（计算机应用技术专业论文）基于wince的嵌入式多功能移动终端的设计与实现.pdf

北京邮电大学硕十学位论文 基于w in o e 的嵌入式多功能移动终端的设计与实现 摘要 在偏远的农村等广大区域，移动运营商开设营业厅面临着人力 物力的投入，加大成本，不便于管理等很多困难。针对移动运营商开 拓边远农村业务的需求，本文在原有嵌入式移动终端的发展基础上， 提出了一套完整的多功能移动终端的解决方案，利用一台轻便的移动 终端即可简单地实现移动业务的办理，解决了存在的难题。此方案也 为针对行业用户群体的高端移动终端提供了一种新的思路。 本文首先介绍了国内外移动终端系统的现状及移动终端的软硬 件系统的组成。然后介绍了嵌入式操作系统w i n d o w sc e ，并针对移 动终端系统的需求，阐述了如何完成w i n d o w sc e 平台裁剪定制。根 据多功能移动终端的行业特殊性，并出于缩短开发时间，降低开发成 本的考虑，本文在现有手机的成熟方案基础上，提出采用基带处理器 + 应用处理器的硬件系统架构，即系统底板加系统核心板的方案，软 件上采用基于通用嵌入式操作系统w i n d o w sc e ，系统开发采用w i n 3 2 a p i ，m f c 类库，与传统的w i n d o w s 编程具有良好的继承性。程序开 发采用面向对象的编程技术，提高了代码的重用性和可扩充性。 本文还着重介绍了在多功能移动终端系统开发中运用到的几项 开发技术，由于该移动终端是针对行业用户，数据量较大，为实现数 据的存储和检索等功能，选用了具有小巧的体积、强大的功能、方便 的接口、开源免费的嵌入式数据库s q l i t e ，完成了s q l i t e 在w i n d o w s c e 上的移植，解决了存储读取过程中字符编码转换等问题，根据多 功能移动终端的数据需求设计出终端系统的数据库，实现了对多功能 移动终端数据的有效管理。系统通信子系统采用的是g s m 通信模块， 对g s m 通信模块的操作都是基于“串口通信+ a t 命令 的方式，在通 信应用系统设计过程中，采用w i n d o w s 多线程编程和事件响应机制， 实现了多功能移动终端的通信和业务功能的协调工作。 关键词：移动终端s q l it e 嵌入式数据库w i n d o w sc ea t 命令 第1 页 北京邮电大学硕士学位论文 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe m b e d d e d m u i t i f u n c t i o n a l m o b i l et e i u 讧i n a l sb a s e do nw i n c e a b s t r a c t i nr e m o t er u r a la r e a ，t h ec r e a t i o no ft h em o b i l eb u s i n e s so f f i c e b u s i n e s sf a c e sm a n yd i f f i c u l t i e ss u c ha sv o t ei nt h eh u m a n ，m a t e r i a l r e s o u r c e s ，i n c r e a s e dc o s t sa n dn o te a s yt om a n a g e f o rm o b i l eo p e r a t o r s t oo p e nu pr e m o t er u r a lb u s i n e s sn e e d s ，t h i sp a p e rp u tf o r w a r dac o m p l e t e s e to fm u l t i f u n c t i o n a lm o b i l et e r m i n a l sb a s e do nt h ee x i s t e d m o b i l e p h o n ep r o g r a m t h et e r m i n a lc a nh a n d l em o b i l e p h o n eb u s i n e s s e a s i l ya n dp r o v i d e san e wi d e at oc r e a t eah i g h - e n dm o b i l et e r m i n a lf o r i n d u s t r yu s e rg r o u p s t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h es i t u a t i o no fm o b i l et e r m i n a ls y s t e ma t h o m ea n da b r o a da n dt h es t a t u so fm o b i l et e r m i n a lh a r d w a r ea n ds o f t w a r e s y s t e m t h e nt o d oam o r e d e t 。