Android平臺(tái)的手機(jī)雙網(wǎng)雙待的設(shè)計(jì)

0 引言

　　隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展以及人們對(duì)手機(jī)功能需求的不斷提高，智能手機(jī)逐漸成為人們的日常消費(fèi)品，智能手機(jī)的用戶也與日俱增。為了方便人們的生活，追求雙網(wǎng)雙待已成為手機(jī)研發(fā)的一種普遍現(xiàn)象。雙網(wǎng)雙待解決了一部手機(jī)可以同時(shí)接入兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的難題，最大的優(yōu)點(diǎn)是保證了GSM 與CDMA 兩種網(wǎng)絡(luò)在同一手機(jī)中同時(shí)工作，真正實(shí)現(xiàn)了兩網(wǎng)自由連通。雙網(wǎng)的連通還具有差異化優(yōu)勢，可以將CDMA 較高的接入速度和通信保密等強(qiáng)大功能體現(xiàn)在終端方面，使雙網(wǎng)雙待手機(jī)用戶能夠盡享CDMA 網(wǎng)絡(luò)支持的豐富多彩的數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)。同時(shí)GSM 與CDMA 兩網(wǎng)的和諧整合將為手機(jī)廠商帶來巨大的市場價(jià)值。

　　Android 作為當(dāng)前眾多智能手機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)的后起之秀，以其優(yōu)勢正逐漸獲得廣大手機(jī)開發(fā)人員和手機(jī)消費(fèi)者的青睞。實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)雙待也必將成為Android 不斷創(chuàng)新和發(fā)展的重要因素。

　　Android 系統(tǒng)由嵌入式Linux 和Java 構(gòu)成，因此基于Android 系統(tǒng)平臺(tái)的雙網(wǎng)雙待設(shè)計(jì)區(qū)別于其他手機(jī)對(duì)雙網(wǎng)雙待的實(shí)現(xiàn)，它充分地利用了Android 平臺(tái)清晰的系統(tǒng)架構(gòu)、簡易的工作原理和已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的部分Phone 核心應(yīng)用程序進(jìn)行雙網(wǎng)雙待的功能擴(kuò)展，提高了Android 平臺(tái)雙網(wǎng)雙待設(shè)計(jì)的效率。

　　1 Android 操作系統(tǒng)介紹

　　Android 是Google 于2007 年11 月份宣布的基于Linux 2. 6. 23平臺(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)，號(hào)稱是首個(gè)為移動(dòng)終端打造的真正開放和完整的移動(dòng)軟件。Google 重新設(shè)計(jì)了Android Java 虛擬機(jī)和系統(tǒng)，使得Android 的Java 應(yīng)用更接近于底層系統(tǒng)，效率更高； 另外使用虛擬機(jī)技術(shù)使得Android 的應(yīng)用在被監(jiān)控的情況下運(yùn)行，安全性更高。Android 包括移動(dòng)電話工作所需的全部軟件，而且不存在任何以往阻礙移動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的專有權(quán)障礙，具有平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化、用戶可定制以及服務(wù)免費(fèi)等特色，是一個(gè)對(duì)第三方軟件完全開放的平臺(tái)，突破了iPhone 等只能添加為數(shù)不多的固定軟件的枷鎖； 同時(shí)與Windows Mobile、Symbian、iPhone OS 等廠商不同，Android 操作系統(tǒng)免費(fèi)向開發(fā)人員提供，大大節(jié)省了開發(fā)成本。

　　Android 平臺(tái)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成。Linux 內(nèi)核層用來提供系統(tǒng)的底層服務(wù)，位于硬件和其他軟件之間。Android 運(yùn)行庫包含一組核心庫和Dalvik 虛擬機(jī)，Android 提供豐富的類庫支持且大部分為開源代碼，如采用嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite.應(yīng)用框架層為Android 開發(fā)人員提供了訪問框架應(yīng)用程序接口的全部權(quán)限，采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)簡化了組件間的重用。在應(yīng)用程序?qū)樱珹ndroid 本身附帶了一些核心的應(yīng)用程序，大大簡化了Android 應(yīng)用程序的開發(fā)。

