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北京邮电大学硕士研究生学位论文基于3 g 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 基于3 g 3 2 4 m 协议的 手机可视电话的设计与实现 摘要 移动可视电话是一种同时使用了视频和话音的点对点通信业务， 随着我国3 g 时代的即将到来。移动可视电话作为3 g 网络的代表业务 和“杀手锏”业务必将有很良好的市场前景。本文研究基于w i n d o w s c e 智能手机平台的w c d m a 网络的移动可视电话应用的设计与实现。 本文的主要贡献包括： 1 ) 详细研究分析了移动可视电话的核心协议栈3 g 一3 2 4 m ，并基于 d i l i t h i u m 公司的3 g 一3 2 4 m 协议栈产品成功开发了智能手机可视电话 应用，实现了快速的通话连接建立和良好的音视频通话效果。 2 ) 对手机嵌入式系统双c p u 结构间通讯设计和实现了双端口r a m 的方案，在低c p u 负荷下支持高达7 2 m b p s 数据速率，完全能满足 3 g 手机所要求可视电话等高速数据业务服务。 3 ) 提出了v 8 0 调速机制和缓冲区方案实现3 g 一3 2 4 m 协议6 4 k b p s 数据传输恒定速率的要求，有效解决在双c p u 架构下，m o d e 接收的 3 争3 2 4 m 协议的可视电话数据传输速率不稳定，导致移动可视电话无 法正常运行的问题。 4 ) 提出了多种基于3 g 智能手机的移动可视电话应用测试方案， 可以根据开发者的需求灵活采用，有较提高了开发移动电话的速度和 质量，对于开发相类似系统有较好的借鉴意义。 北京邮电大学硕十研究生学位论文基于3 g 一3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 关键词 可视电话智能手机3 g 一3 2 4 m 协议双端口r a mv 8 0 北京邮电大学硕士研究生学位论文基于3 g 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 3 g - 3 2 4 m p f o t o c o l o nt h ed e s i g na n di l p l e m e n t a t i o n0 fm i d b i l ev i d e 0t e l e p h o n e a b s t r a c t m o b i l ev i d c ot e l e p h o i sal 【i n do f p o i n t t o p o i n t v i d e o孤dv o i c c c o m m u n i c a t i o n sb u s i n e s s w i t l lt h ci l l l m i n e n ta r r i v a lo ft h e3 ge m 3 gm o b i l ev i d c o t c l 印h o n e 鸹r c p r c i 湖l t a t i v 懿o fb u s i n e 鳃托dt h eb u c rb u s i n e 鹤w i l lh a v cav e r yg o o d m a r k e tp m s p e c t s t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nd e s i g n 锄di m p l 锄e mo fav i d e o t e l e p h ea p p l i c a i 衄i tb 勰e so nw i n d o w sc ep l a t f o m m a j l lc 嫡b u t i o no ft h i sd i s s e n a t i o ni sa sf b u o w s ： 1 ) d e t a i l e d 觚a l y s i so ft h ec o 圮v i d e o p h o n e sp m t o c o ls t a c l 【 3 g 一3 2 4 m s u c c e 鹞f u l d e v e l o p m e n to fi n t c l l i g e n tm o b i l ev i d t e l e p h o n e 印p l i c a t i o n ，af a p i da n d9 0 0 d 卸d i o a n dv i d e 0p e r f b 加a n c c ，b a s e s 彻d i l i t h i u m3 g 一3 2 4 mp r o t 咖is t a c k 2 ) ac o m m u l l i c a i m e c h 姐i s mb c 时e 如咖印u 舳u l l i t i o ns t m c t u r ci n 锄b c d d e ds y s t 锄，d u a l - p o r t c dr a m ，i sd c s i 印c d 卸di m p l 锄姐t c d l o wc p ul d s u p p o r tu pt o7 2 m b p sd a 协m 峨3 