯示了手機上存儲的所有短信息，以及提供消息編寫和發(fā)送操作的圖形 界面。以短信息服務(wù)為例，用戶在應(yīng)用主界面中輸入數(shù)據(jù)，發(fā)送短信息。當(dāng)用戶設(shè) 定啟動ＧＰＲＳ上網(wǎng)業(yè)務(wù)時，系統(tǒng)就會進行撥號，然后利用點到點協(xié)議服務(wù)程序與 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器連接，獲?。桑械刂贰?然而，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實現(xiàn)中，Ａｎｄｒｏｉｄ不是采用ＡＴ命令規(guī)范對數(shù)據(jù)進行封 裝，而是采用讀寫基帶的通訊接口的方法。它是Ａｎｄｒｏｉｄ通訊架 構(gòu)中的關(guān)鍵。為此，Ａｎｄｒｏｉｄ平 臺僅僅針對標準ＡＴ指令規(guī)范，構(gòu)建了一個無線接口層。Ｔ 硬件抽象層ｒｉｌ．ＳＯ Ｊ Ｌ ｒｅｓ印ｎ∞ Ｊ Ｉ ｓｏｌｉｃｉｔｅｄ ｆｅｑｕｅｓｔ ．．ｒｅｓｐｎｎＲｅ １ ｒ ｕｎｓｏｌｉｃｉｔｅｄ ．ＪＰＳｐｏｎ毆 串口 基帶 圖３．３無線接口層的結(jié)構(gòu)圖 圖３．３中虛線部分為Ａｎｄｒｏｉｄ的無線接口層，它包括無線接口層監(jiān)控程序 ｒｉｌｄ以及通訊功能的硬件抽象層ｒｉｌ．ＳＯ（以下簡稱ｒｉｌ）。當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用ＲＩＬ．ｊａｖａ中提供的 應(yīng)用程序接口時，進程會把數(shù)據(jù)從Ｓｏｃｋｅｔ通道中發(fā)送給ｒｉｌｄ。 在Ａｎｄｒｏｉｄ中，我們把主動向基帶發(fā)送請求的操作稱之為ｒｅｑｕｅｓｔ，例如撥 １９ 蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文 號，呼叫轉(zhuǎn)移、發(fā)送短消息等。在這里，主動請求，主動請求的響應(yīng)消息以及非請求的響應(yīng)， 都是ＡＴ命令的集合。 通過對Ａｎｄｒｏｉｄ無線接口層代碼的研究，我們可以發(fā)現(xiàn)Ａｎｄｒｏｉｄ提供了一個 虛擬的ｒｉｌ。 ３．３新的架構(gòu)的設(shè)計 上文提到Ａｎｄｒｏｉｄ在處理通話和ＧＰＲＳ上網(wǎng)時，會產(chǎn)生資源的沖突。這個方法是一定不會使用的。我們已經(jīng)知道，使用ＡＴ命令實現(xiàn)ＧＰＲＳ，需要不斷的切換數(shù)據(jù)模式和命令 模式，這樣會造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡托?。這兩個關(guān)鍵點的實現(xiàn)我們將在下一章節(jié)相 關(guān)的部分進行具體分析。運用多路復(fù)用技術(shù)，多條低速的數(shù)據(jù)流可以合并到同一條高速的通訊 信道中，以此來避免產(chǎn)生高額的器件成本。在開發(fā)中，用戶 需要在一條物理串口接口上實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)鏈路連接，也就是說，在系統(tǒng)中以此串 口為主，虛擬出多個虛擬串口，供上層應(yīng)用讀寫。若數(shù)據(jù)流進入多路復(fù)用監(jiān)控程序時，程 序會依據(jù)多路復(fù)用協(xié)議，根據(jù)數(shù)據(jù)流本身所處的信道、數(shù)據(jù)長度等信息，進行數(shù) 據(jù)包封裝，然后通過ｔｔｙＳＯ發(fā)送給基帶，最后通過處理器中的多路復(fù)用協(xié)議棧， 傳輸?shù)剑牵樱途W(wǎng)絡(luò)中。也就是說，如果基帶不提供多路復(fù) 用的功能，在系統(tǒng)端，就算實現(xiàn)了多路復(fù)用協(xié)議，還是不能成功傳輸數(shù)據(jù)。根據(jù)多路復(fù)用協(xié)議以及實際硬 件基帶的特性，我們設(shè)計了新的無線接口層，稱為多路復(fù)用無線接口層。