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1、嵌入式系统在智能手机领域的技术现状及发展趋势嵌入式系统在智能手机领域的技术现状及发展趋势 嵌入式系统在智能手机领域的技术现状及发展趋势 1、智能手机应用概述 清晨，我们被手机上的闹钟叫醒，上班公交或者地铁上，我们用手机看起了新闻、小说，织起了微博在周末的时候，我们更多是丢掉了需要了坐在桌子旁使用的电脑，拿起了我们的手机和PAD，躺在床上或者沙发上，上网、看视频、玩游戏、从这两年开始人们忽然发现互联网移动终端已经开始充满在我们或零碎或整块的时间里，无处不在。与此同时改变是，在手机和平板上以前那种功能为卖点的递增发展的方式，已经转变为以类似于PC的硬件配置成为一个产品高不高端的标准，核心CPU和G
2、PU配置已经成为评价移动互联网终端性能的重要物理参数。 随着手持通信设备市场的快速发展，手机的功能逐渐增多。现在手机已经不只是用于语音通信的手持设备，而成为集成了短信、彩信、上网以及移动办公等附加功能的嵌入式通信平台。集成了这些功能的手机被称为智能手机。近年，嵌入式处理器的运行速度和功能都有了很大的提高，使得许多以前只能在PC上实现的应用，现在都可以在手持设备上实现。 所谓的智能手机是指像个人电脑一样，具有独立的操作系统，可以由用户自行安装软件、游戏等第三方服务商提供的程序，通过此类程序来不断对手机的功能进行扩充，并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接入的这样一类手机的总称。实现智能手机的智能
3、化是因为在手机内安装了相应开放式操作系统，而无论是何种智能化手机，嵌入式系统的身影都无处不在。嵌入式系统是指硬件以一个高性能的处理器为基础，软件以一个多任务操作系统为基础的综合平台。 作为三网融合到一个终端典范的智能手机，除了实现通讯功能外，还可以实现很多计算机和消费电子产品的功能，而且体积小，具有便携性和多功能性的双重优势，通过安装应用软件后，能随时随地的满足不同消费者的差异化需求，因而具有其他产品不可替代的独特优势。 IC技术的进步为智能手机的技术进步、功能实现和性能提升提供了强有利的支撑。3G启动后，带宽的显著提升，为智能手机的许多新功能流畅实现、性能提升提供了强有力的保证。如拥有DMB
4、功能的智能手机在2G和2.5G上很难实施，即使实施，效果也会差很多，画面清晰度、播放流畅性都令人质疑，而这一切在3 G网上都不是问题。 2、嵌入式系统技术 嵌入式技术是是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。 嵌入式技术和通用计算机技术有所不同，我们知道通用计算机多用来和人进行交互并根据人发出的指令进行工作；而嵌入式系统大多数情况下可能根据自己感知到的事件自主
5、地进行处理，所以它对时间性，可靠性要求更高。一般来说，嵌入式系统应该具有以下一些特征：专用性、可封装性、实时性、可靠性。专用性是指嵌入式系统用于特定设备完成特定任务，而不像通用计算机系统可以完成各种不同任务。可封装性指嵌入式系统一般隐藏于目标系统内部而不被操作者察觉。实时性指与外部实际事件的发生频率相比，嵌入式系统能够在可预知的时间内对事件或用户的干预做出响应。可靠性是指嵌入式系统隐藏在系统或设备中，一旦开始工作，可能长时间没有操作人员的监测和维护，因此要求它能够可靠运行。 像通用计算机系统一样，嵌入式系统也包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器微处理器、存储器及外设器件和输入输出端口、图形控制
6、器等。软件部分包括操作系统软件和专门解决某类问题的应用软件，有时设计人员把这两种软件组合在一起，应用程序控制着系统的运作和行为，而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。 3、嵌入式系统在智能手机的现状 目前基于嵌入式系统的手机技术研究领域主要包含三方面：手机硬件平台研究；手机操作系统移植；手机应用平台软件体系结构。 手机硬件平台 手机硬件平台即硬件整体解决方案是指厂家提供的CPU、DSP、ADC、DAC及RF等关键芯片组和设计方案。智能手机的其它外围设备还有LCD、Touchpanel、Audio CODEC、USB和串口等。手机设计过程中硬件平台的核心微处理器，目前存在单核和双核两种方
