基于IMS的双模智能手机的设计与实现.doc

1、基 于 IMS 的 双 模 智 能 手 机 的 设 计 与 实 现移动手机的出现，实现了人们之间随时随地沟通，也引发了社会信息化的变革。手机从出现到现在经过几个阶段的发展，由封闭式操作系统变成开放式操作系统，可以实现多种扩展功能应用。智能手机(Smart Phone)是由摩托罗拉、诺基亚、三星等国际着名手机制造公司联合提出来的一种新型手机，它除了具备基本通话功能外，还具备了 PDA 的大部分功能，尤其是个人信息管理、上网浏览器和电子邮件功能。智能手机是具有开放式操作系统、较强功能的CPU、可以根据需求扩展硬件( 如存储卡等)和软件功能( 如游戏、办公软件等)的多任务手机。近年来，随着半导体技术

2、的发展，使处理器能力的不断增强，现在的智能手机不再只是手机与 PDA 的简单组合，已经能实现很多电脑的性能和功能，包括高保真立体声效、3D 图形效果、办公、DVD 效果的视频播放、多媒体互联游戏、蓝牙、WiFi 等。随着智能手机功能性和实用性的增强，使用者越来越多，尤其适合“移动“ 商务人士使用。目前智能手机市场的竞争也很激烈，一方面诺基亚、摩托罗拉、三星等传统巨头想牢牢把握市场份额，另一方微软、苹果、谷歌等国际新巨头也开始进入手机市场。未来的智能手机不仅在处理器速率上会有明显提高，操作系统也会越来越开放和智能化，为软件运行和内容服务提供了更好的平台。随着 3G 通信时代的到来和 IMS 技术

3、的逐渐成熟，通信效率和带宽将得到很大改善，手机多模接入必将成为一种趋势，基于 3G 手机的应用服务也会越来越丰富，更多增值业务可以就此展开，如商品、天气、新闻、股票、交通、应用程序下载等，因此厂商不再只关注智能手机，而是更加关心通信软件和内容服务，因此通信软件和移动互联网领域具有强大的市场潜力，诸如手机电视、手机搜索、手机网络游戏等领域将具有广阔的市场前景。一、IMS、VCC 和 WIFI 技术1、 IMS(IP 多媒体子系统 )IMS(IP Multimedia Subsystem,IP 多媒体子系统)是第三代移动通信核心网络的重要组成部分。是基于 IP 技术，融合 Internet、移动网

4、络、数据、语音、视频的网络体系1.IMS 的目标是融合 Internet 和移动通信网络。现在 IMS 已被定义为支持所有 IP 接入网的多媒体业务核心网，可以支持任何一种移动的或固定的、有线的或无线的 IP- CAN(IP Connectivity Access Networks)，包括 W- CDMA,CDMA2000,TD- SCDMA,Ethernet,xDSL 以及 WirelessLAN 等接入方式，从而实现其接入的无关性。IMS 核心网主要采用 SIP(Session Initiation Protocol)协议进行会话控制。通过 IMS,3G (3rd Generation M

5、obile CommunicationsSystem)网络可以为用户提供 PoC(Push to talk over Cellular,一键通)、多媒体会议、即时消息、Presence 等多种业务。从网络架构上来看，IMS 是叠加在原有电路域和分组域网络之上的网络，通过分组域实现信令和用户数据的承载，并可以实现和原有电路域的互通。2、 VCC(语音呼叫连续性)无线局域网(WLAN)技术在近年来得到很大的发展，已经广泛用于办公区、家庭、通信热点地区等场合，用户完全可以通过 WLAN 接入 IMS 核心网，从而使用基于 IMS 的VoIP(Voiceover IP)电话服务。同时应该注意到以下两点

