手機作業系統平台智慧型手機軟硬體討論..

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發表時間:2004-06-29 18:05:00
智慧型手機硬體平台及作業系統技術現況透視
上網時間:2004年06月13日
TI、英特爾和Agere系統等半導體供應商都針對智慧手機推出各種應用處理器和完整的硬體方案,這些方案在功能整合、性能和功耗方面各具特色;在作業系統上,Symbian、微軟、PalmSource和Linux陣營分別擁有不同的支援者和技術優勢。本期專欄針對硬體平台、作業系統和低功耗設計分析目前的技術現狀,並介紹高級消息介面技術的應用。

半導體技術的發展已經使智慧手機的概念不再僅僅是手機+PDA那樣簡單,目前的智慧手機方案已經能實現很多通常在桌面電腦中才涉及的性能和功能,包括高傳真立體聲效、3D圖形效果、DVD效果的視訊播放以及具有豐富體驗的多媒體遊戲等。智慧手機的強大功能促進了其市場表現,據CCID統計數據顯示,2003年中國大陸智慧手機市場實現銷售量132.6萬部,比2002年成長224.2%。由於以下因素智慧手機市場將繼續保持高速發展:PDA市場繼續萎縮,有相當一部份需求將轉移到智慧手機上;中國大陸廠商在2.5G和3G網路建設的進程加速,行動網路的頻寬和傳輸速度會不斷提高;針對智慧手機的內容、服務和數據業務不斷豐富;方案供應商將推出更高整合度、多功能、低功耗的技術方案;激烈的市場競爭和整個市場的擴大將使智慧手機有更多的降價空間。據預計,2008年中國大陸智慧手機市場將達到近400億元的規模。

對開發工程師而言,智慧手機相對傳統手機的最大差異是前者在傳統的基頻處理器之外還增加了一塊應用處理器,並採用了可以執行應用軟體的嵌入式作業系統。而豐富功能的實現離不開先進的應用處理器,目前的主流應用處理器時脈超過200MHz,通常都整合了ARM核心、視訊加速器、各種介面控制器、記憶體以及顯示驅動等電路。然而多功能整合與電池容量的不足使得方案供應商面臨低功耗設計挑戰,在電池容量有限的條件下採用新的節能技術是唯一的出路。此外,作業系統是智慧手機執行不可或缺的軟體環境,目前主流的作業系統包括Linux、Symbian、Windows Mobile和Palm,在開發環境、開放性和軟體整合上這些作業系統各具優勢。





作者:蒲文清
Email: lpu@eetchina.com


dalelai 於 2016-05-28 15:33:51 修改文章內容


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發表時間:2024-09-20 00:30:05
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發表時間:2004-06-29 18:06:00
硬體平台各領風騷

目前的主流智慧手機定位在‘手機+個人娛樂中心+個人資訊中心’,實現這些豐富功能的核心元件是具有強大處理能力和高度整合的應用處理器。目前的主流應用處理器大多數採用了ARM系列處理器核心,但都根據自有技術進行了最佳化和整合,並推出獨特的處理器架構,如英特爾的XScale和TI的OMAP2,開發商基於相同處理器架構能很容易地實現產品換代開發,能很方便地應用原有的開發成果。方案供應商在推出應用處理器的同時還提供完整的參考設計和設計平台,如TI的TCS2620和Freescale(其前身是摩托羅拉半導體公司)的Innovative Convergence系列平台。此外,為加速開發商產品開發並提高其方案的競爭力,每個方案都有大量的第三方廠商提供完善的技術支援,可以提供從硬體系統設計到軟體整合的完整方案。

英特爾進軍智慧手機市場的最大優勢是在CPU技術上的積累,以及在筆記型電腦應用中的先進技術。其早期推出的PXA25x和PXA26x應用處理器已經應用在中國智慧手機產品中,如聯想的ET560和大顯CU928。最新推出的PXA27x應用處理器整合了該公司SpeedStep低功耗技術和可提供額外的性能來支援3D遊戲和高級視訊的無線MMX技術,最高配置的時脈可以達到624MHz。為加強多媒體表現性能,在推出該處理器的同時,英特爾還推出了具有很強多媒體處理能力的加速器2700G,支援MPEG2、MPEG4以及Windows Media Video 9等格式。PXA27x還整合了英特爾快速捕捉技術,因而可以實現4百萬或更高畫素的相機手機設計,實現擷取數位圖像、視訊和即時預覽應用,在可視通話和電話會議應用中具有優勢。

