（计算机应用技术专业论文）嵌入式linux手机软件平台的dsl设计与实现.pdf

南京邮电大学硕十研究生学位论文 摘要 摘要 近年来，移动通信技术迅猛发展，从传统的使用模拟调制的单一话音业务经历了当前 的使用数字调制的第二代移动通信系统，并且即将迎来第三代移动通信系统( 3 g ) 。移动 终端的发展也从单纯的话音平台逐渐演进为视频、数据、娱乐、商务、支付等多功能平台。 手机平台的核心是处理器，在以语音通信为主的时代，一个基带处理器就可以满足需求， 而随着多功能应用时代的到来，越来越多的处理需要一个独立于基带处理器的、专门的应 用处理器来完成。3 g 时代，网络速度的提高进一步刺激了手机的多功能应用，同时，手 机已经成为当前和今后的一种快速消费品，所以，开发新的手机平台具有巨大的市场需求。 本文从当前手机平台的现状和发展出发，介绍了新一代手机平台的的发展趋势之一 基于l i n u x 系统的双核( 基带处理器、应用处理器) 手机平台。手机平台的开发是 一个系统的工程，包括底层驱动、类库，还有上层的基本应用，需要分成多个模块来分别 丌发。本文的主要工作是在新一代l i n u x 双核手机平台的丌发过程中，完成应用处理器软 件平台下设备服务模块( d e v i c es e r v i c el a y e r ，d s l ) 的详细设计和丌发，实现为上层应 用提供外设( 如键盘、u s b 、存储器等) 相关服务的功能。在论文的最后，结合d s l 各 子模块的功能测试，提出了以后的工作方向。 南京邮电人学硕。f ：研究生学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e mh a sm o v e df r o mt h ef i r s tg e n e r a t i o nw h i c hw a so n l yf o r v o i c ea p p l i c a t i o nb a s e do na n a l o g u et e c h n o l o g yt ot h ec u r r e n t2 gb a s e do nd i g i t a lt e c h n o l o g y ， a l s ot h eu p c o m i n g3ga g e m o b i l et e r m i n a lh a sd e v e l o p e df r o mt h ep l a t f o r mo n l yf o rv o i c et o t h eo n ew h i c hi sm u l t i f u n c t i o n a lf o rv a r i o u sa p p l i c a t i o n ss u c ha sv i d e o ，d a t a ，e n t e r t a i n m e n t ， b u s i n e s s ，p a y m e n t ，a n ds oo n a sw ek n o w , p r o c e s s o ri st h ec o r eo fr a d i o ，a n di nt h ea g et h a t v o i c ew a st h em a i nb u s i n e s s ，o n eb a s e b a n dp r o c e s s o rw a se n o u g hf o ra l lo p e r a t i o n s ，b u tf o r m o r ea n dm o r em u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n s ，l o t so fw o r km u s tb ed o n eb yad e d i c a t e da p p l i c a t i o n p r o c e s s o rw h i c hi si n d e p e n d e n tt ob a s e b a n dp r o c e s s o r i n3g a g e ，t h ei m p r o v e m e n to fn e t w o r k s p e e dw i l l s t i m u l a t et h eu s a g eo fm u l t i f u n c t i o nb u s i n e s se v e nm o r e ，a n dr a d i oi s b e i n g c o n s u m a b l em u c ht h a ne v e r ，s ot h e r ei sal a r g em a r k e tf o rt h ed e v e l o p m e n to fn e wr a d i o p l a t f o r m s i nt h i st h e s i s ，i tb e g i n sw i t hc u r r e n ta n df u t u r es t a t u so fr a d i op l a t f o r m ，a n dt h e ni n t r o d u c e s o n eo ft