　　因此，利用Android 平臺(tái)更易于開發(fā)具有雙網(wǎng)雙待功能的智能手機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)也便于在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷的完善和功能擴(kuò)展。

　　2 Android 平臺(tái)雙網(wǎng)雙待框架設(shè)計(jì)

　　Android 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的雙網(wǎng)雙待手機(jī)是將GSM 網(wǎng)絡(luò)和CDMA網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，使得一部手機(jī)可同時(shí)插入兩張不同網(wǎng)絡(luò)的號(hào)卡，并同時(shí)處于開機(jī)狀態(tài)，用戶無需切換網(wǎng)絡(luò)，即可任意撥打、接聽和收發(fā)短信，且這些手機(jī)均可支持中國電信自有的增值業(yè)務(wù)，使商務(wù)人士盡享移動(dòng)辦公的自由以及休息娛樂的樂趣。此外，用戶還可預(yù)設(shè)接聽和撥打電話的順序，使用起來非常方便。

　　基于Android 系統(tǒng)平臺(tái)的雙網(wǎng)雙待的設(shè)計(jì)，充分結(jié)合了Android2. 1 版本之后在framework 層上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的雙卡處理機(jī)制，設(shè)計(jì)方案主要側(cè)重于RIL 及ARM（ modem） 側(cè)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。通過在RIL 上依樣建立一套新的處理機(jī)制，將雙卡分別進(jìn)行處理。

　　比如，打電話的時(shí)候，發(fā)送哪套請(qǐng)求就先選擇向哪套機(jī)制發(fā)送請(qǐng)求，然后還在這套機(jī)制中等待消息的返回。Android 平臺(tái)雙網(wǎng)雙待框架如圖1 所示。

圖1 Android 平臺(tái)雙網(wǎng)雙待框架

　　圖1 中GSM 網(wǎng)絡(luò)和CDMA 網(wǎng)絡(luò)分別擁有一套獨(dú)立的RIL處理機(jī)制，從而可以根據(jù)上層不同的Phone 服務(wù)執(zhí)行framework層以及RIL 層的相應(yīng)處理，真正實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)的協(xié)同工作，達(dá)到同一手機(jī)中雙網(wǎng)雙卡之間互不干擾的效果。

　　3 Android 平臺(tái)雙網(wǎng)雙待軟件設(shè)計(jì)

　　Android 平臺(tái)雙網(wǎng)雙待功能設(shè)計(jì)主要涉及到Android 軟件平臺(tái)的四大功能模塊，分別是Linux 內(nèi)核層、本機(jī)庫/運(yùn)行時(shí)、應(yīng)用程序框架層以及應(yīng)用程序?qū)印Ｆ渲性趹?yīng)用程序?qū)永肁ndroid的各種組件API 實(shí)現(xiàn)PhoneApp 并在Linux 內(nèi)核層提供相應(yīng)的底層驅(qū)動(dòng)。Android 系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 Android 系統(tǒng)架構(gòu)
1） Linux 內(nèi)核。

　　Android 系統(tǒng)平臺(tái)是基于優(yōu)化的Linux 內(nèi)核來開發(fā)的，主要添加了一個(gè)名為Goldfish 的虛擬CPU 以及Android 運(yùn)行所需的特定驅(qū)動(dòng)代碼。該層用來提供系統(tǒng)的底層服務(wù)，提供諸如內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、安全管理、電源管理等驅(qū)動(dòng)模塊，作為一個(gè)虛擬的中間層，該層位于硬件與其他軟件層之間，采用YAFFS2 文件系統(tǒng)，同時(shí)也是手機(jī)軟硬件的連接層。在系統(tǒng)開發(fā)中，也需要針對(duì)自身的硬件模塊添加對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，如Phone 驅(qū)動(dòng)、GPRS 驅(qū)動(dòng)、GPS 驅(qū)動(dòng)、液晶和觸摸板驅(qū)動(dòng)等。

