《嵌入式操作系统史话》之八:手机中的嵌入式OS(一)

2014-03-03 09:00 作者: 何小庆 预计 16 分钟读完

 

今天的手机已经成为人们生活中使用频率最高的电子产品,相对于其他的电子产品,手机功能要复杂得多。无线通讯、用户界面、数据存储和多媒体处理等多项工作都是手机需要完成的任务。要完成这些任务,手机需要一个操作系统(OS)来帮助管理。在移动通讯进入3G和Wi-Fi时代以来,以苹果的iPhone为代表的智能手机开始流行,如今移动通讯已经进入了4G时代,蓝牙、Zigbee、NFC等近距离连接技术愈加成熟,互联网已被广泛使用,与人关系最为密切的智能手机自然而然地成为接入这个环境的入口。在经历了通讯、上网和App应用之后,智能手机取代PC正在迅速成为互联网的计算中心。在这样的大环境下,一个全功能的智能手机OS就显得尤为重要,可以说,谁控制了智能手机,谁就控制了互联网的入口。


手机属于嵌入式设备,手机软件平台使用的操作系统属于嵌入式OS的范畴。传统的功能手机(Feature Phone)使用了实时多任务操作系统(RTOS)为基础的手机软件平台。入门级的智能手机采用了半开放的嵌入式OS(比如Symbian),而今天高端的智能手机多采用Android和IOS这样的通用型的OS。Android是基于开源的Linux内核的开放智能手机平台,它具有目前其他手机OS没有的开放性特点。开放的智能手IOS(也称为iPhone OS)是建立在Mac OS技术基础上的智能手机平台,它具有提高移动设备的性能、延长电池的使用寿命和改进用户界面体验等特点。此外,Windows Mobile在手机市场也占有少量的份额,它具有与Windows PC 相似的使用方式,支持MS-office 软件等特点。Windows Mobile是Windows CE 的分支产品,Windows CE 是一个继承了Windows 思想的嵌入式OS。下面我将逐一介绍这些手机OS。


功能手机软件平台分析
所谓功能手机,是指那些使用封闭手机OS和平台,具备手机的基本通话、短信、电邮、地址簿、音乐和WAP网页浏览的功能,支持厂家提供的专用的游戏和应用软件的手机,部分功能手机也可以支持JAVA应用程序开发和运行。这里可以清楚地看到,功能手机的定义是相对于智能手机而言的。市场上每一家手机芯片公司都提供功能手机的方案,比如TI Locosta、Skeyworks、高通的BREW和MTK(台湾联发科)方案。这里介绍一种比较有代表性的软件平台Skyworks


Skyworks是世界领先的射频和无线技术半导体公司,它的手机软件平台Skyworks的层次结构非常清晰,分为4个部分:底层是硬件和基带(手机射频和无线通讯部分);第二层是OS,驱动和GSM协议栈,平台的嵌入式OS使用的是RTXC,这是一款小型的RTOS,它提供了任务调度、任务间通信、中断和定时器服务;第三层是服务器,提供了GDI函数接口、Widget API和Toolkit,这些功能和工具可以帮助创建用户界面和应用程序;最上面一层是应用,包括了一些已经写好的手机应用软件,比如拨号、短信息、游戏、电话簿等。Skyworks软件平台代码尺寸小,适合低端手机的开发。但是由于它支持的手机芯片种类少,通用性就显得比较差[1]。


在CDMA 流行的年代,高通(Qualcomm)公司凭借芯片技术和专利两大利器几乎把持了所有CDMA手机的市场,高通的BREW平台是功能手机使用最广泛的平台软件之一。BREW(简称无线二进制运行环境)是专门针对手机设计的,不仅小巧和高效,同时还可以使用面向对象应用软件环境进行扩充。BREW支持C/C++语言,还有内嵌的虚拟机,可以支持JAVA编译环境和运行库。在BREW内部的底层有一个OEM层,通过这个OEM层实现BREW与某种手机芯片和支持该芯片的嵌入式OS的关联。在BREW上端有一个AEE层,该层提供了应用程序调用BREW函数库的方法。BREW本身并没有一个嵌入式OS,但是其OEM的接口(MIL-移动接口和CHIL-芯片接口)必须要一个嵌入式OS的支持,比如ThreadX和Nucleus[2]。