gm o b i l cp h o n 龉nm tt h er a q u i 崩n t so f h i g h s p e c dd a t as e i s 鲫c h 嬲、，i d e ot c l e p h 佃e 3 ) a 扛a 船缸r a 把 n t m lm e c h a n i s mw h i c hb 雒e so nv ：8 0p m t o c o l ， i s p 加p o s c d t h i sm e c h 锄i s mm a l 汜s u 聆t h a tv i d c ot c l e p h o n ea p p l i c a t i c a nt m s m i t d a t ai n “k b p s 眦cs t e a d i l y w i t h o u tt l l em t e n 仃o lm e c h 蛐i 锄，t l l ev i d e ot d e p h 呲 w i l l n o t w 0 i ：k c o r r e c d y 4 ) m 雅ya p p l i c a t i o nt e s 瞳i n gp m g r a ma mp r o p c d i t 啪b cu s c dn c x i b l ya c o o r d i i i g t ot l l cn c e d so fd e v e l 叩m 曲tas i n l i l 盯s y s t 锄，锄dh 鹞i n l p r o v e dt h cs p e c d 卸dq u a l i t y o fd e v c l o p m c n tp “) c e s s k e y w o r d s v i d c 0t e l e p h 曲e ，s m a np h 伽e ，3 g 3 2 4 mp r o t o 。o l ，d l l a lp o f tr 蝴，v 8 0 北京邮电大学硕士研究生学位论文基于3 g - 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 2 2v i v 系统硬件结构图 图表索引 3 1 嵌入式软硬件关系。 3 3a m s s 系统的模块结构图 4 2r i l 模块层次 4 3a t 命令运作原理 4 4v t 程序运行流程。 4 6v t 来电的流程 5 13 g 一3 2 4 m 协议族 5 23 g p p 组织推荐的3 g 一3 2 4 m 协议框架 5 33 g p p 2 组织推荐的3 g 一3 2 4 m 协议框架 5 4h 2 2 3 协议 5 5m u l t i p l e x e ri n p u t s 。 5 6d e _ m u l t i p l e x e ri n p u t s 5 73 g 一3 2 4 m 协议协商 5 8 肝l a p i 协议栈的层次结构图 5 9 唧l p i 中主要类的关系 5 一l o 音视频处理类关系 5 1 l 通讯模块类关系 5 1 2 心l p i 消息运作机制 5 1 3 肝l p i 中主要线程运作图。 5 1 4 呼出v t 时肝l p i 时序图 6 1 双端口r a m 硬件连接简图 6 2d p r 模块在w i n d o w sc e 的位置 6 3d p r 的内存空间划分 6 4 收发缓冲区空间分配 6 5 i lb o x 寄存器 6 6d p r 模块数据发送 6 7d p r 模块数据读取 6 8 i n d sc e 的中断 6 9c 蛳y c o m d e v i c e 在蛐l p i 中的位置 6 一1 0c o d e v i c e 模块运作机制 6 一l lv t 终端发送速率低于6 4 k b p s 6 1 2v 8 0 模块在系统的位置 6 1 3i n b a n dc o m a n d 原理图 6 一1 4 发送i n - b a n dc o a n d 7 一lc m d e v i c e 的l 0 0 p b a c k 方案原理图 7 2 使用如8 4 7 0 的回环测试方案。 7 3 使用明a 的测试方案 7 9 心撕侈加殂殂m笛筋”勰凹加n砣弘弘弘”勰剪柏心钙牾船鹌n舄舄 图图图图围图图图图图图图图图图图图图图图图图 图图图图图图图图图图图图图图图图 北京邮电丈学硕士研究生学位论文基于3 g 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 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：旅盗：叠自 日期： z 2 q z 。生。k 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阃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： 迅 篮：绚 日期：五! 0 1 。生。k 导师签名：车委蚕与堡安日期：五生王- 啦 2 北京邮电大学硕士研究生学位论文基于3 g 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 1 1 研究背景 第一章绪论 3 g 是第三代移动通信的简称，即宽频无线通信技术。