在提供完整的解決方案上,英特爾在類比和射頻技術上具有一定不足,但該公司正加強這方面的技術研發力度,在未來的智慧手機方案中將可能採用自有的類比和射頻技術。據悉,該公司將在2005年實現雙晶片的手機方案,在2008年推出智慧手機單晶片方案。

TI公司主流的應用處理器OMAP730整合了ARM926TEJ處理器核心和GSM/GPRS數位基頻處理器,具有獨特的SRAM訊框緩衝記憶體用於提高流媒體和應用程式的處理性能,提供複雜的硬體加密功能,並採用了Java硬體加速器。基於該處理器的TI主流智慧手機平台TCS2600充分體現了其完整的系統配套能力,該平台採用了TRF6151作為GSM/GPRS的RF組件,並整合了LNA、VCO和PLL等射頻周邊元件;TWL3016作為類比基頻,整合了所有相關的類比功能和電源管理功能。

在多媒體方面,新推出的基於OMAP 2架構的OMAP2410與OMAP2420應用處理器進一步加強了多媒體功能。OMAP2410整合了ARM1136JS-F核心、可程式DSP、2D/3D圖像加速器、整合的相機介面、DMA控制器等。OMAP2420處理器在OMAP2410上增加了[0]一個支援4百萬畫素的靜態拍攝應用,以及解析度為CIF到VGA的全動態視訊編碼或解碼的可程式圖像與視訊加速器。

TI公司是傳統的手機方案供應商,其最大優勢通常認為在DSP技術、電源管理和類比前端等整體方案的配套能力,以及在手機方案設計上的多年經驗。此外,先進的半導體製程技術也是TI公司的最大優勢,OMAP2420/2410採用了90奈米製程和先進的低漏電流技術,該公司計畫在2005年推出採用65奈米製程的樣品,使電晶體密度提高一倍。

Freescale是另外一家重要的手機方案供應商,該公司同樣具有極強的系統配套能力,能提供完整的系統解決方案。其i.MX系列嵌入式應用處理器採用了ARM核心,主流應用處理器i.MAX21在多媒體和安全性能、平行處理能力等方面都有不錯的表現。i.MX21擁有一個匯流排主介面,可減少與外部多媒體協處理器進行通訊的系統開銷,因此可提升整體系統性能,可支援即時MPEG4和H.263編解碼,最高可每秒傳輸30訊框CIF或QVGA影像。另外,i.MX21還支援Mobile Java 3D和OpenGL-ES等先進的圖型軟體標準,以及Superscape、HI Corp和Fathammer 3D軟體引擎。在未來的3G手機方案中,Freescale將整合NVIDIA公司的Gforce 4000處理器以增強多媒體性能。

Freescale基於其i.MX系列嵌入式應用處理器推出的i.200-20、i.250-20、i.250-21、i.275和i.300-20等多個Innovative Convergence平台方案,開發商採用這些平台可以開發出從以語音為主的2G手機到具有豐富功能和特色的3G手機,保持了開發商產品開發的延續性,並能很容易地實現開發平台的平滑轉換。

Agere系統提供的模組化Vision智慧手機架構結合了先進的數位基頻晶片組、軟體以及開發工具,能實現高度整合的低功耗設計。為了提高安全性,Agere系統提供了一次可程式記憶體(OTP),可以在晶片組內分配單獨的序列號,用於唯一標識基於GSM的電話;提供的套裝軟體括協議棧用於支援不同層次的手持終端以及不斷更新的行動標準;此外,Agere系統還與整合的軟硬體一同提供OptiSuite設計工具,該工具是一套集開發、生產與測試為一體的工具。Agere系統在手機方案提供上具有超過10年的經驗,並與中國大陸夏新、首信等開發商具有穩定的合作關係。

作者:蒲文清
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dalelai 於 2004-06-29 18:06:00 修改文章內容


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發表時間:2004-06-29 18:09:00
作業系統四強爭鋒

