【正文】 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。另外，在Ａｎｄｒｏｉｄ中，我們把基帶主動上報的消息稱 為ｕｎｓｏｌｉｃｉｔｅｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ，表示非請求的響應(yīng)。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。串口回來的數(shù)據(jù)， 需要從ＡＴ指令中解包，最后傳輸給上層。 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。在Ａｎｄｒｏｉｄ的模擬器中，用到的就是這種功能。 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。 基帶作為手機(jī)設(shè)計方案中必備的關(guān)鍵部件，成本相對其他部件來｝兌，比較高昂。這個方法是一定不會使用的。在Ａｎｄｒｏｉｄ平臺上運行的應(yīng)用程序，都可以利用現(xiàn)有的 應(yīng)用程序框架訪問網(wǎng)絡(luò)資源。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А?運用多路復(fù)用協(xié)議，虛擬出多個串口資源提供系統(tǒng)使用，這個方法比較符合 Ａｎｄｒｏｉｄ系統(tǒng)的需要。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(jìn)行具體分析。在接下來的部分，我將具 體分析串口多路復(fù)用協(xié)議在系統(tǒng)中的應(yīng)用。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。而基帶僅僅提供了一個串口讓系統(tǒng) 使用。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。 曰 曰 日 囂眨 目一 日一 曰＝日一燃 日一 日、＼ 、————————————————、－，————————————————／ 多路復(fù)用監(jiān)控程序 圖３．４串口多路復(fù)川模型 １，２，３分別表示３種不同信道中的數(shù)據(jù)流，ｔｔｙＳＯ是與基帶通訊的串口， ｐｔｓｌ，ｐｔｓ２，ｐｔｓ３是ｔｔｙＳＯ的虛擬串口。若數(shù)據(jù)流進(jìn)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(jìn)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。在這個過程中， 可以發(fā)現(xiàn)，多路復(fù)用的協(xié)議必須在硬件和系統(tǒng)中都得實現(xiàn)。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)。 ３．３．２多路復(fù)用無線接口層架構(gòu)設(shè)計 多路復(fù)用協(xié)議為我們提供解決ＧＰＲＳ數(shù)據(jù)通道和通話命令通道間沖突的方 案。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。 在圖３．５中，虛線部分代表多路復(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。所有在多路復(fù)用監(jiān)控程序中進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)， 都會按照多路復(fù)用協(xié)議進(jìn)行處理，以此來管理數(shù)據(jù)的分發(fā)。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(jìn)行，返回信息也從ＡＴ數(shù)據(jù)鏈路獲得。 在圖３．５中，我們可以看到ＤＡＴＡ虛擬串口上有三種數(shù)據(jù)流，其中主動請求和主 動請求響應(yīng)消息與ＡＴ虛擬串口中的一樣。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。在三種方案中，我們擇優(yōu)選擇了串口多路復(fù)用技術(shù)， 并對無線接口層架構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模岢鲂碌亩嗦窂?fù)用無線接口層架構(gòu)。 ４．１ Ａｎｄｒｏｉｄ相關(guān)開發(fā)準(zhǔn)備 ４．１．１開發(fā)環(huán)境搭建 １．我們用到的手機(jī)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］。ＭＴ６２２３是他們生產(chǎn)的最成熟的基 帶產(chǎn)品，支持ＧＳＭ和ＧＰＲＳ，擁有優(yōu)秀的ＧＰＲＳ吞吐量，優(yōu)異的功耗，成熟和穩(wěn)健 的基帶系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)了各種網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議棧。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。 Ａｎｄｒｏｉｄ系統(tǒng)平臺是基于ａｒｍ處理器的系統(tǒng)。與ｘ８６對比，ａｒｍ更省電，待機(jī)時間更長。因為目的平臺不能夠讓我們安裝ａｒｍ 的編譯器，并在其中進(jìn)行編譯，所以我們用到交叉編譯。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。 ３．系統(tǒng)引導(dǎo)程序Ｂｌｏｂ［３３］。Ｂｌｏｂ是一款開放源代碼的、強(qiáng)大的啟動引導(dǎo)程序。在實際開發(fā)中，通過超級終端控制串口，利用ＵＳＢ把系 統(tǒng)引導(dǎo)程序下載到目的平臺。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］。