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《嵌入式操作系統史話》之八:手機中的嵌入式OS(一)

2014/03/03
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今天的手機已經成為人們生活中使用頻率最高的電子產品,相對于其他的電子產品,手機功能要復雜得多。無線通訊、用戶界面、數據存儲和多媒體處理等多項工作都是手機需要完成的任務。要完成這些任務,手機需要一個操作系統(OS)來幫助管理。在移動通訊進入3G和Wi-Fi時代以來,以蘋果的iPhone為代表的智能手機開始流行,如今移動通訊已經進入了4G時代,藍牙、ZigbeeNFC等近距離連接技術愈加成熟,互聯網已被廣泛使用,與人關系最為密切的智能手機自然而然地成為接入這個環(huán)境的入口。在經歷了通訊、上網和App應用之后,智能手機取代PC正在迅速成為互聯網的計算中心。在這樣的大環(huán)境下,一個全功能的智能手機OS就顯得尤為重要,可以說,誰控制了智能手機,誰就控制了互聯網的入口。


手機屬于嵌入式設備,手機軟件平臺使用的操作系統屬于嵌入式OS的范疇。傳統的功能手機(Feature Phone)使用了實時多任務操作系統(RTOS)為基礎的手機軟件平臺。入門級的智能手機采用了半開放的嵌入式OS(比如Symbian),而今天高端的智能手機多采用Android和IOS這樣的通用型的OS。Android是基于開源Linux內核的開放智能手機平臺,它具有目前其他手機OS沒有的開放性特點。開放的智能手IOS(也稱為iPhone OS)是建立在Mac OS技術基礎上的智能手機平臺,它具有提高移動設備的性能、延長電池的使用壽命和改進用戶界面體驗等特點。此外,Windows Mobile在手機市場也占有少量的份額,它具有與Windows PC 相似的使用方式,支持MS-office 軟件等特點。Windows Mobile是Windows CE 的分支產品,Windows CE 是一個繼承了Windows 思想的嵌入式OS。下面我將逐一介紹這些手機OS。


功能手機軟件平臺分析
所謂功能手機,是指那些使用封閉手機OS和平臺,具備手機的基本通話、短信、電郵、地址簿、音樂和WAP網頁瀏覽的功能,支持廠家提供的專用的游戲和應用軟件的手機,部分功能手機也可以支持JAVA應用程序開發(fā)和運行。這里可以清楚地看到,功能手機的定義是相對于智能手機而言的。市場上每一家手機芯片公司都提供功能手機的方案,比如TI Locosta、Skeyworks、高通的BREW和MTK(中國臺灣聯發(fā)科)方案。這里介紹一種比較有代表性的軟件平臺Skyworks。


Skyworks是世界領先的射頻無線技術半導體公司,它的手機軟件平臺Skyworks的層次結構非常清晰,分為4個部分:底層是硬件基帶(手機射頻和無線通訊部分);第二層是OS,驅動和GSM協議棧,平臺的嵌入式OS使用的是RTXC,這是一款小型的RTOS,它提供了任務調度、任務間通信、中斷和定時器服務;第三層是服務器,提供了GDI函數接口、Widget API和Toolkit,這些功能和工具可以幫助創(chuàng)建用戶界面和應用程序;最上面一層是應用,包括了一些已經寫好的手機應用軟件,比如撥號、短信息、游戲、電話簿等。Skyworks軟件平臺代碼尺寸小,適合低端手機的開發(fā)。但是由于它支持的手機芯片種類少,通用性就顯得比較差[1]。


CDMA 流行的年代,高通(Qualcomm)公司憑借芯片技術和專利兩大利器幾乎把持了所有CDMA手機的市場,高通的BREW平臺是功能手機使用最廣泛的平臺軟件之一。BREW(簡稱無線二進制運行環(huán)境)是專門針對手機設計的,不僅小巧和高效,同時還可以使用面向對象應用軟件環(huán)境進行擴充。BREW支持C/C++語言,還有內嵌的虛擬機,可以支持JAVA編譯環(huán)境和運行庫。在BREW內部的底層有一個OEM層,通過這個OEM層實現BREW與某種手機芯片和支持該芯片的嵌入式OS的關聯。在BREW上端有一個AEE層,該層提供了應用程序調用BREW函數庫的方法。BREW本身并沒有一個嵌入式OS,但是其OEM的接口(MIL-移動接口和CHIL-芯片接口)必須要一個嵌入式OS的支持,比如ThreadX和Nucleus[2]。