h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c i e so fn e wg e n e r m i o np l a t f o r m - - ad u a l - c o r er a d i op l a t f o r m b a s e do nl i n u xo s t h ed e v e l o p m e n to fr a d i op l a t f o r mi sa s y s t e m i cp r o j e c t ，a n di tc o v e r sf r o m d r i v e r so fc o r et of u n c t i o nl i b r a r i e sa n db a s i ca p p l i c a t i o n sf o ru p p e rl a y e r ，s ot h et o t a lp r o c e s s n e e dt ob ed i v i d e di n t om a n ym o d u l e st oc a r r yo u t t h em a i nw o r ki nt h i st h e s i si st od e s i g na n d i m p l e m e n to fd e v i c es e r v i c el a y e r ( d s l ) i na p p l i c a t i o np r o c e s s o lw h i c hi so n ep a r to ft h e n e wr a d i op l a t f o r m d s li st od od e v i c e r e l a t e ds e r v i c es u p p o r tf o ru p p e r a p p l i c a t i o n s f i n a l l y ， i ts u m su pt h ef u n c t i o nt e s tf o ra l ld s l c o m p o n e n t sa n dp u t su pf u t u r ew o r k i n go r i e n t a t i o n 1 1 南京邮电人学顺一l ：研究生学位论文 缩略词 缩略词 缩略词 英文全称译文 。! e ?h 3 g t h e3 r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s 第三代移动通信系统 s y s t e m a d c a n a l o g t o d i g i t a lc o n v e r t e r 模数转换器 a m s a p p l i c a t i o nm a n a g e rs e r v i c e 麻州管理模块 a p a p p li c a t i o np r o c e s s o r 应用处理器 a p d u a p p l i c a t i o np r o t o c o ld a t au n i t ： 应用协议数据单元 a p i a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e 应川编程接口 b pb a s e b a n dp r o c e s s o r 基带处理器 b r e w b i n a r yr u n t i m ee n v i r o n m e n tf o rw i r e l e s s无线二进制运行环境 b s pb o a r ds u p p o r tp a c k a g e 板级支持包 c c mc a r dc o m m u n i c a t i o nm o d u l e s i m 膏通信模块 c lc o n n e c t i o n l e s s 无连接的 c o c o n n e c t i o n o r i e n t e d 面向连接的 c p c o d e p l u g n a c s c l i e n t s e r v e r 客户服务器模型 d s cd a t as e r v i c e sc e n t e r 数据服务中心 d s ld e v i c es e r v i c el a y e r 设备服务层 d s p d i g i t i a ls i g i n a lp r o c e s s i n g数字信号处理 e r g o e r g o n o m i c s n a e x t 2 e x t e n d e d2f i l e s y s t e m 第二版扩展文什系统 f d i f l a s hd a t ai n t e g r a t o r 闪存数据合成器 g p s g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m 全球定何系统 i d e i n t e l l i g e n td i s ke q u i p m e n t 智能磁盘设备 i t i n t e g r a t i o nt e s t 集成测试 j f