1、 基于 Linux下智能手机的设计 I 基于 LINUX下 智能 手机的设计 摘要 Linux操作系统的 手机最根本的特点是具有一个开放性的操作系统，并且能够进行功能扩展和可以安装第三方应用软件。随着支持数据传输的 2.5G/3G 移动通信网络的不断发展，支持数据、语音和图像服务的智能手机将很快成为引发中国手机市场消费高潮的主力产品 ，市场潜力巨大，因此智能手机的开发是未来手机技术发展的趋势。 本文首先对 Linux手机的发展现状和研究背景进行了分析， 其次，介绍了智能手机的硬件平台、操作系统和软件设计。通过对硬件的配置和软件的设计实现 手机 信号强度检测、运营商 检测、发短信、接短信、打电话
2、 、建立通讯录和删除通讯录 接电话的功能。最后，建立硬件环境和交叉编译环境，在 Linux环境下，编译代码生成可执行文件，由交叉编译器在基于 GPRS 模组的 ARM9 开发板上运行可执行程序，通过触摸板上面的虚拟按键 进行功能的检测，根据检测的结果优化程序，使 系统更加完美和流畅。 关键字 智能手 机 Linux GPRS 模组 ARM9 开发板 基于 Linux下智能手机的设计 II DESIGN OF SMARTPHONE BASED ON LINUX ABSTRACT The most fundamental feature of Smartphone is its open oper
3、ating system expandable functions and supporting the thirdparty application software. As 2.5G/3G mobile communication network come into operation, smart phone which support data and voice service will become a mainstream product in china cell phone market soon. In the next few years, smart phone mar
4、ket will develop fast enough. This market has great potential. Smartphone is the trend of cell phone development in the future. Firstly, this article analyses the situation of development of Smartphone, second, introduced hard platform. Through to design of software and hardware, the system can comp
5、lete the function that detecting signal strength, detection of network operators, transceiver in SMS, receiving a call, create contacts, delete contacts. Lastly, set up the hardware environment and the cross-development environment, compile the code to generate the executable file, by cross compiler
6、 based on GPRS module of the ARM9 development board to run the executable program, through the touch panel on top of the virtual key functional testing, according to test results make the system more perfect and fluency. KEY WORDS Smart phone Linux GPRS module ARM9 platform 基于 Linux下智能手机的设计 目 录 中文摘要
7、 . I 英文摘要 .II 1 绪论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 研究背景 . 1 1.3 本课题研究的主要内容 . 2 1.4 设计研究的预期效果 . 3 2 手机系统的整体设计 . 4 2.1 硬件平台 . 4 2.2 Linux 操作系统 . 7 2.3 通信方式 . 9 3 手机的软件系统设计 .11 3.1 通信系统设计 . 11 3.1 手 机的应用程序设计 . 113 3.3 系统主程序分析 .23 3.4 T9 输入法 .28 4 实验效果图 .29 5 手机系统测试 .33 5.1 开发板环境的搭建 .33 5.2 PC 机环境的搭建 .35 基于 Linux下智能