其核心技术是i p 封包 ( 因特网协议) 技术，可实时高速获取因特网服务。第三代移动通信系统，综合了 蜂窝、无绳、寻呼、集群、无线扩频、无线接入、移动数据、移动卫星、个人通 信等各类移动通信功能，提供了与固定电信网络兼容的高质量业务，支持低速率 话音和数据业务，以及不对称数据传输“1 。 第三代移动通信系统( 3 g ) 可以实现移动性、交互性和分布式三大业务，是一 个通过微微小区，到微小区，到宏小区，直到“随时随地”连接的全球卫星网络。 3 g 的最大卖点在于共享式2 m 带宽的数据业务，它可以使全球范围内的任何 用户使用小型廉价移动台，实现从陆地到海洋到卫星的全球立体通信联网，保证 全球漫游用户在任何地方、任何时候与任何人进行通信，并能提供具有有线电话 的语音质量，提供智能网业务，多媒体、分组无线电、娱乐及众多的宽带非话业 务。 国际电信联盟( i t u ) 在2 0 0 0 年5 月确定w c d h i a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d h i a 三大 主流无线接口标准，写入3 g 技术指导性文件2 0 0 0 年国际移动通讯计划。 w c d m a 即w i d e b a n d c d m a ，也称为c d m a d i r e c t s p r e a d ，意为宽频分码多重 存取，其支持者主要是以g s m 系统为主的欧洲厂商。w c d m a 具有先天的市场优势， 日本移动运营商n t t d o c o m o 于2 0 0 0 年开通的全球第一个3 g 服务便基于d 姒 标准。 c d m a 2 0 0 0 _ _ c d 姒2 0 0 0 也称为c d m a m u l t i c a r r i e r ，由美国高通北美公司 为主导提出，摩托罗拉、l u c e n t 和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成 为该标准的主导者。 t d s c d m 该标准是由中国大陆独自制定的3 g 标准，1 9 9 9 年6 月2 9 日， 中国原邮电部电信科学技术研究院( 大唐电信) 向i t u 提出。该标准将智能无线、 同步c d m a 和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务 支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。另外，由于中国庞大的 市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣 布可以支持t 胪s c d m a 标准。t d s c d m a 更是未来中国3 g 市场中最受关注的一 种制式。 移动可视电话是一种同时使用了视频和话音的点对点通信业务，在两个移动 终端、移动终端和固定视频电话或者p c 机等之间实现音视频的双向实时交流。 北京邮电大学硕+ 研究生学位论文幕于3 g 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 可视电话业务是由美国贝尔实验室于1 9 6 4 年首先提出的解决方案，并在2 0 世纪 9 0 年代由国际电信联盟( i t u - t ) 制定的h 3 2 x 的系列多媒体通信标准。基于无 线终端的移动可视电话业务是由u m t s 定义的一种高级的3 g 业务，与以往传统的 移动业务有着极大的区别，带宽、成本、设备和服务的限制使这一业务的开展对 系统提供商、移动网络运营商都是很大的考验。因此，移动网络运营商都把移动 可视电话作为3 g 网络的代表业务和“杀手锏”业务，不约而同地选择通过移动 可视电话业务的推广来促进3 g 网络的发展。目前，虽然我国的3 g 还没有开始大 规模的商用部署，但是消费市场对移动视频业务的认可程度和期望值很高，预计 在不久的将来移动可视电话业务将是推动3 g 网络发展的源动力”1 。 此外，针对企业行业用户群体，将移动视频通信延伸到企业内部，和企业 内部的原建固定视频会议系统相融合，预计将为企业内部通信带来全新的发展。 设想一下，不久将来伴随着移动可视电话成熟，企业的高层通过随身携带的视讯 移动电话，简单拨号后接入正在召开的企业决策会议，和公司同事探讨企业的决 策。由多媒体即时会议系统( i c ) 控制电话会议多点控制单元( m c u ) 将非常简 单地完成多个手机和固定宽带企业用户进行多方视频电话会议。 伴随移动网络的发展和移动数据业务的提高推出，移动终端技术不断获得突 破，例如删s 和照相摄像功能推出，直接和间接地促使移动用户更换手机。同 时终端厂商为了获得高利润的回报，又促使下一轮不断创新。伴随新业务的推出， 移动终端技术在显示屏、c p u 、内存、电池和软件等各个方面不断提高，为移动 可视电话业务终端在硬件技术上扫清障碍。 据分析，完成移动可视电话业务终端需要如下硬件条件： 1 ) 图像捕获：技术已成熟，照相摄像手机就可以很好地证明这一点。 2 ) 音视频编解码：由于网络带宽和带宽波动的影响，我们需要选择一种高效 编解码器， 3 g 业务手机终端支持的视频终端除了内嵌高速c p u 和相当规模的内存外， 还内置大规模的d s p 媒体处理器来完成视频电话业务。