多路復(fù)用監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)了對基帶通訊接口的虛擬化，產(chǎn)生了３個虛擬串口， 即ＡＴ、ＵＲＣ、ＤＡＴＡ。例如，撥打電話，發(fā)短 信息等操作通過ＡＴ數(shù)據(jù)鏈路來進行，返回信息也從ＡＴ數(shù)據(jù)鏈路獲得。在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建好后，第三個數(shù)據(jù)流ｄａｔａ就是網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)通路。 ４．１ Ａｎｄｒｏｉｄ相關(guān)開發(fā)準備 ４．１．１開發(fā)環(huán)境搭建 １．我們用到的手機設(shè)計方案中，硬件部分的關(guān)鍵部件是聯(lián)發(fā)科基帶 ＭＴ６２２３［３２］。綜合來說，ＭＴ６２２３是最佳成本效益的一款基帶產(chǎn) 品，能夠滿足我們實現(xiàn)計劃功能的需要。與ｘ８６對比，ａｒｍ更省電，待機時間更長。Ｇｏｏｇｌｅ提供的Ａｎｄｒｏｉｄ源碼丌發(fā)工具中就有在Ｘ８６ 平臺中交叉編譯的工具鏈。Ｂｌｏｂ是一款開放源代碼的、強大的啟動引導(dǎo)程序。具體的下載 方法和Ｌｉｎｕｘ系統(tǒng)工作環(huán)境的設(shè)置可以參考官方網(wǎng)站的說明［３４］。獲?。悖酰穑悖幔耄宸种?的方法是在下載的命令中，增加命令參數(shù)一ｂ ２ Ａｎｄｒｏｉｄ ｃｕｐｃａｋｅ。當(dāng)然，我們需要 根據(jù)手機設(shè)計方案中的設(shè)備的特性，修改Ｌｉｎｕｘ內(nèi)核中的各種驅(qū)動程序等。開機運行時，系統(tǒng)加電 后引導(dǎo)程序Ｂｌｏｂ會引導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)核啟動，然后內(nèi)核會加載文件系統(tǒng)。在系統(tǒng)啟動的初始階段，串口多路復(fù)用監(jiān)控程 蘭州人學(xué)碩士學(xué)位論文 序就必須啟動。串口多路復(fù)用方法的實現(xiàn)有兩 個關(guān)鍵點，一是多路復(fù)用協(xié)議的實現(xiàn)，二是實現(xiàn)虛擬多串口。而在兩個標志域中間的字段才是 有效的數(shù)據(jù)。 ＥＡ是擴展標志位，如果ＥＡ置ｌ，則表示該地址域中只有這一字段。在表４．１中列舉了兩種數(shù)據(jù)幀，分別是ＵＩＨ和 ＳＡＢＭ。ＵＩＨ數(shù)據(jù)幀是用來傳輸數(shù)據(jù)信息的。數(shù)據(jù)鏈路建立后，基帶返回一個數(shù)據(jù)幀，其中Ｐ／Ｆ位也置１。校驗 域，我們在實現(xiàn)中用到了ＣＲＣ校驗。ｍｕｘ—ｒｅａｄ接口的作用是接收基帶傳輸過 來的信息。虛擬終端要起作用，必須把主節(jié)點的文件描述符作為 參數(shù)，傳遞給ｇｒａｎｔｐｔ和ｕｎｌｏｃｋｐｔ函數(shù)，從而修改虛擬終端的訪問屬性以及對 虛擬終端進行解鎖。這些配置信息包 括數(shù)據(jù)鏈路地址，數(shù)據(jù)鏈路上流通的數(shù)據(jù)幀類型，數(shù)掘鏈路的優(yōu)先級等等。 ２．向控制信道發(fā)送ＵＩＨ數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)內(nèi)容為ＤＬＣ １的配置信息， 從而在處理器中注冊上第ｌ條數(shù)據(jù)鏈路通道。 ６．向控制信道發(fā)送ＵＩＨ數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)內(nèi)容為ＤＬＣ ３的配置信息， 從而在處理器中注冊上第３條數(shù)據(jù)鏈路通道。Ｖ．２４控制信號是只有一個字節(jié)大小的數(shù)據(jù)。圖４．