我們選擇了Ａｎｄｒｏｉｄ １．５，代號 ｃｕｐｃａｋｅ的Ａｎｄｒｏｉｄ源碼分支作為研究對象。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。Ａｎｄｒｏｉｄ系統(tǒng)的源碼中每個小項目就是一個ｇｉｔ庫，下載時比較麻煩， 需要按照官方網(wǎng)站中的說明進(jìn)行操作。當(dāng)然，我們需要 根據(jù)手機(jī)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。 資源到位后，編譯Ａｎｄｒｏｉｄ源碼和Ａｎｄｒｏｉｄ Ｌｉｎｕｘ內(nèi)核，分別產(chǎn)生系統(tǒng)鏡像 ｓｙｓｔｅｍ．ｉｍｇ文件和內(nèi)核鏡像ｚＩｍａｇｅ文件。開機(jī)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)。雖然這樣調(diào)試 比較繁瑣，但是通訊功能是與硬件密切相關(guān)的，虛擬機(jī)是無法模擬的。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。聯(lián)發(fā)科實現(xiàn)該功能時，是完全按照３ＧＰＰ ２７．０１０ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ＴＳ ｐｒｏｔｏｃｏｌ（多路復(fù)用協(xié)議）［３６］來操作的。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。多路復(fù)用 數(shù)據(jù)幀格式如表４．１所示。而在兩個標(biāo)志域中間的字段才是 有效的數(shù)據(jù)。在地址域中，ＤＬＣ Ｉ代表第１個數(shù) 據(jù)鏈路通道。 ＥＡ是擴(kuò)展標(biāo)志位，如果ＥＡ置ｌ，則表示該地址域中只有這一字段。Ｃ／Ｒ（命令／響應(yīng)）是用來識別數(shù)據(jù)幀是命令還是響應(yīng)，或者 說是區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的流向。在表４．１中列舉了兩種數(shù)據(jù)幀，分別是ＵＩＨ和 ＳＡＢＭ。ＳＡＢＭ數(shù)據(jù)幀主要是用來設(shè)置數(shù)據(jù)鏈路通道的工作方式，這在建立數(shù)據(jù)通道 的時候用到它。ＵＩＨ數(shù)據(jù)幀是用來傳輸數(shù)據(jù)信息的。另外，Ｐ／Ｆ位的設(shè)置，是一種響應(yīng)匹 配機(jī)制。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。 數(shù)據(jù)長度域也可以通過ＥＡ位來進(jìn)行擴(kuò)展，但數(shù)據(jù)長度域的位數(shù)最多為１５ 位。校驗 域，我們在實現(xiàn)中用到了ＣＲＣ校驗。ｍｕｘ—ｗｒｉｔｅ接口的作用是按數(shù)據(jù)幀的格式對數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，并把封 裝后的數(shù)據(jù)寫到基帶。ｍｕｘ—ｒｅａｄ接口的作用是接收基帶傳輸過 來的信息。 ４．２．２虛擬多串口 按照多路復(fù)用無線接口層的設(shè)計，我們要虛擬出３個串口。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(jìn)行解鎖。然而，當(dāng)三條數(shù)據(jù)鏈路 中都有數(shù)據(jù)同時需要處理時，基帶如何進(jìn)行操作呢？要解決這樣的問題，使得多 路復(fù)用監(jiān)控程序正常運行，我們必須先通知基帶這３條數(shù)據(jù)鏈路通道的信息，從 而與虛擬串口建立一對一的連接，方便基帶對數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行管理。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。這條 控制信道也可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)鏈路通道，編號為０。 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。 ４．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 ２的配置信息， 從而在處理器中注冊上第２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。 ４．２．３匯聚層信息處理 實現(xiàn)匯聚層的目的是允許數(shù)據(jù)通過多路復(fù)用控制器時，保留原有的結(jié)構(gòu)或與 數(shù)據(jù)流相關(guān)的其他參數(shù)。Ｖ．２４控制信號是只有一個字節(jié)大小的數(shù)據(jù)。而當(dāng)從基帶獲取 數(shù)據(jù)幀時，要先把數(shù)據(jù)內(nèi)容從數(shù)據(jù)幀中解碼出來，然后去除Ｖ．２４控制信號，最 后才傳輸給用戶。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。在實際的實現(xiàn)中，增加一個緩存區(qū)。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。 在數(shù)據(jù)接收流程中，去除數(shù)據(jù)頭部信號的操作是在獲取了數(shù)據(jù)流之后再進(jìn)行 的。那么，這個新增的緩存區(qū)就是系統(tǒng)要接收的消息。ｒｉｌｄ只是負(fù)責(zé)建立Ｓｏｃｋｅｔ通道，完成數(shù)據(jù)的傳輸。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。 虛擬串口是以設(shè)備文件的形式存在于系統(tǒng)中，名字可能為 ／ｄｅｖ／ｐｔｓｌ，／ｄｅｖ／ｐｔｓ２，／ｄｅｖ／ｐｔｓ３。 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。 