a i l e d i n t r o d u c t i o no nt h ee m b e d d e d o p e r a t i n gs y s t e mw i n d o w sc e ，a n d h o wt oc o m p l e t et h ew i n d o w sc e p l a t f o r mf o rc u s t o mt a i l o r i n go ns p e c i a ln e e d s a c c o r d i n gt ot h eb u s i n e s s i n d u s t r ys p e c i f i c i t y o fm u l t i f u n c t i o n a lm o b i l e t e r m i n a l s ，a n df o r s h o r t e n i n gt h ed e v e l o p m e n tt i m e ，r e d u c ed e v e l o p m e n tc o s tc o n s i d e r a t i o n s ， t h i sp a p e rc h o o s e st h eh a r d w a r ds o l u t i o nw h i c hu s i n gb a s e b a n dp r o c e s s o r + a p p l i c a t i o np r o c e s s o rs y s t e ms t r u c t u r e ，t h a t i s c o r eb o a r d p l u s b a c k p l a n eb o a r d o p e r a t i n gs y s t e mb a s e do nw i n d o w sc e ，s y s t e m d e v e l o p m e n tu s i n gw i n 3 2a p ia n dm f cc l a s sl i b r a r y ，t h es o f t w a r e s y s t e mh a sag o o di n h e r i t a n c et ot h et r a d i t i o n a lw i n d o w sp r o g r a m m i n g p r o g r a md e v e l o p m e n ti m p r o v et h ec o d er e u s a b i l i t ya n ds c a l a b i l i t yb y u s i n go b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n gt e c h n i q u e s ， t h i sa r t i c l ea l s oh i g h l i g h t ss e v e r a ld e v e l o p m e n tt e c h n i q u e sw h i c h a p p l i e dt ot h em u l t i - f u n c t i o nm o b i l et e r m i n a l s a st h em o b q et e r m i n a lf o r i n d u s t r yu s e r s ，f r e eo p e n s o u r c ee m b e d d e dd a t a b a s es q l i t eh a sb e e n s e l e c t e dt or e s o l v et h el a r g e rt h ea m o u n to fd a t as t o r a g ea n dr e t r i e v a la n d 第3 页 北京邮电大学硕上学位论文 o t h e rf u n c t i o n s ，b e c a u s eo fi t so p t i o n a lc o m p a c ts i z e ，p o w e r f u lf u n c t i o n s a n du s e r f r i e n d l vi n t e r f a c e t h et r a n s p l a n t a t i o no fs q l i t eo nw i n d o w s c ea n dt h ec h a r a c t e re n c o d i n gc o n v e r s i o na l s oh a v eb e e nr e s o l v e d f i n a l l yac o m p r e h e n s i v ed a t a b a s eh a sb e e nc r e a t e d ，w h i c hm a n a g et h e t e r m i n a le f f i c i e n t l y s y s t e mc o m m u n i c a t i o ns u b s y s t e mi sb a s e do ng s m c o m m u n i c a t i o nm o d u l ew h i c hu s