（计算机软件与理论专业论文）嵌入式无线通讯平台的设计与实现.pdf

蹩7 7 9 2 0 7 嵌入式无线通讯平台的设计与实现 计算机软件与理论专业 研究生：鞠飞指导教师：洪玫 随着计算机和通讯技术的发展，计算机在电信领域的应用越来越广泛。以 手持上网设备( 如：移动电话和智能p d a ) 为代表的嵌入式信息终端就正是计 算机在无线通信上很好的应用实例。这些设备一般都需要使用无线业务功能来 实现各种业务，包括通话、发送消息、s i m 卡属性控制等。而要实现这些功能 需要基于计算机的无线通信平台的支持。 无线通讯平台是嵌入式系统无线应用和无线网络进行通讯的关键技术，用 嵌入式系统实现各种无线业务己成为一种发展的必然趋势，随着无线技术的更 新和发展，各种无线业务越来越多，面向用户的无线应用也越来越复杂。如何 使各种无线应用和具体的通讯标准以及通讯方式无关，实现各种无线应用业务 的无线平台无关性是无线应用的核心技术之一。目前普遍使用的无线通讯平台 结构简单，可移植性差，为了实现各种无线功能，往往在每个具体的无线通讯 平台上都需要实现各种不同的无线应用，应用和无线通讯平台问的接口十分繁 多。因此，深入研究通用的无线通讯平台技术，研制实用的无线通讯平台就具 有十分重要的意义。 论文深入分析了作为无线通道和无线应用问桥梁的无线通讯平台的技术特 点，阐述了嵌入式无线通讯平台的设计需求及其体系结构，并参考已有的无线 通讯框架和相关通讯命令，设计了w i r e l e s s - - p l a t f o r m 嵌入式无线通讯平台，实 现了无线通道和无线应用之间的平稳和高效通讯，使各种无线应用与具体的无 线通讯平台无关。 论文针对嵌入式无线通讯平台的开发，着重阐述了电话业务服务器、通讯 处理、应用层相关抽象接口以及i o 接口的设计和实现。采用无线命令的解析、 无线数据缓冲、无线命令队列和无线应用通知等设计，解决了并行通讯、模块 可扩展机制和数据缓冲等关键技术。并提出了无线环境测试服务器用来模拟无 线操作环境，加快了通常无线软件系统的开发。论文设计的无线通讯平台 w i r e l e s s l a t f o r m 主要包括无线通讯命令处理、无线业务服务器、数据和命令处 理缓冲、用户接口，异常处理和测试服务器等模块。w i r e l e s s p l a t f o r m 无线通讯 平台采用模块化设计，模块可充分拆减，是一个结构合理、面向嵌入式领域的、 性能稳定的、实用的、功能强大的嵌入式无线通讯平台，具有广阔的商业前景。 论文最后对嵌入式无线通讯平台w i r e l e s s - p l a t f o r m 的进一步的改进提出了合理 化设想。 关键字：嵌入式无线通讯平台，a t ，q t ，接口，服务器，通讯处理 t h e d e s i g na n di m p l e m e n t i o no f t h e e m b e d d e dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o np l a t f o r m m 硝o r ：c o m p u t e rs o f t w a r e & t h e o r y s t u d e n t ：j uf e i a d v i s o r ：h o n gm e i w i t l lt h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e ra n dt h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h e a p p l i c a t i o no ft h ec o m p u t e ri nt h ef i e l do ft e l e c o mi sm o r ea b r o a d t h ee m b e d d c d i n f o r m a t i o nt e r m i n a l ，s u c ha sm o b i l et e l e p h o n ea n dp d a ，i sag o o de x a m p l eo ft h e c o m p u t e r sa p p l i c a t i o ni n t h ef i e l do ft h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t h e s ed e v i c e s n o r m a l l y n e e dt h ew i r e l e s sf u n c t i o nt o i m p l e m e n t s o m es e r v i c e ，s u c ha s c o m m u n i c a t i o n ，s e n d i n gm e s s a g es e r v i c e ，t h ep r o p e r t yc o n t r o lo fs i m ，w h i c hn e e d t h es u p p o r to f t h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o