f s 2 j o u r n a l l i n gf l a s hf i l es y s t e m2 日忐闪存文件系统版本2 v 南京邮i 乜火学硕 j 研究生学位论文 缩略例 缩略词 英文全称译文 j t a g j o i n tt e s ta c c e s sg r o u p 边界扫描技术 m c u m i c r oc o n t r o l l e ru n i t 微控制器单元 m m sm u l t i m e d i am e s s a g i n gs e r v i c e 多媒体信息服务 m p e g m o v i n gp i c t u r ee x p e r t sg r o u p运动图像专家组 m s l m o d e ms e r i v c el a y e r m o d e m 服务层 m x c m o b i l ee x t r e m ec o n v e r g e n c e 一种集成极高的移动架构 n e m an a t i o n a lm a r i n ee l e c t r o n i c sa s s o c i a t i o n 美国国家海事电子协会 n f s n e t w o r kf i l e s y s t e m 网络文什系统 o s o p e r a t i o ns y s t e m 操作系统 p c bp r i n t e dc i r c u i tb o a r d 印刷电路板 p d ap e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t 个人掌上电脑 p m p o w e rm a n a g e m e n t 电源管理 p t tp u s ht ot a l k 一键通 r f r a d i of r e q u e n c y 射频 r o m f sr o m f i l e s y t e m 只读文件系统 r o s r a d i oo p e r a t i o ns y s t e m 一种手机操作系统 s ds e c u r ed i g i t a lc a r d 安全数字矗 s i m s u b s c r ib e ri d e n t i t ym o d u l e 川户身份识别 s l m bs i m b a c k g r o u n d n a s i m c o n s l mc o n t r o l n a s m a r t l p c s m a r ti n t e rp r o c e s sc o m m u n i c a t i o n 进程间通信 t m p f st e m p o r a r yf il e s y s t e m 临时文件系统 u a r t u n i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c e i v e r t r a n s m i t t e r 通川异步收发器 u i u s e ri n t e r f a c e j i 户界面 u s b u n i v e r s a ls e r i a lbu s 通用串行总线 u t u n i tt e s t 单元测试 v f s v i r t u a lf i l e - s y s t e ms w i t c h 虚拟文f ，i ：系统 u w b u i t r aw i d e b a n d 超宽带无线技术 w a p 2 o w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c o l2 0 无线应川协议版本2 0 南京邮电人学顾1 j 研究生学位论文 缩略访j 缩略词英文全称译文 w i f i w i r e l e s sf i d e l i t y 基于i e e e8 0 2 1l b 标准的无线局 域网 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，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 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 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 明确的说明并表示了谢意。 研究生基名：镤褰日期：a 。