　?。?） 本機(jī)庫/Android 運(yùn)行時(shí)。

　　這些共享庫都是利用C 和C + + 語言編寫的，且針對(duì)電話使用的特定的硬件架構(gòu)進(jìn)行了編譯，并已由手機(jī)制造商預(yù)先安裝到手機(jī)上。本機(jī)庫主要包含： 標(biāo)準(zhǔn)C 函數(shù)庫、媒體功能庫、瀏覽器引擎、2D 和3D 圖形庫及SQLite 引擎等。開發(fā)者利用這些功能可以方便地開發(fā)出人機(jī)界面友好的應(yīng)用程序接口，極大地縮短了開發(fā)過程。

　　Android 運(yùn)行時(shí)包含一組Java 內(nèi)核庫和Dalvik 虛擬機(jī)，它們有效地優(yōu)化了Java 程序的運(yùn)行過程。

　?。?） 應(yīng)用程序框架層。

　　Android 應(yīng)用程序開發(fā)是基于框架和組件的，該層提供了在創(chuàng)建應(yīng)用程序時(shí)需要使用的各種高級(jí)構(gòu)建塊，因此在該層中，開發(fā)人員擁有訪問框架API 的全部權(quán)限，在開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)調(diào)用Android 本身自帶的許多組件，也可以開發(fā)新的組件，并將該組件放入應(yīng)用程序框架中，以供自己和其它應(yīng)用程序調(diào)用，這樣的模塊大大提高了應(yīng)用程序的開發(fā)效率。

　?。?） 應(yīng)用程序?qū)印?/p>

　　Android 本身包含一些由Java 開發(fā)的核心應(yīng)用程序，如桌面、短信收發(fā)程序、日歷、電話通訊錄、瀏覽器、E-mail 客戶端等，開發(fā)者還可以在此基礎(chǔ)上開發(fā)出更多具有特色的Android 應(yīng)用程序，如特效相機(jī)、播放器、充電相框等。

　　3. 1 Android 雙網(wǎng)雙待實(shí)現(xiàn)方案

　　在GSM 單模狀態(tài)下通過添加一套支持CDMA 的無線接口層RIL 來實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)雙待機(jī)制的方案如圖3 所示。

圖3 Android 雙網(wǎng)雙待電話部分結(jié)構(gòu)

　　在PhoneAPP 中new 一個(gè)GSMPhone 和一個(gè)CDMAPhone，分別對(duì)應(yīng)兩種framework （ 不同的CallTracker） 和RIL （ 不同的RIL） ，實(shí)現(xiàn)單模向雙網(wǎng)雙待的改進(jìn)。

　　圖中CallLiST 主要用來管理兩個(gè)電話之間的切換，以避免如掛掉某一個(gè)通話卻導(dǎo)致另一個(gè)的通話也結(jié)束等一系列界面顯示出錯(cuò)問題。CallList 模塊管理兩個(gè)電話以及這兩個(gè)電話所有的通話，通過一個(gè)CallList 表來存儲(chǔ)兩個(gè)電話的所有呼叫。上層界面調(diào)用這個(gè)CallList 表來處理兩個(gè)電話的切換。在framework 中new 一個(gè)CallList 的類來存儲(chǔ)phone 的多個(gè)電話以便上層顯示。

　　CallList 類中包含attached（ ） ，detach（ ） ，update（ ） ，clear（ ） ，get-CurrentCall（ ） ，getDefault（ ） 等方法。使得兩個(gè)Phone 的Call 得到控制。掛掉的時(shí)候就從表中刪除，來電話的時(shí)候加入表中。

　　上層顯示的時(shí)候，只要調(diào)用CallList 中的最后存入Call 就不會(huì)出現(xiàn)界面出錯(cuò)的情況。

　　在包含GSM 網(wǎng)絡(luò)和CDMA 網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)雙待模塊中，因?yàn)橛辛薈DMA 部分的整合不少代碼已經(jīng)發(fā)生改變，原來的CallTracker只被GSM 使用，在這里改為CallTracker 和GsmCallTracker，抽象出CallTracker 基類，使其也可以被CDMA 利用； GSMCall 變成GsmCall，更加符合統(tǒng)一的命名規(guī)則； 另外，比如pppd 的啟動(dòng)部分，也從Java 框架層放到RIL 層。

　　3. 2 Android RIL 層的改進(jìn)

