研发单位：上海交通大学

主要亮点：此课题提出了一种基于嵌入式 Linux 的智能手机系统软件平台的设计与实现。在实现主流智能手机功能的前提下，此课题以具备自主知识产权为研发依托，充分体现了廉价、自主、通用的设计与应用理念。具有较好的应用前景与较高的经济与社会效益。

面向智能手机的嵌入式软件系统的研究与开发

项目介绍

随着智能手机技术的发展，其功能越来越多，除了具备普通手机的通话、收发信息等功能，还能上网、拍照、看电影、欣赏 MP3 音乐。实现以上功能不仅需要 智能手机具有高性能的嵌入式处理器，更要有一个兼备稳定性、可移植性、可扩展性的系统软件平台。

智能手机的系统软件设计是智能手机系统实现的关键难点，设计的优劣直接关系到系统的稳定性、可移植性、可扩展性。这其中的核心技术包括智能手机操作系统、中间件、嵌入式数据库、手机 GSM/GPRS 及消息客户端软件等。智能手机的各种应用软件也是今后各智能手机厂商竞争的关键点，这需要智能手机有良好、稳定的系统软件平台的支持。当前智能手机市场的竞争越来越激烈，国内的手机企业只有掌握了核心技术，产品开发不受制于别人才能在国内、国际的智能手机竞争中赢得市场份额。

本课题的智能手机在硬件设计上采用 Intel 公司的基于 XScale 核的 pxa272 高性能嵌入式处理器、展讯公司的 SM5100B 通讯模块、 flash 、 LCD 、触摸屏等实现一个完整的智能手机硬件开发平台。 PXA272 最高主频可 520 MHz ，具有快速的处理能力， XScale 核采用 ARM V5TE 架构，具有高性能、低功耗等特点。 PXA272 广泛应用于 PDA 、智能手机、 MP3 等产品中。通讯模块 SM5100B ，包含了基带芯片、 RF 射频芯片组、 Combo Flash 芯片以及 GSM/GPRS 终端所需的全部软件功能，支持标准 AT 命令控制，具有语音功能、 SMS 信息、数据功能、 GSM 增值服务以及其它等功能。本智能手机系统软件就在此硬件开发平台上实现。

一、智能手机的系统软件平台设计

智能手机的系统软件设计是智能手机系统实现的关键难点，设计的优劣直接关系到系统的稳定性、可移植性、可扩展性。本智能手机系统设计将软件分为四层结构。

最底层是操作系统层，主要实现对嵌入式 Linux 的移植、裁剪，以及 Linux 的快速启动和电源管理等。第二层是系统服务层，处理手机通话服务、嵌入式数据库服务以及其他服务等。第三层是中间层，包括智能手机图形用户接口、智能手机中间件系统以及嵌入式浏览器层，嵌入式 GUI 实现人机交互接口，中间件支持 java 程序和游戏的下载与运行，嵌入式浏览器可以上网浏览网页等。最上层是智能手机应用层，实现手机的基本功能及其他应用等。

1 、操作系统层

智能手机的操作系统是各个手机厂商竞争的关键，目前市场主流的三大操作系统： Symbian 、 Windows CE 、 Linux 。 Linux 凭借其自由、免费、开放源代码的优势在手机操作系统市场中异军突起，其特点主要有：内核高效稳定、公开源代码、可移植性、可裁减、支持多任务等。本系统采用嵌入式 Linux 作为智能手机的操作系统，主要实现嵌入式 Linux 的移植、裁剪，并结合 XIP 技术实现 Linux 的快速启动，解决电源管理问题等。嵌入式 Linux 移植是个很复杂的过程，移植包括支持硬件设备驱动的 Linux 内核和文件系统。

2 、系统服务程序

通信作为智能手机的一个应用，必须有一个系统服务进程监听通信模块事件以及响应用户事件，系统服务进程调用 gsmlib 库的 API 接口和通讯模块交互。使用标准 AT 命令可以对通讯模块操作，比如拨打电话、发送信息，读写电话薄等。 Gsmlib 库是对 AT 命令的一个封装，通过调用 gsmlib 库，同样可以实现对通讯模块的操作。

GSM/GPRS Server 作为一个系统服务进程，在初始化通讯设备后，一方面等待用户事件，比如用户拨打电话、挂断电话、发送信息 ( 普通短信、增强型短信、彩信 ) 等；另一方面也在等待 GsmEvent 事件，比如来新电话、新信息、 对方无应答等。

