3G手機(jī)操作系統(tǒng)的研究和分析

1 引言

　　隨著移動(dòng)多媒體時(shí)代的到來和3G無線通信的興起，數(shù)字廣播的普及。再加上各種新一代高級(jí)視頻壓縮算法的采用，手機(jī)已從簡單的通話工具逐漸向智能化發(fā)展。借助其操作系統(tǒng)和豐富的應(yīng)用軟件。智能手機(jī)便成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。而作為其核心的手機(jī)操作系統(tǒng)也成為當(dāng)前討論和研究的熱點(diǎn)。智能手機(jī)除了具備普通手機(jī)的全部功能外，還具備了PDA(個(gè)人數(shù)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(tǒng)。具備基于無線數(shù)據(jù)通信的瀏覽器和電子郵件功能。并且在這個(gè)開放性的平臺(tái)上可以安裝更多的應(yīng)用程序。從而可以使智能手機(jī)的功能得到無限的擴(kuò)充。判定一款手機(jī)是否為智能手機(jī)。主要看其是否是一款具有操作系統(tǒng)的手機(jī)。

　　目前在智能手機(jī)操作系統(tǒng)領(lǐng)域中還沒有出現(xiàn)一個(gè)像微軟操作系統(tǒng)那樣能在智能手機(jī)中占據(jù)壟斷地位的操作系統(tǒng)。仍是多種操作系統(tǒng)并存和競爭的局面。

　　目前智能手機(jī)采用的操作系統(tǒng)主要有：微軟推出的Windows CE操作系統(tǒng)(OS)、以Nokia為主要發(fā)起廠商的Symbian操作系統(tǒng)、Palm操作系統(tǒng)、Linux操作系統(tǒng)、GoogleAndroid手機(jī)平臺(tái)以及蘋果的iPhONe操作系統(tǒng)等。

　　2 3G智能手機(jī)的主要特色業(yè)務(wù)

　　3G業(yè)務(wù)根據(jù)不同的層次可以分為若干不同的種類。按照面向用戶需求的業(yè)務(wù)來劃分，大致可以分為：通信類業(yè)務(wù)、信息類業(yè)務(wù)、娛樂類業(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)類業(yè)務(wù)。

　　(1)通信類業(yè)務(wù)

　　3G手機(jī)的通信類業(yè)務(wù)主要表現(xiàn)為高質(zhì)量通話功能和可視電話功能。也就是打電話的時(shí)候不僅能聽到對(duì)方清晰的聲音。還可以看到對(duì)方的動(dòng)作和表情。通話信號(hào)的抗干擾能力高，通話質(zhì)量強(qiáng)，極大地降低了通話掉線頻率，視頻通話的性能穩(wěn)定。

　　(2)信息類業(yè)務(wù)

　　基于3G網(wǎng)絡(luò)的大容量與高速度，運(yùn)營商所提供的信息類業(yè)務(wù)除了包括2G時(shí)代的純文本內(nèi)容，更多的是通過多媒體的方式來實(shí)現(xiàn)信息內(nèi)容的交互式傳遞。例如典型的視頻應(yīng)用——視頻社區(qū)。可以將老同學(xué)、老同事形成一個(gè)社區(qū)，無論在天南海北，大家都可以定時(shí)會(huì)晤，通過社區(qū)的活動(dòng)進(jìn)行溝通和交流。

　　(3)娛樂類業(yè)務(wù)

　　3G智能手機(jī)娛樂類業(yè)務(wù)包括了基于IP的視頻應(yīng)用。

　　基于多種音、視頻內(nèi)容來源的應(yīng)用以及基于家庭娛樂設(shè)備中無線音、視頻傳輸需求的應(yīng)用。

　　(4)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)

　　3G被認(rèn)為是移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)高度融合的一個(gè)典型應(yīng)用。如果是長時(shí)間，例如長達(dá)幾個(gè)小時(shí)的上網(wǎng)。使用3G手機(jī)可能不如電腦(如手機(jī)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(jī)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(yùn)營商可以通過把客戶的手機(jī)號(hào)碼與銀行卡等支付賬戶進(jìn)行“捆綁”。隨時(shí)隨地為3G手機(jī)用戶提供移動(dòng)支付服務(wù)。調(diào)研數(shù)據(jù)顯示。用戶最感興趣的3G手機(jī)功能是“移動(dòng)錢包”。比例占到了被調(diào)查用戶數(shù)的46.2%。該功能使手機(jī)終端的可移動(dòng)性、便攜性、私人化特征得到了充分的體現(xiàn)。

　　(6)位置服務(wù)類業(yè)務(wù)

　　位置服務(wù)類業(yè)務(wù)主要有觸發(fā)類服務(wù)、信息類服務(wù)、跟蹤類服務(wù)和救援類服務(wù)，主要目標(biāo)是為用戶提供安全保障服務(wù)和個(gè)性化、貼身的服務(wù)。如3G手機(jī)提供的定位功能。使得用戶無論走在什么地方。都可以通過手機(jī)上的電子地圖。方便快捷地找到附近的醫(yī)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(jī)將逐漸變成一臺(tái)微型電腦，用戶可以安裝各類附加應(yīng)用程序。讓它的功能得到無限的擴(kuò)展：用戶還可以根據(jù)自己的喜好來設(shè)置手機(jī)，使之成為自我個(gè)性的代表。

