【文章內(nèi)容簡介】 rating System）是根據(jù)操作系統(tǒng)的工作特性而言的。實(shí)時是指物理進(jìn)程的真實(shí)時間。實(shí)時操作系統(tǒng)是指具有實(shí)時性，能支持實(shí)時控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。首要任務(wù)是調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時控制任務(wù)，其次才著眼于提高系統(tǒng)的使用效率，重要特點(diǎn)是要滿足對時間的限制和要求。 多任務(wù)處理機(jī)制在嵌入式實(shí)時系統(tǒng)中，進(jìn)程（或任務(wù)）是操作系統(tǒng)的核心，操作系統(tǒng)的存在歸根結(jié)底就是為了提供一個運(yùn)行程序的空間。多任務(wù)系統(tǒng)的執(zhí)行過程實(shí)際上就是一系列任務(wù)在三種狀態(tài)中循環(huán)流動、輪流被內(nèi)核調(diào)度的過程。每個任務(wù)都是一個無限的循環(huán)，而且在同一時刻可運(yùn)行的任務(wù)只能處于運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)或阻塞態(tài)三種基本狀態(tài)之一[19]。：運(yùn)行就緒阻塞被調(diào)度時間片用完資源釋放或事件完成等待資源或事件 任務(wù)狀態(tài)及轉(zhuǎn)化在市場推動下，手機(jī)功能在不斷發(fā)展。攝像頭、MP藍(lán)牙這些功能可以依靠硬件，對CPU的壓力還不是很大。但java虛擬機(jī)、嵌入式瀏覽器等應(yīng)用軟件就會對CPU資源有較高的要求。不管是單CPU還是雙CPU，多任務(wù)機(jī)制在手機(jī)中就顯得非常重要。在同一時間我們會有許多的事情要去做，比如進(jìn)行電源管理，協(xié)處理器管理，文件系統(tǒng)管理，串口管理，顯示管理，SIM卡管理，LCD顯示管理，用戶輸入管理等等。如果是單任務(wù)串行機(jī)制，那么操作系統(tǒng)的實(shí)時性就無法保證了。 基于優(yōu)先數(shù)的任務(wù)調(diào)度每個進(jìn)程都有一個優(yōu)先數(shù)，數(shù)值大的表示優(yōu)先級高，系統(tǒng)在調(diào)度時總選擇優(yōu)先數(shù)大的占用CPU。優(yōu)先數(shù)的確定有兩種：靜態(tài)優(yōu)先數(shù)法：進(jìn)程創(chuàng)建時就規(guī)定好它的優(yōu)先數(shù)，這個數(shù)值在進(jìn)程運(yùn)行時不變。確定數(shù)值時可以考慮采讓外設(shè)進(jìn)程或終端用戶進(jìn)程優(yōu)先。動態(tài)優(yōu)先數(shù)法：進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)在執(zhí)行過程中可以根據(jù)情況而改變。大多數(shù)的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)使用的是基于優(yōu)先級的可搶占式調(diào)度策略，應(yīng)當(dāng)采用優(yōu)先級繼承和優(yōu)先級天花板策略來解決和避免優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題。手機(jī)嵌入式系統(tǒng)中，任務(wù)優(yōu)先級的概念體現(xiàn)在窗口管理機(jī)制上。設(shè)置窗口優(yōu)先級的目的是為了保護(hù)那些重要的窗口不被打斷。例如，當(dāng)手機(jī)在呼叫狀態(tài)時是處于Call窗口的，在Call的過程中不能夠出現(xiàn)被SMS或者Alarm窗口打斷的情況，否則會影響正常的Call過程。 任務(wù)間的通信在一個實(shí)時系統(tǒng)中，可能有許多任務(wù)作為一個應(yīng)用的一部分執(zhí)行。系統(tǒng)必須提供這些任務(wù)間的快速且功能強(qiáng)大的通信機(jī)制。兩個并行進(jìn)程可以通過互相發(fā)送消息進(jìn)行合作，消息是通過消息緩沖而在進(jìn)程之間相互傳遞的。任務(wù)之間的通信有三種方式：信箱、隊(duì)列FIFO和管道PIPE。信箱是任務(wù)間發(fā)送消息的接口，也是OS提供的一種機(jī)制。每個任務(wù)可以定義一個信箱，其他任務(wù)可以給它發(fā)送消息。