这些有利条件使采用3 g 智能手机实现可视电话功能成为可能。 1 2 工作内容 本文基于作者参加一个3 g 智能手机v i v a 的可视电话开发项目，介绍手机 的嵌入式软硬件体系结构，分析了基于3 g 3 2 4 m 协议栈的可视电话系统的设计 与实现方案，并重点对该系统的通讯模块如：基于w i n d o w sc e 的电路域“k b p s 链路建立、双c p u 间通讯机制( 双端口r a m ) 的研究，基于v 8 0 协议的传输 同步机制等。具体工作内容如下： 2 北京邮电大学硕士研究生学位论文基于3 g 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 v i 、，a 手机的软硬件架构 该设计实现的v i d e ot e l e p h o n e ( 移动可视电话) 系统是基于w c d 姒网络的 3 g 智能手机v i v a ，手机是典型的嵌入式产品。一般说来，开发一个嵌入式系统 产品时，最重要的要考虑的因素是嵌入式硬件和软件部分。 可视电话整体架构介绍和关键部件 v t ( 移动可视电话) 作为一个应用程序运行在i n t e l b u l v e r d e 侧。它在w i n d o w c e 系统内是一个复杂的多媒体应用。涉及到音频设备、q 吼e m 、麦克风、扬声 器、u m 和无线通讯模块等，另外v t 的核心协议栈3 g 3 2 4 m 协议自身就是个 很复杂的模块。为了实现整个系统的良好构架，很好的扩展能力，以3 g 一3 2 4 m 协议栈为核心，将v t 系统分成以下几个模块：v ta p p 、3 g 3 2 4 m 协议栈、音 视频设备驱动、r i l 和d u a l p o n r 锄等。 3 g 3 2 4 m 协议栈分析 理解3 g 一3 2 4 m 协议栈的运作机制，主要是分析采用的d i l i t h j u m 公司 3 g 3 2 4 m 协议栈产品m p l 心1 ，然后设计与实现在现有软硬件架构下对协议栈 的扩展和修改，主要包括通讯模讯的实现，双c p u 间通讯的双端口r a m 设计 与实现，数据传输时恒定速率的实现方案，最终完成手机的可视电话模块。 设计v t 系统的调试方案 根据v t 系统开发具体需要，我们设计了手机自回路调试、手机连接基站模 拟器调试和手机连接d n a 调试这三种调试方案。在开发过程中可以根据需要灵 活使用。 1 3 论文章节安排 论文的第一章是手机可视电话的背景知识介绍。 第二、三章介绍嵌入式软硬件的体系架构和相关知识，并具体分析了所实现 的v i v a 手机采用的软硬件体系架构。 从第四章开始分析和设计基于3 g - 3 2 4 m 协议栈的手机可视电话的实现方案。 第四章是v t 系统整体架构介绍与关键部件分析。 第五章是3 g 一3 2 4 m 协议及具体实现的研究。 第六章是关于通讯模块方面的设计与实现的研究。 第七章介绍移动可视电话采用的测试方案。 第八章是论文工作的总结和展望。 3 北京邮电大学硕士研究生学位论文基于3 g 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 第二章v i v a 的硬件架构 2 1 嵌入式硬件概述 该设计实现的移动可视电话系统是基于w c d m a 网络的3 g 智能手机v i v a 。手 机是一种典型的嵌入式产品，因此，采用开发方法与一般的嵌入式产品是类似 的。一般说来，开发一个嵌入式系统产品时，最重要的要考虑的因素是嵌入式 硬件和软件部分。 其中嵌入式系统硬件部分就像是嵌入式系统身躯一样，有手、肢、头以及感 觉神经等部分，这些掌控了嵌入式系统的先天功能，如运算能力以及扩充能力等， 一个好的嵌入式系统都需要事先完整的硬件规划才可以具备达到所需要的功能 条件州。 一个嵌入式系统开发人员首先必须了解嵌入式系统的硬件架构，才能在硬件 所提供的有限效率下进行相关的驱动和应用程序的开发。因此，在该章节介绍嵌 入式系统硬件的相关概念和v i v a 手机所采用的硬件架构。 2 2 嵌入式系统概念 根据正e e 的定义，嵌入式系统是“控制、监视、或者辅助设备、机器和车 间运行的装置”( d e v i c e su s e dt oc o n t r o l ，m o n i t o r ，o f 勰s i s tl h eo p c r a t i o no fe q u i p m e n t ， m a c h i r y0 rp l 柚t s ) 。这主要从应用上加以定义的，从中可以看出嵌入式系统是 软件和硬件的综合体。 不过，目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为 基础，硬件软件可裁减，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。它用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。 嵌入式系统的定义可从以下几个方面来理解： 1 ) 嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相 结合才会具有生命力、才更具有优势。 