6、：第一，CS 域提供的话音业务是基本的收入来源，不可能立即停用，会与 IMS 网络共存较长的时间。第二，IMS 虽然采用基于 SIP 的业务实现方式支持 VoIP 业务，但其语音质量难以得到保证。语音呼叫连续性(Voice Call Continuity,VCC)即是 3GPP 针对 IMS 域与 CS 域间语音呼叫连续性的解决方案。基于 VCC 业务，通过引入支持 GSM/CDMA/UMTS 和 WLAN 接入方式的双模或多模移动终端设备，用户可以在有 WLAN 覆盖的地区，通过 WLAN 方式接入 IMS 进行语音通话，当用户移出 WLAN 服务区后，又会漫游到移动蜂窝网络上继续进行语音通

7、话，并且可以在两者之间进行无缝切换。3、 WIFI(无线保真技术 )是 IEEE 802.11 网络规范的一种，最高带宽可达 11 Mbps,根据实际情况，带宽可自动调整三种不同的带宽，分别为 5.5Mbps、2Mbps 和 1Mbps.带宽的自动调整性有效地保障了网络的稳定性和可靠性。具有“速度快、可靠性高 “等特性。在开放性区域，通讯距离可达 305 米，在封闭性区域，通讯距离为 76 米到 122 米，方便与现有的有线以太网络整合，且组网的成本更低。WLAN(无线局域网)是由 AP(Access Point)和无线网卡组成的无线网络。AP 称为网络桥接器或接入点，它是传统的有线局域网络与

8、无线局域网络之间的桥梁或纽带，因此任何一台装有无线网卡的终端都可通过 AP 去分享有线局域网络或广域网络的资源，它的工作原理相当于一个内置无线发射器的 HUB 或者是路由，而无线网卡则是负责接收由 AP 所发射信号的终端设备。二、软硬件架构体系设计为创建本智能手机的软硬件系统平台，需要基于 IMS 和 VCC 实现原理和具体功能需求来设计系统架构，下图是基于 Linux 和 IMS 的系统架构图。基于 IMS 的系统架构图在上图中，最上层是根据实际需求开发的一些应用程序，采用分层实现的机制，为每种业务设计实现了一个相应的业务引擎，这些业务引擎都是基于底层的一些网络协议栈(如 SIP)和设备驱动

9、程序来实现的具体业务模块。上图列举了三种业务引擎，可以根据具体需求进行调整。移动通信中的音频、视频等多媒体数据通过使用基于 GStreamer(一个开源的多媒体框架库)的媒体播放工具来实现编解码工作。图中的 IMS Core 模块由一些公共的核心IMS API 组成，以供具体业务引擎实现时进行调用。IMS SDK 中的 Driver 层是在硬件设备驱动层的基础上又进行了一次抽象，以达到与所用操作系统和具体硬件设备无关的目的。1、硬件平台设计为设计与实现好整个智能手机，首先需要从用户的角度来考虑功能需求状况，同时注意其开发成本。一般而言，智能手机的硬件平台须从两部分考虑，即处理器和外设。智能手机

10、比普通手机有更高的性能，是因为所采用的核心处理器的不同。普通手机所选用的处理器的运行频率不过几十 MHz、最多也只一百多 MHz,这种处理器处理基本语音功能还可以，但在处理图像视频等多媒体数据时性能就远不够。可用于手机处理器有：三星的ARM 系列、TI 的 OMAP 系列、INTEL 的 XSCAL 系列等。随着智能手机的发展，需要有更高性能的嵌入式微处理器。本智能手机选用了 Intel 公司的基于 XScale 架构的 PXA270 高性能嵌入式处理器，其最高主频可达 624MHz,支持无线多媒体指令集扩展 (Wireless MMX)，允许 PXA270 以较低的时钟频率实现增强的多媒体性

11、能。该处理器提供了非常丰富的外设接口，如 LCD、音频、USB、I2C 、SD/MMC 、CF 、蓝牙、WiFi、数码相机、键盘等接口 7.PXA270 处理器中采用了 Wireless MMX 和 SpeedStep 两项 Intel 专利技术，进一步将高性能计算和动态电源管理技术相结合，使得该处理器与其他同类芯片相比，在多媒体处理能力和功耗方面有着非常大的优势。在选用传统通信模块也有多种选择，本智能手机系统选用了 Philips 的 Sysol- 3 通信模块，该模块包含了基带芯片、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。Sysol-

