IM軟件在智能電話終端上的設(shè)計與實現(xiàn)
IM（Instant Messaging）軟件即即時消息傳遞軟件，它是目前網(wǎng)絡(luò)上比較流行的殺手級應(yīng)用程序（Killer Application），如騰訊的QQ、Microsoft的MSN、AOL的AIM和ICQ等。無論在什么地方，使用何種設(shè)備（如PC、手機、PDA和Web TV等），只要接入Internet，就能夠同其他用戶進行實時的消息和文件傳遞，甚至進行語音和視頻交流。通過撥號接入Internet，就能在智能電話終端的原型機上實現(xiàn)基本的網(wǎng)絡(luò)功能，如瀏覽器、電子郵件等。如果能在智能電話終端上實現(xiàn)IM的客戶端軟件，用戶通過電話就可以進行實時交談，進而進一步完善了其網(wǎng)絡(luò)功能，從而增強了該產(chǎn)品在市場上的競爭力。
1 IM軟件的設(shè)計方案
1.1 硬件平臺
智能電話終端的原型機運行在基于ARM920T內(nèi)核處理器S3C2410的嵌入式開發(fā)板上，該開發(fā)板由于性能優(yōu)異、性價比高，因此適合于開發(fā)各類高端的手持、小型終端以及各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用產(chǎn)品。它的標(biāo)準(zhǔn)工作頻率為203MHz，核心板上的FlashROM和SDRAM均為64MB，并支持1024*768的液晶顯示器，附帶USB鍵盤和鼠標(biāo)，可運行嵌入式Linux操作系統(tǒng)。為了降低整個系統(tǒng)的成本，設(shè)計過程中將該開發(fā)板改造成具有32MB的FlashROM和32MB的SDRAM的產(chǎn)品，并為其配置了支持16階灰度的320*240液晶顯示器。
1.2 IM軟件的功能設(shè)計
近年來較為流行的即時消息傳遞軟件很多，它們所提供的功能大同小異。這些客戶端軟件的根本區(qū)別在于客戶機和服務(wù)器之間的通信過程分別基于不同的即時消息傳遞協(xié)議。通常，每一種即時消息傳遞軟件都具有賬號管理、聯(lián)系人管理、即時消息收發(fā)等基本功能，在此基礎(chǔ)上又有各自不同的特色功能，如語音聊天、視頻聊天和表情管理等。
在眾多的即時消息傳遞軟件中，MSN是最受歡迎的軟件之一，其通用性和齊全的功能特性得到了用戶的廣泛肯定。在許多平臺上都有由第三方開發(fā)的MSN客戶端軟件，人們對其協(xié)議內(nèi)容早已作了深入的研究和詳細的分析，這對開發(fā)人員具有極大的參考價值，能夠使開發(fā)周期大大縮短。本文介紹實現(xiàn)MSN客戶端的一些基本功能的方法，包括用戶登錄、聯(lián)系人管理和即時消息收發(fā)和顯示等。
1.3 MSN協(xié)議及其模型
MSN協(xié)議是采用C/S模型的應(yīng)用層協(xié)議，其命令采用字符形式?？蛻舳藨?yīng)用程序必須以協(xié)議規(guī)定的順序在規(guī)定的時間內(nèi)向服務(wù)器發(fā)送請求，接收應(yīng)答信息，通過這種機制實現(xiàn)服務(wù)器與客戶端的通信。由于客戶端軟件并非始終與單一服務(wù)器進行交互，MSN協(xié)議要求其客戶端在不同的階段與不同的服務(wù)器建立連接，傳輸相應(yīng)的賬號或數(shù)據(jù)信息，因此首先必須了解MSN服務(wù)器的類型和作用。
MSN服務(wù)器分為通知服務(wù)器（Notification Server，NS）和接線服務(wù)器（SwitchBoard Server，SBS）兩種。前者負責(zé)用戶的登錄及身份驗證工作，包括聯(lián)系人列表的增加、刪除、修改和狀態(tài)等信息都通過NS傳輸；后者則用于提供即時通信服務(wù)，即用戶聊天消息的收發(fā)和文件的傳輸?shù)榷际怯蒘BS實現(xiàn)的。MSN的通信模型如圖1所示，客戶端在登錄時首先與NS建立連接，將用戶賬號和密碼信息加密后發(fā)送給NS，再由NS進行身份驗證。若驗證通過，則NS把用戶登錄到SBS的Cookie令牌以及該用戶的聯(lián)系人列表和相應(yīng)的狀態(tài)信息發(fā)送到客戶端，由客戶端軟件進行顯示。當(dāng)用戶開始同聯(lián)系人進行聊天會話時，客戶端同SBS建立連接，將從NS得到的Cookie令牌交給SBS，SBS驗證Cookie令牌的有效性，驗證通過后，客戶端就可以發(fā)送和接收即時消息及文件。最后在用戶退出會話后，關(guān)閉同SBS的連接，此時只存在與NS的連接。圖中的虛線表示NS和SBS的通信過程。由于對客戶端來說這個過程是透明的，因此可以認為它是一個黑盒子而不必關(guān)注。