GSM Server 系统服务进程监听到有一个新电话时，通过进程间通信发送到嵌入式 GUI Server ，由嵌入式 GUI Server 启动接电话的应用程序， GSM Server 将来电号码通过进程间通信发送到接听电话应用程序显示。用户可以选择接听或拒绝，用户的动作同样通过进程间通信发送到 GSM Server 服务进程，用户选择接听后，拿起话筒就可以通话了。同样当系统服务进程监听到一条新信息时，处理流程类似，服务进程向阅读短信应用程序发送号码、内容等信息，用户可以回复信息。

用户事件，比如最上层应用程序拨打电话、发送信息等，将号码、内容、图片等通过进程间通信发送到 GSM/GPRS Server ，由后者统一处理。系统服务进程在接收到短信以及发送成功的短信全部保存到嵌入式数据库中。

3 、嵌入式数据库

智能手机的功能越来越强大，要保存的各类信息也越来越多，所以需要一个功能强大的，适合嵌入式领域特点的数据库来统一管理各种数据。 当前手机的电话薄、收发的短信息等保存在手机的 SIM 卡上，现在的 SIM 卡容量越来越大，可以保存的信息也越来越多，但无论怎样， SIM 卡上所能保存的电话薄、短信息还是有一定的限制，短信息不得不经常删除以接收新来的信息。用户在打开收件箱和发件箱时，里面的内容是从 SIM 卡上读取，用户无法根据手机号码、时间或内容来查询短信息。 本智能手机采用嵌入式数据库来保存电话薄、短信息、名片、黑名单、日程安排等各种数据。本系统移植了嵌入式数据库 Berkeley DB ，并在此基础上设计开发了一个专门用于手机访问数据库的库 dbphone ，并设计实现了 功能强大的嵌入式数据库管理系统，这部分代码是跨平台的，针对不同的处理器平台经过交叉编译即可用于各种手机并提供服务。

4 、智能手机中间件

J2ME （ Java 2 Platform Micro Edition ）中间件支持用户通过手机直接上网下载 J2ME 的应用程序、游戏部署并运行。本系统移植了 J2ME 中间件，符合 CLDC1.1 和 MIDP2.0 规范。移植到智能手机的 J2ME 其架构上有三个层次： KVM （ Kilo Java Virtual Machine ）、有限连接设备配置层 CLDC （ Connected Limited Device Configuration ）和移动信息设备规范层 MIDP （ Mobile Information Device Profile ）。 针对智能手机的 J2ME 中间件移植要实现符合 CLDC 规范的 KVM 虚拟机， CLDC 类库以及 MIDP 。 CLDC 和 MIDP 源代码中的图形功能的本地代码是由 Xlib 库函数支持的。 Java 代码经 KVM 的 KNI 函数接口找到与其函数名一一对应的本地函数接口（ defaultGUI.c ），而这些函数接口则是以 Xlib 函数实现的本地函数。本系统嵌入式 GUI 采用 QT/E 图形库，没有 X11 窗口服务器，所以要将 J2ME 中间件移植到 QT/E 上，最主要的就是以 QT/E 提供的 API 重写上述的与 Xlib （ X11 ）有关的本地代码。有了 J2ME 中间件，用户就可以通过手机直接上网下载 J2ME 的应用程序，自动部署并运行。

5 、智能手机应用

智能手机的基本应用程序的界面都是用 QT/Embedded 图形库设计，并且部署到 Qtopia 软件平台里，应用程序通过进程间通信和服务层的 GsmServer 通信，由后者完成实际的手机功能。

智能手机的基本应用程序包括：

电话：接听、拨打电话

信息：接收、发送信息。 包括：短信（ SMS ）、增强型短消息（ EMS ）以及彩信（ MMS ）

信箱：新信息、收件箱、发件箱、草稿箱。将信息保存到草稿箱，浏览所有接收、发送的信息

电话薄：插入、删除、查找、浏览。浏览到某号码时，可拨打电话、发送信息

黑名单：阻止电话拨入，增加、删除黑名单

短信转移：将来自某号码的信息转发到另一号码，增加、删除短信转移号码

J2ME 中间件：下载、运行 java 程序、游戏

二、创新应用

1 、黑名单

手机已经广泛普及，随着手机短信群发器的出现，各种垃圾短信也越来越多，各种骚扰电话也令人不胜其烦。当前市场上的各种手机还不能做到拒收这种垃圾短信、骚扰电话等。如果关机则会失去同别人的联系。针对此现象本智能手机设计了一种新功能：黑名单功能。即将 GSM/GPRS Server 服务进程和嵌入式数据库相结合。黑名单在数据库中要保存的信息在数据库中已作了介绍，主要是保存号码等。黑名单的应用可以分为四种：拒绝接听电话、拒绝拨打电话、拒绝接收短信息、拒绝发送端信息。