e s ao p e r a t i o nb a s e do nt h e ”s e r i a l c o m m u n i c a t i o n + a tc o m m a n d a p p r o a c h i n s y s t e md e s i g np r o c e s s ，t h e w i n d o w sm u l t i t h r e a d e dp r o g r a m m i n ga n de v e n tr e s p o n s em e c h a n i s m h a v eb e e nu s e da n dt h em u l t i f u n c t i o nm o b i l et e r m i n a lw o r k sw e l l k e yw o r d s ：m o b i l et e r m i n a l ，e m b e d d e dd a t a b a s es q l i t e ， w i n d o w sc e ，a tc o m m a n d 第4 页 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 玉3 壹孚 日期：盏塑童2 硅：旦 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期问论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：亟l 三至日期：翊盏盈! 兰望 导师签名：粒日期：至霍查塑! ! 堕 北京邮电大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 多功能移动终端系统是实验室和普天信息技术研究院合作开发的嵌入式移 动终端。应用的对象主要是移动运营商，主要应用功能包含以下几部分：普通智 能手机的电话、短信息、电话本等功能；移动营业厅的部分业务功能，如空中充 值、空中选号等。该终端的外形要求为普通电话机大小，主要应用场所是农村、 偏远山区、城市报刊亭等地方，用于执行电信运营商营业厅的部分业务，从而降 低营业厅建设、管理成本。移动终端的应用，对于我国移动电话的普及、服务质 量的提高以及运营成本的降低有重要意义。 1 2 国内外移动终端的现状 移动式终端有的也被称作便携式终端。它的发展使许多公司的运作方式发生 了根本性的变化。现在公司由雇员现场收集和输入信息，或查询已储存了的档案， 而不像以前那样被固定的计算机终端和容易出差错的手写的记录所限制。自七十 年代中期，移动式资料收集终端机就出现了。第一部移动式终端机利用磁带记录 资料，用1 2 瓦特的汽车电池来供电。从那时起，移动式终端机受益于计算机技术 变化的电子技术的发展成就。一些在今天的市场上出售的移动式终端机实际上就 是全功能的计算机，很多移动式终端机小到可以放进衬衫口袋罩。f 1 1 一家专做 条码型移动终端的硬件厂商透露，其每年在国内的销售量就超过2 力台。其所涉 及的行业不但有邮政、生产销售型的厂商，同时还包括超市、书店等零售行业， 它们为了及时了解库存及销售情况、始终保持产品的充足供应，也采用了移动终 端进行库存和销售的管理。目前国内有超过9 0 的大中型超市己经开始采用条码 型掌上移动设备，可以很方便地记录和分享数据。而在采集过程中具有重要作用 的数据采集手段则有条码识别、i c 卡识别等。联想公司为贵州省烟草公司设计的 移动终端解决方案就是以移动终端为核心，集成了i c 卡读写器、m o d e m 和红外热 敏打印机，这套系统使烟草分销员不必再手工记账，而是在各个分销点就完成了 记账、打印票据等工作，采集到的销售数据回到办公室即可导入中心数据库中， 提高了烟草行业的销售效率。f 2 1 第1 页 北京邮电大学硕士学位论文 移动终端的应用以前主要分成两种形式，一种是采用高性能移动终端( 通常 是掌上电脑、) ，能替代台式计算机完成大部分数据处理功能，一般价格比较高， 只能用于部分行业：另一种是采用低端平台，只负责简单的数据采集，数据处理、 交互等功能都需要台式计算机来完成，但由于价格低，被广泛的用于工业现场和 商业中。近些年，随着计算机技术的高速发展，高端掌上电脑的性能在不断的提 高，硬件功能不断扩充，而价格却持续下降，传统的低端平台移动终端逐渐被低 端掌上电脑取代。一方面，应用的“高端 是军警、消防、地质勘测、医疗信息 等行业，其应用条件相对苛刻，对无线网络、卫星定位、抗干扰性等方面有着较 高的要求，而这一部分所需要的订单数量也颇为庞大，一旦成功打入将成为厂商 和应用开发商的一块“肥肉”。另一方面，行业应用的“低端 则是面向个人用 户及普通商业应用的电子出版、多媒体演示、数据采集和金融证券，其更多地强 调某一专项功能。 1 3 移动终端系统 移动终端系统从功能划分上来可以属于嵌入式系统的一种。嵌入式系统被定 义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、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。嵌入式系统是 将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合后的 产物。嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，自底向上包含有3 个部分：硬件 平台，嵌入式操作系统和嵌入式应用程序。通常把硬件平台称为硬件系统，嵌入 式应用程序和嵌入式操作系统称为软件系统。 1 3 1 移动终端硬件系统 单片机( 微控制器) 曾是构成嵌入式硬件平台的主要器件之一。但嵌入式硬件 技术的发展已使其不仅限于以往的单片机、单板机或p l c ( - - j 编程逻辑控制) 的范 畴，并且广泛使用了各种新型器件。移动终端硬件系统一般由下列硬件组成：【3 】 1 、处理器 目f j 订嵌入式系统巾的处理器分为微处理器( m p u ) 、微控制器( m c u ) 、数字信 号处理器( d s p ) 等几大类，应用最广泛的还是各种档次的8 1 6 3 2 位微控制器，但 i n t e lx 8 6 芯片、d s p 芯片、m o t o r o l a 公司的c o l d f i r e d r a g o n b a l l 以及基于a r m 内 核的高性能微处理器的应用也逐渐开始引人注目。 第2 页 北京邮电大学硕：b 学位论文 2 、存储器 传统的r a m 存储器有s r a m d 、r a m 。r o m 存储器有掩膜r o m 、p r o m 、 e p r o m 。而新兴的混合型的存储器( 如e e p r o m 、f l a s h 、n v r a m 、铁电存储 器等) 则似乎显得更符合嵌入式系统的要求。其中采用代码驻留就地运行技术 ( ) 【i p ) 用大块的n a s h 来代替磁盘驱动器构成所谓的“电子盘或“固态盘”， 这在工业过程实时控制有着很好的应用前景。 3 、输入输出设备 传统的输入输出设备主要是按键和黑白l c d 显示。新型的移动设备已经采用 触摸屏作为输入设备，采用有源或无源l c d 彩色显示屏，使得移动设备的人机交 互能力充分发挥。 4 、数据总线、通讯接口 早期的移动设备主要通过串行接口和其他设备、计算机进行数据通讯，随着 技术的发展，数据通讯的接口变的多种多样。在嵌入式系统、掌上电脑中常见的 一些数据总线、通讯接口有p c i 、m i n ip c i 、1 2 c 、c f 等等。 1 3 2 移动终端软件系统 传统的移动系统出于对产品体积、成本等因素的考虑，往往要求将控制部分 安装于设备内部且占用空间尽可能的小。传统设计方法用汇编语言编写程序，采 用大容量e p r o m 来固化程序，这主要是从保证速度和节省存储空间考虑，但编 程费时，调试和排错很不容易，程序的通用性也很差。微电子技术的飞速发展， 使高性能微处理器和大容量存储器的价格变得十分便宜，速度和存储容量不再是 困扰设计者的主要问题。人们将大容量存储器、l c d 显示等外设加进这类专用系 统，并尝试用高级语言来开发其软件，即把通用计算机上的软件和硬件“嵌入 专用系统，构成所谓的嵌入式系统( e m b e d d e ds y s t e m ) 。嵌入式系统的发展，大 致经历了三个阶段。 第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测、 伺服、指示设备相配合的功能。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控 制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制， 运行结束后清除内存。 第二阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特 点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系 统内核小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设 备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程 第3 页 北京邮电人学硕： ：学位论文 序接口( a p i ) ，开发应用程序简单：嵌入式应用软件丰富。 第三阶段是以基于 n t c z m e t 为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶 段。目前大多数嵌入式系统还孤立于i n t e m e t 之外，但随着i n t e r a c t 的发展以及 i n t e r a c t 技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与i n t e m e t 的结合将代表着嵌入式技术的真正未来早期的硬件设备很简单，软件的编程和调 试工具也很原始，与硬件系统配套的软件都必须从头编写。程序大都采用宏汇编 语言，调试是一件很麻烦的事。随着系统越来越复杂，操作系统就显得很必要。 ( 1 ) 操作系统能有效管理越来越复杂的系统资源。 ( 2 ) 操作系统能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维 护中解脱出来。 ( 3 ) 操作系统能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。 在7 0 年代的后期，出现了嵌入式系统的操作系统。在上个世纪，市场上出现 了几个著名的商业操作系统，包括v x w o r k s ，n u c l e u s ，p a l m ，s y m b i a n ，q n x 和w i n d o w sc e 等，同时免费或者开放源码的嵌入式操作系统也不断出现如： l i n u x ，u c os 等。这些系统提供性能良好的开发环境，提高了应用系统的开发效 率。由以上可见，在处理器性能显著提高的今天，移动终端采用嵌入式操作系统 无疑将提高其在市场上的竞争力 1 3 3 常见嵌入式操作系统 在市场上常见的有4 种具有良好人机界面，易于开发应用程序的嵌入式操作 系统，它们分别是：w i n d o w sc e ，p a l m ，l i n u x ，s y m b i a n 。w i n d o w sc e 将在后 面做详细介绍，下面就概要介绍一下其它三个操作系统。f 4 1 ( 一) s y m b i a n s y m b i a n 是- 于1 9 9 8 年创建，瑞典爱立信、r 本松下电器产业、美国摩托罗拉、 芬兰诺基亚、英国p s i o n 等公司拥有股份的合资公司。s y m b i a n 是针对未来无线互 联手持设备的新一代移动系统平台，其目标是把s y m b i a n 操作系统丌发成为未来 手机的产业标准。f 5 1 s y m b i a no s 是一个高级的、丌放的、标准的多任务操作系统。作为一种面向 未来的嵌入式操作系统，它所具有的功能是其他操作系统无法比拟的。总体上包 括l 蝴( c o n t a c t ) ，消，皂, ( m e s s a g e ) 、浏览( b r o w s e ) 和无线电话( w i r e l e s st e l e p h o n y ) 4 大主要功能。在该平台上，可以使用p o p 3 ，l a m p 4 ， s m t p ，h t m l ，s m s 等协 议收发电子邮件和短消息：支持t c p i p ，w a p 、蓝牙、红外通信、串行通信等 多种通信协议：具有强大的加密和认证管理( 包括h t r p s ，w t l s 和s s l 等安全通信 第4 页 北京邮电大学硕上学位论文 协议) ：支持对象交换和多媒体服务( 语音、图像) ：国际通用( 支持u n i c o d e 字符) ，含 有灵活的文本输入、笔迹识别、附加的字体和文本支持；包括4 个主要的开发可选 项c 十十，j a v a ，w a p 和w e b 。可与p c 的应用程序进行数据同步，并支持多用户 接口。 从短消息到多媒体，从s o c k e t s 至u w a p 浏览器，s y m b i a no s 开发者可以拥有 一个完整的通信领域a p i ( s y m b i a n 提供的s d k 中特有详细的a p i 使用指南) 。这些 a p i 不但使开发出的产品能提供给移动电话用户真正有用的特性，而且使开发者 能够为基于数据的移动电话写出更优秀的代码和引入注目的应用程序。另外， s y m b i a n 对开放的通信标准的支持使他更易于应用和服务程序的开发。 ( 二) p a l mo s p a l mo s 是p a l m 公司为自己及合作伙伴的p d a 产品设计的操作系统。自1 9 9 6 年。伴着第一部p a l mp i l o t 掌上电脑p i l o t1 0 0 0 问世至今，p a l mo s 操作系统以其简 便的操作方法，快速的处理速度，赢得了一大批忠实的拥护者。具体的说p a l mo s 是一种3 2 位的嵌入式操作系统，它以简单的图形界面来完成对信息的处理操作。 让用户以尽量少的步骤得到所需的信息。它的系统经过最优化设计，内部结构简 单，使得存储和运行只需要非常少的空间。所以这种系统运行占用资源少，处理 速度很快。p a l mo s 作为一套开放性的系统，拥有开放的应用程序接口，开发商 可以根据需要自行开发所需的应用程序。由于p a l mo s 是一套专门为掌上设备开 发的o s ，在编写程序时，p a l mo s 充分考虑了掌上电脑内存相对较小的情况，因 此操作系统本身只占有非常小的内存。由于基于p a l mo s 编写的应用程序占用的 空间也非常小( 通常只有几十k b ) ，所以，基于p a l mo s 的掌上设备( 虽然只有几 m b 的r a m ) 可以运行众多应用程序。p a l mo s 的官方开发工具是m e t r o w e r k s 公司 c o d ew a r r i o rf o rp a l mo s ，这个商业开发环境允许你在w n d o w s 9 5 9 8 n t 或者 a c i n t o s h 下开发p a l mo s 应用程序和管道程序( c o n d u i t 卜种运行于桌面主机之 上、用于和p a l m 通信的程序。c o d ew a r r i o rf o rp a l mo s 使用a n s i c 和c + + 语言 【6 】。 ( 三) l i n u x l i n u x 是由l i n u st o r v a l d s 在芬兰赫尔辛基大学念书时开始编写。1 9 9 1 年， t o r v a l d s 从事m i n i x 操作系统方面的工作，之后他就在i n t e r n e t 上发布了l i n u x 的最 初版本。随后他又在c o m p o s m i n i x 新闻组内请求其他编程人员帮助完善。经过各 地l i n u x 爱好者的补充和修改，至u 1 9 9 4 年l i n u x1 0 发布之时，这一操作系统己经 具备了抢先多任务和对称多处理的功能。经过l i n u x 编程人员的不断努力，如今 l i n u x 家族已经有近1 4 0 个不同的版本。所有这些不同的版本都是基于最初的、免 费的源代码。不同的公司可以推出不同的l i n u x 产品，但是他们都必须承诺对初 第5 页 北京邮电人学硕士学位论文 始源代码的任何改动皆公布于众。l i n u x 这种发行方式与传统的操作系统厂商， 如m i c r o s o f t f f 茸l a p p l e 公司的软件发行有很大不同。w i n d o w s 和m a co s 的源代码牢 牢地掌握在这些公司自己手里，即使是o e m 给其他硬件厂商，其规则也非常严 格。通过这种方式，这两家公司一方面能够在操作系统市场中占据多数市场份额 并以此获取丰厚的利润，另一方面可以保证软件、硬件以及用户之间的兼容性。 例如，有许多厂商为w i n d o w s 开发应用软件，因此用户可以很方便地买到与 w i n d o w s 兼容的硬件以及用户之间的兼容性。都安装有w i n d o w s ，文件交换起来 也会很方便。而如今的l i n u x 就难以做到这些。尽管在这些方面，l i n u x 还难如人 意，但其对整个业界的影响还是非常大的。因为l i n u x 具有如下优点：1 1 系统稳 定，2 ) 功能强大，3 ) 支持多种硬件平台，4 ) 简单易用且开发资源丰富，5 ) 使用成 本低，6 ) 文档完善，7 ) 强大的网络功能，8 ) 模块化的结构。 1 4 研究目的和意义 近年来，移动通信在全球范围内迅猛发展，数字化和网络化已成为不可逆转 的趋势。在我国信息产业的快速发展过程中，移动通信业的迅猛增长起到重要的 推动作用，而且成为国民经济的强劲增长点。移动通信运营商在用户数量和运营 收入飞速增长的同时，也面临着众多的新问题。目前移动运营商进行扩张面临的 一个重要问题是移动运营商可以在城市的商业区开设规模较大、具备多种演示设 备、起到很好宣传作用的旗舰店，也可以在乡镇地区和城市的远郊区开设规模较 小、具备全部服务功能的普通营业厅，但是在偏远的农村等广大区域，开设营业 厅面临着人力物力的投人，加大成本，不便于管理等很多困难。另一个重要的问 题是现阶段移动运营商的手机号码管理方式是根据营业网点的业务数量即放出 号码数量，将已经烧录好的s i m 卡或虚拟号码放置在各个营业网点。基本流程是 客户在一个营业网点选择喜欢的号码，办理开户业务，获得s i m 卡，然后使用。这 样的管理方式有很多弊端，用户不能很好地选择自己喜欢的号码，同样各个营业 网点也存在号码管理分配混乱例如有的营业网点占有大量号码，而其他的营业 网点没有号码，没有实现资源最大化利用的问题。因此，结合移动通信运营商定 制的业务功能，设计一种智能移动终端设计方案，除了满足普通智能终端的语音 通话、收发短信、音频和视频播放等功能之外，还要具备如缴费功能、选号功能、 丌户功能、s l m 卡烧录功能和票据打印功能等移动运营商定制的特定功能，既呵 以广泛方便地运用到偏远的农村，还可以作为自助终端应用在城市的各个营业网 点，解决移动通信业因迅猛扩张带来的众多服务问题，具有巨大的经济和社会效 益。 第6 页 北京邮电大学硕- l 学位论文 1 5 本文的主要工作和章节结构 本文作者在论文课题研究期间参与了嵌入式多功能移动终端软件开发项目， 主要做了如下工作： 1 、整体方案的设计； 2 、s q l i t e 在w i n d o w sc e 下的移植开发、生成器的编码以及产品的测试； 3 、嵌入式多功能移动终端数据库的设计及开发； 4 、参与电话簿管理、通信功能、通话记录管理、视频播放等软件功能模块 的设计与开发； 论文分为五章，通过对上述工作内容进行总结，对嵌入式多功能移动终端技 术进行了分析和创新。具体章节结构如下： 第一章：绪论：叙述课题的背景及国内外移动终端的现状，介绍了移动终端 的软硬件系统及常见的嵌入式操作系统，论文的研究内容和全文组织结构。 第二章：嵌入式操作系统w i n d o w sc e ：本章介绍了嵌入式操作系统w i n d o w s c e ，探讨了其核心特性，驱动程序架构，实时特性，中断处理以及嵌入式系统 支持等，叙述了w i n d o w sc e 平台定制的方法及流程。 第三章：移动终端系统方案的设计：简要介绍本终端系统的基本功能和业务 功能。以及所采用的硬件器件、软件平台和主要开发工具，使读者在宏观上对本 系统有所了解。再详细介绍了移动终端系统应用软件开发的工具，及本系统软件 系统中各个模块的研究与实现。 