　　3智能手機(jī)操作系統(tǒng)比較

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

　　可以說每一種智能手機(jī)操作系統(tǒng)都有其自身的優(yōu)點(diǎn)。

　　它們的體系結(jié)構(gòu)以及所能夠提供的服務(wù)也不盡相同。而智能手機(jī)本身的特殊性又對(duì)智能手機(jī)操作系統(tǒng)提出了許多帶有共性的需求，比如實(shí)時(shí)性、開放性、安全性、硬件支持能力等。下面將從實(shí)時(shí)性、開放性、安全性、硬件支持能力等方面來對(duì)目前的主要智能手機(jī)操作系統(tǒng)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(jī)操作系統(tǒng)的一個(gè)非常重要的特性。

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

　　(1)Linux

　　Linux在設(shè)計(jì)之初沒有對(duì)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Linux的快速發(fā)展，它的應(yīng)用范圍已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)初的設(shè)想。Lin呱的開放性以及其對(duì)多種架構(gòu)的支持使得它在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，但是許多嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求使得Ijnux在嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用受到了一定的阻礙，因此人們要求Linux具備實(shí)時(shí)性的呼聲越來越高。

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

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

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

　　在Linux2.4和以前的版本中。調(diào)度器的時(shí)間復(fù)雜度為O(n)的算法，而且在SMP(symmetrical multi-processing，對(duì)稱多處理)的情況下性能較低，因?yàn)樗械腃PU共享一個(gè)任務(wù)鏈表，任何時(shí)刻只能有一個(gè)調(diào)度器運(yùn)行，因此，搶占延遲很大程度上依賴于當(dāng)前系統(tǒng)的任務(wù)數(shù)，具有非常大的不確定性和不穩(wěn)定性。

　　(2)Windows CE

　　Windows CE雖然也不是一個(gè)嚴(yán)格意義上的實(shí)時(shí)內(nèi)核。

　　但卻是專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。它支持嵌套中斷，允許更高優(yōu)先級(jí)別的中斷首先得到響應(yīng)。而不是等待低級(jí)別的ISR(interuption service routine，中斷服務(wù)程序)完成。這使得該操作系統(tǒng)具有嵌入式操作系統(tǒng)所要求的實(shí)時(shí)性，同時(shí)有更好的線程響應(yīng)能力。Windows CE對(duì)高級(jí)別IST(中斷服務(wù)線程)的響應(yīng)時(shí)間上限的要求更加嚴(yán)格，在線程響應(yīng)能力方面進(jìn)行了改進(jìn)，幫助開發(fā)人員掌握線程轉(zhuǎn)換的具體時(shí)間。并通過增強(qiáng)的監(jiān)控能力和對(duì)硬件的控制能力幫助他們創(chuàng)建新的嵌入式應(yīng)用程序。另外。Windows CE系統(tǒng)有256個(gè)優(yōu)先級(jí)別?？梢允归_發(fā)人員在控制嵌入式系統(tǒng)的時(shí)序安排方面有更大的靈活性。

　　(3)Palm OS

　　Palm OS是一套專門為掌上電腦開發(fā)的OS。在編寫程序時(shí)。Palm OS充分考慮了掌上電腦內(nèi)存相對(duì)較小的情況。

　　因此它只占用非常小的內(nèi)存。由于基于Palm OS編寫的應(yīng)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(yùn)行眾多應(yīng)用程序。并且有較好的實(shí)時(shí)性能。同時(shí)。Palm OS有著合理的內(nèi)存管理，其存儲(chǔ)器全部是可讀寫的快速RAM。

　　RAM分為兩種：動(dòng)態(tài)RAM和靜態(tài)RAM。動(dòng)態(tài)RAM類似于PC機(jī)上的RAM，它為全局變量和其他不需永久保存的數(shù)據(jù)提供臨時(shí)的存儲(chǔ)空間;靜態(tài)RAM類似于PC機(jī)上的硬盤，可以永久保存應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。

　　(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(diào)度算法。完全支持實(shí)時(shí)性，支持某些高帶寬、高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)對(duì)系統(tǒng)的基本實(shí)時(shí)性要求。這些任務(wù)包括VolP網(wǎng)絡(luò)電話、高速率的視頻在線點(diǎn)播。EKA2的改進(jìn)有：內(nèi)核實(shí)時(shí)增強(qiáng)，多線程處理能力更好，API調(diào)用更高效快速，是一個(gè)真正意義上的32位操作系統(tǒng)。

　　(5)Google Android

　　C,oosle Android手機(jī)平臺(tái)是采用Lint=為內(nèi)核的一個(gè)完整的手機(jī)軟件開發(fā)平臺(tái)，有著單獨(dú)的應(yīng)用框架和Java虛擬機(jī)，其內(nèi)核實(shí)時(shí)性可以參考Linux部分。