2 、短信转移

普通手机有呼叫转移功能，即将来自某个号码的电话转移到某固定电话上，受此启发，本智能手机实现了一种新功能：短信转移功能。短信转移是将来自某个号码的短信息转发至另一个号码，本手机承担了一种信息交换的功能。 GSM Server 在收到新信息时，查询数据库短信转移，如果号码存在短信转移数据库中，则先将此条信息的内容写入数据库并将接收到的信息内容转发到用户设置的接收方号码， , 整个处理过程在后台进程，用户无法知道。但用户查询嵌入式数据库可以了解短信转移的信息。

三、智能手机功能及特点

1 、嵌入式智能手机操作系统

支持基于 Xscal 和 ARM 架构的主流的嵌入式手机处理器 pxa272

具有完整的进程、内存管理及进程间通讯功能

实现 JFFS2 文件系统

实现嵌入式图形系统 QT/E + Qtopia

实现 XIP 技术

支持四种电源管理模式

通信协议支持：包括 TCP 、 IPv4 、 IrDA 、 USB

2 、嵌入式智能手机中间件

J2ME 中间件符合 CLDC1.1 、 MIDP2.0 标准

嵌入式浏览器符合 cHTML 4.0 、 XHTML 1.0 、 CSS 1.0 、 WML 1.0 标准

3 、集成式消息客户端软件支持 SMS 、 EMS 以及 MMS 的集成功能

4 、实现可移植 GSM/GPRS 通讯功能 API ，并在 SM5100B 通讯模块硬件上实现手机通讯功能

5 、嵌入式数据库

保存电话薄

保存接收、发送的信息

保存黑名单、短信转移号码等

6 、智能手机基本应用

电话：接听、拨打电话

信息：接收、发送信息。 包括：短信（ SMS ）、增强型短消息（ EMS ）以及彩信（ MMS ）

信箱：新信息、收件箱、发件箱、草稿箱。将信息保存到草稿箱，浏览所有接收、发送的信息

电话薄：插入、删除、查找、浏览。浏览到某号码时，可拨打电话、发送信息

黑名单：阻止电话拨入，增加、删除黑名单

短信转移：将来自某号码的信息转发到另一号码，增加、删除短信转移号码

J2ME 中间件：下载、运行 java 程序、游戏

7 、嵌入式浏览器：上网浏览网页

应用前景与效益

手机已经成为人们生活中不可缺少的用品，手机的用途也从简单的通话功能逐步向多用途、多功能、智能化方向发展。与传统手机相比，智能手机最大的特点是其强大的多媒体视听功能和无线互联通信功能以及其他功能。不仅能通话、发送信息，而且能在手机上观看电视、电影、 MTV ，欣赏 MP3 、用 MSN 和 QQ 进行在线聊天。随着 3G 、 4G 时代的到来，智能化将是手机发展的必由之路。以后，通过手机可以轻松实现手机银行、刷卡消费、交通刷卡 ( 地铁、公交、出租车 ) 等功能。手机在提供沟通便利的同时，将会影响到人们生活的方方面面，使用手机来处理日常事务、购物、娱乐，人们的生活将随着智能手机的推广、普及而发生巨大的变化。中国目前拥有世界上数量最多手机用户群体。信息产业部统计数据显示，截至到 2006 年底，中国移动电话用户已超过 4.3 亿户；在世界范围内，中国手机出口数量已经超过 1 亿部，面对这样大的消费数量，本智能手机的系统软件设计课题将具有很好的市场前景，能够产生较高的经济效益。

当前智能手机市场的竞争越来越激烈，国内的手机企业只有掌握了核心技术，产品开发不受制于别人才能在国内、国际的智能手机竞争中赢得市场份额。

本智能手机市场的竞争日益激烈，国内的手机企业只有掌握了核心技术，在产品开发上不受制于国外企业的限制才有可能在国内、国际的智能手机竞争中赢得期望的市场份额。

本智能手机的系统软件设计课题达到考核技术指标，并通过上海市计算机软件评测重点实验室第三方测试，发表相关论文十余篇，申请专利与软件著作权各一项。同时，国内大型移动设备公司普遍认为我们研制的面向智能手机的基本要求，具备良好的可扩展性，并希望进行更深人的技术合作。通过自主研发，在拥有核心技术的同时，本课题也产生了良好的社会效益。