每個消息的結(jié)構(gòu)中有個是信號量，它與某一事件聯(lián)系，而此事件是由于信箱中來了消息激發(fā)的。然而如果一個任務(wù)需要從多個信箱中得到消息，它必須能夠知道事件的標(biāo)識和事件已經(jīng)發(fā)生。信箱可以看成是長度為1的隊(duì)列，它消耗的資源少于隊(duì)列，運(yùn)行速度快于隊(duì)列。FIFO是一種先進(jìn)先出的隊(duì)列。它類似于一個管道，只允許數(shù)據(jù)的單向流動。每個FIFO都有一個名字，允許不相關(guān)的進(jìn)程訪問同一個FIFO。因此也成為命名管。管道一般用于兩個不同進(jìn)程之間的通信。當(dāng)一個進(jìn)程創(chuàng)建一個管道，并調(diào)用fork創(chuàng)建自己的一個子進(jìn)程后，父進(jìn)程關(guān)閉讀管道端，子進(jìn)程關(guān)閉寫管道端，這樣提供了兩個進(jìn)程之間數(shù)據(jù)流動的一種方式。 任務(wù)間的同步內(nèi)核也要提供為了有效地共享不可搶占的資源或臨界區(qū)所需的同步機(jī)制。任務(wù)之間的同步有三種方式：信號量、事件組和信號。（semaphore）信號量提供了對臨界資源的控制機(jī)制。所謂的臨界資源指的是在同一時刻只能為一個用戶所使用的資源。對信號量的基本操作是得到（obtain）和釋放（release）信號量。得到信號量是信號量的值減少；釋放信號量使信號量的值增加。（event group）事件組提供一種機(jī)制，指明了某種系統(tǒng)事件的發(fā)生。一個事件由在事件組變量中的某一位（bit）來代表，該位被稱為一個事件標(biāo)志。事件標(biāo)志的使用是同步的，任務(wù)并不知道事件標(biāo)志的出現(xiàn)直到出現(xiàn)特定的服務(wù)請求。通常每個事件組中有32個事件標(biāo)志。（signal）信號以異步方式操作，當(dāng)信號出現(xiàn)時任務(wù)被中斷，一個先前被任務(wù)定義的特定的信號處理程序被執(zhí)行。每一個任務(wù)具有處理32個信號的能力。每一個信號由變量的一位（bit）代表。 小結(jié)在本章中首先介紹了手機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)，其中詳細(xì)研究了移動通信協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，并用對比的方式介紹了流行的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)，最后重點(diǎn)對嵌入式實(shí)時系統(tǒng)的特點(diǎn)做了詳細(xì)的分析。本項(xiàng)目是基于GSM網(wǎng)絡(luò)，從界面、功能、外觀等各角度在MTK平臺上達(dá)到高仿某款手機(jī)的效果。而該款手機(jī)采用的Symbian操作系統(tǒng)在智能移動終端上擁有強(qiáng)大的應(yīng)用程序以及通信能力，它的特征包括文件系統(tǒng)、圖形用戶界面框架、多媒體支持、TCP/IP棧和庫，提供的軟件開發(fā)包可以供第三方應(yīng)用程序開發(fā)使用。Symbian體系中有多個可選擇的UI平臺以適應(yīng)不同的用戶需求。這些優(yōu)點(diǎn)是普通手機(jī)平臺難以實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)然這也是本項(xiàng)目的難點(diǎn)所在。因此，項(xiàng)目的首要任務(wù)是先對原始需求進(jìn)行充分評估和合理設(shè)計(jì)。29第三章 MMI的研究與實(shí)現(xiàn)第三章 MMI的研究與分析 MTK平臺總體設(shè)計(jì)手機(jī)軟件主要包括運(yùn)行軟件和調(diào)試軟件兩大部分。本項(xiàng)目中運(yùn)行軟件主要由：GSM協(xié)議棧、Nucleus操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動、MMI和WAP模塊組成。MTK提供的調(diào)試軟件有：Catcher、META[20]。它們的作用在于監(jiān)視軟件的實(shí)時運(yùn)行，加速手機(jī)運(yùn)行軟件的開發(fā)。：CatcherMETAJAVAMMIWAPL2/L3 Protocol StackDriversL1 Protocol StackL4CckNucleusOS MTK軟件結(jié)構(gòu)其中，Drivers是整個系統(tǒng)外圍設(shè)備的驅(qū)動程序，WAP是無線應(yīng)用協(xié)議，JAVA是J2ME軟件。 