高级消息接口:轻巧开发智能手机的关键

手机正在发生翻天覆地的变化,技术领域的不断推陈出新带来大量新兴的应用和功能。这些新技术包括:承载新技术,如EDGE和W-CDMA；在保持低能耗的基础上提高CPU性能的技术；标准操作系统(如SymbianOS、Microsoft Windows Mobile、Linux, PalmOS及 Savaje等操作系统)之间因竞争而产生的新技术等等,参见图1。

ALT="图1 — 应用和通信必须明确分离">

这些新技术带来革命性的变化便是手机不再像过去那样以语音为中心,而是具备数据和语音双重功能。新的语音功能除提供语音呼叫外,还提供其他功能；数据功能同样也能提供几百种应用,包括数据语音功能。新功能的出现对手机软件提出了更高要求。

未来发展进一步集中在两大组件上,即应用和通信,而非两者之间的重要接口。带有应用接口的通信引擎是支持无线应用的“生命之血”。新型通信技术的开发,特别是针对现代手机应用进行的设计,具有十分重要的意义。

过去,AT命令一直用来提供拨号调制解调器和应用之间的接口。尽管现在很多手机仍然采用AT命令,但随着GPRS、EDGE和UMTS这些“永远在线”的数据连接的出现,AT命令已完全不够用了。新的解决方案,如杰尔系统的高级消息接口(AMI)提供了一整套软件体系,不仅能克服AT命令的局限,还能通过单一通用平台支持丰富的应用功能、多个和单个处理器,满足多种多样的市场需求。

手机软件所面临的重要问题

手机的数据应用和专门应用日益增多,为了满足当今手机的各种需求,其软件结构正面临四个方面的重要问题:硬件结构、实时操作、具有开放型操作系统的智能手机,以及承载技术。

硬件结构 —
过去,手机一直使用单个处理器来运行上层协议栈和应用程序。随着处理器应用需求的不断增加,人们需要具备通信和应用功能的双处理器系统,这样才能满足标准操作系统的要求,包括Symbian 和 Windows Mobile及专有应用系统。

实时 —
协议栈是软件中时序要求非常严格的部件。它提供双重约束,既要尽可能地空闲以节约能耗,同时又要能在网络时限内进行快速响应。因此,协议堆栈必须在具有实时响应保证的环境中运行。如果协议堆栈在专用处理器上运行,并且如果处理器功能足够强大的话,那么该过程就很直接明了；但如果协议堆栈与应用共享系统资源,则必须提供适当的控制机制。

具有标准操作系统的智能手机 —
标准操作系统为各种应用提供一个很好的操作平台,无需重写以上应用。从根本上讲,操作系统是一种应用平台,而不是通信引擎。因此,操作系统需要一个经过证实的、可靠的通信引擎。要实现该目的,就应首先提供一个公用平台和接口。这样,标准的操作系统和专有的大众市场手机就能使用同一个通信引擎。

承载技术 —
最早真正支持数据的承载技术是GPRS或2.5G技术。基于GPRS的协议堆栈现已发展成熟,并经过了实践证明。未来的承载技术包括EDGE和UMTS,即2.75G 和3G,但以上协议堆栈正处于发展阶段,还未经过完全证实。以后每种技术都会出现一个公共应用集,这样,每次引进新承载技术时都可以使用同一应用平台。

手机组件 —
手机软件的典型结构如图2所示。关键组件包括通信引擎、应用框架、应用层和标准操作系统。重要的接口包括协议堆栈、应用框架和标准操作系统之间的接口。如果手机设计进行任何修改(包括硬件、软件开发和成品效率等),这三者之间的接口都应进行相应的修改。

ALT="图 2 - 手机软件组件">

传统的AT命令

无线数据业务最初是由2G技术GSM协议栈、AT命令和点对点协议(PPP)三者共同提供的,类似标准固定线路的拨号连接,来实现各种应用到互联网的IP连接。GSM新添“永久在线”数据连接,不再需要AT命令和PPP,从而演进到GPRS阶段。应用可以直接连接到IP协议接口。未来的EDGE 、 UMTS承载技术提供与GPRS一样的“永久在线”数据连接。

这就可以省去大量不必要的处理工作,减少延时。处理AT命令和PPP会耗尽CPU资源,但这还可以接受；由此而引发的延时问题却有些让人难以接受,因为这会妨碍VoIP之类的应用的正常运行。