１ 描述了數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)流程，圖４．２描述了數(shù)據(jù)接收的數(shù)據(jù)流程。然后，需要把消息信息一個字節(jié)不漏的復(fù)制到新增加的 緩存區(qū)內(nèi)，緊跟在控制信號之后。那么，這個新增的緩存區(qū)就是系統(tǒng)要接收的消息。而硬件抽象層是與多路復(fù)用監(jiān)控程序創(chuàng)建出來的３個虛擬串口 蘭州人學(xué)碩士學(xué)位論文 直接通訊的。 為了方便操作，我們在多路復(fù)用監(jiān)控程序中為這些設(shè)備文件建立了對應(yīng)的符 號連接，分別為／ｄｅｖ／ｄａｔａ，／ｄｅｖ／ｕｒｃ，／ｄｅｖ／ａｔ。相關(guān)代碼如下： ｉｎｔ ｉｎｔ ｉ ｎｔ ｆｄ＿ａｔ＝ｏｐｅｎ（“／ｄｅｖ／ａｔ”，Ｏ＿＿ＲＤＷＲ ０一ＮＯＮＢＬＯＣＫ）： ｆｄ—ｕｒｃ＝ｏｐｅｎ（“／ｄｅｖ／ｕｒｃ”，０一ＲＤＷＲ １ ０一ＮＯＮＢＬＯＣＫ）： ｆｄ—ｄａｔａ＝ｏｐｅｎ（“／ｄｅｖ／ｄａｔａ”，０一ＲＤＷＲ ０一ＮＯＮＢＬＯＣＫ）： 其次，我們需要解決數(shù)據(jù)讀取的問題。實現(xiàn)這個過程，我 們運用Ｌｉｎｕｘ的系統(tǒng)調(diào)用ｓｅｌｅｃｔ［３７］來完成。而， 我們要實現(xiàn)的架構(gòu)中，ＡＴ數(shù)據(jù)鏈路通道和ＤＡＴＡ數(shù)據(jù)鏈路通道都是可以寫數(shù)據(jù)的。在我們的方案中，Ａｎｄｒｏｉｄ系統(tǒng)平臺是通過串 口來訪問基帶的。等待ｓｏｃｋｅｔ 連線啟動后，返回ｓｏｃｋｅｔ的文件描述符ｆｄ。但是在參數(shù)上我們進行了修改，因為這需要與我們在無 線接口層監(jiān)控程序中建立的服務(wù)器相匹配。首 先，需要通過ｔｃｇｅｔａｔｔｒ函數(shù)獲取存儲串口屬性設(shè)置的結(jié)構(gòu)體，然后修改結(jié)構(gòu)體 的值域，設(shè)置串口輸入輸出的波特率，最后通過ｔｃｓｅｔａｔｔｒ函數(shù)保存串口屬性設(shè) ３２ 蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文 置。 這些都需要根據(jù)硬件的情況來設(shè)置。當(dāng)有來電時，基帶向系統(tǒng)周期性地主動上報消 息，消息內(nèi)容是“ＲＩＮＧ”，表示有鏈接請求。用戶需要結(jié) 束通話時，進行掛斷電話的操作。 當(dāng)需要撥打電話時，用戶在撥號界面輸入對方號碼，然后確認撥出，接著應(yīng) 用程序會接管工作。撥號操作進行后，系統(tǒng)進入撥號等待狀態(tài)。 在ＡＴ命令集標準協(xié)議［２２］中，設(shè)定了一條ＡＴ命令一ＡＴ＋ＣＬＣＣ，來查詢 當(dāng)前的通話狀態(tài)。表４．２ 描述了ＣＬＣＣ查詢通話狀態(tài)的狀態(tài)字段。 通話狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖描述了整個通話的過程，強調(diào)了各種狀態(tài)和操作的對應(yīng)關(guān) 系。短信功能擁有最廣泛的用戶群體，創(chuàng)造著巨大的產(chǎn)業(yè)價值。 ４．５．１發(fā)送短信息 我們分析過Ａｎｄｒｏｉｄ的通訊架構(gòu)，而短信息服務(wù)的相關(guān)操作就分布在各個架 構(gòu)層中。這些信息可以在用戶輸入信息并提出發(fā)送請求時獲取。在此階段，我們需要依據(jù)ＰＤＵ 編碼標準［２５］來對數(shù)據(jù)進行編碼。我們可以通過ＡＴ命令“ＡＴ＋ＣＳＣＡ＂來獲取其地址。而 關(guān)于短信息的類型，我們常用到的是ＳＭＳ—ＳＵＢＭＩＴ（信息發(fā)送），ＳＭＳ—ＤＥＬＩＶＥＲ（信 息接收），ＳＭＳ－ＳＴＡＴＵＳ ＲＥＰＯＲＴ（短信狀態(tài)報告）。在服務(wù)中心保存的信 息會進行重新發(fā)送的操作，直到發(fā)送成功或不再存儲。我們可以從中獲得的有用的信息，包括短信