3G手機操作系統的研究與分析

1 引言

　　隨著(zhù)移動(dòng)多媒體時(shí)代的到來(lái)和3G無(wú)線(xiàn)通信的興起，數字廣播的普及。再加上各種新一代高級視頻壓縮算法的采用，手機已從簡(jiǎn)單的通話(huà)工具逐漸向智能化發(fā)展。借助其操作系統和豐富的應用軟件。智能手機便成了一臺微型計算機。而作為其核心的手機操作系統也成為當前討論和研究的熱點(diǎn)。智能手機除了具備普通手機的全部功能外，還具備了PDA(個(gè)人數碼助理)的大部分功能，特別是可以建立個(gè)人信息管理系統。具備基于無(wú)線(xiàn)數據通信的瀏覽器和電子郵件功能。并且在這個(gè)開(kāi)放性的平臺上可以安裝更多的應用程序。從而可以使智能手機的功能得到無(wú)限的擴充。判定一款手機是否為智能手機。主要看其是否是一款具有操作系統的手機。

　　目前在智能手機操作系統領(lǐng)域中還沒(méi)有出現一個(gè)像微軟操作系統那樣能在智能手機中占據壟斷地位的操作系統。仍是多種操作系統并存和競爭的局面。

　　目前智能手機采用的操作系統主要有：微軟推出的Windows CE操作系統(OS)、以Nokia為主要發(fā)起廠(chǎng)商的Symbian操作系統、Palm操作系統、Linux操作系統、GoogleAndroid手機平臺以及蘋(píng)果的iPhONe操作系統等。

　　2 3G智能手機的主要特色業(yè)務(wù)

　　3G業(yè)務(wù)根據不同的層次可以分為若干不同的種類(lèi)。按照面向用戶(hù)需求的業(yè)務(wù)來(lái)劃分，大致可以分為：通信類(lèi)業(yè)務(wù)、信息類(lèi)業(yè)務(wù)、娛樂(lè )類(lèi)業(yè)務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、移動(dòng)商務(wù)以及位置服務(wù)類(lèi)業(yè)務(wù)。

　　(1)通信類(lèi)業(yè)務(wù)

　　3G手機的通信類(lèi)業(yè)務(wù)主要表現為高質(zhì)量通話(huà)功能和可視電話(huà)功能。也就是打電話(huà)的時(shí)候不僅能聽(tīng)到對方清晰的聲音。還可以看到對方的動(dòng)作和表情。通話(huà)信號的抗干擾能力高，通話(huà)質(zhì)量強，極大地降低了通話(huà)掉線(xiàn)頻率，視頻通話(huà)的性能穩定。

　　(2)信息類(lèi)業(yè)務(wù)

　　基于3G網(wǎng)絡(luò )的大容量與高速度，運營(yíng)商所提供的信息類(lèi)業(yè)務(wù)除了包括2G時(shí)代的純文本內容，更多的是通過(guò)多媒體的方式來(lái)實(shí)現信息內容的交互式傳遞。例如典型的視頻應用——視頻社區?？梢詫⒗贤瑢W(xué)、老同事形成一個(gè)社區，無(wú)論在天南海北，大家都可以定時(shí)會(huì )晤，通過(guò)社區的活動(dòng)進(jìn)行溝通和交流。

　　(3)娛樂(lè )類(lèi)業(yè)務(wù)

　　3G智能手機娛樂(lè )類(lèi)業(yè)務(wù)包括了基于IP的視頻應用。

　　基于多種音、視頻內容來(lái)源的應用以及基于家庭娛樂(lè )設備中無(wú)線(xiàn)音、視頻傳輸需求的應用。

　　(4)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)

　　3G被認為是移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)高度融合的一個(gè)典型應用。如果是長(cháng)時(shí)間，例如長(cháng)達幾個(gè)小時(shí)的上網(wǎng)。使用3G手機可能不如電腦(如手機電池容量限制)，但是作為短期的、移動(dòng)的上網(wǎng)方式，使用3G手機上網(wǎng)則非常方便快捷。

　　(5)移動(dòng)商務(wù)