np l a t f o r mb a s e do nt h e c o m p u t e r 1 1 1 ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o np l a t f o r mi st h e k e yt e c h n o l o g y o ft h e c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h ew i r e l e s sa p p l i c a t i o no ft h ee m b e d d e ds y s t e ma n dt h e w i r e l e s sn e 咖r k a l lk i n d so ft h ew i r e l e s ss e r v i c e sa r eu s u a l l yi m p l e m e n t e do nt h e e m b e d d e ds y s t e m ，w h i c hb e c o m e sat r e n d w i t l lt h ed e v e l o p m e n to ft h ew i r e l e s s t e c h n o l o g ya n dt h ei n c r e a s eo ft h ec a t e g o r i e so ft h ew i r e l e s ss e r v i c e ，t h ew i r e l e s s a p p l i c a t i o n s t h a to r i e n t e dc l i e n t , a l em o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e d t h e r e f o r e ，t h e k e r n e lt e c h n o l o g yo ft h ew i r e l e s sa p p l i c a t i o ni st h ei m p l e m e n t a t i o no fi n d e p e n d e n c y b e t w e e na l lk i n d so fw i r e l e s sa p p l i c a t i o n sa n dt h ec o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d s ，a n d b e t w e e na l lk i n d so fw i r e l e s ss e r v i c e sa n dt h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o np l a t f o r m h o w e v e r , t h ef r a m e w o r ko ft h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o np l a t f o r m sa r ea l m o s ts i m p l e n o tp o r t a b l e i no r d e rt oi m p l e m e n ta i lk i n d so fw i r e l e s ss e r v i c e a i lk i n d so fw i r e l e s s a p p l i c a t i o n sn e e dt ob ei m p l e m e n t e di ne a c hk i n do fw i r e l e s sp l a f f o r m s ，w h i c hm a k e t h ei n t e r f a c e sb e t w e e nt h ea p p l i c a t i o na n dt h ew i r e l e s sp l a t f o r mm o r ev a r i o l l s s ot h e r e s e a r c ho nt h eg e n e r a lw i r e l e s sc o m m u n i c m i o ni sv e r yi m p o r t a n t t h i sp a p e ra n a l y s e st h et e c h n o l o g yc h a r a c t e r i s t i co ft h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n p l a t f o r m ，e x p o u n d st h ed e s i g nr e q u i r e m e n ta n df r a m e w o r ko ft h ee m b e d d e dw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o np l a t f o r m ，d e s i g n sa ne m b e d d e dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o np l a t f o r m c a l l e dw i r e l e s s - p l a t f o r m ，a n di m p l e m e n t st h es t e a d ya n de f f e c t i v ec o m m u n i c a t i o n b e t w e e nt h ew i r e l e s sc h a n n e l sa n dt h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nw h i c ha r e i n d e p e n d e n c yb e t w e e na l lk i n d so ft h ew i r e l e s sa p p l i c a t i o na n dt h ew i r e l e s s c o m m u n i c a t i o np l a t f o r m t h i sp a p e rd e t a i l e d l ye x p o u n d st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h es e r v e ro f t e l e c o ms e r v i c e ，t h ec o m m u n i c a t i o n ，t h ea b s t r a c ti n t e r f a c e so f t h ea p p l i c a t i o n ，a n dt h e 1 0i n t e r f a c e si nw i r e l e s s p l a t f o r m w i mt h ed e s i g no ft h ep a r s eo ft h ew i r e l e s s c o m m a n d s ，t h ec a c h eo ft h ew i r e l e s sd a t a , t h eq u e u eo ft h ew i r e l e s sc o m m a n d sa n d t h en o t i f ym e s s a g eo ft h ew i r e l e s sa p p l i c a t i o n ，s o m ek e yt e c h n o l o g i e s ，s u c ha s w i r e l e s sp a r a l l e lc o m m u n i c a t i o n ，t h ee x t e n d a b l em o d u l e sa n dt h ec a c h eo fd a t a ，a r e s o l v e d 1 1 1 et e s ts e r v e ri s p r o p o s e dw h i c hs i m u l a t e s t h ew i r e l e s s o p e r a t i o n e n v i r o n m e n ta n df a s t st h e d e v e l o p m e n t o fw i r e l e s ss o f t w a r e s y s t e m w i r c l e s s p l a t f o r mc o n s i s t so fs o m em o d u l e s s u c ha s t h ep r o c e s so ft h ew i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nc o m m a n d s t h es e r v e ro ft h ew i r e l e s ss e r v i c e ，t h ec a c h eo fd a t aa n d t h ep r o c e s so fc o m m a n d s ，t h eu s e ri n t e r f a c e s ，e x c e p t i o n a lh a n d l ea n dt h et e s ts e r v e r w i r e l e s s - p l a t f o r mi sl o g i c a li nf r a m e w o r k , i so r i e n t e dt h ee m b e d d e df i e l d ，i ss t e a d yi n t h ep e r f o r m a n c e ，i sa p p l i e da n dp o w e r f u l a tl a s t ，t h es u g g e s t i o no nt h ei m p r o v e m e n t o f w i r e l e s s p l a t f o r mi sp r o p o s e d k e y w o r d s ：e m b e d d e dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o np l a t f o r m ，a t , q t , i n t e r f a c e ，s e r v e r , c o m m u n i c a t i o nh a n d l e r 四j i l 大学硕一l 论文 1 绪论 1 1 嵌入式无线通讯平台概述 1 1 1 嵌入式系统 随着计算机及相关技术的发展，嵌入式系统的应用范围越来越广，计算越 来越自由，从一般的手持设备( 如：手机，p d a 等) 到网络通信设备( 如：路 由器、交换机等) 都涉及到嵌入式应用，并呈现渗透计算模式( p e r v a s i v e c o m p u t i n g ) 。