1 争午 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：蕞勇 导师签名：地日期：丛 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学计算机应用技 研究方向： 计算机通信与网问互连 作 题 术 2 0 0 4 级研究生钱勇指导教师杨庚 目：嵌入式l i n u x 手机软件平台的d s l 设计与实现 英文题目：t h ed e s i g na n di m p l e m e n to fd s lo nr a d i os o f t w a r e p l a t f o r mb a s e do ne m b e d d e dl i n u xo p e r a t i o ns y s t e m 主题词：手机平台应用处理器设备服务层 k e y w o r d s ： 嵌入式l i n u x 系统 r a d i op l a t f o r m a p p l i c a t i o np r o c e s s o r d e v i c es e r v i c el a y e r e m b e d d e dl i n u xo p e r a t i o ns y s t e m 术技 南京邮l 乜人学预，l ：研究生学位论文 j l 苦 引言 移动通信己成为我国最具活力的产业之一，新技术层出不穷，正在并且必将给人们带 来更加丰富、多样、便捷的服务，如视像业务、无线囚特网业务、移动多媒体业务、移动 游戏等等；同时，人们对传统移动终端的观念也难在发生变化，移动终端已不再是单一的 通信产品，出现了许多新的功能需求，如照像、摄像、游戏、音乐播放等等，可以说，移 动终端f 在与消费电子、网络产品进行融合。 作为各种应用和业务统一处理和承载的平台，移动终端关系到未来的移动通信产业链 的发展：运营商在推出新业务时，移动终端是其需要考虑的重要部分之一，必需能够支持 这些新业务；同时，用户选择终端时，往往选择性能卓越、功能强大的产品，所以既移动 终端在移动通信发展中将扮演越来越重要的角色。 新一代移动终端产品的附加应用将不局限于多媒体应用，w i f i 、u w b 、a g p s 、蓝 牙、红外、3 d 游戏、电子支付、安全等应用需求都将大量出现，所以手机发展的趋势是 硬件平台上将采用性能更高的硬件配置，软件平台上将采用更加灵活、有效的操作系统。 本文给出的基于l i n u x 系统的双核手机平台代表了一种发展趋势，它在硬件上引入了 独立的应用处理器，构成双核( 应用处理器、基带处理器) 的平台架构；软件上采用了 l i n u x 作为其操作系统，该系统以其众多特性获得了众多厂家越来越多的青睐。本文介绍 了该双核平台的硬件构成，给出了其应用处理器的软件架构，完成了其设备服务层( d e v i c e s e r v i c el a y e r ，d s l ) 各模块的设计和丌发，实现了为上层应用提供设备相关服务的功能。 ，本文的主要工作为l i n u x 双核结构手机平台下的应用开发做了有益的探索，为以后手 机平台的进一步研究开发积累了经验。 南京i i i i jl u 人学颂 j 研究生学位论文 第一章于j ! i 行的现状j 发展 第一章手机平台的现状与发展 移动通信技术迅猛发展，从使用模拟调制方式单一的话音业务经历了当自仃的使用数字 调制的第二代移动通信系统，而且即将迎来第三代移动通信系统( 3 g ) ，手机终端产品也在 随之相应地变化，在高度的集成化下，产生了手机平台的概念。 本章首先简要介绍了移动通信的发展，然后介绍了手机平台的现状与需求，引出了新 一代手机平台的发展，最后概述了本论文的项目背景及主要工作。 1 - 1 移动通信的发展 1 8 9 7 年马可尼的首次无线电通信实验激发了人们对无线通信研究的极大热情，特另0 是 2 0 世纪8 0 年代以来，移动通信技术的发展更是同新月异。 2 0 世纪7 0 年代出现了第一代移动通信系统，该系统是一种模拟系统。该系统所提供 的基本业务是话音通信业务，在该项业务上，第一代移动通信系统还是十分成功的，但在 其使用的过程中也暴露出它的缺陷：系统容量有限、部分解决空中接口问题、无安全保密 机制、标准不统一，等等，同时，面对巨大的市场，第一代移动通信系统已不能够满足需 求，所有这些因素都推动了第二代移动通信系统的发展。 2 0 世纪8 0 年代初，国际上有关组织就开始了第二代移动通信系统的研究，并最终1 9 9 1 年推出了第一个商用的数字蜂窝通信系统。第二代移动通信系统使用数字技术，提供话音 业务、低比特率数据业务以及其他辅助业务。对于第二代移动通信系统，它有着许多第一 代系统不可比拟的优点：系统的灵活性大大提高、高效的数字调制技术和较低的功耗、系 统的容量大大增加、更有效的信源和信道编码技术、较强的抗干扰能力，等等。但第二代 数字移动通信系统仍然在很多方面没有实现最初的目标，比如全球统一的标准、业务单一、 无法实现全球漫游、通信容量不足，同时，随着技术的发展和人们对于系统传输能力的要 求越来越高，其低速的数据传输能力已不能满足人们的需要，未来的社会是“信息社会”， 图象、话音、数据相结合的多媒体业务和高速数据业务必将成为必不可少的服务内容，所 有这些因素又促使了第三代移动通信系统的发展。 面对市场对先进的无线通信巨大的需求，第三代移动通信系统的研究和发展已成为通 信领域的一个新的热点川。第三代移动通信系统需要有更大的系统容量和更灵活的高速 率、多速率数据传输的能力，除了话音和数据传输外，还能传送高达2 m b i t s 的高质量的 2 南京邮l u 人学顺l j 研究生学位论义 第一节】：机l 行的现状。j 发艇 活动图象，真f 实现“任何人，在任何地点、任何时间，与任何人”都能便利通信。