1.4 IM軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)主要由顯示界面、登錄模塊、聯(lián)系人管理和即時消息收發(fā)四個部分組成。
(1)顯示界面
界面設(shè)計可以分為登錄界面及主界面兩個部分。登錄界面提供用戶賬號和密碼的輸入。主界面由一個菜單欄和三個窗口構(gòu)成。在用戶狀態(tài)菜單中，用戶可以選擇聯(lián)機、離開、忙碌等六種狀態(tài)；聯(lián)系人菜單實現(xiàn)了對聯(lián)系人的增加、刪除、修改等工作。三個窗口分別為聯(lián)系人列表窗口、消息發(fā)送窗口和會話窗口。聯(lián)系人列表窗口列出所有聯(lián)系人的昵稱及其狀態(tài)信息；消息發(fā)送窗口用于輸入需要發(fā)送的內(nèi)容；會話窗口中按順序依次顯示用戶所發(fā)送的消息和對方的應(yīng)答消息。
(2)登錄模塊
與NS服務(wù)器建立連接，傳輸加密的用戶賬號和密碼信息，接收NS返回的應(yīng)答信息，并從應(yīng)答信息中抽取出SBS服務(wù)器的地址和用于登錄到該服務(wù)器上的Cookie令牌。
(3)聯(lián)系人管理
提供對聯(lián)系人的增加、刪除和修改等功能。在MSN中為了便于管理，聯(lián)系人可以分成不同的隊列，如好友、家庭成員和商務(wù)伙伴等。在新增加聯(lián)系人時，應(yīng)提示用戶選擇要加入的隊列，而對于曾經(jīng)添加過后又刪除的聯(lián)系人則直接將其恢復(fù)到原先所在的隊列。聯(lián)系人的刪除又分為阻止聯(lián)系人和徹底刪除兩種情況。阻止聯(lián)系人就是將其放入阻止隊列，使該聯(lián)系人無法看到用戶的狀態(tài)并且不能給用戶發(fā)送即時消息；而徹底刪除聯(lián)系人，則會刪除與該聯(lián)系人有關(guān)的所有信息。
(4)即時消息的收發(fā)模塊
負責(zé)發(fā)送和接收即時消息的工作。當(dāng)用戶想同一個聯(lián)系人發(fā)起會話時，首先同SBS服務(wù)器創(chuàng)建連接，將Cookie令牌交給它進行驗證。驗證通過后就可以調(diào)用Socket接口向SBS服務(wù)器發(fā)送信息，而從服務(wù)器收到的消息則在會話窗口中顯示。
2 IM軟件的實現(xiàn)步驟及關(guān)鍵技術(shù)
2.1 開發(fā)平臺的選擇
Linux操作系統(tǒng)因其開放源碼、容易定制和擴展、多硬件平臺支持和內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)功能等優(yōu)良特性，早已成為嵌入式應(yīng)用開發(fā)的首選平臺，因此本文使用定制的嵌入式Linux系統(tǒng)[1]。
另外本文選擇了Qt-Embeded開發(fā)工具，它是由著名的Qt庫開發(fā)商Trolltech針對嵌入式Linux系統(tǒng)推出的構(gòu)建GUI和應(yīng)用的C++開發(fā)包。Qt-Embeded的移植性較好，支持ARM、PowerPC、MIPS和Dragonball等多種CPU體系結(jié)構(gòu)。同時又有QMake、QVFB、Qt Designer等眾多強大開發(fā)支撐工具的支持,大大提高了Qt-Embeded系統(tǒng)的開發(fā)效率。Qt設(shè)計器（Qt Designer）是用來設(shè)計和實現(xiàn)用戶界面并能夠在多平臺下運行的一種開發(fā)支撐工具，用以簡化用戶界面的設(shè)計。QVFB即虛擬幀緩沖技術(shù)，是用于在PC機上運行和測試嵌入式應(yīng)用程序的工具。
[!--empirenews.page--]2.2 IM開放源碼的選擇
