無線信息設備（wireless information device）是集PDA與傳統手機與一體的新型手持設備，隨著無線通信網絡的發展必將成為未來幾年手持設備的發展趨勢。這種設備與其它嵌入式設備有所不同，它面對的是廣大消費者，具有型號多、功耗低、重量輕、體積小和移動性強的特性；而它的磁盤、內存、電池和CPU處理能力又都比較有限。因此，對于所采用的操作系統具有特殊的要求。

無線信息設備的操作系統占用內存要盡量少，并且支持高效的多任務及進程間通信機制；應具有有效的電源管理功能，適合利用電池供電；要連續運行多年而無需重新啟動；確保用戶數據安全可靠的存儲；提供友好的圖形用戶界面；采用面向對象的設計方法，軟件程序代碼具有良好的可重用性；支持多種標準通信協議，以便接入國際互聯網和與其它設備互連；提供開放的應用程序平臺，便于第三方軟件開發商提供多樣的應用程序。

無線信息設備對操作系統的諸多要求中，高可靠性占了首要地位；而實現高可靠性的關鍵是其操作系統要具有高效的內存操作及管理機制，提供的編程機制要能夠充分管理有限的內存空間，不造成任何的內存分配與回收錯誤。否則，極微小的內存泄漏故障經過長時間的積累都將導致災難性的后果。

為開發一種適用于無線信息設備的通用操作系統，諾基亞、愛立信、摩托羅拉和Psion公司在1998年成立了一個聯合企業Symbian,而后又有松下、西門子、三洋等公司加入。EPOC是1999年由Symbian宣布的32位操作系統，并在其后得到不斷完善。現在，許多商用無線信息設備都采用EPOC作為操作系統，如諾基亞的9210以及愛立信的R380、MC218等。

一、EPOC操作系統簡介

EPOC是一套可攜式的實時操作系統，韌體儲存在ROM中。最適用EPOC的中央處理器是ARM3,而在x86, ARM4 和StrongARM運作，只能執行源代碼，部份應用程序無法執行。目前尚無法支持ARM's Thumb 和Motorola M*core等先進的可攜式中央處理器，但Symbian已開始進行這方面的研究開發了。EPOC仿真窗口操作系統的環境，EPOC是一套32位的操作系統，主要包含兩個組件：E32和F32,E32負責執行核心指令和服務器的功能，核心程序API也提供驅動硬件的功能。F32是提供檔案服務、撰寫新程序的API,和測試ROM的指令shell.

EPOC的操作接口和窗口操作系統非常類似，以可視化的操作方式為主，點選某一工作群的icon之后，會跳出該群組的窗口，窗口內有該群組的應用程序的icon可供用戶點選。而為了增加使用者的工作效率，使用者也可以將常用的程序自定義在Extras Bar,當常用的程序層級過多時，Extras Bar可以很快的找到該應用程序。Third Party的程序也可以加入到Extras Bar之中。EPOC也提供了控制面板來調節系統設定，包括時間/日期、密碼、聲音、屏幕、電力、鍵盤、打印機調制解調器、撥接和熱鍵設定等功能。

EPOC操作系統的主要特點：

*高可靠性。具有高效電源管理機，而且即使在電池耗盡的情況下，也能確保不丟失任何用戶數據。由于采用特殊的編程規范，可以有效地管理系統內存資源的分配和回收，不會壬內存的泄漏。因此，以EPOC為操作系統的設備可連續運行多年而不需重新啟動，這也是對無線信息設備的基本要求。

*采用面向對象的設計和編程，程序代碼具有很好的可重用性。EPOC提供各種常用的32位應用程序接口函數，而且具有圖形用戶界面編程框架，可以方便地創建用戶應用程序。系統支持Unicode,容易進行本地化。

*提供多種通信協議。支持標準的國際互聯網通信協議（TCP/IP、PPP、Telnel、HTTP），電子郵件協議（POP3、SMTP、IMAP4）；提供GPRS、WAP等標準協議棧；具有藍牙協議模塊，增強了與其他設備的互連性；可以通過電纜或紅外與PC機相連，進行數據同步和備份。