比较Skyworks手机软件平台,BREW在底层设备驱动和数据结构之间做了很好的封装,具有良好的硬件独立性和可移植性。BREW应用程序的每个模块都可以独立开发,而且保持二进制兼容,这大大方便了使用高通芯片方案的手机厂家开发基于BREW的应用软件。BREW虽好但也有短板,BREW自己没有一个嵌入式OS,封装接口的完整性和透明性都有待完善,整个系统的健壮性还不很强[3]。

 

Symbian 操作系统


Symbian最初是一家叫Psion英国公司的软件产品。1998年手机公司Ericsson、Motorola和Nokia联合起来与Psion共同成立了Symbian公司,公司的目标是为PDA和手机提供软件平台。1999年世界第一部基于Symbian的手机-EricssonR380 问世,但是真正在市场上引起关注的是Nokia的9210和后来的7650/3650等几个机型。见图1 。
 


图1 EricssonR380和Nokia 7650


Symbian 是一个实时多任务的嵌入式OS,具有内存占用少和低功耗管理机制等特点,非常适合手机等移动设备使用。Symbian经过许多年的不断完善,可以支持GPRS、蓝牙、3G和SyncML(同步)等技术,它包括了一个内部的数据库、用户界面架构和公共工具参考实现。更重要的是相对于功能手机软件平台,Symbian是一个半开放的平台,手机厂家在获得授权后可以开发基于Symbian的手机,而手机软件开发者则没有任何限制,可以为Symbian手机开发应用软件。Symbian继承了嵌入式OS的特点,将操作系统内核、移动通讯的通用技术和图像用户界面(UI)技术分开,这样就能很好地适应不同方式的手机(比如翻盖手机和键盘手机)。这让厂商可以为自己的产品设计出更加友好的操作界面,既符合了个性化的潮流,也让用户能看到不同样子的Symbian系统,著名的UI有Nokia S60和Ericsson的UIQ。到了2006年全球Symbian手机总量达到一亿部,这是Symbian发展最鼎盛的时期,借助为这个平台开发的JAVA应用程序也开始在互联网上盛行开来,用户可以通过安装JAVA 应用程序扩展手机的各种功能,功能手机开始步入智能化时代[5]。

 


图2 世界第一部Androud 手机 HTC G1

 

从2008年初,手机OS的市场发生了变化,Android崭露头角,台湾HTC (宏达电)为美国移动运营商T-mobile 代工,做出了世界上第一部Android手机G1,见图2 。之后,Symbian的追随者Ericsson、LG也纷纷离开Symbian阵营,Nokia 不得不收购了Symbian全部股份。到了2011年Nokia 成立Symbian基金会按照Eclipse 许可将Symbian开源,Nokia 希望借此吸引更多厂商和个人参与到Symbian的发展当中,与开源的Android做最后抗衡。但是大浪淘沙,由于失去了发展的发展最佳时机和自身技术上弱点,Symbian没有能够逃脱退出手机历史舞台的命运。到了2013年1月Nokia 终于宣布,Nokia 808 pureview将是最后一款Symbian手机,在经历了12年的发展之后,Symbian终告结束了。


欲知后事,欢迎继续阅读《嵌入式操作系统史话》第9篇:手机中的嵌入式OS (二)


参考资料:
[1] 和凌志编著 《手机软件平台架构解析》,电子工业出版社
[2] 《嵌入式操作系统史话》第9篇:嵌入式OS的红花绿叶
[3] https://zh.wikipedia.org/wiki/BREW
[4] https://zh.wikipedia.org/wiki/Symbian

 

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系列之一:何为嵌入式操作系统?