8、手机的设计 5.3 功能测试及结果 .35 结束语 .38 致 谢 .39 参考文献 .40 附 录 .41 基于 Linux下智能手机的设计 1 1 绪论 1.1 引言 随着手机的发展，功能会越来越多。除了具有手机基本的通话、收发信息等功能，还能上网、拍照、看电影、欣赏 MP3 音乐等。这就需要 手机不仅具有高性能的嵌入式处理器，更侧重于系统软件平台的稳定性、可移植性、可扩展性。 本手机在硬件设计上采用 三星 公司的基于 ARM920T内 核 的 S3C2440高 性能嵌入式处理器 、 凌阳 公司的 SIM300 通讯模块、 flash、 LCD、触摸屏等实现一个完整的手机硬件开发平台。 S
9、3C2440 最高主 频 520MHz，具有快速的处理能力， ARM920T 核采用 ARM9 架构，具有高性能、低功耗等特点。 S3C2440 处理器 广泛应用于 PDA、智能手机、 MP3 等产品中。通讯模 块 SIM300，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 增值服务等功能。本智 能手机系统软件就在此硬件开发平台上实现 1。 1.2 研究背景 近年来， Linux 以自由、免费、开放源代码为武器，经过来自互联网、遍布全球的程序员的努力，加
10、上 IBM、 SUN等计算机巨头的支持， Linux在操作系统市场异军突起，服务器版的 Linux、桌面版的 Linux、嵌入式 Linux已经广泛地投入应用，基于Linux的应用和应用开发渗透到各个领域，一部分手机厂商接机推出了 Linux手机。目前很多手机开发商本身并不希望在操作系统方案上受制于人并增加产品开发成本，而源代码开放的 Linux是最好的切入点。由 于很多公司在 Linux桌面应用开发的经验而促成其转向 2。 智能手机终端产品的开发中，国内基于 Linux的嵌入式操作系统应用开发商远多于桌面应用开发商， Linux具有最大的自由开发群。此外，由于其开放性使工程师可以对系统有更深
11、入的了解，并能针对特定硬件方案和产品需求进行优化，通过了解源代码开发很多应用。 采用 Linux操作系统的理由是降低智能手机的生产成本。 Linux开发起来最大的特基于 Linux下智能手机的设计 2 点是从根本上开放源代码，与其他系统相比，采用开放源代码的 Linux手机操作系统能够大大降低成本。而且开放源代码还有一个好处是 允许手机制造商根据实际情况，有针对性地开发适合自己手机的 Linux操作系统，这样既能让自己的产品有特色，又能避免受制于人，还能够满足用户多方面的应用。到现在，手机的应用就由通话和简单的邮件传输，发展到 Web浏览和拍照摄影，照片编辑，动画播放等多个方面，这样一来，手机
12、软件的开发规模是 3年前 5倍以上。基于这个原因，开发 Linux OS，开发者教育等各方面的成本就削减了不少，从而上市的产品便会更具竞争力 3。 Linux操作系统在使用中的优点是十分明显的。首先，对于消费来说，采用的应用于智能手机上的 Linux操 作系统和我们常说的应用于电脑上的 Linux操作系统是一个系统，而且都是全免费操作系统。在操作系统上的免费，就等于节省了产品的生产成本，附加到消费者身上的也就少了，给大家带来了实惠。 Linux操作系统系统资源占用率较低，而且性能比较稳定，这都是大家公认的。使用起来能带来急速体验，在同硬件配置上，能获得其他智能手机操作系统得不到的快乐。如果以
13、Linux平台的系统资源占用程度同体积庞大的 Windows Mobile相比，其结果可想而知。 Java在手机上应用越来越广的时候， Linux操作系统与 Java的相互融合，是 任何一个操作系统所不能比拟的， Linux加 Java的应用方式，能够给用户极大的拓展空间。 相对来说， Linux操作系统缺点也不少。由于 Linux操作系统介入智能手机领域较晚，采用此操作系统的手机比较少，所以专为这些少量用户所制作的第三方软件还非常少，影响了 Linux操作系统在智能手机领域内的势力扩张。在 Linux的平台上进行开发，对厂商的要求比较高，业界需要更强大的软件。设计能力，安全性、实时性能、电源
14、管理都是 Linux智能手机操作的天然缺陷。 支持 Linux操作系统的机型：摩托罗拉 A768I、摩托罗拉 A780、飞利浦 968、海尔N60、中兴 E3。 由于智能手机结合了强大的硬件运行能力以及开放的软件操作系统，因此无论是娱乐还是商务应用，智能手机的功能都能够在强大的第三方软件的支持下获得无限的扩展。因此，在未来的手机市场上，智能手机将引领整个手机发展的潮流，而不是局限于现在的高端手机。 1.3 本课题研究的主要内容 基于 Linux下智能手机的设计 3 通过对本系统的分析研究，明确了本次设计的主要任务有以下几点： (1)根据设计任务书的要求，完成手机控制 系统的构建。 (2)对手机
15、的工作过程进行设计分析，对手机系统代码的编写，实现手机信号检测、运 营商的检测、接打电话、收发短信的功能 。 (3)对手机硬件平台的设计和构建 ，并对其进行深入的探讨。 (4)把程序在硬件平台上面运行，测试手机性能，完善手机功能。 (5)完成设计说明书。 1.4 设计研究的预期效果 通过对本课程程序的设计和分析，完成此设计的最终效果如下： (1)采用 GPRS 模块 SIM900，实现显示网络运营商、短信的收发、电话的接打、存储短信、信号强度的功能。 (2)触摸屏输入功能，可输入数字，字母，汉子等信息。 (3)短信息支持中英文接收和发送。 (4)具有菜单控制功能，使用触摸屏控制菜单 的选择。实