各种嵌入式设备都具有功能专一、针对性强的特点。综观嵌入式 系统的发展，大致经历了3 个阶段i l 】： 第一阶段是可编程微控制器形式的系统，这种系统中一般没有操作系统的 支持； 第二阶段以嵌入式实时操作系统为标志。这种嵌入式操作系统能运行于各 种不同类型的嵌入式微处理器上，操作系统内核小、效率高，并且具有高度的 模块化结构和扩展性，嵌入式应用软件丰富，但设备未接入互联网； 第三阶段是以i n t e m e t 为标志的嵌入式系统，这种系统将嵌入式设备与 i n t e r n e t 的结合，将代表着嵌入式技术的未来。 1 1 2 无线通讯平台 随着i n t e m e t 的发展，i n t e m e t 技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密 切，以手持上网设备( 如：移动电话和智能p d a ) 为代表的嵌入式信息终端就是 这类结合体，这种手持上网设备一般都需要使用无线业务功能的支持来实现各 种无线业务，如：通话，发送消息和其他操作嘲。手持上网设备主要是通过无线 通讯方式进行各种信息交互和传递，而无线通讯平台正是其中的关键技术之一。 1 1 2 1 无线应用 无线应用是指需要利用无线资源的各种应用系统，如：呼叫业务，短消息 四川大学硕士论文 业务以及电话本业务。无线应用本身属于应用的一种，它直接和用户交互，是 直接面向使用者的。由于根据不同用户的使用习惯和要求，应用一般设计变化 都比较大，在不同的系统中一般都不一样。 1 1 2 2 无线资源系统 无线资源系统是指提供无线资源的系统，通常包括：无线网络访问，s i m 卡 资源和其他无线资源，为了便于模块划分，我们统称无线应用能访问的无线资 源为无线资源系统。通常个完整的系统中，访问无线资源的方式有两种：串 口方式和数据包方式，而串口方式是目前采用的最常用的方式。 1 1 2 3 无线通讯平台定义 无线通讯平台没有一个准确、严格的定义，但从其功能来看，可以从两个 方面进行描述。第一，无线通讯平台是个无线命令和数据的通道，在无线应 用和无线资源系统间进行数据和命令传递，其中无线数据和命令必须满足无线 通讯标准，命令标准以及协议规范。第二，无线通讯平台必须适合于资源有限 的的嵌入式设备，运行并完整实现数据转发，信息通知，数据缓冲和无线并行 通信等。各种通讯标准所规定的功能，能根据嵌入式设备的多样性而便于裁减， 并满足用户对获取信息，数据和通讯指令进行处理等的需求。 从无线通讯平台在系统中的位置来看，无线通讯平台位于无线资源系统和 无线应用间，是一个独立性很强的协议层模块。它是无线应用和无线系统间通 讯的桥梁，使无线通讯方式更加统一。如图1 1 所示。 图1 1 无线通讯平台在系统中的位置 四川大学硕上论文 平台相关性是指整个系统对其依赖的相关平台的依赖程度，由于无线系统 的特点，一般的无线应用依赖无线系统主要包括：无线资源访问方式，命令标 准和通讯标准等。目前国内外采用的无线通讯平台比较单一，一般都采用直接 访问无线系统的方式，系统的可扩展性和并行性比较差。 1 1 3 嵌入式无线通讯平台 嵌入式系统主要特点之一是多样性1 3 ”。设备生产厂商在芯片选择、无线通 讯指令标准、无线业务支持和操作系统等会有许多不同的要求，没有任何无线 通讯平台可以满足所有嵌入式系统的要求。因此无线通讯平台各个模块也会根 据不同的嵌入式系统进行不同实现，唯一相同的是无线通讯平台提供给各种无 线应用的抽象接口不会改变。无线通讯方式具有分散性、多样性和变异性的特 点。软件开发过程中必须对无线通讯的特点进行细分，对各种业务进行更有针 对性的设计开发，才能实现无线通讯平台对各种无线应用的可拓展。 目前国内外对嵌入式无线通讯平台的研究比较多，但是具体的模型还不统 一。因为嵌入式系统的总体框架结构不一样，导致了无线通讯平台的变化。本 文介绍的平台是根据无线通讯方式，结合其他平台的特点和通常嵌入式系统的 整体框架进行研发的。 1 2 传统的无线通讯方式及其存在问题 典型的无线通讯方式有两种，直接访闯无线资源和利用抽象接口访问无线 资源。这两中方式都是直接访问无线资源系统，因此无线通讯平台在这种模式 下不是作为一个单独的模块存在( 最多就是一个协议层) 。 1 2 1 直接访问无线资源系统 应用直接访问无线资源系统的框架如图 1 2 所示： 图1 2 直接访问资源平台结构 四j i l 大学硕士论文 当每个应用需要使用无线资源时，它们直接调用无线资源系统提供的访问接 口。