具有数据功能的手机应采用以数据为中心的设计,而不是采用拨号上网时代遗留下来的命令。图3显示的是GPRS和GSM数据连接。

如上所述,AT命令不支持“永久在线”的无线数据连接,因此具有三大固有的局限:

结构缺陷

AT命令通过单通道传输数据。要将数据修改为命令模式,必须引入一种“+++”顺序(在数据流中表示切回命令模式)。当然,由于这会阻碍数据流,所以又开发出在单通道中同时提供命令和数据传输的GSM 7.10多路复用器。到目前为止,GSM 7.10多路复用器并没有得到广泛采用,它只能解决自身引发的问题,而不能正确地满足所有“永久在线”无线数据连接的需求。

延迟和一般费用ALT="图3 - GSM协议栈(带PPP和AT命令)和GPRS技术(具有直接的“永久在线”数据连接功能)">

AT命令先于互联网产生,当时还没有分组数据或IP地址等概念。AT命令新增PPP功能后,可以通过序列连接线连接互联网。但是,PPP仍然只能解决自身引发的问题,而不能解决“永久在线”的无线数据连接的问题,还在链路中增加了不必要的延迟。延迟会影响实时应用。

能源匮乏

AT命令是同步工作,例如一次只能完成一个命令或任务。更糟糕的是,AT命令不具备事件提醒功能,因而您需要通过轮询来查看任务的执行情况。使用AT命令的应用(如智能手机)将会排满了轮询日程,这会严重影响待机时间,而待机时间是手机性能优劣的一个重要标志。

如果手机采用AT命令控制通信引擎,这将引发大量问题,导致待机时间严重缩短,并需要其他软件工程为额外的AT命令提供支持。

新一代接口技术:高级消息接口

通过“永久在线”直接数据连接运行的各种应用不应在路径中提供AT命令或PPP协议。如果全部实时数据应用要实现“永久在线”连接,应该通过协议提供一个到“永久在线”IP连接的直接接口。当然,原有应用仍可能需要PPP协议,直接的接口同样为它提供支持。

现在举例说明:杰尔系统的高级消息接口就是一种可以连接到通信引擎的直接接口,提供数据传输和控制功能。由于它能满足手机无线上网的需求,所以从根本上解决了AT命令的三大固有的局限。图4介绍了高级消息接口及它是如何克服AT命令的弱点的。

首先,高级消息接口是一个能同时处理多个平行命令流和数据流的信息传递接口,如同时对电话簿分类,发送语音数据/呼叫。其次,它为GPRS“永远在线”的数据连接提供一个到应用空间的直接链路,从而节省PPP产生的开销。最后,它还具有完全的多重任务处理功能和事件驱动功能,而不再需要轮询功能,这样一来,除非发生某个事件,否则系统保持睡眠状态,从而延长待机时间。ALT="图4 - 高级消息接口如何解决AT命令存在的问题">

早先出现的几个比较突出的结构问题现在也可以通过高级消息接口解决。无论应用是在专用应用处理器上运行,还是在共享通信处理器上运行,高级消息接口信息传递接口都能保证通信引擎的透明操作。同一个完整软件开发平台与全部应用集可以从单个CPU转移到两个CPU架构中,无需重写任何软件组件。

高级消息接口还能进行实时操作。信息传递接口使应用端具有事件驱动功能,不会因等待响应而浪费宝贵的处理器资源。协议堆栈能与其他所有组件一起实时操作,各组件对协议堆栈事件进行响应,进而使协议堆栈满足网络的要求。

拥有高级消息接口。便可以轻松提供通信框架,通过一个通用接口同时满足所有标准操作系统和个别应用框架的需求。这说明,经过大众市场上几百万部手机的验证、测试,以及所有主要运营商的互通测试和现场测试后,一台通信引擎设备就足以为规模较小的智能电话标准操作系统提供支持。

最后,承载技术需要高级消息接口进行修改和扩展。在上下文提供高级消息接口功能时,可以同时提供全部通信引擎,所以应用软件不用辨别自己是在什么承载技术上运行。这样一来,同一个应用系统就可以用于GPRS、EDGE、UMTS或未来的其他承载技术中。

开发手机的先进软件时,首先要投资兴建先进的结构体系,构建能满足现代应用、标准操作系统、硬件结构和先进通信技术的系统。已经过时的AT命令现已无法实现上述功能,新一代接口技术(如高级消息接口等)与成熟、可靠的通信引擎和框架相结合,能有效地实现上述目标。

作者:Jeremy Curtis

产品营销经理

杰尔系统移动终端部