摘要:对嵌入式操作系统的定义,国内外专家学者和企业界人士的理解都不尽相同,具有代表性的意见有两种;一种是说嵌入式系统就是嵌入式的计算机系统,另外一种认为嵌入式系统是一种机电结合、软硬结合执行某种特殊功能的系统……

系列之二:嵌入式OS的“摩托”系

摘要:摩托罗拉自1974年发布第一款MC6800 --8位微处理器到1979发布的MC68000(简称68K)-16/32位CPU之后,其芯片因为即可以使用在计算机系统中,也可以使用在嵌入式系统,很快成为当时行业的标准。最早开发嵌入式OS的公司,许多都是借助摩托罗拉的市场起家的……

系列之三:VRTX--商业嵌入式OS的开拓者

摘要:除了上一篇提到的OS-9以外,最早出现的嵌入式操作系统(简称为嵌入式OS)当属VRTX,因其在技术上创新性,得到用户和嵌入式系统公司的广泛支持,VRTX可称为商业嵌入式OS的开拓和领导者……

系列之四:μC/OS的故事(一)

摘要:μC/OS的故事起始于1989年。那时,我(注:即Jean Labrosse先生)加入到位于美国佛罗里达州劳德代尔堡市的Dynalco控制公司,并开始为大型工业往复式发动机设计全新的、基于微控制器的点火控制系统……
摘要:由于《μC/OS,The Real-Time Kernel》书写得很成功,在二十世纪90年代,使用μC/OS的工程师越来越多。开发者很容易就可以把操作系统移植到新的硬件平台上,开发了无数基于μC/OS的应用……

摘要:在讨论开源的嵌入式操作系统(简称嵌入式OS)之前,我们先把开源软件搞清楚。“开源软件”目前并没有明确定义,也没有标准许可证。许多公司采用开放源代码一词,大概有这样两种情况……

系列之七:风河-嵌入式OS的常青树

摘要:风河公司(Wind River System)是一家专业从事嵌入式OS、软件开发工具、解决方案平台和服务的软件公司,由Jerry Fiddle和David Wilner在1981年美国加州创立。VxWorks是风河公司推出的实时多任务操作系统(RTOS)……

系列之九:手机中的嵌入式OS(二)

摘要:为你介绍那些开源的操作系统,Android以及它的竞争对手们的整个OS产业生态……

系列之十:汽车电子-嵌入式OS逐鹿的新战场

摘要:根据IEEE 2009年2月的报告,豪华级别的汽车的软件代码长度将超过1亿行,如此巨大的代码量不使用嵌入式操作系统(以下简称嵌入式OS)和软件平台架构是不可想象的,以此联动产生的软件研发、测试和维护成本也是巨大的,带给汽车的安全性和可靠性隐患更是无法预估的。由此也成为嵌入式Os逐鹿的新战场……

摘要:20世纪70年代末,嵌入式OS商业产品在美国和加拿大等国家出现,90年代末嵌入式OS的数量呈现井喷式增加,最鼎盛的时候有数百种之多,即使经过30多年的发展和淘汰,现在依然有数十余种。我注意到,在众多的公司中有人尽皆知的著名企业,比如微软和风河,而更多的是映衬在这些大红花周围的绿叶公司,其中许多都是小公司,甚至个人,他们多数默默无闻……

系列之十二:嵌入式OS的未来

摘要:嵌入式OS发展到今天已经有30多年历史了,未来的嵌入式OS 会是什么样的?技术会有哪些变化?商业还会蓬勃发展,还是逐渐消亡呢?笔者在撰写《嵌入式操作系统史话》专栏期间,恰逢美国的CES2014,我参观了LG,三星、SONY,奥迪等大企业展位,看到Intel、恩智浦和TI等半导体公司最新芯片解决方案,了解到国外嵌入式OS最新发展的一些情况……

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