第三 代移动通信系统将为人们提供以下的业务：通信类业务( 基础话音业务、视像业务、移动 即时通信) 、无线因特网服务( 电子邮件服务、利用因特网监视家居) 、消息和资讯类业务 ( 移动多媒体消息、资讯类业务) 、娱乐类业务( 移动游戏、手机电视、音乐影视点播、 图片铃声下载) 、移动电子商务类业务、定位业务等等【2 1 。人们将享受到更加丰富、便捷、 高质量的信息服务。 面对即将到来的3 g 时代，移动终端在人们生活中所扮演的角色越来越重要，巳成为 各种应用和业务的承载平台，所以，新一代的移动终端也将是未来一段时间的发展重点。 1 2 手机平台的概念 手机是移动终端的一种，一个完整的手机在物理上可以理解为由两部分构成，即“手 机主板”和“手机外设部分”，其中有潜质部分是手机主板，而手机平台是指手机主板的 全套解决方案，可分为手机硬件平台和软件平台：手机硬件平台即硬件整体解决方案是指 厂家提供的d s p 、m c u 、a d c 、d a c 及r f 等关键芯片组和设计方案；手机软件平台即软 件整体解决方案通常是指只提供底层的物理层软件及基本应用软件的设计方案【3 】。 现在手机平台的设计，主要是在核心手机的软硬件平台上进行丌发和应用，即首先在 一块p c b 板上构架主要的芯片如d s p 、m c u 、电源管理、r f 等芯片和外围电路，再将 专用的软件及应用软件与之进行性能适配，以形成一套完整的手机解决方案手机平 台。手机硬件平台整体解决方案，在外观和内部结构上为手机设计提供了更大的设计空问， 有折叠、滑盖、旋转、双屏等方式。在手机软件平台上，手机设计的发挥空问更大，在保 证新添加功能对整体手机性能有促进而无影响的日订提下，软件设计者可以在功能上进行创 新，以增强手机的内在应用价值，实现一机多能，将p c 功能不断注入到新式手机中，此 将成为今后手机的时尚潮流，使未来手机在与p c 的比较中，将以其即时性、实地性、认 证性、应用性等方面优势而脱颖而出，将获得更多更广用户群的信赖和追随。 1 3 手机平台的开发 手机平台的核心是处理器，在以语音通信为主的时代，指的是数字基带处理器( b p ) ， 而随着多媒体应用时代的到来，越来越多的多媒体处理功能需要由一个独立于基带处理 器、专门的应用处理器( a p ) 来完成【4 】，而此应用处理器可为手机带来潜在的增值应 用功能，所以现在手机设计平台的丌发，在很大程度上取决于应用处理器的开发与研究。 1 3 1 多功能的手机平台 一方面，支持w a p l x 、m m s 、j a v a 、b r e w 、w a p 2 0 、照像、音乐、视频等应用 3 南京邮l u 人学硕1 ：研究生学位论文第一章于机、r 台的现状j 发腱 与业务的手机丌始相继出现，为整个移动增值市场的发展提供了终端与技术两个方面扎实 的发展基础，2 d 3 d 加速、j a v a 加速、流媒体播放、百万级像素照相机支持、移动游戏， 手机电视这些先进技术的应用，。推动了手机向多功能化、智能化、个人化方向发展，并且 加速了多功能手机平台的设计开发进度。可设想如果将在p c * d 传统消费电子领域的体验移 植到手机上来，手机将会实现随时随地无线上网、消费和电子商务功能，也就是说手机的 发展将从单纯的话音平台逐渐演进为视频、数据、娱乐、商务、支付等多功能平台。而此 多功能的增加，直接导致了手机平台中各元素集成度的增加和相关元素间适配兼容性能要 求的提高。另一方面，网络速度的提高将进一步刺激手机的多媒体应用，而单由基带处理 器来处理这些手机多功能需求，软件方面会遇到工作量大，丌发周期长等难题，同时手机 已经成为当前和今后种快速消费品，随着手机机型不断推陈出新，手机使用更换率的递 增，这些都将加快应用处理器的应用和开发。 另外，基带处理器需要整合累积多年的通讯协议、运算经验以及功耗、成本、体积多 方面因素，不但专利费较高，而且研究丌发需大量的人力财力，而掌握应用处理器基础知 识的厂家比基带处理器厂家要多得多，研发方面需要投入的人力和财力相比基带处理器要 小得多，应用处理器相对于手机基带处理器门槛要低得多，所以在多功能平台的设计开发 和应用方面会有更广的个性化驾驭空间。此外未来手机的附加应用将不局限于多媒体应 用，w i f i 、u w b 、a - g p s 、蓝牙、红外、3 d 游戏、电子支付、安全等应用需求都将大量 出现，应用处理器也是随着这些应用而推广普及，同时从长远市场发展角度来看，丌发单 一用途的应用处理器是不合时宜的，应用上有很大局限性。早期的应用处理器通常是用于 相机控制或照相后段信号处理，随后发展了音乐应用、短片拍摄、电视应用f - - q - q 应用处 理器变为多种应用的处理器，同时些低端的应用被集成到基带处理器中。手机体积小的 特征也是多功能应用处理器不容忽视的一个重点，客观上要求应用处理器必须对手机绝大 多数功能进行良好的整合和兼容。 1 3 2 手机软件平台介绍 科技的进步使得手机小型化历程几乎已到了尽头，彩屏的出现提供了更丰富的表现能 力，而手机内部硬件( c p u 、r a m 、f l a s h 等) 的不断升级使手机上运行更专业的操作系 统成为可能。手机操作系统为其他的应用软件提供了一个运转的平台，支配和协调着手机 各组成部分的有序运转。目前手机操作系统主要有四种：w i n d o wc e 、s y m b i a n 、p a l m o s 、l i n u x 【5 1 。 