　　在Android 系統(tǒng)中RIL 是電話系統(tǒng)的本地實(shí)現(xiàn)，它提供了Android 電話服務(wù)（ android. telephony） 與無線電硬件之間的抽象層，主要負(fù)責(zé)AT 命令的發(fā)送和響應(yīng)解析，這也是電話服務(wù)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。另外，RIL 還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。因此RIL 在Android電話部分起核心作用。本方案設(shè)計(jì)過程中主要涉及到RIL以下四個(gè)部分的修改：

　?。?） 由于本方案維護(hù)兩個(gè)RIL 實(shí)例，因此RIL 實(shí)例管理者（ RIL instance Manager） 需要各自負(fù)責(zé)與android telephony 通過socket 進(jìn)行連接。每個(gè)RIL 實(shí)例針對(duì)各自的SIM 卡提供專用的通信通道來進(jìn)行modem 側(cè)的通信服務(wù)。
（2） 無線電仲裁管理者（ Radio Service Arbitration Manager），這是實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)雙待方案中新增加的模塊，主要用來為每個(gè)RIL 實(shí)例進(jìn)行語音和短消息業(yè)務(wù)的仲裁，數(shù)據(jù)服務(wù)的仲裁由MODEM 來進(jìn)行。

　?。?） RIL 事件分配機(jī)（ RIL Event Dispatcher） ，用于分配RIL請(qǐng)求及AMSS 事件到通信服務(wù)管理模塊進(jìn)行的處理。

　　（4） 無線電服務(wù)管理者（ Radio Service Manager） ，Android 通話應(yīng)用首先需要通過子系統(tǒng)信息來從framework 層獲得通話服務(wù)，然后每個(gè)SIM 卡子系統(tǒng)將會(huì)映射到一個(gè)特定的RIL 實(shí)例ID上，服務(wù)管理將使用RIL 實(shí)例的ID 來識(shí)別子系統(tǒng)ID 中DSS API的參數(shù)。

　　3. 3 Android 雙網(wǎng)雙待通話機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

　　Android 系統(tǒng)電話服務(wù)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是RIL.在Android 單模狀態(tài)下的RIL 同TI 等平臺(tái)類似，均使用了Google 默認(rèn)的參考接口，也就是通過打開modem 側(cè)提供的串口或者USB 虛擬串口向modem 側(cè)發(fā)送AT 指令的方式，進(jìn)行實(shí)際的無線通信。比如，UI上層向RIL 層發(fā)送RIL_REQUEST_DIAL 請(qǐng)求，RIL 層在接收到該請(qǐng)求的時(shí)候，通過串口向modem 發(fā)送“AT***”命令，發(fā)起呼叫，當(dāng)然，最終真正實(shí)現(xiàn)通話的是modem 側(cè)的功能，此時(shí)，與Android 就無關(guān)了。Android 平臺(tái)RIL 與modem 的工作原理如圖4 所示。

圖4 RIL 與modem 的工作原理

　　呼叫（ call） 構(gòu)建于電話服務(wù)的基本架構(gòu)之上。

　　與呼叫相關(guān)的主要用戶接口，其實(shí)就是基于ITelephony 接口實(shí)現(xiàn)Phone 應(yīng)用中的“Phone”服務(wù)，通過TelephonyManager 提供訪問接口。此服務(wù)內(nèi)部通過PhonyFactory 獲取的GSMPhone /CDMAPhone 來訪問RIL，提供諸如撥號(hào)、接通、掛斷、保持通話等服務(wù)功能。Android 雙網(wǎng)雙待呼叫部分的結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 android 雙網(wǎng)雙待呼叫部分結(jié)構(gòu)

　　Android 系統(tǒng)雙網(wǎng)雙待呼叫部分的實(shí)現(xiàn)，從GSMPhone /CDMAPhone到對(duì)應(yīng)RIL 的路徑中間主要涉及幾個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即GSMCall /CDMACall、CallNotifiter、GSMConnection /CDMAConnection、CallTracker 等類。