第四章：移动终端系统关键技术的研究：本章对s q l i t e 数据库的应用，基于 a t 命令的g s m 模块通信系统应用设计，以及运用多线程编程技术实现对终端系 统的应用开发等关键技术进行了详细描述。 第五章总结与展望 论述了本系统的诸多创新点，对研究工作做了一定的经验总结，展望本系统 的发展前景，以及对社会经济发展和科技进步的意义。 第7 页 北京邮电人学硕上学位论文 第二章嵌入式操作系统w i n d o w sc e 2 1win d o w sc e 概述 2 1 1w i n d o w sc e 操作系统 m i c r o s o f tw i n d o w sc e 是一个多平台、多任务、多线程、可裁减的3 2 位嵌入 式实时性的操作系统，具有强大的通信能力和出色的用户界面，在内存管理方面 要比其它w i n d o w s 操作系统更节约物理内存和虚拟地址空间， 其多线程、多任 务、全优先的操作系统环境是专门针对有限的系统资源而设计的【7 】。这种模块 化设计使嵌入式系统开发者和应用丌发者能够定做各种产品，例如家用电器，专 门的工业控制和嵌入式通信设备。w i n d o w sc e 支持各种硬件外围设备及网络系 统，包括键盘、鼠标设备、串行端口、以太网连接器、调制解调器、通用串行总 线( u s b ) 设备、音频设备、并行端口、打印设备及存储设备等。它的基于w i n d o w s 应用程序编程接m ( a p i ) ，使得w i n d o w sc e 几乎可以完成p c 机上其它w i n d o w s 操 作系统可以完成的所有工作。 “c e ”这个名字的来源己无准确历史档案可查。但是微软内部的人员普遍 认为c e 中的c 代表了消费类( c o n s u m e r ) 、袖珍( c o m p a c t ) 、通讯能力 ( c o m m u n i c a t i o n ) 和伴侣( c o m p a n y ) 。c e 中的e 代表了电子产品( e l e c t r o n i c s ) 。 w i n d o w sc e 采用层状的结构，可移植性好，组件化可剪裁，强调编程接口 和支持上层应用等。从上而下可分为三层：应用层，操作系统服务层，o e m 硬 件适配层， 硬件层【8 】。其结构如下图2 1 所示： 第8 页 北京邮电大学硕上学位论文 ( 嵌入式外壳 ) w i n 3 2a p i s c o r e d l l ，w i n s o c k ，o l e ，c o m m c t r l c o m m d l g ，w i n 仆厄t 固 圆圆 囤 四( 墨d 固圆回 图2 - 1 ：w i n d o w sc e 系统结构图 2 1 2w i n d o w sc e 应用 w i n d o w sc e 是微软公司发布的一款功能强劲的实时嵌入式操作系统，它继 承了大家熟悉的台式机上w i n d o w s 操作系统一贯友好的界面，为建立低成本、高 效的嵌入式系统创造了条件，引发了各个领域开发者的广泛关注。其主要特点有： 1 ) 占用资源少。一个典型的w i n d o w sc e 设备只需要4 m b 到8 m b ，最小的 w i n d o w sc e 大约为5 0 0 k ； 2 ) 实时性好。支持2 5 6 个优先级别和嵌套中断，允许更高优先级别的中断首 先得到响应，而不是等待低级别的i s r 完成。这使得该操作系统具有嵌入式操作 系统所要求的实时性。在使用p e n t i u m l 6 6 m h z 处理器时，i s r 延迟平均为2 8m s ， i s t 为1 7 9 m s 。 3 ) 广泛的c p u 支持及提供仿真环境。支持a r m ，m i p s ，s h x ，x 8 6 四种微处理 器，内置仿真技术，可以在台式机( 开发机) j ：j y 发和测试程序； 4 ) 强大的应用程序丌发。开发人员可以选择v i s u a ls t u d i o n e t 或者e m b e d d e d v i s u a l c + + 4 0 进行应用程序的丌发，前者的优点是丌发相对容易，后者的优点是 程序执行速度快。 5 1 广泛的存储和文件系统，能够防止数据因突发性的电力故障而被破坏。 6 1 可定制的用户界面。对于各种控件的外观，开发人员可以在w i n d o w s9 5 弄n w i n d o w sx p 两种风格中任选，也可以自己定制颜色和对话框的大小和形状。 刀开放的通信平台，集成了多种协议，l 匕女h t c p i p ，i p v 6 ，n d i s 5 1 ， w i n s o c k 2 0 ，o b j e c te x c h a n g ep r o t o c o l 等。广泛支持各种通信硬件，亦支持直接 的局域连接以及拨号连接，并提供与p c 、局域网以及i n t e r n e t 的连接，还提供与 第9 页 北京邮电犬学硕十学位论文 w i n d o w s 9 】【肿的最佳集成和通信。通讯方式包括：申口，并口，网线和红外线 端口。 8 ) 具有灵活的电源管理功能，包括催i t 民, 唤醒模式。 9 ) w i n d o w sc e 的a p i 是w i n 3 2a p i 的一个子集，支持近1 5 0 0 个w i n 3 2a p i 。 