资源预览内容
第1页 / 共8页
第2页 / 共8页
第3页 / 共8页
第4页 / 共8页
第5页 / 共8页
第6页 / 共8页
第7页 / 共8页
第8页 / 共8页
亲,该文档总共8页全部预览完了,如果喜欢就下载吧!
资源描述
Smartphone系统整合技术Smartphone结合了手机和PDA的功能,设计它必须在成本和功能上做折衷,因此它的技术门槛很高。审视目前市场上国际大厂的Smartphone平台架构,开放型硬件架构有:TI的OMAP系列、Motorola的 i.MXL系列、Intel的XScale,当然还有一些厂商采用封闭型或称为专属型硬件架构,它们或许是采用上述的开放型硬件架构来设计(只是不愿意公布而已),或是采用ASIC或FPGA来设计。在操作系统软件方面,Microsoft Windows Mobile和Symbian OS是两大主流。此外,嵌入式Linux因为成本低廉,已经是系统制造商为了降低成本,不得不采用的替代方案。先进的硬件规格Smartphone的技术发展仍然在持续进行中,而且它和其它电子产品一样,依照市场需求,也有高档和低档之区分,因此现在就想完全一窥它的全貌是不可能的。不过,我们倒是可以从国外大厂最近推出的新一代手机中,认识到未来Smartphone的硬件标准规格,这包含:1. 结合影像和多媒体:低檔的Smartphone和GSM手机是不支持影像传输的,但是自从3G手机出现以后,影像压缩技术会逐渐普及,所以高档的Smartphone除了具备65,536色的TFT-LCD以外,嵌入式数字相机也是必备的。内建的录像机和影音播放/放映机(player),可以透过网际网络,传收和3GPP兼容的多媒体资料内容。此外,支持GPRS数据(data)通讯也是必备的。 2. 提供短距离无线通讯功能:透过蓝芽、红外线连接外部装置。3. 支持多种储存媒体且储存量大:例如:SD、MMC、Memory Stick、CF等。4. 多频道通讯:支持目前的GSM 900/1800/1900频道,未来会支持3G、4G频道,所以为了能让Smartphone能够流畅地完成跨网域的交递(handoff)功能,射频电路必须具有智能型的频谱不可知论(spectrum agnostic)的功能。意思就是说,不管是2G或3G或4G网络,同一台Smartphone都能够使用这些网络。5. 省电电池:使用锂离子(Li-Ion)电池,持续通话时电力可达24小时,待机时电力可达150240小时,充电时间1.5小时。图一是现有国外大厂的Smartphone解决方案中比较完整的架构,我们可以看到许多外围接口,包含:UART、USB、SPI、PCM、GPIO、PWT(pulse width tone)、PWL(pulse width light)、McBSP(multi-channel buffered serial port)、MCSI(multi-channel serial interface)、等。McBSP以最高6Mbps的速率传输资料。8kHz的语音讯号是由MCSI传输。其DSP核心内包含三个多媒体延伸单元,可以有效改善功率效能。这些单元分别是:移动估算(motion estimation)、离散余弦转换(DCT)、逆向离散余弦转换(IDCT)和1/2像素插值(interpolation),这些单元具有加速的功能,而且可以降低功率的消耗量。不过,为了要满足3G时代的需求,此架构至少还需要内嵌或外部连接W-CDMA(或CDMA2000)调变器(modem)和数字相机模块才行。图一:最新的Smartphone解决方案系统整合技术3G时代的Smartphone必须具备3G手机和PDA的所有功能与实用性,所以颇具挑战性。严格而言,至今还没有一个完全满足未来Smartphone硬件规格的解决方案存在。不过,一些基本的系统整合技术,无论在现阶段或未来先进的Smartphone产品开发上都是必需具备的。下面就列出其中几项技术:处理器(MPU)处理器必须具备下列的一般性功能: 32位大小,这是多媒体数据处理所必需的。 由操作系统(O.S.)决定选择Little-Endian或Big-Endian,或者由处理器决定。当确定之后,程序设计时必须完全遵守此规则,否则系统无法运作。 具有高速缓存(cache),以加快处理速度。 具有内存管理单元(MMU)。 具有一般和特权作业模式。藉由使用权限的不同,以防止使用者不慎破坏操作系统。 具有硬件中断(interrupt)讯号,可以提供给错误处理程序、软件中断例程(ISR)、取消程序使用。 具有重新开机的功能或重置讯号,能从错误状态中恢复正常。当然,若处理器拥有下列功能,将有助于系统的整体效能: 耗电低 高速处理能力 价格低 指令集的长度不长,可加快处理速度。(一)MMU: 能将内存的实体地址映像(map)到虚拟(线性)地址。 在处理程序(processes)之间交递时、使用者程序和操作系统核心程序之间交递时,必须能保护内存。 支持小规模,4Kb大小,分页(pages)模式。 支持大规模(以1Mb为单位)分页模式。 若是使用标准的二阶分页表(two-level page table)架构,内存地址的映像功能必须在第一阶(分页目录)进行,而且它只占据转换旁视缓冲器(translation lookaside buffer;TLB)的一项内容。 在环境切换(context switch)时,能够快速地重新映像(remap)连续且大区域的虚拟内存。 内建有转换旁视缓冲器。 