　　移動(dòng)商務(wù)主要包括移動(dòng)支付、移動(dòng)銀行、移動(dòng)零售、移動(dòng)票務(wù)等業(yè)務(wù)。移動(dòng)支付功能指通信運營(yíng)商可以通過(guò)把客戶(hù)的手機號碼與銀行卡等支付賬戶(hù)進(jìn)行“捆綁”。隨時(shí)隨地為3G手機用戶(hù)提供移動(dòng)支付服務(wù)。調研數據顯示。用戶(hù)最感興趣的3G手機功能是“移動(dòng)錢(qián)包”。比例占到了被調查用戶(hù)數的46.2%。該功能使手機終端的可移動(dòng)性、便攜性、私人化特征得到了充分的體現。

　　(6)位置服務(wù)類(lèi)業(yè)務(wù)

　　位置服務(wù)類(lèi)業(yè)務(wù)主要有觸發(fā)類(lèi)服務(wù)、信息類(lèi)服務(wù)、跟蹤類(lèi)服務(wù)和救援類(lèi)服務(wù)，主要目標是為用戶(hù)提供安全保障服務(wù)和個(gè)性化、貼身的服務(wù)。如3G手機提供的定位功能。使得用戶(hù)無(wú)論走在什么地方。都可以通過(guò)手機上的電子地圖。方便快捷地找到附近的醫院、餐廳等。

　　由以上特色業(yè)務(wù)的功能可以看出，3G智能手機將逐漸變成一臺微型電腦，用戶(hù)可以安裝各類(lèi)附加應用程序。讓它的功能得到無(wú)限的擴展：用戶(hù)還可以根據自己的喜好來(lái)設置手機，使之成為自我個(gè)性的代表。

　　3智能手機操作系統比較

　　智能手機操作系統作為智能手機的軟件平臺。管理智能手機的軟硬件資源，為應用軟件提供各種必要的服務(wù)。手機操作系統的采用，可以使應用軟件開(kāi)發(fā)人員避開(kāi)繁瑣的硬件管理與操作編程，把主要精力放在目標應用的算法研究以及應用程序自身的構架上：同時(shí)應用智能手機操作系統提供的各種服務(wù)，可以更容易地構建出復雜的智能手機應用系統。

　　可以說(shuō)每一種智能手機操作系統都有其自身的優(yōu)點(diǎn)。

　　它們的體系結構以及所能夠提供的服務(wù)也不盡相同。而智能手機本身的特殊性又對智能手機操作系統提出了許多帶有共性的需求，比如實(shí)時(shí)性、開(kāi)放性、安全性、硬件支持能力等。下面將從實(shí)時(shí)性、開(kāi)放性、安全性、硬件支持能力等方面來(lái)對目前的主要智能手機操作系統進(jìn)行分析和比較。

　　3.1 實(shí)時(shí)性

　　實(shí)時(shí)性是智能手機操作系統的一個(gè)非常重要的特性。

　　同時(shí)也是選擇智能手機操作系統時(shí)首先需要衡量的一個(gè)重要指標。為了增強系統的實(shí)時(shí)性，智能手機操作系統通常從多個(gè)方面入手，應用多種技術(shù)以便能夠達到這個(gè)目的。衡量操作系統實(shí)時(shí)性的主要指標包括任務(wù)切換時(shí)間、中斷響應時(shí)間和定時(shí)器的精度。

　　(1)Linux

　　Linux在設計之初沒(méi)有對實(shí)時(shí)性進(jìn)行任何考慮。主要考慮的是資源共享。吞吐率最大化。但是隨著(zhù)Linux的快速發(fā)展，它的應用范圍已經(jīng)遠遠超出了當初的設想。Lin呱的開(kāi)放性以及其對多種架構的支持使得它在嵌入式系統中得到了廣泛的應用，但是許多嵌入式系統的實(shí)時(shí)性要求使得Ijnux在嵌入式領(lǐng)域的應用受到了一定的阻礙，因此人們要求Linux具備實(shí)時(shí)性的呼聲越來(lái)越高。

　　在Linux 2.4和以前的版本中。內核是不可搶占的。也就是說(shuō)，如果當前任務(wù)運行在內核態(tài)，即使當前有更緊急的任務(wù)需要運行。目前正在運行的任務(wù)也不能被搶占，緊急任務(wù)必須等到當前任務(wù)執行完內核態(tài)的操作返回用戶(hù)態(tài)后。