有了这些a p i ，足可以编写任何复杂的应用程序。当然，在w i n d o w sc e 系统中， 所提供的a p i 也可以随具体应用的需求而定。 w i n d o w sc e 能从闪存中启动，也就避免了暴露在灰尘，高温，和震动环境 下，从而使它可以适应恶劣的应用环境。 2 2win d o w sc e 的结构分析 2 2 1w i n d o w sc e 操作系统核心特性 1 内存架构 w i n d o w sc e 提供了灵活的内存访问机制，使系统中不同类型的应用程序可 以充分使用系统提供的r a m 、r o m 以及闪存，并有选择地有效利用处理器提供 的虚存、保护等功能。内存管理可以分为三个部分： 1 ) 物理页面管理：主要负责跟踪系统的物理内存的使用情况，为换页程序 抓取有用的物理页面，释放不使用的物理页面等； 2 ) 虚存管理：主要管理系统的地址映射，页面的换进换出等； 3 l 堆管理：主要管理进程空间内部的动态内存释放与回收，以支持程序的 动态数据结构。 系统中3 2 位虚拟地址提供了4 g 的虚拟空间1 8 1 1 9 1 0 1 ，如下图所示。对于嵌 入式应用来说，内存一般很小，因而系统在使用内存方面做了些限制，以实现更 高的存储管理。这些限制包括：大量的系统保留空间，这些地址空间实际上经常 不被映射到任何物理页面；系统进程数量最多只有3 2 个，每个进程的实际可用内 存空间受到限s j j ( 3 2 m ) ；有固定的进程共享内存；有r o m 地址映射。内存映射空 间布局如图2 2 所示： 第1 0 页 北京邮电大学硕士学位论文 c 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 o 4 2 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 o i ) o o o o o o 内核空问 内存映射文件 s 1 0 t 3 2 进程3 2 s l o t 3d e v i c e e x e s l o t 2f i l e s y s e x e s l o t lr o md l l s l o t 0 共享 图2 2 ：w i n d o w sc e 内存布局 由于限定了进程空间的大小和进程的数目，内存布局变得相对简单，系统提 供3 3 个s l o t ( p 勺存槽) 供这些进程使用，其中s l o t o 是全局的共享内存，底部的一些s l o t 由重要的系统进程使用核心部分的s t a t i cv i r t u a la d d r e s s c s 部分专门用来映射 r o m 、外设等资源。n k s l o t 是n k e x e 的进程空间。n k e x e 是一个核心态进程， 包括了操作系统核心的代码。对物理内存相对比较紧缺的系统来说，进程空间和 进程数目的限制能力将有效地缓解内存系统可能的压力。例如，某个应用系统限 制6 个进程，那么系统映射中将永远不会用到多于7 个的s l o t ，系统做地址映射， 将可以不必关心别的部分。 2 调度 w i n d o w sc e 操作系统提供了多级别的调度能力，它的调度器基本上可以看 成一个具有增强实时性能的、更多体系结构的、结构简单的w i n d o w sx p 调度器。 3 实时能力 w i n d o w sc e 实时能力的设计目标参考了大量g m p t g ( g e n e r a l m o r o r s p o w e r t r a i ng r o u p ) 的调查研究，它的设计目标可以适应大部分( 9 5 ) 硬实时系统的 要求：1 m s 定时周期的误差约为l o o u s ，在2 0 0 m h z 的x 8 6 系统下可以期望达到 5 0 u s 。实时能力的另一个重要指标是中断延时，在w i n d o w sc e 中，中断延时和 中断处理方式密切相关，当采用i s r 直接处理时，延时非常短，较长的延时通常 发生在采用i s t 方式处理中断事务的情况，调度系统保证在此种情况下的延时不 超过l o o u s 。 4 设备驱动程序 北京邮电大学硕上学位论文 w i n d o w sc e 集成了大量的设备驱动程序，它们作为系统特性存在，在系统 内核开发工具p l a t f o r mb u i l d e r 中可以方便地从一个特定平台配置中加入或者删 除。这些驱动程序涵盖面广，包括了大多数常用的设备类中的典型产品，例如 n e 2 0 0 0 兼容性网卡、标准触摸屏等。w i n d o w sc e 的另一个显著特性是系统提供 类驱动程序模型来实现的类驱动程序，例j t l i e e e l 3 9 4 火线设备驱动程序，开发 者只要根据模型实现驱动的底层部分就可以支持一种具体地i e e e e l 3 9 4 设备。这 些类驱动程序模型为应用程序的公共接口提供了可能性，典型地应用模型就是 d i r e c t x 接口，应用开发者可以根据d i r e c t x 接口高效率地访问设备驱动程序和硬 件。 5 高级电源管理 高级电源管理是作为设备管理模块的一个部分实现的，在w i n d