7、案。 早期手机内部多采用单核结构，即CPU+DSP方案。此时CPU主要负责通信协议(例如GSM、CDMA等)的合成和解析，完成与基站间的可靠通信，同时实现用户界面(15I或MMI)。DSP承担和数值计算相关的任务，如语音编解码、安全层的各种算法等。在双核智能手机中，一个CPU(基频处理器)负责处理通信协议，另一个CPU(应用处理器)负责UI、java虚拟机、嵌入式浏览器等应用功能。两个CPU可以做在一个芯片内，也可以分开。目前国内在基频处理器领域还没有完整的自主知识产权，手机生产厂家多采用双CPU方案，即采用国外厂家生产的基频处理器及配套平台，自助研发应用处理器工作平台和应用软件。 嵌入式手机
8、操作系统 在手机软件整体解决方案中，操作系统负责提供多任务调度、动态内存分配、数据通信机制的管理等。市场上主流智能手机所采用的操作系统主要有Windows Mobile、Symbian、Palm、Linux等。 Linux手机操作系统是由计算机Linux操作系统变化而来，支持32位和64位处理器。Linux最初是由Linux Torvalds编写及发布的，源代码公开、可免费使用的操作系统。后来，又通过Intemet上成百上千的程序员加入，使Linux成为一个几乎支持所有主流32位CPU的操作系统。其特点有：内核高效稳定、公开源代码、可移植性、可裁减、支持多任务等，有强大的网络功能。在相关软件的
9、支持下，可实现WWW、FTP、DNS、DHCP、E-mail等服务。 手机应用平台软件体系结构 手机软件平台即建立在手机硬件和操作系统之上的应用软件平台。前常用平台有：Series平台，Qtopia平台和Opna平台。 Qtopia平台：Qtopia是一种可定制的开发环境和用户界面。Qtopia基于跨平台C+开发工具QtEmbedded之上，它健全且稳定，并可以配置为多种内存模板。基于Qt经验，Qtopia向客户提供全部源代码，让客户可以创建与现有程序紧密结合的定制程序、定制用户界面和程序发布工具，并能在客户需要使用的处理器上编译，并且为手机开发商提供一定程度的独立性以及创新和控制手段。厂商可
10、以使用Qtopia实现对品牌标识和用户界面设计的全面控制，而且可以在许多设备上运行相同的源代码，如手机、PDA和其它消费设备。 智能手机 嵌入式技术的主要特点是硬件、软件课裁减性，使产品达到最大的性价比。目前依赖于嵌入式技术，智能手机建立在嵌入式操作系统基础上，可看作是传统手机、多媒体电脑与互联网终端的集成体。 现阶段智能手机的软件设计已采用Java的J2ME(Java2 Micro Edition)。Java手机软件平台采用的基本Java平台是CLDC(ConnectedLimitedDevice Configuration)和MIDP(Mobile Informa-tion Device
11、Profile)，是J2ME(Java 2 MicroEdition)的一部分，是Sun公司专门用于嵌入式设备的Java软件，在中国一般称为”无线Java”技术。基于上述平台，智能手机可在GSM网络下实现各种无线业务，主要包括电话、短信、GPRS无线上网等。配以微处理器通过编程可实现当前手机的各种基本业务，同时智能手机具备了实现诸如图形用户接口、电话功能、数据通讯、蓝牙、信息交换、桌面系统、Internet应用、Java、安全认证、设备接口、输入法、多媒体、数据库和GPS导航等多种功能的条件。 4、嵌入式系统在智能手机的应用实例 随着嵌入式技术的发展，国际市场上手机定制模式已成为手机发展的方向
12、。依托于智能手机，手机的增值业务得到了迅速发展。如：移动通信领域的移动视频业务；全球移动电子邮件和个人信息管理服务领域的无线电邮服务等。 智能手机设计方案 WindowsMobile，Symbian等属于商用操作系统，未开放源码。为使智能手机能够为第三方应用软件提供一个更为开放的嵌入式平台，本文采用以下方案实现智能手机系统： 硬件平台：双CPU方案(s3C2410，WM02一(3900) 手机操作系统：ARM-Linux内核 软件平台：选用Qtopia 编写应用程序：拟实现语音通话，收发短信等功能 智能手机系统硬件设计方案 智能手机系统硬件设计如图1所示。 嵌入式平台核心处理器采用三星公司的$