在直接访问无线资源系统的方式中，无线资源系统和应用问的关系是服务 器和客户端的关系，需要无线资源系统建立个服务器，这个服务器处理所有 的请求和通知信息，并和具体应用进行通讯。 由于是直接访问无线资源，此设计框架的可移植性和可扩展性十分差，应 用的移植性也很差，基本上是对于每种不同的通讯方式和不同的系统，无线应 用都需要重新设计和开发。 为了能处理各个不同的应用，无线资源系统的开销非常大，通常在各个应 用和无线资源系统间都建立很多的通道。同时此系统框架很难实现资源的共享 访问，因此并行性也比较差。 1 2 2 抽象接口访问无线资源系统 由于直接访问无线资源的方式移植性十 分差，因此在无线资源系统和无线应用间通过 一个接口层实现资源的访问，这样增强了系统 的可移植性和系统的层次性。应用和无线资源 系统的关系还是客户和服务之间的关系。框架 如图1 3 所示： 接口层对命令和数据的传输过程中扮演 的是通道角色，它可以建立数据缓冲区，实现 数据缓冲功能，但不具有优先级控制和命令并 图1 3 接口访问资源平台结构 行处理等。系统的层次太过抽象，在开发过程中系统的可测试性也十分差，不 能进行接口的单独测试。 实际系统中，为了降低抽象接口层的大小，抽象接口层并没有完全实现协 议转换和命令转换的功能，因此这种结构的可移植性还是不理想。 1 3 当前需要做的主要工作 呼叫、短消息和s i m 卡管理等无线应用需要和无线资源系统交互。为了解 4 四川大学硕士论文 决具体应用和通讯标准之间的无关性，使应用和具体的通讯平台无关。由于通 常的无线资源系统对命令的处理不是并行的让各个应用能够同时访问无线通讯 模块，以及对各种无线业务进行及时有效的处理等。在应用和无线通讯模块之 间建立了一个高效和安全的命令和数据通道w i r e l e s s p l a t f o r m 无线通讯平 台。由于a t 通讯命令标准是已经非常成熟的标准，并且a t 命令具有可扩充性， 因此目前采用a t 命令与无线通讯模块进行通讯。 无线通讯平台主要完成的功能包括： 接收应用发来的无线通讯请求，通过接口发送到无线模块； 接收从无线模块发来的a t 响应，并发送到对应的上层应用； 接收从无线模块发来的通知消息( u n s o l i c i t e dr e s u l t ) ，发送给相应的上 层应用； 保证收发命令的实时性： 保证各个应用可以并行使用无线资源，能够处理应用的多个命令请求： 命令处理设置优先级控制； 当命令执行错误异常后，进行容错处理； 对于长时间没有得到响应的命令进行超时保护； 保证系统的健壮性； 系统可以在p c 上进行模拟环境铡试，便于开发。测试系统的参数可以 动态配置，方便构造各种测试环境。 1 4 本课题来源和攻渎学位期间完成的主要工作 无线通讯平台是无线信息终端的关键技术，但该技术一直没有理想的模型。 目前市场上的嵌入式无线通讯平台十分单一，深入的研究无线通讯平台，并实 现相应的产品是非常有研究应用和市场效益的。 本论文涉及手机通用平台开发的主要内容，作者在项目中担任主研人员。 首先对当前无线通讯方式进行了研究，并对a t 通讯标准、通讯协议和c s 程序 模型作了分析。由于无线应用是终端设备的基本功能，而无线通讯平台是终端 上的关键模块，通过对通常的无线通讯方式和先进的无线通讯平台进行分析， 结合教研室在嵌入式系统开发平台中的研究实践，提出了w i r e l e s s p l a t f o r m 的设 四川大学硕j ：论文 计需求和原则。理论上总结了无线通讯平台的体系结构及设计的关键技术，同 时，把研究成果应用于实际软件开发项目中，主要进行了下述几个工程项目： 主要负责w i r e l e s s - p l a t f o r m 的项目的前期研究和前期模型设计。 负责设计开发w i r e l e s s - p l a t f o r m 的应用接口，通讯服务器和短消息，电话本 和部分通用属性查询设置的a t 命令分析和转换，测试服务器。实现应用接口， 通讯服务器和a t 处理部分的集成，实现w i r e l e s s p l a t f o r m 的统一版本。 w i r e l e s s p l a t f o r m 开发采用增量开发模式，集成并实现了基于a t 通讯的版本。 在l i n u x 平台实现w i r e l e s s - p l a t f o r m 。 嵌入式无线通讯平台项目体系框架结合常规通讯方式的特点，打破了以往 无线应用对无线资源的紧密依赖，在无线应用和无线资源间建立了可靠的数据 通道。经过了多方验证，平台架构符合嵌入式系统和无线通讯方式的特点，保 证了通讯过程的可靠性，并且提高了整个无线通讯过程的模块化程度。该平台 属于嵌入式系统软件工作中非常大的模块，开发过程贯穿整个嵌入式系统的生 命周期。系统涉及的模块十分多，并且功能和协议实现比较复杂，大致需要3 人年的工作量。 1 5 论文章节安排 本论文以无线通讯平台技术为出发点，针对信息终端的特点。重点分析和 实现其相关技术，包括测试代理、通讯服务器、接口抽象、无线通讯标准分析 及通讯同步等技术。 第一章概述无线通讯平台技术，综述了无线通讯平台的发展过程指出了 w i r e l e s s p l a t f o r m 的设计需求和原则，并建立了体系结构参考设计模型。在说明 论文课题来源同时总结了我在硕士学位攻读期间的主要研究成果。 