*參考模型的硬件配置充分考慮了無線信息設備的未來需求。采用ARM系列RISC處理器，具有較強的處理能力。利用ROM進行永久程序存儲，并可通過外加快閃存儲卡來擴展系統存儲量。支持高分辨率彩色顯示、觸摸屏和筆輸入，具有多媒體功能。

二、EPOC系統結構

EPOC操作系統采用模塊化分層結構，其系統由許多模塊組成。不同模塊完成不同的功能，大的模塊又分為幾個組件。這種模塊在保證整體結構緊湊的基礎上，減弱了不同軟件模塊之間的依賴性，使得系統易于擴充。

EPOC系統有4個最主要的組成部分，如圖2所示。

1.內核

內核是操作系統最基本的部分。它是為眾多應用程序提供對計算機硬件的安全訪問的一部分軟件，這種訪問是有限的，并且內核決定一個程序在什么時候對某部分硬件操作多長時間。內核的分類可分為單內核和雙內核以及微內核。嚴格地說，內核并不是計算機系統中必要的組成部分。內核還包括硬件設備驅動，負責最基本的操作系統功能，包括電源管理、內存管理、進程管理和必需的文件管理。內核通過底層函數庫為執行在用戶級的應用程序提供服務。由于采用ARM系列RISC處理器，EPOC利用二級頁表機制進行尋址，為每個應用程序提供虛擬地址空間，以加快上下文切換速度。搶先式多任務機制允許多個自己的線程，同一進程中的多個線程能共享內存資源。系統調試時高優先級進程比優先級進程先得到CPU資源，相同優先級的進程按時間片輪轉法分享CPU資源。

2.應用程序

應用程序可以直接和用戶進行交互。每個應用程序是單獨的進程，擁有自己的虛擬地址空間。

3.管理程序

EPOC系統采用客戶/服務器形式來簡化并獲得高效的進程間通信。管理程序是不直接與用戶交互的程序。它管理一個或多個系統資源，執行服務器的功能，通過API函數為客戶提供服務。其客戶可以是應用程序或其他的管理器。

文件管理器、窗口管理器和通信管理器是EPOC系統中最主要的管理程序。文件管理器負責文件處理，窗口管理器是EPOC高效率事件處理機制的核心，通信管理器提供了對多種通信協議的支持。在EPOC系統中，每個應用程序和管理程序都是獨立的事件處理線程。窗口管理器負責提供用戶、用戶程序和操作系統內核間的事件傳遞。按鍵、筆等輸入事件先傳給窗口管理器，由它將事件發送給應用程序。應用程序完成相應的事件處理后，通知窗口管理器，并由窗口管理器負責處理應用程序的屏幕重畫請求。事件處理過程如圖3所示。通信管理器分為串行通信管理器、管道管理器和電話應用管理器三個部分。串行通信器提供串行通信的支持；管道管理器利用通用的管理機制支持TCP/IP、短信息數據包、紅外數據接口；電話應用管理器提供與GSM電話及調制解調器相關的接口功能。

4.引擎

引擎是應用程序的一部分，負責應用程序數據的后臺處理，而不與用戶直接交互。EPOC操作系統中的程序均可分為應用程序和引擎兩部分。引擎可以是單獨的源文件模塊、獨立的動態鏈接庫（DLL）或多個動態鏈接庫。操作系統提供了一些常用的引擎，用戶可以針對特殊的需要開發專用引擎。