1 w i n d o wc e 4 南京邮电大学硕l ：研究生学位论文 第一章于机i 行的现状。j 发展 w i n d o w sc e 是微软开发的一个嵌入式操作系统，专门用于手持设备和信息家电，基 于w i nc e 系统的内核。该系统面临的最大问题是缺乏传统手机制造厂商的有力支持，另 外w i n d o w s 系统易用的同时b u g 也很多，总会传来点类似p c 的问题系统不稳定、 需要不断升级。 2 s y m b i a n 也被称作e p o c 系统，这是最早由p s i o n 公司丌发的一个专门应用于手机等移动设备 的操作系统，目前由诺基亚、摩托罗拉、爱立信等手机巨头共同拥护，占据了智能手机操 作系统市场7 0 以上的份额。s y m b i a n 作为一种相当成熟的操作系统，有其相当的优势， 但也有许多阻碍其发展的方面，例如：s y m b i a n 操作系统固化，硬件组成相对固定，多媒 体处理方面的不足，等等，同时，许多功能需要第三方软件来实现，这无形之中也增加了 产品的丌发成本。 3 p a l m0 s p a l mo s 是p a l m 公司开发的专用于p d a 上的一种操作系统，这是p d a 方面的霸主， 一度曾占据了9 0 的p d a 市场的份额。虽然其并不专门针对于手机设计，但是p a l mo s 的优秀性和对移动设备的支持同样使其能够成为一个优秀的手机操作系统。但p a l mo s 由于其开发商实力的局限和缺乏硬件厂商的有力支持，市场份额正在逐渐的萎缩。 4 l i n u x0 s l i n u x 最大的特点在于它在根本上开放源代码，允许手机制造商根据实际情况，有针 对性地开发适合自己需求的l i n u x 操作系统，同时，l i n u x 本身在嵌入式系统丌发中也有 着得天独厚的优势【6 】：内核精简而高效、具有非常好的网络性能、可修改性强、支持多种 体系结构。l i n u x 源代码的开放性也让其开发成本比其它专有操作系统更低，此外，l i n u x 系统经过多年来的发展，积累了丰富的应用软件，这些软件也能够很方便地转移到手机平 台上。所以，l i n u x 系统将会在手机软件平台的竞争中占据有力的位置。 1 3 3 嵌入式l i n u x 系统 近年来，l i n u x 操作系统受n t 越来越多的关注，众多手机开发厂家相继投入了越来 越多的财力、物力来开发基于嵌入式l i n u x 系统的手机新平台，因此，这里着重介绍嵌入 式l i n u x 操作系统。 1 什么是嵌入式系统 嵌入式系统的定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁减、适应应 用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统【7 1 。 南京邮电人学顾：1 ：研究生学位论文 第一章：j j 机p 龠的现状j 发腱 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用柏 结合的产物，这一特点决定了它必然是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识 集成系统。 2 嵌入式系统的特征 嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，“嵌入性”、“专用性”与“计算机系 统”是嵌入式系统的三个基本要素，所以嵌入式系统的特点就是由这三个要素衍生出束 的： 与“嵌入性”的相关特点：由于是嵌入到对象系统中，必须满足对象系统的环境要求， 如物理环境( 小型) 、电气气氛环境( 可靠) 、成本( 价廉) 等要求。 与“专用性”的相关特点：软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小软、硬件配置等。 与“计算机系统”的相关特点：嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机 系统。与上两个特点相呼应，这样的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。 3 l i n u x 作为嵌入式系统的优势8 】 嵌入式l i n u x 的开发和研究是操作系统领域中的一个热点，目前已经开发成功的嵌 入式系统中，大约有半使用的是l i n u x 。l i n u x 之所以能在嵌入式系统市场上取得如此 辉煌的成果，与其自身的优良特性是分不开的。 a ) 广泛的硬件支持 l i n u ) ( 能够支持x 8 6 、a r m 、m i p s 、a l p h a 、p o w e r p c 等多种体系结构，目前已经 成功移植到数十种硬件平台，几乎能够运行在所有流行的c p u 上。l i n u x 有着异常 丰富的驱动程序资源，支持各种主流硬件设备和最新硬件技术，甚至可以在没有存储 管理单元的处理器上运行，这些都促进了l i n u x 在嵌入式系统中进一步的应用。 