　　其中GSMCall 和CDMAPhone 都繼承Call 基類，提供基本的呼叫控制結(jié)構(gòu)以及呼叫狀態(tài)，如Hold、Active 等信息，每個(gè)接通的GSMCall / CDMACall 都擁有一個(gè)或多個(gè)（ conference call）GSMConnection /CDMAConnection 結(jié)構(gòu)，用于維護(hù)呼叫時(shí)長等相關(guān)信息。CallTracker 是呼叫模塊的核心，它提供與呼叫相關(guān)的接口，如通話、掛斷等。GSMPhone /CDMAPhone 擁有CallTracker的實(shí)例，并封裝相應(yīng)的接口，這個(gè)接口通過調(diào)用GSMPhone /CDMAPhone中的CommandsInterface 實(shí)現(xiàn)，即提交的RIL 封裝。

　　除此之外，CallTracker 還維護(hù)當(dāng)前的GSMCall 和CDMACall列表，保持對(duì)所有呼叫狀態(tài)的追蹤，提供對(duì)來去電等呼叫狀態(tài)的管理。實(shí)現(xiàn)追蹤的方法為pollCallsWhenSafe，通過CommandsInterface的getCurrentCalls 接口獲取當(dāng)前活動(dòng)的呼叫列表。這一操作的底層實(shí)現(xiàn)為AT + CLCC（ 不同的Modem 實(shí)現(xiàn)可能不同） ，這是從Modem 獲取呼叫狀態(tài)列表的主要接口。回調(diào)通過ENENT_ POLL _ CALLS-RESULT 完成，回調(diào)函數(shù)為handlePollCalls，這是獲取Modem 中實(shí)際呼叫信息的核心方法，也是Tracker的含義所在。handlePollCalls 完成實(shí)際的追蹤功能，根據(jù)底層上報(bào)的Outgoing、Incomming 以及Active、Hold 等狀態(tài)更新Call列表的信息，每個(gè)呼叫在其生命周期內(nèi)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，在Call-Tracker 中都可得到體現(xiàn)，并將這些變化信息及時(shí)通知其關(guān)注者，也就是實(shí)現(xiàn)Phone 的應(yīng)用。
4 結(jié)果分析

　　基于Android 操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的雙網(wǎng)雙待功能模塊設(shè)計(jì)，利用Android 通用的系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)備無關(guān)的應(yīng)用程序開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了雙網(wǎng)雙待單通系統(tǒng)電話部分的框架設(shè)計(jì)和上層Phone 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。改進(jìn)后的Android 系統(tǒng)平臺(tái)同時(shí)支持GSM 和CDMA兩種網(wǎng)絡(luò)同時(shí)待機(jī)，這大大方便了許多擁有兩張手機(jī)卡并且不在同一制式網(wǎng)絡(luò)的用戶。圖6 為Android 系統(tǒng)平臺(tái)上GSM和CDMA 雙網(wǎng)同時(shí)待機(jī)的狀態(tài)圖。

圖6 GSM 和CDMA 雙網(wǎng)同時(shí)待機(jī)界面

　　5 結(jié)語

　　利用Android 原有系統(tǒng)架構(gòu)和本身包含一些Java 核心應(yīng)用程序，通過添加一套新的支持CDMA 的RIL 來實(shí)現(xiàn)基于Android平臺(tái)的雙網(wǎng)雙待設(shè)計(jì)，使得一部手機(jī)同時(shí)維護(hù)兩套獨(dú)立的RIL，既支持GSM 又支持CDMA，分別對(duì)雙SIM 卡進(jìn)行各自獨(dú)立的處理，極大地方便了廣大Android 手機(jī)用戶。Android 作為目前被給予厚望的智能手機(jī)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)雙待必將為其贏得更廣闊的發(fā)展空間以及更多的擁護(hù)者，也將為未來的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。盡管本方案的部分設(shè)計(jì)還不完善，許多細(xì)節(jié)的實(shí)現(xiàn)還有待解決。但隨著Google 對(duì)Android 版本的不斷升級(jí)以及Android 應(yīng)用的不斷豐富，基于Android 平臺(tái)的雙網(wǎng)雙待設(shè)計(jì)將會(huì)不斷地完善與發(fā)展。