第二章分析无线通讯平台技术相关技术内容。 第三章分析无线通讯平台需求。 第四章阐述无线通讯平台系统的详细原理，重点分析了各个模块的功能特 征和设计。 第五章阐述测试系统的设计原理，重点分析了对无线通讯平台的模拟测试 的设计方法。 6 四川大学硕士论文 第六章内容总结w i r e l e s s p l a t f o r m 的实现情况，讨论了其开发过程、关键创 新技术、性能指标、实现平台及实际效果。 第七章总结论文的工作，讨论了本课题的成功以及下一步的改进方向和目 标。 7 四川大学硕士论文 2 无线通讯平台相关技术 2 1 无线通讯平台体系结构 无线通讯平台为各类应用抽象出统一的无线通讯操作接口，应用不必关心 具体的通讯协议。无线应用平台负责处理多个应用的并行请求，对这些命令进 行排队后交给无线资源系统处理；同时接收来自无线资源系统的命令响应和通 知消息，将其分发或广播到关联的一个或一组应用( 拥。无线应用平台从逻辑物 理结构上可以分为3 个层次，即应用接口，电话业务服务器，通讯处理。 为了使无线通讯平台具有可伸缩、可裁剪，可扩展。我们采用了三个独立 的层次换分，设计要求保持无线通讯平台和各个部分的结构清晰，从圉中可以 看出无线通讯平台和无线系统以及无线应用间的关系。为了实现无线通讯平台， 可以分别实现三个相对独立的层次即可。此外，从图中可以看出，无线通讯平 台的各个子模块关系十分清晰，层次感很强，无线通讯平台具有较强的可扩展 性和可测试性。 无线通讯平台的设计原理满足了无线通讯平台需求，提供了无线资源的并 行访问，接口的平台无关性，通讯处理的可扩展性，命令的并发和优先级控制， 并且系统具有良好的可测试性。 无线应用平台结构如图2 1 所示。 图2 t 无线通讯平台结构 8 四川大学硕十论文 2 1 1 应用程序接口层 接口层提供一组a p i 供应用程序调用，接口层通过消息方式与电话业务服 务器进行通信。为了便于应用能够简单操作各个应用接口( 提供给应用的接口 和通讯处理模块提供的接口是一样的，仅仅是用不同的方式实现这些接口) ，将 各个接口统一进行管理，用户可操作的接口不涉及到消息通道，而是直接使用 接口对象的实例。 接口在系统设计的时候根据命令和数据格式，参数类型和数量等来确定。 接口根据实际的情况确定，接口应该能满足实际的需求，并且和具体的通讯标 准无关。此外，接口层有扩展性，可以动态增加新接口，增加新接口时，只需 要实现接口标记，参数定义等即可。 2 1 2 电话业务服务器 电话业务服务器作为一个单独的服务进程( 可以是一个独立的线程或者进 程) 存在，它和接口层间通过接口标记来表示不同接口。当收到接口层传递的 请求时，将根据标记转换接口为具体的命令和数据。当需要将命令和数据发送 给接口层上，将这些数据转换为通知消息( 也需要根据标准) 通知接口层。 此外电话业务服务器还具有通道注册等功能。当接口需要对一些信息进行 处理时，它们就想这些通道注册，电话业务服务器收到通讯处理层的通知消息 时，将把通知消息通过注册通道发送出去。 2 1 3 通讯处理层 通讯处理层主要负责通讯命令构造，数据和命令缓冲，优先级控制，命令 异常控制和命令超时处理等。此外通讯处理层负责和具体的设备进行交互，将 对无线资源的访问方式抽象为统一的p o s i x 标准接口，便于系统的扩展。 通讯处理层和具体的通讯命令标准有关，对于不同的命令标准需要单独实 现。由于无线通讯平台各个层次间的结构十分清晰，因此对于通讯处理层的不 同实现，很容易进行替换。 9 四川大学硕士论文 2 2 q t 应用框架 由于无线通讯平台需要平台移植性强和通讯方式逻辑简单等特征。我们采 用q t 平台作为其开发基础。q t 本身具有许多的优点，这些特征大大的减低了 无线通讯平台的开发难度和缩短了开发周期。 o t 是t r o l l t e c h 公司的产品，t r o l l t e c h 是挪威的一家软件公司，主要开发两 种产品：一种是跨平台应用程序界面框架；另外一种就是提供给做嵌入式l i n u x 开发的应用程序平台，能够应用到p d a 和各种移动设备【2 ”。q t 是一个跨平台 的c + + g u i 应用构架，它提供了丰富的窗口部件集，具有面向对象、易于扩展、 真正的组件编程等特点，更为引人注目的是目前l i n u x 上最为流行的k d e 桌面 环境就是建立在q t 库的基础之上【2 2 脚】。q t 支持下列平台：m s w i n d o w s 9 5 、 9 8 、n t 和2 0 0 0 ；u n i x x 1 1 - l i n u x 、s u ns o l a r i s 、h p u x 、d i g i t a lu n i x 、i b m a i x 、 s g ii r i x ；e m b e d d e d 支持f r a m e b u f f e r 的l i n u x 平台。伴随着k d e 的快速发 展和普及，q t 很可能成为l i n u x 窗口平台上进行软件开发时的g u i 首选。q t 应用框架如图2 2 所示。 a p p l i c a t i o n s o t a p i p l a t o e p c o d e 0 s0 s k e r n e l s v e s h a r d w a r e 图2 2 q t 应用框架 q t 作为开发平台已经有许多成功的立足，如：l i n u x 的k d e 环境已经许 多的l i n u x 应用。