16、现多级菜单控制，摸屏单机菜单图标直接完成各种要求的功能。 (5)支持中国移动和中国联通两个运营商 。 基于 Linux下智能手机的设计 4 2 手机系统的整体设计 2.1 硬件平台 本文设计的基于 ARM9平台的 智能手机系统架构为基带处理器 （ S3C2440） +应用处理器 （ SIM900） 的双处理器架构。 基带处理器实现目前手机所做的呼叫 /接听、数据传输等基本的通信功能，应用处理器专用于处理高负荷的多媒体应用。采用这种架构的原因是因为应用处理器构成一个子系统，与基带处理器通信子系统隔离开来。模块化的架构可以利用现有手机上的成 熟方案，对现有手机上的大部分代码和电路只需稍加修改就可重
17、复使用，工程师可以集中精力开发新的多媒体应用功能，从而缩短整个开发时间，降低开发成本。 图 2-1 ARM9试验仪结构 2.1.1 S3C2440介绍 S3C2440A 是韩国三星公司推出的 16/32 位 RISC 微控制器，其 CPU 采用的是ARM920T内核。 S3C2440 的 特点： (1)具有 PLL时钟发生器，主频最高可达 533M。 (2)内核 1.2V 供电最高 400M,1.3V 供电最高 533M。 基于 Linux下智能手机的设计 5 (3)存储器支持 1.8V、 2.5V、 3.0V、 3.3V。 (4)I/O 均支持 3.3V 供电。 (5)s3c2440 为单机
18、器周期执行指令集。 (6)具有电源管理功能，可以使系统以普通方式、慢速方式、空闲方式和掉电方式工作，降低产品功耗。 内核结构： 采用 ARM920T内核，具有 16KB 指令 Cache、 16KB 数据 Cache 和存储器管理单元 MMU，指令高速存储缓冲器 (I-Cache)，数据高速存储缓冲器 (D-cache)提高指令执行效率及数据存储效率，减少主存带宽和响应性带来的影响，加强的 ARM 体系结构 MMU，用于支持 winCE、 Linux 等操作系统，内部高级微控制总线 (AMBA)体系结构 。 存储器控制器特性： S3C2440 采用总线结构管理片上外设及内存。 S3C2440
19、的存储器管理器提供访问外部存储器的所有控制信号。 27 位地址信号、 32 位数据信号、 8 个片选信号、以及读 /写控制信号等。 总共有 8 个存储器 bank(bank0bank7)，其中 bank0-bank5 为固定 128MB， bank6 和 bank7 的容量可编程改变，可以是 2、 4、 8、 16、 32、 64、 128MB，最大共1GB。 bank0 可以作为引导 ROM，其数据线宽只能是 16 位和 32 位，其它存储器的数据线宽可以是 8 位、 16 位和 32 位。 8 个存储器 bank： bank0-bank5： SRAM、 ROM(NOR FLASH)。 Ba
20、nk6bank7： SRAM、 ROM SDRAM(NOR FLASH)。 s3c2440 支持两种启动方式： NOR FLASH 启动，即代码直接写入 NOR FLASH，运行时直接在 NOR FLASH上运行。 NAND FLASH 启动方式，即代码烧到 NAND FLASH 中，借助片内 4K 的 SRAM，将代码由 NAND FLASH 烤到 SDRAM 中，在 SDRAM 中运行。 2.1.2 GPRS模组介绍 基于 Linux下智能手机的设计 6 在这个智能手机 系统中的基带处理芯片 SIM900是双频 GSM模块， 利用无线移动网络实现语音传输和点对点数据传输。同时，模组内具备
21、TCP/IP协议栈，可以直接利用它实现无线上网， 具有话音、 GSM电路数据，传真、 GPRS分组数据、短消息等功能。该无线收发模块将作为一个通信子系统，与应用系统相互独立存在。 SIM900与S3C2440的通信通过 UART接口，可以由 AT命令来实现。音频芯片主要实现 MP3播放，录音等音频功能，摄像头模块实现数码拍照、摄像的功能， SD/MMC卡接口可以实现手机存储扩展功能， USB接口可以实现手机与计算机 的数据传输 5。以上这些模块都由 S3C2440芯片来控制，它们共同构成了智能手机的应用模块 ， 如图 2-4所示。 GPRS 模组使用标准串口与主控制器进行通讯。模组带有一个 1
22、0 针的接口，该接口可以直接和 MCU 相连接。或者用户可以通过模组上的 RS232 接口和 PC 机直接相连接使用。 GPRS 模组可以用到以下场合 ： (1)手持通讯设备。 (2)远程数据采集系统。 (3)无线网络终端。 GPRS 模组需通过 J4 的电源开关信号（ PWRKEY）输入引脚向 GPRS 模组输入如图 2-2 所示的上电时序 GPRS 才能被启动，启动后 GPRS 的信号指示灯会闪烁。也可以手动按下 GPRS 模组上的 ON/OFF 按键，大约 2 秒之后松开， GPRS 模组亦可以被启动。 P o w e r O N 1 5 0 0 m sO N图 2-2 GPRS 模组启动时序图 GPRS 模组启动之后，即可通过 UART接口发送 AT 指令来控制语音或数据收发 。 连接 GPRS 模组到实验箱的 J8（ GPRS）接口上，注意一定要按顺序（实验箱的12V 接模组的 VCC， IOB0 接 PWRKEY， GND 接 GND）插接，且不可插反或错位；断开 JP7、 JP8 的所有跳线；断开手柄接口与手柄的连接；如图 2-3 配置 GPRS；如连接耳麦和天线。