目前智慧手機主流的硬體平台都支援Linux、Windows Mobie、Symbian和Palm等主流作業系統。大多數作業系統都聲稱其開放性,支援軟硬體擴展,同時支援原有軟體的移植,並提供豐富的原始程式碼以方便開發商和第三方軟體供應商的開發。

Symbian提供三個主要的智慧手機平台,分別是適於單手作業的S60、雙手作業的S80和以筆作業為主UIQ平台,其中S60的應用最多,諾基亞、新力易利信、西門子、三星等企業都在應用S60平台進行開發。相較於其它幾個智慧手機作業系統,Symbian在手機用戶的接受程度、手機軟體的易用性、廠商的合作等方面都有一定優勢,並具有較好的開發工具和開發環境。此外,Symbian公司的股東諾基亞和新力易利信等幾家手機巨頭的支援也是其他競爭對手不可企及的巨大優勢。

微軟在行動終端作業系統上有三個系列,分別為Pocket PC、Pocket PC Phone Edition和Smarphone(統稱為Windows Mobile),最新推出的Windows Mobile作業系統底層採用Windows CE .net 4.2核心。微軟在智慧手機市場上主要競爭優勢包括:整合了用戶熟悉的常用軟體,如Mobile outlook和Windows Media Player等,可以方便地透過有線或無線與PC進行數據交換;在用戶中擁有廣泛的品牌認知度;強大的生態系統支援,目前全球已經有50家廠商和30家終端開發商採用其方案,以及眾多的第三方軟體開發商;自身強大技術開發能力,例如微軟的Speech技術、Mappoint位置資訊服務平台、電源管理模組等已經在一些智慧手機產品中採用;微軟還提供具有良好介面的工發工具,這些開發工具通常為工程師所熟悉。

Linux作業系統的最大優勢是便宜和開放性。Linux作業系統因為其開放性而得到一些公司的支援,目前很多開發商本身並不希望在作業系統方案上受制於人並增加產品開發成本,而原始程式碼開放的Linux是最好的切入點。由於很多公司在Linux桌面應用開發的經驗而促成其轉向到智慧手持終端產品的開發中,中國大陸基於Linux的嵌入式作業系統應用開發商遠多於桌面應用開發商,Linux具有最大的自由開發群。此外,由於其開放性使工程師可以對系統有更深入的了解,並能針對特定硬體方案和產品需求進行最佳化,透過了解原始程式碼開發很多應用。由於其原始程式碼的開放性,Linux+Java的應用性能更好。

然而Linux作業系統有其先天的不足:入門難度高、熟悉其開發環境的工程師少、整合開發環境較差;由於微軟PC作業系統原始程式碼的不公開,基於Linux的產品與PC的連接性較差;儘管目前從事Linux作業系統開發的公司數量較多,但真正具有很強開發實力的公司卻很少,而且這些公司之間是相互獨立的開發,很難實現更大的技術突破。儘管存在這些不足以及其他作業系統的咄咄逼人的挑戰,Linux固有的優勢和開發商的支援將使Linux在智慧手機市場中佔有一席之地。

Palm憑借在PDA和掌上電腦市場上的優勢地位進入智慧手機領域,在智慧手持設備市場上具有一定的客戶基礎,並具有很好的專門開發工具。傳統的PDA開發商用該作業系統進行智慧手機的開發可以加速其開發進度,其原有的應用軟體可以方便地移植。中國大陸採用該作業系統進行產品代工的企業較多,但在大陸智慧手機市場上的應用很少。一般認為該作業系統在智慧手機市場上將面臨越來越嚴峻的挑戰。

低功耗電路技術

目前智慧手機多採用容量在1000mAH以上的電池,然而相對於普通的手機而言,智慧手機的雙處理器結構、彩色顯示螢幕、以及更多的週邊設備都需要消耗大量電能。在電池容量有限的條件下,提高電源利用效率、低功耗半導體製程以及新的低功耗技術標準的應用十分重要。