q t 在多个平台上已经实现，因此用q t 开发的应用也具有 跨平台的特性。无线通讯平台开发过程采用q t 应用框架作为开发平台，由于 o t 特有的信号和槽机制，管道通讯和强大的类库，为开发无线通讯平台提供了 可靠保证。 基于q t 应用框架的q t o p i a 平台是一个智能终端设备的通用平台，并且它 提供了无线通讯平台的基础构架，但是由于此无线通讯平台的接口不完善，并 且不提供命令优先级控制，命令异常处理等其他功能。 四川大学硕士论文 2 2 1 信号槽机制 在q t 中，有一种用于对象之问的通信；信号槽机制，这种机制是q t 的核 心机制，也是它区别于其他g u i 工具的最主要的特征【1 9 】。在大多数g u i 工具中， 通常为可能触发的每种行为定义一个回调函数，这个回调函数是一个指向函数 的指针。在q t 中，信号一槽机制取代了这种繁杂的函数指针，能够实现同样的功 能。信号一槽机制可以携带任意类型、任意数量的参数，而且完全是安全的。不 会引起系统的崩溃。 所有由q o b j e c t 类继承而来的类，或者是它的一个子类，都可以包括信号。 槽机制。信号通常是当对象改变他们的状态时发出的，这就是一个对象在需要 与其他对象通信时所需要做的一切，它并不知道是否有其他对象在另一端接收 该信号。从这个意义上来说，这种机制实现了真正的信息封装，确保了对象可 以被当作一个独立的软件构件来使用。 而槽可以被用于接收信号，它们通常是类中的成员函数。一个槽并不知晓 是否有一个信号与自己相联系，同样。包含有槽函数的对象也对通信机制无 所知，它们也可以作为一个独立的软件构件。 用户可以按照需要将许多信号与一个单独的槽函数相联系，一个信号也可 以按需要被联系到很多不同的槽函数。甚至还可以将一个信号宜接与另一个信 号相联系，这样当第一个信号被发出时立刻发出第二个信号。 这样，信号。槽相结合就产生了一种功能强大的编程机制。 2 , 2 2 q c o p 通讯定义 q c o p 是q t 内部的种通信协议，这种协议用于不同的客户之间在同一地 址空间内部或者不同的进程之间的通信【l 引。 为实现这种通信机制，q t 中包括了由q o b j e c t 类继承而来的 q c o p c h a n n e l 类，该类提供了诸如s e n d ( ) 、i s r e g i s t e r e d 0 等静态函数，它们可 以在脱离对象的情况下使用。为了在c h a n n e l 中接收通信数据，用户需要构造 一个q c o p c h a r m e l 的子类并提供r e c e i v e ( ) 函数的重载函数。或者利用 c o n n e c t 0 函数与接收到的信号相联系。可以通过0 c o p e n v e l o p e 利用c h a n n e l 向 四川大学硕士论文 其他进程发送消息。该类将通过q c o p c h a n n e l 发送q c o p 消息的过程进行了 封装，用户只需要调用该类中的相关函数就可以方便地实现进程之间的通信过 程。一方面，q c o p 消息的发送要利用q c o p e n v e l o p e 类，另一方面，接收消 息则是通过与一个q c o p c h a n n e l 相关联。 2 3a t ( a t t e n t i o nc o m m a n d ) 通讯标准 2 3 i 概述 g s m 0 7 0 7 中定义的a tc o m m a n d 接口，提供了一种移动平台与数据终端设 备之间的通用接口【3 】。g s ma t 指令集，是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和h p 等厂家共同为g s m 系统研制的，其中包含了对电话本，s h o r tm e s s a g es e r v i c e 和其他属性等的控制。a t 作为通讯命令已经有十分成熟的应用，它命令集丰富， 并且体系也十分健全。 a t 命令框架用于移动设备( m e ) 控制函数和采用终端适配器( t a ) 的终 端设备( t e ) 的( 3 s m 网络服务。命令的+ c 前缀保留用于i t u tr e c o m m e n d a t i o n v 2 5 t c r 1 4 的数字单元。这个t s 包含有用予构造扩展g s m 命令的语法细节。 i t u - tr e c o m m e n d a t i o nv 2 5 t e r 的命令和已经存在数字单元标准( t i ai s 9 9a n d t i ai s 1 3 5 ) 在能适用的情况下尽量使用。许多新的命令被定义为更易用于网络 m e ，这是同g s m 相比较的情况下。r r u tt 3 1 】a n dt 3 2 传真a t 命令可以被 用于来自t e 的g s m 传真传输。o s m 短信服务a t 命令定义在g s m0 7 0 7 。o p r s a t 命令定义在这个规范的第1 0 款。这个t s 假定了一个抽象的体系结构，它们 由一个t e ( 例如计算机) 、一个1 a 按口的m e ，如图2 3 所示。