2 ) 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术以及各行业 的具体应用相结合的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资 金密集、不断创新的知识集成系统。 3 ) 嵌入式系统必须根据应用需求可对软硬件进行裁减，满足应用系统的功 能、可靠性、成本、体积等要求。 4 北京邮电大学硕士研究生学位论文 基于3 8 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 2 3 嵌入式系统的特征 1 ) 微内核。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置，系统资源相对有限， 所以内核较之传统要小得多。 2 ) 对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时 间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。 3 ) 支持多任务的操作系统。简单的嵌入式系统的应用可以在没有操作系统的 支持下直接在芯片上运行，但是功能复杂、实时性强、要求高可靠的嵌入 式系统就要使用多任务的操作系统。为了合理地调度多任务，利用系统资 源、系统函数以及专家库函数接口，用户必须使用r t o s ( r e a l m m e o p e r a t i n gs y s l c m ) 开发平台，这样才能保证程序逻辑执行的实时性、可靠性， 并减少开发时间，保障软件质量。 4 ) 嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。嵌入式开发不同于桌面应用 程序的开发，嵌入式系统本身不具备自主开发能力，一般都是通过交叉调 试模式来开发，因此对于嵌入式开发工具也有特殊的要求，特别对调试器 部分。有很多硬件平台的目标处理器提供特殊的调试模式如j t a g b d m 等 调试，因此调试器必须提供对这些调试模式的支持。开发时往往有宿主机 和目标机的概念，宿主机用于程序逻辑的开发，目标机作为最后的执行机， 开发时需要交替结合进行。 5 ) 多样化，广泛化。嵌入式应用领域己应用到社会的各个领域如信息家电、 工业控制、通信和智能终端等。嵌入式应用的多样化主要体现在嵌入式设 备主控芯片和外围设备的多样性，目前嵌入式设备的主控芯片类型包括四 类：微控制器、嵌入式处理器、d s p 处理器和片上系统s o c 。就嵌入式处 理器而言有很多系列如3 8 6 c x ，p c ，m p c 系列，m 坤s ，a r m 等；嵌入 式外围设备种类繁多，而且不同的嵌入式应用有不同的外挂设备，为了支 持这些不同的外挂设备就必须有这些不同设备的b s p ( b l r d 鲫p p o f t p a c k a g c ) 6 ) 嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和 通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有m w 。 2 4v i v a 主要硬件特性说明 v i v a 是一款3 g 的智能手机，c p u 功能十分强大，支持非常丰富的多媒体应 用，从手机的硬件特性中就可以看出： 5 北京邮电大学硕十研究生学位论文基于3 g 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 特性 说明 c p u i n t e lp x a 2 7 0 十m s m 6 2 8 0 m e m o r v1 2 8 mf l a s h + 6 4 ms d r a m 前摄像头 0 3 m 后摄像头 2 0 m w i f i 支持 b l u e t o o t h 支持 c a rk i t 支持 f in g e rs e n s o r 支持 l e d 指示支持 制式g s m w c d m a 双模 l c dq v g a ( 2 4 0 3 2 0 ) 、2 6 0 k 色、t f t 2 5v i v a 的硬件架构 表2 1v i v a 硬件特性 该系统硬件采用双c p u ( i n t e lp x a 2 7 0 + m s m 6 2 8 0 ) 的架构。i n t e lp x a 2 7 0 作为应用程序的通用处理器，主频4 1 6 姗z 。高通公司的m s m 6 2 8 0 作为无线通讯 模块处理器。m s m 6 2 8 0 芯片组是高通公司的完整h s d p a 解决方案，支持的数据传 输速率高达7 2m b p s ，使运营商能够为世界各地的无线用户提供高级数据和多 媒体服务。m s m 6 2 8 0 解决方案集成了接收分集和均衡器等先进接收技术，可以提 高吞吐量和网络容量。 惦m 6 2 8 0 单芯片基带支持w c d m a ( u m t s ) h s d p a 和g s m g p r s e d g e ( e g p r s ) 标 准，并且集成了广泛的多媒体功能，包括高质量的视频、音频、成像和3 d 图形 功能。但是由于本设计采用的是w i n d o w sc e 操作系统，并且需提供强大的应用 支持能力，单独使用一个m s m 6 2 8 0 无法达到性能要求。