適配層KALMTK平臺使用了Nucleus Plus實(shí)時操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個操作系統(tǒng)適配層(KAL)在其上做了個內(nèi)核抽象層的封裝，使得手機(jī)軟件獨(dú)立于Nucleus操作系統(tǒng)。為了確保MMI task上所有程序能在PC機(jī)上正常的運(yùn)行，這層是必須的。它封裝了一些API，它們?yōu)槠渌浖峁┝撕芏嘞到y(tǒng)服務(wù)函數(shù)，例如時鐘管理、任務(wù)管理（同步和通信）、資源管理，內(nèi)存管理等[21]。：OSLKALNucleusor otherRTOS 適配層L4[22]MTK平臺中，L4層是MMI與AT和協(xié)議棧之間的一個適配層。也就是說，二者通過L4層完成通信過程。一般地，我們將L4以下的部分稱為下層，上面的稱為上層或應(yīng)用層。：KAL OS adaptationNucleus OSDriverPS/L1RMI(AT)FMIATCIL4AL4CUEMSMUSMSALCSMTCMENGPHBRACL4MMI：包括RMI和FMI兩個部分。前者即遠(yuǎn)程MMI（例如，PC端），通過UART口利用AT命令與協(xié)議棧通信；后者包括了MMI的所有特性。L4A：FMI對應(yīng)的L4適配層，F(xiàn)MI和L4A之間的服務(wù)節(jié)點(diǎn)是原始節(jié)點(diǎn)。L4C：L4的控制實(shí)體，處理所有應(yīng)用的請求和響應(yīng)。ATCI：AT命令解釋器，解釋來自PC端的AT命令，同時命令L4C執(zhí)行相應(yīng)的動作。UEM：用戶設(shè)備適配。驅(qū)動的適配，如KEYPAD、LED、GPIO等。PHB：電話本管理。處理電話本的相關(guān)操作，如存儲等。SMU：安全管理單元。安全性管理以及STK。CSM：電路交換協(xié)議棧管理。RAC：注冊接入控制。包括GSM/GPRS的注冊管理等。SMSAL：短消息服務(wù)應(yīng)用層。處理短信存儲、收發(fā)短信、小區(qū)廣播等。TCM：終端文本管理。 task間的通信機(jī)制[23]在MTK平臺中，系統(tǒng)被劃分為若干個獨(dú)立的task，它們由操作系統(tǒng)來統(tǒng)一管理調(diào)度。一個事件的處理往往是多個task交互完成的，這就需要每個task之間都可以進(jìn)行通信，它們都是通過消息隊(duì)列來接受或發(fā)送消息的。：CC TaskSIM TaskL4 TaskMMI Taskmore Task…MODL4CMODTCMMODSMSALMODCSMMODUEMMODRACMODSMUMODPHBSystem task結(jié)構(gòu)消息隊(duì)列可以分為三種：內(nèi)部隊(duì)列Internal queue、外部隊(duì)列External queue和循環(huán)隊(duì)列Circular queue。其中，內(nèi)部隊(duì)列是在同一個task的模塊之間進(jìn)行消息交互的隊(duì)列，外部隊(duì)列是在不同的task的模塊之間進(jìn)行消息交互的隊(duì)列，循環(huán)隊(duì)列是專門用于MMI模塊讀取消息的隊(duì)列，默認(rèn)的大小是30。消息message的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：typedef struct ilm_struct{oslModuleType oslSrcId。 // 源模塊IDoslModuleType oslDestId。 // 目的模塊IDoslMsgType oslSapId。 // 服務(wù)接入點(diǎn)oslMsgType oslMsgId。 // 信息名IDoslParaType *oslDataPtr。 //本地參數(shù)緩沖器oslPeerParaPtr *oslPeerBuffPtr。 //peer緩沖器指針} ilm_struct。進(jìn)行task之間的通信之前，先創(chuàng)建task。建立task入口函數(shù)，進(jìn)入消息的循環(huán)，從而在外部隊(duì)列中監(jiān)聽消息message，完成此步驟的函數(shù)是：OslReceiveMsgExtQ(mmi_qid, amp。