比較Skyworks手機軟件平臺,BREW在底層設備驅動和數據結構之間做了很好的封裝,具有良好的硬件獨立性和可移植性。BREW應用程序的每個模塊都可以獨立開發(fā),而且保持二進制兼容,這大大方便了使用高通芯片方案的手機廠家開發(fā)基于BREW的應用軟件。BREW雖好但也有短板,BREW自己沒有一個嵌入式OS,封裝接口的完整性和透明性都有待完善,整個系統的健壯性還不很強[3]。

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Symbian 操作系統


Symbian最初是一家叫Psion英國公司的軟件產品。1998年手機公司Ericsson、Motorola和Nokia聯合起來與Psion共同成立了Symbian公司,公司的目標是為PDA和手機提供軟件平臺。1999年世界第一部基于Symbian的手機-EricssonR380 問世,但是真正在市場上引起關注的是Nokia的9210和后來的7650/3650等幾個機型。見圖1 。
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圖1 EricssonR380和Nokia 7650


Symbian 是一個實時多任務的嵌入式OS,具有內存占用少和低功耗管理機制等特點,非常適合手機等移動設備使用。Symbian經過許多年的不斷完善,可以支持GPRS、藍牙、3G和SyncML(同步)等技術,它包括了一個內部的數據庫、用戶界面架構和公共工具參考實現。更重要的是相對于功能手機軟件平臺,Symbian是一個半開放的平臺,手機廠家在獲得授權后可以開發(fā)基于Symbian的手機,而手機軟件開發(fā)者則沒有任何限制,可以為Symbian手機開發(fā)應用軟件。Symbian繼承了嵌入式OS的特點,將操作系統內核、移動通訊的通用技術和圖像用戶界面(UI)技術分開,這樣就能很好地適應不同方式的手機(比如翻蓋手機和鍵盤手機)。這讓廠商可以為自己的產品設計出更加友好的操作界面,既符合了個性化的潮流,也讓用戶能看到不同樣子的Symbian系統,著名的UI有Nokia S60和Ericsson的UIQ。到了2006年全球Symbian手機總量達到一億部,這是Symbian發(fā)展最鼎盛的時期,借助為這個平臺開發(fā)的JAVA應用程序也開始在互聯網上盛行開來,用戶可以通過安裝JAVA 應用程序擴展手機的各種功能,功能手機開始步入智能化時代[5]。


圖2 世界第一部Androud 手機 HTC G1

從2008年初,手機OS的市場發(fā)生了變化,Android嶄露頭角,中國臺灣HTC (宏達電)為美國移動運營商T-mobile 代工,做出了世界上第一部Android手機G1,見圖2 。之后,Symbian的追隨者Ericsson、LG也紛紛離開Symbian陣營,Nokia 不得不收購了Symbian全部股份。到了2011年Nokia 成立Symbian基金會按照Eclipse 許可將Symbian開源,Nokia 希望借此吸引更多廠商和個人參與到Symbian的發(fā)展當中,與開源的Android做最后抗衡。但是大浪淘沙,由于失去了發(fā)展的發(fā)展最佳時機和自身技術上弱點,Symbian沒有能夠逃脫退出手機歷史舞臺的命運。到了2013年1月Nokia 終于宣布,Nokia 808 pureview將是最后一款Symbian手機,在經歷了12年的發(fā)展之后,Symbian終告結束了。


欲知后事,歡迎繼續(xù)閱讀《嵌入式操作系統史話》第9篇:手機中的嵌入式OS (二)


參考資料:
[1] 和凌志編著 《手機軟件平臺架構解析》,電子工業(yè)出版社
[2] 《嵌入式操作系統史話》第9篇:嵌入式OS的紅花綠葉
[3] https://zh.wikipedia.org/wiki/BREW
[4] https://zh.wikipedia.org/wiki/Symbian

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系列之一:何為嵌入式操作系統?

摘要:對嵌入式操作系統的定義,國內外專家學者和企業(yè)界人士的理解都不盡相同,具有代表性的意見有兩種;一種是說嵌入式系統就是嵌入式的計算機系統,另外一種認為嵌入式系統是一種機電結合、軟硬結合執(zhí)行某種特殊功能的系統……

系列之二:嵌入式OS的“摩托”系

摘要:摩托羅拉自1974年發(fā)布第一款MC6800 --8位微處理器到1979發(fā)布的MC68000(簡稱68K)-16/32位CPU之后,其芯片因為即可以使用在計算機系統中,也可以使用在嵌入式系統,很快成為當時行業(yè)的標準。最早開發(fā)嵌入式OS的公司,許多都是借助摩托羅拉的市場起家的……

系列之三:VRTX--商業(yè)嵌入式OS的開拓者

摘要:除了上一篇提到的OS-9以外,最早出現的嵌入式操作系統(簡稱為嵌入式OS)當屬VRTX,因其在技術上創(chuàng)新性,得到用戶和嵌入式系統公司的廣泛支持,VRTX可稱為商業(yè)嵌入式OS的開拓和領導者……