因此另外需要一个应用程 序处理器i n t e lp ) 【a 2 7 0 进行协同工作。双c p u 分离的设计提高了整个系统的灵 活性。例如替换了m s m 6 2 8 0 就可以很容易实现支持c d m a 2 0 0 0 或t d - s c d m a 。但对 于双c p u 间通讯和时钟同步问题也同时带来了新的挑战。在后面的章节对这些问 题的解决有详细的设计方案描述。 2 - 5 1p x 2 7 x 介绍 p ) 【a 2 7 x 是第一款加入i n t e lw i r e l e s s 姗x 技术的x s c a l e 处理器，它带有 业界认可的多媒体指令集可以加速多媒体性能，其它革新包括i n t e l 快速捕捉技 6 北京邮电大学硕士研究生学位论文基于3 g - 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 术( 先进的摄像头界面) ，可以捕捉数字图像和视频。它的工作频率从1 0 4 删z 到6 2 4 删z ，可以灵活的调节性能。功耗依然是掌上设备处理器最重要的考量， p x a 2 7 x 具有更低的功耗，它使用了w i r e l e s si n t e ls p e e d s t e p 技术，在低功耗 操作中取得了巨大的飞跃“1 。 2 5 2 _ 渊6 2 8 0 介绍 支持w c d m a h s d p a 和e g p r s 网络，带内存管理单元( 删) 的a r m 9 2 6 e j s 微 处理器核心。两个q d s p 4 0 0 0 高性能数字信号处理器( d s p ) 。2 2 5 删za r m 9 j a z e l l ej a v a 硬件加速。支持b r e w 和j a v a 应用。q c 硼e r a ：最高达4 百万像素 的数字图像。q t v ：q v g a 回放速率为每秒3 0 帧。q c 栅c o r d e r ：q v g a 录像速率为 每秒1 5 帧。q 3 d i m e n s i o n ：高达每秒l o 万个3 d 三角形、7 百万测试景深、加纹 理和7 百万测试景深、加阴影的3 d 像素每秒填充率。用于g p s o n e 辅助定位的 g p s ( a - g p s ) 解决方案。”。 2 5 3v l v a 的硬件结构框图 图2 2v i v 系统硬件结构图 7 北京邮电大学硕上研究生学位论文幕于3 g 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 从系统的硬件架构上可以看出，该3 g 手机采用双c p u 架构( i n t e l p ) 【a 2 7 0 + q u a l c o 砌m s i 6 2 8 0 ) ，c p u 间通讯采用双端口r a m 来完成。两c p u 都有各 自独立的时钟晶振，因此时钟不能保证完全同步。i n t e l 侧有1 2 8 m 大小的f l a s h 作为主内存，m s m 6 2 8 0 通过e b 接口连接了两个6 4 m 大小的s d r a h i 。i n t e lp ) ( a 2 7 0 作为多媒体应用c p u ，连接了2 4 0 幸3 2 0 尺寸l c d ，前后两个c a m e r 和键盘等外部 设备。蓝牙模块通过u a r t 接口连接在i n t e lp x a 2 7 0 侧。m s m 6 2 8 0 作为无线通讯 模块。主要实现对w c d m a 、g s m g p r s 网络通讯的支持和s i m 卡操作等。因此 m s m 6 2 8 0 连接了射频处理模块r t r 6 2 7 5 和s i m 卡处理模块p m 6 6 5 0 2 。m s m 6 2 8 0 支 持语音的回声抑制和降噪功能，所以m i c 和r e c e i v e r 设备通过c o d e c 连接在 m s m 6 2 8 0 侧。声音编解码器_ | i m 9 7 1 4 连接了s p e a k e r 设备。由于两c p u 都要直接 使用到解码器设备w m 9 7 1 4 ，因此i n t e lp x a 2 7 0 和m s m 6 2 8 0 都有电路连接到该解 码器设备。 8 北京邮电大学硕士研究生学位论文 基于3 g - 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 第三章v l v a 的软件架构 v i v a 是3 g 智能手机，具有很强大的多媒体移动应用特性：语音和视频电话、 短信、彩信、音乐欣赏、记事本、游戏等等。因此需要采用合适的嵌入式操作系 统以满足要求。与所采用的硬件平台相对应，v i v a 运行有两个独立的操作系统。 i n t e lp ) ( a 2 7 0 侧采用的是w i n d o w sc e 的操作系统，主要是实现3 g 手机的多媒 体等应用功能：s m s 、s t k 、p h o n eb o o k 、i e 、b l u e t h o o t h 、可视电话等。