b ) 内核高效稳定 l i n u x 内核的高效和稳定已经在各个领域内得到了大量事实的验证，l i n u x 的内核设 计非常精巧，分成进程调度、内存管理、进程间通信、虚拟文件系统和网络接口五大 部分，其独特的模块机制可以根据用户的需要，实时地将某些模块插入到内核或从内 核中移走。这些特性使得l i n u x 系统内核可以裁剪得非常小巧，很适合于嵌入式系统 的需要。 c ) 丌放源码，软件丰富 l i n u x 是开放源代码的自由操作系统，它为用户提供了最大限度的自由度，由于嵌入 式系统千差万别，往往需要针对具体的应用进行修改和优化，因而获得源代码就变得 至关重要了。l i n u x 的软件资源十分丰富，每一种通用程序在l i n u x 上几乎都可以找 6 塑室! ! ! ! ! 皇叁兰堡：! 型壅竺兰垡堡茎笙= 至! ! ! ：堡鱼堕婴坠! ! 垄壁 到，并且数量还在不断增加。在l i n u x 上开发嵌入式应用软件一般不用从头做起，而 是可以选择一个类似的自由软件做为原型，在其上进行二次开发。 d ) 优秀的开发工具 开发嵌入式系统的关键是需要有一套完善的开发和调试工具。传统的嵌入式丌发调试 工具是在线仿真器( i n c i r c u i te m u l a t o r ，i c e ) ，它通过取代目标板的微处理器，给目 标程序提供一个完整的仿真环境，从而使丌发者能够非常清楚地了解到程序在目标板 上的工作状态，便于监视和调试程序。在线仿真器的价格非常昂贵，而且只适合做非 常底层的调试，如果使用的是嵌入式l i n u x ，一旦软硬件能够支持正常的串口功能时， 即使不用在线仿真器也可以很好地进行开发和调试工作，从而节省了笔不小的丌发 费用。嵌入式l i n u x 为丌发者提供了一套完整的工具链( t o o lc h a i n ) ，它利用g n u 的g c c 做编译器，用g d b 、k g d b 、x g d b 做调试工具，能够很方便地实现从操作系统 到应用软件各个级别的调试。 e ) 完善的网络通信和文件管理机制 l i n u x 至诞生之只起就与i n t e m e t 密不可分，支持所有标准的i n t e r n e t 网络协议，并 且很容易移植到嵌入式系统当中。此外，l i n u x 还支持e x t 2 、f a t l 6 3 2 、r o m f s 、 j f f s 2 等文件系统，这些都为开发嵌入式系统应用打下了很好的基础。 1 4 项目背景与论文工作 本项目是基于新一代手机平台p h o e n i x 平台( 基于嵌入式l i n u x 系统的双核手机 平台) 的设计和丌发。本文介绍了该平台的硬件架构，给出了应用处理器的软件框架，完 成了设备服务层( d e v i c es e r v i c el a y e r ，d s l ) 各功能模块的设计和开发，实现了为上层 应用提供设备相关服务的功能。 7 南京邮l 乜人学硕t ：f 0 f 究生学位论文第_ 二章p h o e n i x 于机、l ，行介绍 第二章p h o e n i x 手机平台介绍 p h o e n i x 平台代表了新一代手机平台的发展趋势之一，它采用了“m o b i l ee x t r e m e c o n v e r g e n c e ( m x c ) 这种面向手机高性能通信处理器的新架构【9 1 ，包括了s t a r c o r e 基带处理器和a r m l l 应用处理器，具备视频、图像和图形处理功能，并带有存储器、外 围设备和多种接口。基带处理器将执行信号处理、呼叫处理和基本的应用，应用处理器用 于处理图像、游戏、m m s 、视频等高级应用。 本章简要介绍了p h o e n i x 手机平台的硬件和软件平台，给出了其应用处理器的软件架 构，介绍了设备服务层：( d e v i c es e r v i c el a y e r , d s l ) 设计相关的知识。 2 1p h o e n i x 平台的概述 2 1 1 p h o e n i x 硬件平台 p h o e n i x 硬件平台主要由以下几部分组成：基于应用处理器( a r m l l ) 和基带处理器 ( s t a r c o r e ) 的双核芯片、无线电收发器、音频电源管理芯片、n a n df l a s h 存储器和 r a m 存储器。图2 1 是p h o e n i x 平台的硬件结构图。 幽2 1p h o e n i x 平台的硬件结构幽 2 1 1 1 基带处理器( b a s e b a n dp r o c e s s o r ) p h o e n i x 平台中，基带处理器采用的是s t a r c o r ep 2 0 0 2 处理器。传统的基带处理 器分为相对独立的两部分，其中d s p 进行数码信号处理，而微处理器( u p ) 则担当硬件引 擎的主要功能，随着手机空中接口标准的演进和r 趋复杂，随着更多新的附加功能被手 机支持，s t a r c o r e 公司推出单处理器解决方案，就是将执行信号处理、呼叫处理和基本的 8 南京邮电人学硕j ：研究生学位论文 第二章p h o e n i x 于 i 台介绢 应用放在同一个内核中【1 0 1 。