3G手機操作系統(tǒng)的研究與分析

1 引言

　　隨著移動多媒體時代的到來和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視頻壓縮算法的采用，手機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(tǒng)也成為當前討論和研究的熱點。智能手機除了具備普通手機的全部功能外，還具備了PDA(個人數(shù)碼助理)的大部分功能，特別是可以建立個人信息管理系統(tǒng)。具備基于無線數(shù)據(jù)通信的瀏覽器和電子郵件功能。并且在這個開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(tǒng)的手機。

　　目前在智能手機操作系統(tǒng)領(lǐng)域中還沒有出現(xiàn)一個像微軟操作系統(tǒng)那樣能在智能手機中占據(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手機平臺以及蘋果的iPhONe操作系統(tǒng)等。

　　2 3G智能手機的主要特色業(yè)務

　　3G業(yè)務根據(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)務來劃分，大致可以分為：通信類業(yè)務、信息類業(yè)務、娛樂類業(yè)務、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務、移動商務以及位置服務類業(yè)務。

　　(1)通信類業(yè)務

　　3G手機的通信類業(yè)務主要表現(xiàn)為高質(zhì)量通話功能和可視電話功能。也就是打電話的時候不僅能聽到對方清晰的聲音。還可以看到對方的動作和表情。通話信號的抗干擾能力高，通話質(zhì)量強，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

　　基于3G網(wǎng)絡(luò)的大容量與高速度，運營商所提供的信息類業(yè)務除了包括2G時代的純文本內(nèi)容，更多的是通過多媒體的方式來實現(xiàn)信息內(nèi)容的交互式傳遞。例如典型的視頻應用——視頻社區(qū)。可以將老同學、老同事形成一個社區(qū)，無論在天南海北，大家都可以定時會晤，通過社區(qū)的活動進行溝通和交流。

　　(3)娛樂類業(yè)務

　　3G智能手機娛樂類業(yè)務包括了基于IP的視頻應用。

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

　　(4)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務

　　3G被認為是移動通信和互聯(lián)網(wǎng)高度融合的一個典型應用。如果是長時間，例如長達幾個小時的上網(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、移動的上網(wǎng)方式，使用3G手機上網(wǎng)則非常方便快捷。

　　(5)移動商務

　　移動商務主要包括移動支付、移動銀行、移動零售、移動票務等業(yè)務。移動支付功能指通信運營商可以通過把客戶的手機號碼與銀行卡等支付賬戶進行“捆綁”。隨時隨地為3G手機用戶提供移動支付服務。調(diào)研數(shù)據(jù)顯示。用戶最感興趣的3G手機功能是“移動錢包”。比例占到了被調(diào)查用戶數(shù)的46.2%。該功能使手機終端的可移動性、便攜性、私人化特征得到了充分的體現(xiàn)。

　　(6)位置服務類業(yè)務

　　位置服務類業(yè)務主要有觸發(fā)類服務、信息類服務、跟蹤類服務和救援類服務，主要目標是為用戶提供安全保障服務和個性化、貼身的服務。如3G手機提供的定位功能。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，用戶可以安裝各類附加應用程序。讓它的功能得到無限的擴展：用戶還可以根據(jù)自己的喜好來設(shè)置手機，使之成為自我個性的代表。

　　3智能手機操作系統(tǒng)比較

　　智能手機操作系統(tǒng)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。手機操作系統(tǒng)的采用，可以使應用軟件開發(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應用的算法研究以及應用程序自身的構(gòu)架上：同時應用智能手機操作系統(tǒng)提供的各種服務，可以更容易地構(gòu)建出復雜的智能手機應用系統(tǒng)。

　　可以說每一種智能手機操作系統(tǒng)都有其自身的優(yōu)點。

　　它們的體系結(jié)構(gòu)以及所能夠提供的服務也不盡相同。而智能手機本身的特殊性又對智能手機操作系統(tǒng)提出了許多帶有共性的需求，比如實時性、開放性、安全性、硬件支持能力等。下面將從實時性、開放性、安全性、硬件支持能力等方面來對目前的主要智能手機操作系統(tǒng)進行分析和比較。

　　3.1 實時性

　　實時性是智能手機操作系統(tǒng)的一個非常重要的特性。

　　同時也是選擇智能手機操作系統(tǒng)時首先需要衡量的一個重要指標。為了增強系統(tǒng)的實時性，智能手機操作系統(tǒng)通常從多個方面入手，應用多種技術(shù)以便能夠達到這個目的。衡量操作系統(tǒng)實時性的主要指標包括任務切換時間、中斷響應時間和定時器的精度。

　　(1)Linux

　　Linux在設(shè)計之初沒有對實時性進行任何考慮。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，它的應用范圍已經(jīng)遠遠超出了當初的設(shè)想。Lin呱的開放性以及其對多種架構(gòu)的支持使得它在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，但是許多嵌入式系統(tǒng)的實時性要求使得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具備實時性的呼聲越來越高。

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

　　或當前任務因需要等待某些條件滿足而主動讓出CPU時才能被考慮執(zhí)行，很明顯這將嚴重影響搶占延遲。

　　在Linux 2.6中。內(nèi)核已經(jīng)可以搶占。因而實時性得到了加強，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)度器的時間復雜度為O(n)的算法，而且在SMP(symmetrical multi-processing，對稱多處理)的情況下性能較低，因為所有的CPU共享一個任務鏈表，任何時刻只能有一個調(diào)度器運行，因此，搶占延遲很大程度上依賴于當前系統(tǒng)的任務數(shù)，具有非常大的不確定性和不穩(wěn)定性。

　　(2)Windows CE

　　Windows CE雖然也不是一個嚴格意義上的實時內(nèi)核。

　　但卻是專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)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)所要求的實時性，同時有更好的線程響應能力。Windows CE對高級別IST(中斷服務線程)的響應時間上限的要求更加嚴格，在線程響應能力方面進行了改進，幫助開發(fā)人員掌握線程轉(zhuǎn)換的具體時間。并通過增強的監(jiān)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(tǒng)有256個優(yōu)先級別?？梢允归_發(fā)人員在控制嵌入式系統(tǒng)的時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。Palm OS充分考慮了掌上電腦內(nèi)存相對較小的情況。

　　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。并且有較好的實時性能。同時。Palm OS有著合理的內(nèi)存管理，其存儲器全部是可讀寫的快速RAM。

　　RAM分為兩種：動態(tài)RAM和靜態(tài)RAM。動態(tài)RAM類似于PC機上的RAM，它為全局變量和其他不需永久保存的數(shù)據(jù)提供臨時的存儲空間;靜態(tài)RAM類似于PC機上的硬盤，可以永久保存應用程序和數(shù)據(jù)。

　　(4)Symbian

　　Symbian 9.0及以后版本使用了EKA2核心。EKA2全面改進了原有的任務調(diào)度算法。完全支持實時性，支持某些高帶寬、高優(yōu)先級的任務對系統(tǒng)的基本實時性要求。這些任務包括VolP網(wǎng)絡(luò)電話、高速率的視頻在線點播。EKA2的改進有：內(nèi)核實時增強，多線程處理能力更好，API調(diào)用更高效快速，是一個真正意義上的32位操作系統(tǒng)。

　　(5)Google Android

　　C,oosle Android手機平臺是采用Lint=為內(nèi)核的一個完整的手機軟件開發(fā)平臺，有著單獨的應用框架和Java虛擬機，其內(nèi)核實時性可以參考Linux部分。