13、3C2410高性能32位微处理器。无线收发平台采用Wavecom公司的WM02-G900。 应用微处理器：采用三星公司ARM处理器$3C2410X。$3C2410X使用ARM920T核，内部带有高性能MMU(内存处理单元)，速度最高可达200MHz，适用于家用PC，手持移动设备等产品，具有高性能、低功耗、集成有LCD控制器，一个SD主机端控制器，并提供SRAM、USB等多种功能接口资源。 图1 智能手机系统的硬件组成框图 基频处理器平台：采用WAVECOM公司的WM02 Modem Series GSM 9001800专用无线收发模块。该模块执行ETSIGSM Phase 2+标准。具有数据、
14、传真、短消息和语音传输等功能。支持AT指令集，通过RS232与ARM处理器通信，可实现智能手机的GSM通语、GPRS上网及其它PDA应用等功能。 无线模块与ARM处理器之间采用标准串行接121连接。基于这种双核结构的手机平台，除去监控程序所占系统资源之外可全部向用户开放。为用户搭建了一个个性平台，极大丰富了用户可用资源。 智能手机系统软件设计方案 手机软件可分为启动模块、操作系统、协议栈、数据业务、本地存储、驱动程序、用户界面和其它应用。软件系统部分设计为三层结构，如图2所示。 图2 智能手机系统软件结构层次图 完成对ARM-Linux操作系统的定制、裁剪、编译和移植。包括编写符合本系统硬件设
15、计的引导程序(Bootloader)、硬件设备驱动程序，如键盘、LCD、flash、RTC、串口、USB、SIM卡或UIM卡、射频模块等。 建立Linux开发环境： 在Windows+VMWare虚拟机环境下进行Linux开发。 VMWare是运行于Windows中的一个应用程序，是一个虚拟机，可以在其上安装多个操作系统，相当于在Windows上安装一个虚拟的操作系统。在VMWare中安装Linux虚拟机，在该虚拟机中进行编辑、编译Linux，然后通过网络(ftp、nfs、ssh)等手段传送到Windows中，进行调试。这样在一台电脑中完成编译和调试。缺点是系统要求较高，运行速度慢。 依托上述
16、的智能手机硬件和软件平台结构，完成了智能手机硬件平台的样机设计。在此基础上，移植成功了Linux操作系统，实现用户功能有：语音通话，短信收发，记事本，下载程序的运行。 5、嵌入式系统在智能手机领域的发展趋势 在现在日益信息化的社会中，计算机和网络已经全面渗透到日常生活的每一个角落。对于我们每个人，需要的已经不再仅仅是那种放在桌上处理文档，进行工作管理和生产控制的计算机机器；各种各样的新型嵌入式系统设备在应用数量上已经远远超过通用计算机，任何一个普通人可能拥有从大到小的各种使用嵌入式技术的电子产品，小到mp3，PDA等微型数字化产品，大到网络家电，智能家电，车载电子设备。而在工业和服务领域中，使
17、用嵌入式技术的数字机床，智能工具，工业机器人，服务机器人也将逐渐改变传统的工业和服务方式。目前嵌入式系统技术已经成为了最热门的技术之一，吸引了大批的优秀人才投入其中。嵌入式系统在智能手机领域的发展趋势也有自己独特的特点，具体表现为一下几个方面： 平台化、集成化趋势：有助于缩短产品开发周期，提高产品开发效率，加快上式进程。 标准化趋势：行业性开放系统日趋流行，统一的行业标准是增强行业性产品的竞争力的有力手段。 构件化、可重用趋势：软件在嵌入式系统中的比重越来越高，越来越复杂，软件占整个系统的成本也越来越高，对系统的影响也越来越大；提高软件质量，降低产品开发风险；提高开发效率，缩短开发周期。 设备软件优化：在整个产品开发生命周期中实现工具和流程的标准化；采用集成化的开发和运行环境，包括商业化的硬件、驱动程序、操作系统、中间件和开发框架；吸收和利用由开放源代码社区产生的代码、工具和协议；减少对私有技术的依赖，尽量采用符合业界标准的参考解决方案。