s t a r c o r ep 2 0 0 2 处理器就是该解决方案的产品之一，其设 计特点如下： 具有高效编译性，9 0 的代码用c 语言编写； 具有更低的系统成本： 具有更低的功耗； 性能进一步提高； 2 1 1 2 应用处理器( a p p l i c a t i o np r o c e s s o r ) p h o e n i x 平台中，应用处理器采用了a r m l l 处理器，这是一款专门针对下一代无线 手持网络设备而开发的嵌入式处理器，它具有传统r i s c 架构的a r m 处理器的特点【l i 】： 体积小、低功耗、低成本、高性能；支持t h u m b ( 1 6 位) a r m ( 3 2 位) 双指令集，能 很好的兼容8 位1 6 位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在 寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。同时与前几代产品相比 具有更多的新特性【1 2 】，如下： 1 存储器管理 存储器管理方式严重影响系统设计和性能，存储器结构的提升大大提高了处理器的整 体性能，尤其是对于面向平台的应用。a r m l l 处理器提高了取指( 数据) 效能，花费 更少的时间在等待指令和缓存未命中数据重装载上面。存储器管理的提升将使系统性 能提升3 0 ，而且，存储器管理的提升也提高了总线的使用效率。 2 多媒体支持 单指令流多数据流( s i m d ) 能力使得软件更有效地完成高性能的媒体应用，象声音和 图像编解码。a r m l l 指令集合中加入了超过6 0 个s i m d 指令，加入的s i m d 指令将 使性能提高2 倍到4 倍。s i m d 能力使开发商可以完成高端的应用，如：图象编码， 语音识别，3 d 图像，尤其是与下一代无线应用相关的应用。 3 数据处理 数据的大小端问题是指数据以何种方式在存储器中被存储和引用。随着更多的s o c 集 成，单芯片不仅包含小端的o s 环境和界面( 像u s b ，p c i ) ，也包含大端的数据( t c p i p 数据包，m p e g 流) 。a r m l l 支持混合，因此，数据处理问题在a r m l l 中更为有效。 a r m l 1 处理器处理未对齐数据更有效，对于严重依赖未对齐数据的d s p 算法，a r m l1 会有性能的提高以及代码数量的缩减。a r m l l 可以实现6 4 位或6 4 位以上的总线宽度， 这使得总线等于甚至超过6 4 位处理器，但功耗和面积却比6 4 位c p u 要低。 9 堕塞型! 坚叁兰堡：! 型坐! 竺兰竺丝壅 一 翌三至! ! 竺! ! 坚! ：! ! ：! 鱼坌塑 4 异常( e x c e p t l 0 n ) 与中断 对于实时系统来洗，对于中断的效率是要求严格的，像硬盘控制器，引擎管理应用， 这些应用中如果中断没有及时得到响应，那后果将是严重的。更有效的处理中断与异 常也能提高系统整体表现，在a r m i i 体系结构中，新的指令被加入了指令集合来提 升中断与例外的实现，这些将有效提升特权模式下异常处理。 2 1 2p h o e n i x 软件平台 p h o e n i x 软件平台采用了l i n u x 操作系统，其最大的特点在于它在根本上丌放源代码， 允许手机制造商根据实际情况，开发满足自己需求的操作系统。l i n u x 系统具有精简而高 效的内核、非常好的网络性能、较强的可修改性、对多种体系结构的支持等多种优势，另 外，l i n u x 系统经过多年的发展，积累了丰富的应用软件，这些软件可以很方便地移植到 采用l i n u x 系统的手机平台上。 2 1 3p h o e n i x 平台的功能 p h o e n i x 平台采用了双核结构，应用处理器和基带处理器的分离使得该平台的产品在 性能上得到的很大的改进，也实现了很多新的功能： 更快的处理速度 应用处理器的使用使得该平台的处理速度更快，表现在u i 刷屏速度更快，图形 显示速度更快，同时可以支持多任务的并行执行。 百万相素级照相功能 该平台的产品支持百万相素级的照相功能，同时提供专用的照相快捷键，方便 了用户的使用。 丰富的显示主题选择 更多的主题提供给用户选择，同时用户可以定制自己的主题模式。 扩展存储卡功能 该平台的产品支持多种容量的s d 存储卡，极大地方便了用户的需要。 3 d 音效 应用处理器嵌入的音频播放器支持3 d 音效，使得扬声器仍可以达到立体声效 果。 增强的多媒体功能 该平台支持以下几种格式的音频数据：m p 3 ，m i d i ，a n l r a l l ，a a c ，a a c + ，w m a ，同时 支持h 2 6 3 视频数据格式，数据处理速率的提高使得该平台的音频、视频处理 1 d 南京邮l u 人学坝i j 研究生学位论文 第二章p h o e n i x 丁机、r 台介绍 更为流畅。 u s b 2 0 接口的支持 该平台支持u s b 2 。0 接口，最大传输速率可达到1 2 m b i t s 。 g p s 定位功能 该平台提供g p sn e m a 数据服务，为用户提供全球定位服务。 2 2 应用处理器的软件架构 手机自2 5 g 后，渐渐从话音平台演进为视频、数据、娱乐、商务、支付等多功能平 台。3 g 时代，网络速度的提高将进一步刺激手机的多功能应用