三、EPOC應用程序開發設計

EPOC支持多種編程語言，為開發者提供了充分的選擇空間，其中C++和Java應用得最為廣泛。EPOC開發工具套件中提供了集成有EPOC內核的模擬器，可運行在Win9x和WinNT上，并通過調用Windows系統的設備驅動程序，對EPOC的目標機硬件進行仿真，實現EPOC程序的模擬運行。EPOC應用程序開發的大致過程如圖4所示[2].先利用Visual C++編譯器將EPOC源程序編譯成x86的可執行代碼，采用模擬器在PC機上進行調試；而后經GNUC++把源程序重新編譯成目標機的可執行代碼，并拷貝到EPOC設備上，進行實現測試。模擬器的采用使得在目標機硬件不具備時就可進行高層軟件的開發，因此加快了程序開發的進程，節省了開發時間。應用程序在模擬調試后，一般都能在目標機上正常運行；但是模擬器不能模擬真正目標機的硬件時序，因此，不適合用模擬方法開發需要嚴格時序邏輯的程序，也不支持多個任務的同時調試。

由于EPOC操作系統本身是由C++編寫的，因此，用C++去開發應用可以獲得操作系統最充分的支持，使應用軟件更加靈活。EPOC C++編程分為兩種；E32編程和Uikon編程。前者采用較為傳統的方法進行編程，通過調用系統API函數來完成各種功能，能靈活地實現各種底層操作。因此，系統中的硬件驅動程序以及后臺應用程序一般采用此類編程。Uikon是一套完整的應用程序框架，主要用于開基于圖形用戶界面的應用程序。該框架一般由應用程序（application）、應用程序界面（AppUI）、文檔（document）、視圖（view）四個類構成。EPOC具有完善的類繼承體體系，提供了豐富的類庫，可以方便快捷地創建應用程序。

鑒于無線信息設備的特殊性，EPOC編程具有一些獨到之處，形成了自己的規范。

首先，提供了與內存分配相關的出錯處理機制。如果應用程序有一系列內存申請的連續操作，其中任何一些出現內存分配失敗，都需要在出錯處理程序中釋放所有在這些之前已成功分配的內存，以確保系統內存的正確回收。因此，編程為員在開發出錯處理程序時，要充分考慮應用程序中的內存使用狀況，防止內存泄漏的發生。為了更有效地管理內存的分配和回收，簡化編程工作，EPOC提供了Eleave標識和Cleanup棧。從堆中分配指針的，以Eleave作為指針標識，指針分配成功后將其壓入Cleanup棧。如果此指針指向的對象在程序后續處理中出現申請內存的失敗，系統會自動釋放棧中指針指向的所有內存，并在程序調用PopAndDestroy函數時刪除此指針，保證內存的有效回收。

其次，類的兩步構造。標準的C++構造函數是在類的對象實例創建時自動調用的，因此，不可靠將其中申請的指針入入Cleanup棧中。如果類創建失敗，在構造函數中分配的內存也就無法被操作系統回收。由于無線信息設備是常年連續運行而不重新啟動的，因此內存的泄漏會不斷積累，最終導致嚴重的后果。為解決這一問題，EPOC提出類的創建分兩步進行：第一步是按照C++本身的特性自動運行構造函數，但是在構造函數中，不進行從堆中申請內存的操作；第二步是調用含有內存請求的類創建函數ConstructL,在ConstructL中采用EPOC的內存分配出錯處理機制。這樣的設計可以增強系統的穩定性。

最后，采用資源定義文件。EPOC將系統及應用程序菜單、按鈕、對話框等的定義放在資源定義文件中。這樣做有兩個好處：第一，開發過程中如果只改變菜單等的顯示字符串，而不修改資源文件的結構，系統無需進行重新編譯，若省時間；第二，有利于本地化。EPOC支持Unicode,在進行本地化時無需在源程序中搜索并修改顯示字符串，而只需翻譯資源定義文件即可。這樣不僅簡化了本地化的工作量，而且可以避免修改源程序時可以造成的其他部分代碼的無意破壞。

結束語

以上從系統構成及應用程序設計開發角度介紹了EPOC操作系統，說明它具有高效的內核處理機制、高度的可靠性、靈活的程序開發方法、豐富的通信協議支持，充分滿足了無線信號設備的特定要求。隨著無線通信從第2代向2.5代的過渡，以及第3代移動通信的最終實現，無線信息設備必將擁有廣闊的市場前景。EPOC作為為其量身定制的操作系統也一定會得到廣泛的應用。