而在 m s m 6 2 8 0 侧是q u a l c o 舢公司专用的操作系统a m s s ，核心的功能是作为无线通讯 模块处理器支持支持w c d m a ( u m t s ) h s d p a 和g s m g p r s e d g e ( e g p r s ) 。在该章节 主要对嵌入式操作系统和v i v a 手机采用的w i n d o w sc e 和a m s s 操作系统进行研 究和分析。 3 1 嵌入式操作系统 在嵌入式大型应用中，为了使嵌入式开发更方便、快捷，就需要相应地管理 存储器分配、中断处理、任务间通信和定时器响应，并提供多任务处理等功能的 稳定、安全的软件模块集合，即嵌入式操作系统。 嵌入式操作系统是能够根据实际应用环境的要求对内核进行剪裁和重配置 的操作系统。它的组成根据其面向的实际应用领域的不同而有所不同。但一般都 包括以下几个重要组成部分：实时内核、网络组件、文件系统和图形接口等( 如 图3 1 所示) 州 1 ) 实时内核 图3 _ 1 嵌入式软硬件关系 9 北京邮电大学硕十研究生学位论文堆于3 g 3 2 4 m 协议的手机口丁视电话的设计j 实现 实时内核一般都是多任务的。它主要实现任务管理、定时器管理、存储器 管理、任务间通讯与同步、中断管理等功能。 2 )网络组件 网络组件一般都实现了链路层的a r r a r p 协议、p p p 及s u p 协议，网 络层的m 协议，传输层的t c p 和u d p 协议，应用层的协议则根据实际应用的 需要实现相应的协议。这些网络组件作为操作系统内核的一个上层的功能组件 为应用层提供服务，它本身是可剪裁的，目的是尽可能少地占有系统资源。 3 )文件系统 非常简单的嵌入式应用中可以不需要文件系统的支持，但对于比较复杂的 文件操作应用来说，文件系统是必不可少的。它也是可剪裁的。 4 )图形接口 图形接口提供了生成应用程序图形界面( g u i ) 的功能接口，为用户提供文 字和图形以及中英文的显示和输入。它同样是可剪裁的。 3 2w i n d o w sc e 系统简介 本文研究的可视电话系统是基于w i n d o w sc e 平台的应用，深入理解 w i n d o w sc e 操作系统对于开发可视电话系统非常重要。因此，下面部分对于 w i n d a w sc e 操作系统作详细的分析。 w i n d o w sc e 是为各种嵌入式系统和产品设计的一种压缩的、具有高效的、 可升级的操作系统。其多线性、多任务、全优先的操作系统环境是专门针对资源 有限而设计的，这种模块化设计使嵌入式系统开发者和应用开发者能够定做各种 产品，例如家用电器，专门的工业控制和嵌入式通信设备。w 妯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、通用串行总线设备、音频设备、并行端口、打印设备及存储设备， 例如p c 卡。w i n d o w sc e 的设计目标是：模块化及可伸缩性，实时性能好，通 信能力强大，支持多种c p u l 7 j 。 “c e ”这个名字的来源已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 a ) 、通讯能力 ( c o 衄e c t i v i t y ) 和伴侣( c c 胁p a n i ) 。c e 中的e 代表了电子产器( e l c c t m n i 岱) 。 3 3w i n d o w sc e 操作系统层次结构 1 0 北京邮电大学硕士研究生学位论文 基于3 g 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 二一! 一一簋 图3 2w i n d o w sc e 操作系统层次图 在最底层是硬件层，从层次结构图上可以看出，v i v a 手机中的w i n d o w sc e 系统部分是设计成通过共享内存的办法( d u a lp o r tr a m ) 与q u a l c o 咖的i i l o d e m 通讯。 在硬件层上面是直接操作各种硬件设备的驱动程序，如电源驱动、显示屏驱 动、键盘驱动、蓝牙驱动、u s b 驱动、摄像头驱动、这部分可以由0 e m 厂家定制， 实现支持各种各类的硬件设备。 在驱动层上面的是w i n c ek e r n e l 。主要包括操作系统内核与驱动设备的管 理程序：g r e s e x e 、f i l e s y s e x e 、p 弧d 1 1 、d e v i c e e x e 。f i l e s y s e x e 装载文 件系统驱动。d e v i c em a n a g e r ( d e v i c e e x e ) 加载音频驱动、电源驱动、键盘驱 动、鼠标驱动、n d i s 驱动，l e d 消息驱动，串口驱动，p c 卡驱动，u s b 驱动和 其它任何以流访问方式为接口的驱动g w e s e x e ：g w e s 是g r a p h i c s ，w i n d 洲i n g ， a n de v e n t ss u b s y s t e m 的缩写。g w e s 的作用是加载显示驱动、打印机驱动和触 摸屏驱动等驱动。 内核层以上的是中间件层，也是由微软提供的。包括了w i n s o c k 、 n o t i f i c a t i o n 、d i r e c t d r 鲫、d s h o 霄。