具有存取内存的控制权,依据处理器的不同模式(例如:监督者或使用者)、存取类别(例如:禁止存取、只读或读写)、快取属性(例如:可快取或可暂存)。大多数二阶分页表架构支持这些作业。 建议使用4Gb (32位)的虚拟地址空间,虽然操作系统可以在更小的地址空间下运行。 地址空间识别码(Address Space Identifiers;ASID)可以用来标示TLB中的每一笔项目。要清除某一项目时,必须在环境切换下,一起清除TLB的全部内容。当有支持ASID时,至少必须提供32个独立的识别码,而且不能占用内存太多的空间。 考虑到成本效益,应该尽量利用既有的MMU,而不要自行去设计一个。(二)高速缓存:操作系统和许多种不同的高速缓存架构一起工作,这些包含: 实体或虚拟索引/附签(tag) 统一或分离的指令(哈佛计算机架构)和资料 逐一写入(write through)或逐批写回(write back或copy Back) 同步写入或暂存写入 直接映像(direct mapped)、集结组合(set associative)或 完全组合(fully associative)的读写同时运作模式。高速缓存的工作模式是由编译器(compiler)在编译时就决定的,因此程序设计者必须根据处理器的种类,选择适当的软件开发工具。一些处理器内部高速缓存的组成架构详见表一。处理器寻址方式组织写入模式是否暂存ARM 710T/720T虚拟统一逐一写入是ARM 920T虚拟分离逐一写入或逐批写回是StrongARM 110虚拟分离逐批写回是表一:高速缓存的组成架构操作系统软件控制高速缓存,并确保主存储器里面的资料之完整性。它必须考虑下列作业状况: 环境的切换 不同处理程序之间的信息传收或复制 内存直接存取(DMA) 修复版程序代码(patching code)的下载更新 存取硬件 省电机能对大多数嵌入式操作系统而言,它们大都不会用到直接映像(direct mapped)、集结组合(set associative)或完全组合的读写同时运作模式。(三)时脉速率(clock speed):虽然目前大多数的嵌入式操作系统,都能支持处理速度不快的微处理器,例如:18MHz的Psion Series5 ARM 710,但是随着Smartphone功能的增加,彩色、上网、多媒体都需要高速的微处理器支持,因此它至少要满足下列条件: Smartphone的一般处理速度必须在50MHz以上。 多媒体的通讯速度必须在100MHz以上。此外,内存的处理速度和总线的频宽也会影响Smartphone的整体性能。可编程的时脉速率控制系统,例如:锁相回路(phase lock loop;PLL)和电压控制电路(voltage control circuitry),可以降低ASIC的耗电量。在一个CMOS的电路之中,功率(P)、频率(f)、电压(V)之间的关系式是:P = kfV2,k是常数,这表示只要频率或电压下降,功率消耗量就会减少。利用软件动态地控制时脉速率,一般是8位的微控制器所采用的。32位的微处理器大都是采用硬件方式来控制时脉速率,例如:当某一特定的硬件中断(如接收到Bluetooth讯号)产生时,时脉速率就会增加。电话到PDA之间的接口因为Smartphone必须兼具手机和PDA的功能,所以一个完整的双核心(dual-core)解决方案是必需的。它要能够满足下列的基本需求: 具有手机通讯功能的软件堆栈,能够在实时的操作系统环境下正常工作。 在忙碌的处理器运作下,PDA应用软件能够同步地对使用者的不同操作要求,做出立即且正确的反应。(一) 串行端口(serial port)通讯:透过串行端口,信息从手机模块传送到PDA模块是最常见的一种应用。这需要: 标准的UART接口。 序列驱动程序要能够重复使用。 在手机模块中的调制解调器功能要能够重复使用。此外,必须考虑到下列的问题: 要和既存的电话通讯软件兼容,它们只能在缓慢的速度下工作,譬如:9600bps。 要和上层的通讯协议兼容,这些协议可能是异步的,它们为了要完全控制全部的传输过程,常会要求将软件分别安装在PDA和手机上,这可能会牵涉到这些软件能否被使用或重复使用,以及AT延伸命令的不同版本之间的兼容问题。当我们要唤醒PDA时,可能就会因为软件之间的不兼容而终告失败。 电源管理问题。当唯一的通讯途径只有串行端口时,此问题将会更加棘手。 当不使用时,某些UART会自行关机,这将导致接收到的第一个字符会遗失。所以上层的通讯协议,必须注意此种情况。为了解决上述的部份问题,额外的硬件中断线路必须连接到手机与PDA的双核心之中。(二) 共享式内存:在Smartphone里面,透过一小区域的内存空间,手机模块也可以和PDA模块通讯。这内存空间也能达到高性能的传输目的。共享式内存使软件的远程程序传呼(remote procedure call;RPC)机制成为可能,透过一些硬件中断线路的连接,完整的异步通讯协议可以被使用。共享式内存所提供的通讯频宽比串行端口通讯多。不过,仍然需要考虑下列的问题: 共享式内存的硬件比串行端口的复杂。 针对资料锁定和内存同步,必须仔细设计。 既存的电话通讯软件可能需要重新设计,以加入远程程序传呼的机制。 远程程序传呼软件模块的PDA端程序必须重新设计。此外,在设计Smartphone的对外通讯功能时,还需要注意下列的问题: 电源管理,到底是谁控制谁?例如:PDA是主控者、手机是从属者,或者相反。这还包括:开关切换的顺序、外围的共享、紧急关机和电池管理。
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号