这些已被定义 的命令的控制范围应该要能处理任何的物理实现，这个抽象体系结构将导致： t a 、m e 和t e 成为三个独立的实体。 t a 被整合在m e 的下面，t e 实现为一个独立的实体。 t a 被整合在t e 的下面，m e 实现为一个独立的实体。 1 a 和m e 整合在t e 的下面而成为一个独立的实体。 在这个t s 中所叙述到的命令能够在t e 和t a 的链接中体现出来。然而， 许多提取关于m e 信息的命令和1 a 并没有关系。t e 和t a 之间的接口预期被 四川大学颁七论文 设计为能操作于存在的s e r i a l ( i t u _ tr e c o m m e n d a t i o nv 2 4 ) c a b l e s ，i n f r a r e dl i n k 和所有具有相同行为的连接类型。为了正确操作，许多定义的命令需要8 b i t 数 据，因此t e t a 链接被推荐设为8 b i t s b y t e 模型。t a 和m e 之间的接口依赖 于中的接口。 2 3 2 命令格式 图2 3 t e 、t a 和m e 通讯关系 命令行的总体结构如a t c m d lc m d 2 = 1 2 ；+ c m d l ；+ c m d 2 = ，1 5 ；+ c m d 2 7 ； + c m d 2 = ? 所示。标准b a s i c 命令仅能在v 2 5 t e rg s m 命令中找到。其使用 扩展命令的语法规则。每个扩展命令都有一个t e s t 命令( 测试命令的存在和获取 子参数的类型信息) 。p a r a m e t e r t y p e 命令同样也有一个r e a d 命令去检查当前的 子参数值。a c t i o nt y p e 命令没有保存它们可能的子参数的值，因此它们也没有 r e a d 命令。 如果冗长的响应被命令激活，那么所有命令行中的命令都能被成功执行， 结果编码 o k 从t a 发送到t e ；如果数值的响应被命令v 0 激活，则结果编码0 被发送。如果冗长响应被命令v l 激活但命令的子参数 值没有被t a 接受( 或者命令本身是非法的，或者命令因为某些原因而不能被执 行) ，结果编码 e r r o r 被发送到t e 但命令行中接下来的 命令则不能被处理。如果数值响应被命令v 0 激活。结果编码4 贝u 被发送。 e r r o r ( o r4 1 响应可以被+ c m ee r r o r 所替代： 产生于一个与m e 操作 相关错误而使命令不能被执行时。 a t 命令的消息响应和结果编码如图2 4 所示( 以c m d 2 命令为例) 。冗长 响应格式被命令激活。如果使用了数字格式，消息响应的r 头将会被省 掉，最终的结果编码也会变为0 。 四川大学硕士论文 + c m d 2 ：3 , 0 ，1 5 ，”g s m ” + c m d 2 ：( 0 3 ) ，( 0 ，1 ) ，( o 一1 2 ，1 5 ) ，( ”g s m ”，”i r a ”) r o k 图2 4 a t 命令响应格式 因此所谓的中间结果编码会通知t a 操作的进程( 例如连接建立的 c o n n e c t ) ，所谓的自发结果编码表示了个事件的产生，这个事件与产生于 t e ( 例如响铃的信号r i n g ) 的命令没有直接关联。 1 4 四川大学硕士论文 3 嵌入式无线通讯平台需求分析 嵌入式无线通讯平台需要在无线应用和无线资源间建立一个可靠的数据和 命令通道。需要让无线应用和具体通讯方式和通讯命令无关，保证各个无线应 用能方便正确的访问和使用无线资源。根据嵌入式无线通讯平台的功能特点， 嵌入式无线通讯平台的功能需求如下。 3 1 命令响应，通知的转发 无线应用将用户的操作转换成相应的通讯命令，通过某种方式发送到嵌入 式无线通讯平台，嵌入式无线通讯平台则将该命令通过接口发送到无线资源系 统，并且等待响应。收到从无线资源系统发来的响应之后，嵌入式无线通讯平 台将响应发送到该上层应用。因此对于命令和响应，嵌入式无线通讯平台处理 的原则就是谁发来的命令，响应就发给谁。 当嵌入式无线通讯平台收到通知消息( u n s o l i c t e dr e s u l t ) 之后，首先判断 该通知是属于哪种类型，然后广播发送给所有注册了该类型功能的上层无线应 用。 3 2 注册功能 通知消息，可能有不只一个上层应用期望收到某种类型的通知消息。因此 嵌入式无线通讯平台必须知道哪些上层无线应用期望收到哪种类型的通知消 息。于是就引入注册功能，比如某个上层应用期望收到和电话相关的通知消息， 就可以向嵌入式无线通讯平台发起注册电话类型通知消息的请求。 3 3排队 因为嵌入式系统内部各个子系统间的通讯方式一般都是串行的，并且a t 命 令协议本身的特征也是串行方式，本系统也考虑串行通讯方式。串行通讯系统 四川大学硕士论文 一次只能发送一条命令，必须等待响应之后才能处理第二条命令。命令和响应 是不编号的，如果连着发送多条命令，那么返回的多个响应在某些情况下就无 法分辨出是对应于哪条命令。所以嵌入式无线通讯平台就必须能够将上层可能 发生的并发性，转换成串行处理，这就需要建立排队机制。比如当嵌入式无线 通讯平台正在等待某