智慧手機的彩色顯示產生較大的功耗。一般智慧手機需要採用3個以上的白光LED作為背光源,透過電荷泵或電感開關來提升驅動電壓。前者在智慧手機中應用較多,具有亮度均勻、體積小、周邊元件少的優點,但效率較後者低,通常在選用時需要對功耗和體積進行權衡。新的顯示技術如i.MAX21採用的智慧顯示技術在內部整合了控制器和記憶體,因而能夠分析圖像是否已產生變化,並僅在影像變化時才進行刷新,因而大幅延長電池使用壽命。此外,由國家半導體公司(NSC)發佈的串列介面標準-行動畫素鏈接(MPL)也有助於實現低功耗顯示。該標準用於應用處理器與相機和顯示器之間的介面,能實現高達1Gbps的數據率,最大開關電流僅為1.5毫安,在簡化介面的同時降低功耗。NSC已經推出整合MPL的相機介面和顯示介面電路LM2501和LM2502,並計畫在其CMOS感測器中整合該技術。

先進的電源管理技術對降低應用處理器、數位基頻和類比基頻的功耗也十分關鍵。目前常用的方法是針對不同的處理任務採用不同的工作頻率和電源,如TI的SmartReflex動態電源管理技術可以監視電路速度來調節電壓,該技術將在2005年用於其無線應用電路中。目前的電源管理是由應用處理器透過I2C匯流排實現與電源管理單元(PMU)的訊號介面,這種實現方法需要應用處理器的干預,效率低。NSC的PowerWise技術採用了先進的系統級解決方案,將系統視為整體,該技術包括了一個自適應電源控制器(APC)的核心,APC決定電路需要的功率,並利用高速的低功率PowerWise介面將有關資訊通知外置的電源,電源收到這個資訊之後,便會採用不同的方法節省能源,如提供不同的電壓和電流。NSC與ARM合作制定可支援該介面的內建電源控制器IP。

由於智慧手機各種功能模組需要的工作電壓不同,因此電源管理晶片需要具有多輸出電壓、高輸出電流和高整合度。這種電源管理的發展趨勢將帶來新的電源技術變革,傳統的標準電源產品將難以滿足智慧手機電源需求,需要針對特定的標準和產品,將更多功能整合在單一矽片內,包括多種電源轉換、監測和控制電路,整合度由特定的矽處理能力、系統要求和目標成本來決定。這類電源電路如安森美電源管理專用電路NCP4110,NCP4110可同時提供七個LDO和一個同步降壓型轉換器。
作者:蒲文清
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dalelai 於 2004-06-29 18:09:00 修改文章內容


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發表時間:2004-06-29 18:10:00
從合作看技術發展

智慧手機市場的巨大發展前景必將使硬體方案供應商之間、作業系統供應商之間,甚至廠商之間的橫向競爭日趨激烈,但同時方案供應商與開發商、方案供應商與廠商、第三方開發商與方案供應商以及廠商之間的縱向合作將進一步增強,設立合理的產業生態系統將對智慧手機市場發展產生極大推動。這些合作主要包括:方案供應商與開發商之間的合作來提供更最佳化的方案;作業系統商針對特定的硬體方案提供最佳化設計,如進行功耗的最佳化、無線介面最佳化、多媒體功能最佳化等;方案供應商與廠商的合作推出更多更好的服務平台;、第三方開發商與方案供應商和開發商之間合作提供多樣化的完整解決方案,促進廠商的多種無線服務。

另一方面,新技術和新標準不斷出現,這些技術和標準的相容性、一致性等問題將影響到整個產業的發展,而不同的標準和技術代表不同的利益集團和利益衝突。目前,業界的主流的應用處理器都採用ARM處理器核心,給系統開發帶來很多更多便利。然而還有很多標準和技術並未得到廣泛採納並存在相容性問題,如PowerWise技術、MPL技術以及虛擬機技術等。這些技術的發展變化將對未來智慧手機技術帶來一些變數。

半導體廠商的完整解決方案使開發商從繁重的開發工作中解脫出來,目前開發商的工作更多是基於這些方案進行板級設計以及產品特色開發,如用戶介面的編寫、外觀設計,開發商必須加強應用開發能力以及方案整合能力。基於平台方案的功能創新、新特性、用戶介面設計以及外觀設計仍然將是大陸開發商的工作重點,進一步提供系統穩定性、可靠性,提高設計可製造性。產品之間的相容性、互連互通性以及應用軟體的互用問題還有待解決。

作者:蒲文清
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dalelai 於 2004-06-29 18:10:00 修改文章內容


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