　　或當前任務(wù)因需要等待某些條件滿(mǎn)足而主動(dòng)讓出CPU時(shí)才能被考慮執行，很明顯這將嚴重影響搶占延遲。

　　在Linux 2.6中。內核已經(jīng)可以搶占。因而實(shí)時(shí)性得到了加強，但是內核中仍有大量的不可搶占區域，如由自旋鎖(spinlock)保護的臨界區以及一些顯式使用preempt disable失效搶占的臨界區。

　　在Linux2.4和以前的版本中。調度器的時(shí)間復雜度為O(n)的算法，而且在SMP(symmetrical multi-processing，對稱(chēng)多處理)的情況下性能較低，因為所有的CPU共享一個(gè)任務(wù)鏈表，任何時(shí)刻只能有一個(gè)調度器運行，因此，搶占延遲很大程度上依賴(lài)于當前系統的任務(wù)數，具有非常大的不確定性和不穩定性。

　　(2)Windows CE

　　Windows CE雖然也不是一個(gè)嚴格意義上的實(shí)時(shí)內核。

　　但卻是專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統設計的。它支持嵌套中斷，允許更高優(yōu)先級別的中斷首先得到響應。而不是等待低級別的ISR(interuption service routine，中斷服務(wù)程序)完成。這使得該操作系統具有嵌入式操作系統所要求的實(shí)時(shí)性，同時(shí)有更好的線(xiàn)程響應能力。Windows CE對高級別IST(中斷服務(wù)線(xiàn)程)的響應時(shí)間上限的要求更加嚴格，在線(xiàn)程響應能力方面進(jìn)行了改進(jìn)，幫助開(kāi)發(fā)人員掌握線(xiàn)程轉換的具體時(shí)間。并通過(guò)增強的監控能力和對硬件的控制能力幫助他們創(chuàng )建新的嵌入式應用程序。另外。Windows CE系統有256個(gè)優(yōu)先級別?？梢允归_(kāi)發(fā)人員在控制嵌入式系統的時(shí)序安排方面有更大的靈活性。

　　(3)Palm OS

　　Palm OS是一套專(zhuān)門(mén)為掌上電腦開(kāi)發(fā)的OS。在編寫(xiě)程序時(shí)。Palm OS充分考慮了掌上電腦內存相對較小的情況。

　　因此它只占用非常小的內存。由于基于Palm OS編寫(xiě)的應用程序占用的空間也非常小(通常只有幾十KB)。所以，基于Palm OS的掌上電腦雖然只有幾MB的RAM。卻可以運行眾多應用程序。并且有較好的實(shí)時(shí)性能。同時(shí)。Palm OS有著(zhù)合理的內存管理，其存儲器全部是可讀寫(xiě)的快速RAM。

　　RAM分為兩種：動(dòng)態(tài)RAM和靜態(tài)RAM。動(dòng)態(tài)RAM類(lèi)似于PC機上的RAM，它為全局變量和其他不需永久保存的數據提供臨時(shí)的存儲空間;靜態(tài)RAM類(lèi)似于PC機上的硬盤(pán)，可以永久保存應用程序和數據。

　　(4)Symbian

　　Symbian 9.0及以后版本使用了EKA2核心。EKA2全面改進(jìn)了原有的任務(wù)調度算法。完全支持實(shí)時(shí)性，支持某些高帶寬、高優(yōu)先級的任務(wù)對系統的基本實(shí)時(shí)性要求。這些任務(wù)包括VolP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)、高速率的視頻在線(xiàn)點(diǎn)播。EKA2的改進(jìn)有：內核實(shí)時(shí)增強，多線(xiàn)程處理能力更好，API調用更高效快速，是一個(gè)真正意義上的32位操作系統。

　　(5)Google Android

　　C,oosle Android手機平臺是采用Lint=為內核的一個(gè)完整的手機軟件開(kāi)發(fā)平臺，有著(zhù)單獨的應用框架和Java虛擬機，其內核實(shí)時(shí)性可以參考Linux部分。