從底層開始實現(xiàn)一個完整的MSN客戶端軟件需要一定的時間。為了縮短開發(fā)周期、節(jié)省開發(fā)成本，本文采用開源項目的方式，即在第三方MSN客戶端軟件的基礎(chǔ)上進行修改，使之滿足要求。這樣做的另外原因是可以從這些開放源碼的軟件中進一步剖析出MSN的協(xié)議格式，即使MSN協(xié)議有了新的版本，只要這個軟件仍然可用，它所使用的新的協(xié)議格式級仍對開發(fā)調(diào)整有重要的參考價值，可以據(jù)此重新調(diào)整軟件而無須去通過逆向工程的方法對MSN協(xié)議進行分析。
支持MSN協(xié)議的IM客戶端軟件很多，必須選擇適合于剪裁并且是基于Linux的開放源碼系統(tǒng)，Gaim和Kmess都是不錯的選擇。其中Gaim是為Linux操作系統(tǒng)而設(shè)計的一種即時消息傳遞軟件，它可以同時支持MSN、ICQ、AIM和Yohoo等多種客戶端通信，但是它的軟件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。Kmess也是基于Linux的開放源碼系統(tǒng)，它只能支持MSN客戶端，從開發(fā)者的角度而言，Kmess因其結(jié)構(gòu)相對簡單則更易于分析和改進。所以這里選擇了Kmess作為MSN客戶端軟件的開發(fā)藍本。
2.3 IM開放源碼的修改
盡管Kmess是基于Linux平臺的支持MSN客戶端的即時消息傳遞軟件，但并不是直接搬過來就能用，必須進行大量的修改工作。首先Kmess是基于KDE環(huán)境而開發(fā)的應(yīng)用程序，在源代碼中大量使用KDE庫函數(shù)，而KDE庫本身就有數(shù)百兆，受到原型機存儲容量的限制，不可能在原型機上實現(xiàn)KDE環(huán)境；其次Kmess是一個功能完善的MSN客戶端，其中包括許多增強功能如文件傳送、多方聊天、語音聊天和視頻聊天等，由于在目前的智能電話終端上暫不考慮實現(xiàn)這些功能，因此對源碼的修改和剪裁是必不可少的。
針對上面的二個問題，對Kmess軟件進行了較大的調(diào)整，主要保留了與MSN協(xié)議處理的相關(guān)的內(nèi)容。具體調(diào)整如下：
(1)重新設(shè)計界面部分
由于Kmess中的用戶界面是基于KDE環(huán)境，而原型機上采用的是Qt-Embeded，因此界面部分基本不能用，本文用Qt designer重新設(shè)計了登錄窗口、主菜單、聯(lián)系人窗口、會話窗口等，在這些界面中再調(diào)用Kmess的函數(shù)。
(2)KDE庫函數(shù)的替換
將源代碼中的基于KDE的庫函數(shù)用Qt-Embeded提供的類函數(shù)來實現(xiàn)。由于Qt-Embeded對一些基本功能的實現(xiàn)都有很好的支持，所以找到它們的對應(yīng)實現(xiàn)方法并不困難，惟一的例外是SSL的實現(xiàn)。
(3)剪裁部分源代碼
分析Kmess的源碼結(jié)構(gòu)，刪除不需要實現(xiàn)的功能部分，構(gòu)建自己需要的體系結(jié)構(gòu)。由于Kmess的模塊之間有著緊密聯(lián)系，因此并不是簡單剔除實現(xiàn)這些增強功能的類函數(shù)就可以完成的。首先必須理清Kmess的層次結(jié)構(gòu)及模塊與模塊之間的相互關(guān)系，只有在對整體結(jié)構(gòu)有了清晰的了解之后才能夠著手剪裁工作。
2.4 IM網(wǎng)絡(luò)安全的實現(xiàn)
在登錄過程中，用戶要向NS服務(wù)器發(fā)送賬號和密碼來通過驗證，只有合法的注冊用戶才能使用即時消息收發(fā)功能，因此對用戶賬號和密碼必須進行加密。MSN客戶端采用SSL(Secure Socket Layer)技術(shù)來保證賬號信息的安全性。SSL即安全套接層，是介于應(yīng)用層和TCP層之間的一個薄層。使用SSL協(xié)議的雙方可以在一個不安全的公共信道上協(xié)商加密算法和加密密鑰，并使用協(xié)商好的算法和密鑰將應(yīng)用層的數(shù)據(jù)加密成密文，然后在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。這樣即使第三方截獲了該密文，由于沒有解密算法和密鑰，也無法解密出明文數(shù)據(jù)，從而確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全性。