首先，我們需要打開這些文件。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。它的作用是檢測三個數(shù)據(jù)通道文件是否被修改。實現(xiàn)這個過程，我 們運用Ｌｉｎｕｘ的系統(tǒng)調(diào)用ｓｅｌｅｃｔ［３７］來完成。 在Ａｎｄｒｏｉｄ原有的參考設(shè)計中，寫數(shù)據(jù)是通過ａｔ—ｓｅｎｄ—ｃｏｍｍａｎｄ ０等多個類 似的函數(shù)來調(diào)用。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。 ４．４通話實現(xiàn) 通話功能是手機(jī)的核心價值，是手機(jī)的身份標(biāo)記。在我們的方案中，Ａｎｄｒｏｉｄ系統(tǒng)平臺是通過串 口來訪問基帶的。 ４．４．１ Ｓｏｃｋｅｔ通訊建立 在應(yīng)用程序框架中，建立Ｓｏｃｋｅｔ客戶端，在無線接口層監(jiān)控程序ｒｉｌｄ中建 立一個Ｓｏｃｋｅｔ服務(wù)器端。等待ｓｏｃｋｅｔ 連線啟動后，返回ｓｏｃｋｅｔ的文件描述符ｆｄ。往后的操作都是通過讀 寫這個新的文件ｓｏｃｋｅｔ—ｆｄ來完成。但是在參數(shù)上我們進(jìn)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。 ４．４．２串口配置 串口通訊［３８］主要是設(shè)置串口的工作模式，來控制串口的行為。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。只有兩者的波 特率相同，通訊才能進(jìn)行。 這些都需要根據(jù)硬件的情況來設(shè)置。系統(tǒng)的通話狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖４．３所示，展示了各種通話 狀態(tài)之間的聯(lián)系以及狀態(tài)間相互轉(zhuǎn)換時所依賴的各種操作。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。用戶接聽時， 應(yīng)用程序會調(diào)用ａｃｃｅｐｔＣａｌｌ（）函數(shù)，多路復(fù)用無線接口層會對應(yīng)發(fā)送ＡＴ指令ＡＴＡ 來應(yīng)答對方的請求。用戶需要結(jié) 束通話時，進(jìn)行掛斷電話的操作。至此，手機(jī)重新回 到待機(jī)狀態(tài)。 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(rèn)撥出，接著應(yīng) 用程序會接管工作。然后，多路復(fù)用接口層會對應(yīng)的發(fā)送ＡＴ命令來進(jìn)行撥 號。撥號操作進(jìn)行后，系統(tǒng)進(jìn)入撥號等待狀態(tài)。 另外，從撥號等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換到通話中狀態(tài)，需要確定鏈路已經(jīng)鏈接成功。 在ＡＴ命令集標(biāo)準(zhǔn)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)。在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中，規(guī)定了這些參數(shù)的意義。表４．２ 描述了ＣＬＣＣ查詢通話狀態(tài)的狀態(tài)字段。鏈接中斷，表 示當(dāng)前鏈接中發(fā)生異常致使鏈接失敗，如對方掛斷，無人接聽，不在服務(wù)區(qū)，對 方關(guān)機(jī)，無此號碼等等。 通話狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖描述了整個通話的過程，強(qiáng)調(diào)了各種狀態(tài)和操作的對應(yīng)關(guān) 系。 ４．５短信息服務(wù)實現(xiàn) 短信息服務(wù)是手機(jī)終端中的重要組成部分之一。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。在短信息服務(wù)中，與 通訊相關(guān)的功能主要是接收信息，發(fā)送信息以及接收信息報告。 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。獲取相關(guān)信息的操作位于應(yīng)用程序 層；ＰＤＵ編碼在應(yīng)用程序框架層中實現(xiàn)；把信息以ＡＴ命令的格式發(fā)送出去的操 作是在多路復(fù)用無線接口層中完成。這些信息可以在用戶輸入信息并提出發(fā)送請求時獲取。 開始 上 ｌ ｌ 獲取相關(guān)信息 上 ｍＵ編碼 上 卜絮敞 上 結(jié)束 圖４．４短信息發(fā)送流程圖 ＰＤＵ編碼階段主要在ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)通訊資源管理器中完成。在此階段，我們需要依據(jù)ＰＤＵ 編碼標(biāo)準(zhǔn)［２５］來對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。 短信息服務(wù)中心是短信息的中轉(zhuǎn)站，我們可以把它當(dāng)作是一臺終端設(shè)備，或 蘭州大學(xué)碩十學(xué)位論文 者是郵差，而短信息就是郵件。我們可以通過ＡＴ命令“ＡＴ＋ＣＳＣＡ＂來獲取其地址。 短信息類型、是否接收短信報告、是否拒絕發(fā)送相同內(nèi)容的短信息、是否需 要回復(fù)等信息被封裝在一個８位的字段中。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）。緊跟目標(biāo)地址有個 協(xié)議標(biāo)識符字段，一般默認(rèn)為Ｏｘ００。在服務(wù)中心保存的信 息會進(jìn)行重新發(fā)送的操作，直到發(fā)送成功或不再存儲。只有這樣， 對方才能夠運用相應(yīng)的解碼方式來處理用戶數(shù)據(jù)。我們可以從中獲得的有用的信息，包括短信使用