主要的作用是对底层驱动进行封装，给上 层应用提供一个易于使用的统一接口。 最上层是应用层，微软本身已经提供了不少应用程序：s 嬲、s t k 、p h o n e b o o k 、 i e 、b 1 u e t h o o t h 。厂商和用户也可以根据自己的需要增加新的实用程序。 w i n d o w sc e 的分层设计架构充分体现了嵌入式操作系统模块化、可伸缩性、 l l 北京邮电大学硕i ：研究生学位论文基于3 g _ 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 扩展性及裁减方便的特点。 我们设计的可视电话( v t ) 系统是作为应用程序运行于w i n d o wc e 。通过 w i n d o w 驱动程序来调用所需的各种设备如：c 鲫e r a 、l c d 、麦克风、扬声器等等。 v t 程序所需传输的音视频多媒体数据也是通过双端口r a m 驱动程序与q u a l c o 砌 的m o d e m 通讯。而建立”呼叫的6 4 k b p s 电路交换链路是通过r i l 层来实现的。 显示的界面是通过对原有的v o i c ec a n 的通话界面和菜单进行专门定制而实现 的。通过对w i n d o w sc e 软件架构层次的分析，对于v t 系统的设计和实现机制就 有了初步的理解。 3 4a m s s 架构介绍 m s m 6 2 8 0 运行的是q u a l c o 岫公司的专用操作系统，核心的功能是作为无线 通讯模块处理器支持支持w c d m a ( u m t s ) h s d p a 和g s m g p r s e d g e ( e g p r s ) 。 o l f a l m a m g _ f d m 目o cs c r v l d a 删o a d s l i p p o n i m 口 一旦竺竺鲤，堕一 j 亟亘叵 广1 五五i ； 玉巫亟回 图3 3 【s s 系统的模块结构图 一m m 1 d c 抽坩 罢：i b o o t m s m d n ：二1 2 c ：手= 1 1 ! 塑! l 二鱼坠! 噼 如图3 3 所示，右侧部分的是驱动程序模块，q u a l c o 哪本身提供了许多驱 动程序：a d cd r i v e r 、b 1 0 、r fd r i v e r 等等。开发者也可根据需要增加新的驱 动程序以支持专门的应用。d u a 卜p o r tr 锄驱动程序属于这种类型的驱动程序。 左边部分的是通用服务模块，包括了l i s m 6 2 6 0 提供的各类操作系统的服务功 能。如中断服务功能，文件和存储管理系统( n v f i l es y s t e m ) ，下载服务，任务 管理，d s ps e r v i c e 等等。可以通过b r e w ( 无线二进制运行时环境) 调用l i s m 6 2 8 0 的服务函数。b r e w 是q u a l c 咖嵌入式操作系统的接口或抽象层。 中间的是无线通讯服务模块，m d s p ( m o d e md i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ) 作为 北京邮电大学硕士研究生学位论文基于3 g 3 2 4 m 协议的手机可视电话的设计与实现 底层模块为g s m 、g p r s 、w c d 姒等不同协议的信号提供数字处理服务。a d s p ( a u d i o d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ) 实现声音的数字处理服务。d s p 层之上是m s m 6 2 8 0 所支持的几种无线通讯协议栈模块。在最上层则是m s m 6 2 8 0 所提供的无线通讯服 务：无线通讯协议、数据( a t ) 服务和音视频服务。对于最上层模块，并不关心这 些服务是由g s m 、g p r s 还是w c d m a 协议提供的。 针对v t 系统而言，需要增加d u a 卜p o r tr a h i 模块支持双端口r a m 数据传输 功能。还需要对d a t as e r v i c e s 模块做修改已支持v t 通道数据的收发处理。该 文主要介绍w i n d o wc e 侧的、，t 系统的设计和实现，对q u a l c o 咖侧的以上这些模 块未作进一步分析。 北京邮电人学硕士研究生学位论文 基于3 g - 3 2 4 m 协议的于机可视电话的设计与实现 第四章移动可视电话架构 4 1移动可视电话系统分析 移动可视电话是在两个移动终端间的音视频双向实时交流。因此，在实现上 v i d e ot e l e p h o n e 是作为一个复杂的多媒体应用运行在w i n d o wc e 操作系统之上。 v t 涉及到音频设备、c 鲫e r a 、麦克风、扬声器、l c d 和无线通讯模块等。此外， v t 的核心协议栈3 g 一3 2 4 m 协议”1 自身就是个很复杂的模块。为了实现整个系统的 良好构架，很好的扩展能力，并且尽量考虑减少对w i n d o w sc e 操作系统的修改。 在设计该可视电话系统时，以3 g 一3 2 4 m 协议栈为核心，将v t 系统分成以下几个 模块：v ta p p 、3 g