系列之四:μC/OS的故事(一)

摘要:μC/OS的故事起始于1989年。那時,我(注:即Jean Labrosse先生)加入到位于美國佛羅里達州勞德代爾堡市的Dynalco控制公司,并開始為大型工業(yè)往復式發(fā)動機設計全新的、基于微控制器的點火控制系統……
摘要:由于《μC/OS,The Real-Time Kernel》書寫得很成功,在二十世紀90年代,使用μC/OS的工程師越來越多。開發(fā)者很容易就可以把操作系統移植到新的硬件平臺上,開發(fā)了無數基于μC/OS的應用……

摘要:在討論開源的嵌入式操作系統(簡稱嵌入式OS)之前,我們先把開源軟件搞清楚?!伴_源軟件”目前并沒有明確定義,也沒有標準許可證。許多公司采用開放源代碼一詞,大概有這樣兩種情況……

系列之七:風河-嵌入式OS的常青樹

摘要:風河公司(Wind River System)是一家專業(yè)從事嵌入式OS、軟件開發(fā)工具、解決方案平臺和服務的軟件公司,由Jerry Fiddle和David Wilner在1981年美國加州創(chuàng)立。VxWorks是風河公司推出的實時多任務操作系統(RTOS)……

系列之九:手機中的嵌入式OS(二)

摘要:為你介紹那些開源的操作系統,Android以及它的競爭對手們的整個OS產業(yè)生態(tài)……

系列之十:汽車電子-嵌入式OS逐鹿的新戰(zhàn)場

摘要:根據IEEE 2009年2月的報告,豪華級別的汽車的軟件代碼長度將超過1億行,如此巨大的代碼量不使用嵌入式操作系統(以下簡稱嵌入式OS)和軟件平臺架構是不可想象的,以此聯動產生的軟件研發(fā)、測試和維護成本也是巨大的,帶給汽車的安全性和可靠性隱患更是無法預估的。由此也成為嵌入式Os逐鹿的新戰(zhàn)場……

摘要:20世紀70年代末,嵌入式OS商業(yè)產品在美國和加拿大等國家出現,90年代末嵌入式OS的數量呈現井噴式增加,最鼎盛的時候有數百種之多,即使經過30多年的發(fā)展和淘汰,現在依然有數十余種。我注意到,在眾多的公司中有人盡皆知的著名企業(yè),比如微軟和風河,而更多的是映襯在這些大紅花周圍的綠葉公司,其中許多都是小公司,甚至個人,他們多數默默無聞……

系列之十二:嵌入式OS的未來

摘要:嵌入式OS發(fā)展到今天已經有30多年歷史了,未來的嵌入式OS 會是什么樣的?技術會有哪些變化?商業(yè)還會蓬勃發(fā)展,還是逐漸消亡呢?筆者在撰寫《嵌入式操作系統史話》專欄期間,恰逢美國的CES2014,我參觀了LG,三星、SONY,奧迪等大企業(yè)展位,看到Intel、恩智浦和TI等半導體公司最新芯片解決方案,了解到國外嵌入式OS最新發(fā)展的一些情況……

谷歌

谷歌

谷歌公司(Google Inc.)成立于1998年9月4日,由拉里·佩奇和謝爾蓋·布林共同創(chuàng)建,被公認為全球最大的搜索引擎公司。谷歌是一家位于美國的跨國科技企業(yè),業(yè)務包括互聯網搜索、云計算、廣告技術等,同時開發(fā)并提供大量基于互聯網的產品與服務,其主要利潤來自于關鍵詞廣告等服務。

谷歌公司(Google Inc.)成立于1998年9月4日,由拉里·佩奇和謝爾蓋·布林共同創(chuàng)建,被公認為全球最大的搜索引擎公司。谷歌是一家位于美國的跨國科技企業(yè),業(yè)務包括互聯網搜索、云計算、廣告技術等,同時開發(fā)并提供大量基于互聯網的產品與服務,其主要利潤來自于關鍵詞廣告等服務。收起

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中國軟件行業(yè)協會嵌入式系統分會副理事長,嵌入式系統聯誼會秘書長,中國軟件行業(yè)協會理事。是國內最早涉足嵌入式OS者之一,創(chuàng)辦了北京麥克泰軟件技術有限公司,有近30年嵌入式技術和市場經驗。是《嵌入式操作系統風云錄:歷史演進與物聯網未來》一書作者,并譯有《嵌入式實時操作系統μC/OS-III應用開發(fā)》和《嵌入式軟件精解》等多本譯著。目前關注的領域:嵌入式OS、物聯網與穿戴設備和技術創(chuàng)業(yè)。個人網站:www.hexiaoqing.net。