2.5 應(yīng)用程序的移植
由于在原型機上開發(fā)和調(diào)試應(yīng)用程序有相當(dāng)大的困難，因此需要在PC上先進行仿真開發(fā)，然后再下載到原型機上。
(1)PC機與原型機的通信
PC機通過串口與原型機交換數(shù)據(jù)。在Linux中，串口的設(shè)備文件一般為/dev/ttyS0和/dev/ttyS1，分別表示串口1和串口2。首先用open命令打開串口，然后根據(jù)具體的應(yīng)用來配置串口，設(shè)置波特率、校驗方法、數(shù)據(jù)位、停止位和流控制等參數(shù)。設(shè)置完成后，就可以通過MINICOM串口通信程序，完成PC與原型機之間應(yīng)用程序的下載和調(diào)試結(jié)果的上傳等操作。
(2)應(yīng)用程序的交叉編譯
整個開發(fā)過程分為二個階段：第一階段，開發(fā)者在PC環(huán)境下使用Qt-Embeded進行應(yīng)用程序開發(fā)，通過gcc編譯器生成在PC上可以執(zhí)行的目標(biāo)代碼，然后使用QVFB模擬原型機的運行效果，經(jīng)過不斷的調(diào)整直到滿足用戶的要求；第二階段,根據(jù)CPU體系結(jié)構(gòu)的不同,對PC上實現(xiàn)的應(yīng)用程序作相應(yīng)的調(diào)整后,再使用arm-Linux-gcc將程序重新交叉編譯為在原型機上可執(zhí)行的代碼，最后將該代碼下載到原型機的Flash中，從而完成原型機上的即時消息軟件的開發(fā)。由于在PC機上已經(jīng)用QVFB模擬過軟件的運行情況，因此下載到原型機上后能基本上確保軟件的正確性，從而大大提高了開發(fā)效率。
(3)OpenSSL庫的交叉編譯
OpenSSL庫是作為目標(biāo)代碼被調(diào)用的，因此還需要進行OpenSSL庫的移植工作。首先需在PC上對OpenSSL庫進行交叉編譯，生成目標(biāo)平臺上使用的二進制文件，然后將其載入目標(biāo)平臺。為了使OpenSSL庫能夠在ARM嵌入式平臺上運行，首先要為OpenSSL的Makefile文件加入一個名為“opensslForARM.Makefile.patch”的補丁,再用arm-Linux-gcc編譯生成可執(zhí)行代碼。
(4)OpenSSL庫的注冊
交叉編譯OpenSSL成功后，使用MINICOM將其下載到原型機上，但此時仍然無法正常使用OpenSSL庫函數(shù)。這是因為在Linux中只有經(jīng)過注冊的庫，才能成為共享動態(tài)鏈接庫。Linux下的共享庫采用了類似于高速緩存的機制，將共享庫所在的目錄信息首先保存在/etc/ld.so.cache中。應(yīng)用程序需要連接時先在這個文件里查找，若找不到再去ld.so.conf的路徑里查找。動態(tài)鏈接庫的管理命令ldconfig會在默認目錄(/lib和/usr/lib)和動態(tài)庫配置文件/etc/ld.so.conf內(nèi)所列的目錄下，搜索出可共享的動態(tài)鏈接庫，進而創(chuàng)建出動態(tài)裝入程序(ld.so)所需的連接和緩存文件，并將已排序的動態(tài)鏈接庫名稱列表存放在默認文件/etc/ld.so.cache中。用戶首先將ldconfig下載到原型機上，然后在ld.so.conf文件中指定OpenSSL的路徑，運行l(wèi)dconfig命令即可自動完成整個注冊過程。
3 結(jié)束語
在智能電話終端上構(gòu)造MSN客戶端軟件，首先要考慮目標(biāo)平臺的特點及資源的有限性，選擇實現(xiàn)其中最基本和最常用的功能；然后借助于已有的開放源碼成果，選擇一個合適的開源項目，并對其界面部分和相關(guān)庫函數(shù)進行調(diào)整和調(diào)試，使之滿足目標(biāo)平臺的運行要求；最后通過交叉編譯的方法生成目標(biāo)平臺上的可執(zhí)行代碼并下載到智能電話終端上。充分利用現(xiàn)有的開源成果不僅可以大大簡化對MSN專用協(xié)議的分析和實現(xiàn)過程，而且也進一步降低了軟件的開發(fā)成本，縮短了軟件的開發(fā)周期，使智能電話終端具有更好的性價比。
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