mmi_message)。下面以MMI task向L4 task發(fā)送消息來說明task間的通信過程：MMI從L4C中接收到消息后，MMI會根據(jù)消息ID注冊一個消息響應(yīng)的處理函數(shù)，完成此步驟的函數(shù)是SetProtocolEventHandler(FuncCB, msg_id)。以MMI向L4C發(fā)送調(diào)節(jié)音量請求為例：void SetVolumeLevelReq(volume_type_enumvolume_type,U8 volume_level){MYQUEUE Message。mmi_eq_set_volume_req_struct *setVolumeLevelReq。 = MSG_ID_MMI_EQ_SET_VOLUME_REQ。 //消息ID//建立本地參數(shù)緩沖器 setVolumeLevelReq = OslConstructDataPtr(sizeof(mmi_eq_set_volume_req_struct))。setVolumeLevelReqvolume_type = volume_type。setVolumeLevelReqvolume_level = volume_level。= (oslParaType*)setVolumeLevelReq。 //本地參數(shù)緩沖器= NULL。 //Peer參數(shù)緩沖器=MOD_MMI。 //源模塊ID=MOD_L4C。 //目的模塊IDOslMsgSendExtQueue(amp。Message)。 //發(fā)送給L4 task} MMI層軟件結(jié)構(gòu)[24]MMI模塊主要由三部分組成：Application Layer（應(yīng)用層軟件）、Framework（框架）和UI Layer（圖像用戶接口）。：Application LayerUI LayerFrameworkOperating System amp。 Protocol Stack Layer amp。 Driver MMI軟件結(jié)構(gòu)Application Layer即手機(jī)應(yīng)用，就是手機(jī)提供的各功能。具體包括通訊錄、消息(短消息、增強(qiáng)型短消息、小區(qū)廣播)、歷史記錄、設(shè)置(電話設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、安全設(shè)置)、情景模式、娛樂游戲、WAP、快捷方式等。Framework是MMI模塊的核心，主要用于分發(fā)和解釋消息并控制向用戶提供友好界面的信息，接收到的消息按其屬性逐層解析處理。包括OS適配層、與L4 task通信的Task和與存儲設(shè)備通信的文件系統(tǒng)。UI Layer主要負(fù)責(zé)人機(jī)界面元素，實(shí)現(xiàn)菜單的組織和屏幕的顯示。例如：主題風(fēng)格、標(biāo)題、按鈕、圖片等的組織和調(diào)用LCD驅(qū)動顯示人機(jī)界面。由此可以說Framework主要實(shí)現(xiàn)了調(diào)度功能；Application Layer實(shí)現(xiàn)各個服務(wù)功能，每個功能又自己組成一個模塊，設(shè)計(jì)時可根據(jù)具體需求增減模塊；UI Layer負(fù)責(zé)顯示用戶友好界面。為了增強(qiáng)軟件的可擴(kuò)展性和靈活性，特意將Framework和Application Layer分開，利于模塊的封裝和程序的二次開發(fā)。 MMI接口介紹MMI中主要接口包括：Framework與協(xié)議棧L4層的接口，也是MMI層與應(yīng)用提供者的接口。它們之間時通過消息進(jìn)行通信的，是由Task機(jī)制來完成的。UI Layer與LCD的接口，也是MMI與硬件的接口。UI Layer先與LCD驅(qū)動通信，然后通過驅(qū)動與硬件設(shè)備連接。它們是通過接口和消息進(jìn)行通信的。 MMI與L4之間的通信MMI Task與L4 ：網(wǎng)絡(luò)模擬器/L4MMI隊(duì)列網(wǎng)絡(luò)模擬器/L4隊(duì)列MMITASK操作系統(tǒng)層 MMI Task與L4 Task的通信過程MMI 隊(duì)列：協(xié)議?；蛘週4將事件寫到該隊(duì)列中，然后MMI Task從這個隊(duì)列中讀取事件。網(wǎng)絡(luò)模擬器/L4隊(duì)列：MMI Task將MMI事件寫入該隊(duì)列中，然后L4 task或者網(wǎng)絡(luò)模擬器從這個隊(duì)列