详解双模智能手机的设计技术
双模智能手机是能利用cs域和ims域进行通讯的移动终端设备。在分析采用的三种技术后，再从系统架构、硬件平台、软件平台，再到dms进行设计，从而完成整个系统的设计，并结合实际使用的实物器件进行具体实现。
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 mobile 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：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- 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bootloader 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picomobile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，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，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 supportàwireless 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。
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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 mobile 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：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话，并且可以在两者之间进行无缝切换。
3、wifi（无线保真技术）
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1、硬件平台设计
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随着智能手机的发展，需要有更高性能的嵌入式微处理器。
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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，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 supportàwireless 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。
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