12、3 有着完善的功能和稳定的性能，此外还具有非常小的外形尺寸和非常轻的重量，能够满足智能手机、数码通信设备等无线终端设备的薄、轻、小巧的需求。现在流行的无线网卡接口主要有两种，一种是基于标准 PCMCIA 接口，另一种是基于 USB接口。因为 Intel Xscale PXA270 处理器内部集成了双通道 16 位 PCMCIA PC Card/CF 控制器，支持 8 位/16 位 I/O 模式和 Memory 模式的访问。所以我们采用 PCMCIA 接口来扩展 88W8686 无线网卡。2、软件平台设计在设计好智能手机的硬件开发平台后，下面需要根据硬件平台设计软件开发平台。系统的Bootloa

13、der 通过编译移植 u- boot 来实现，它对 PXA270 处理器有较好的支持。然后移植相应硬件设备的驱动程序，配置和裁减 Linux 内核，完成对 Linux 的交叉编译8.至于根文件系统，采用 Busybox 工具进行编译生成，并使用 mkfs.jffs2 工具创建 JFFS2 类型的文件系统映象。最后逐一将 u- boot、Linux 内核及文件系统映象烧写到 Flash 中进行测试运行。3、DMS SKD 层的设计关于 DMS(Dual Mode Services)SDK 层，终端研发人员既可以自己设计实现，也可以通过购买使用第三方提供的 SDK 解决方案，诸如 PicoMobi

14、le 和 Ecrio 等公司就提供此类方案。SDK 的设计既需要满足本系统的功能要求，同时也要满足模块化、简约化的要求，从而方便日后进行新功能的扩展与集成。SDK 层的工作主要是基于 SIP 协议、IMS 通信的信令流程、GSM 通话信令来进行设计与实现。与通话有关的 API 的实现过程主要是基于 SIP 协议通过发送或接收相应的 SIP 信令来实现与服务器的交互，与硬件有关的 API 主要是通过调用相关驱动程序来实现。以上主要实现了与电话业务相关的功能，根据业务的需要，还可以在此基础上对 SDK 进行扩展。4、DMS 后台服务设计DMS Daemon Service,即 DMS 后台服务程序

15、，是与 DMSSDK 层( 主要是 VCC Engine)交互的主体部分，它的实现工作主要是基于 Qtopia 把 DMS SDK 层提供的 API 封装成可供上层应用调用的公共接口。其中 DMSDaemon 是整体后台服务类 ;DMSTelephonyService 负责实现电话相关的功能接口;IMSControlService 用于响应上层控制程序的 IMS 服务请求;一切与底层 DMS SDK 子系统有关的调用由 DMSLayer 来完成。三、WIFI 驱动程序设计同有线网络一样，接入无线局域网需要网卡设备，目前 WLAN 网卡常用的接口有PCI、USB、PCMCIA 和 CF 卡接口，

16、嵌入式系统常用的 WLAN 网卡接口一般有PCMCIA、USB 和 CF 卡接口，其中 PCMCIA 和 CF 卡接口逻辑类似，在本系统的硬件设计中，采用 PCMCIA 接口扩展成 WLAN 接口，接入 WiFi 无线网卡。因此如果想要使用无线网卡，需要实现 Linux 下 PCMCIA 接口的驱动程序和具体无线网卡设备的驱动程序。Linux 内核对常用的无线局域网卡的支持都很好，通过内核配置时选择 Networkdevice supportWireless LAN,实现对无线网络的支持，因此无线网卡的驱动程序移植比较简单。随着 IMS 标准的不断补充与完善，对 VCC 标准也会不断完善和扩充，势必也会有更多的基于 IMS 的业务。同时有更多种接入方式的功能强大的智能手机终端，从而真正的实现任一时间、任一地点、任一设备地访问网络，使用网络更加方便，以便更好的实现移动办公。更多技术性文章请进入 http:/www.big-