PDA智能手机设计方案研究

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1、嵌入式系统PDA智能手机设计方案一、前言随着手持通信设备市场的快速开展，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。目前，市面上的智能手机主要采用Microsoft公司的PocketPCPalmOS等商用操作系统，但这些操作系统开放的程序不够高，限制了许多第三方应用软件的移植。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，本文对智能手机系统做了

2、比拟深入的研究，提出一种以Linux作为嵌入式操作系统、Motorola的MX1作为微处理器、以Wave的Q2403A作为射频模块的智能手机系统的设计与实现。二、智能手机（PDA尚介PDA是PersonalDigitalAssistant的缩写，字面意思是“个人数字助理。这种手持设备集中了计算，和网络等多种功能。它不仅可用来管理个人信息如通讯录，方案等，更重要的是可以上网浏览，收发Email,可以发，甚至还可以当作手机来用。尤为重要的是，这些功能都可以通过无线方式实现。当然，并不是任何PDA都具备以上所有功能；即使具备，也可能由于缺乏相应的效劳而不能实现。但可以预见，PDA开展的趋势和潮流就是

3、计算、通信、网络、存储、娱乐、电子商务等多功能的融合。PDA一股都不配备键盘，而用手写输入或语音输入。PDA所使用操作系统主要有PalmOWindowsCE和EPOC三、个人PDA需求分析作为3C融合到一个终端典的智能手机，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研发实现提供了可能，为了缩短产品设计周期而存在先进SOC设计理念，65nm乃至更窄线宽制程技术，BGACSRMCP和SI先进封装技术和理念都为智能手

4、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即将启动，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数字多媒体播送功能的智能手机在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3G网上都不是问题。智能手机正面临着前所未有的开展时机和便利，随着消费者认知程度的提高和使用习惯的养成，智能手机在整个手机市场销售份额将显著提升，未来5年，将会从目前的6%左右提升到20%以上，伴随而来的将是智能手机产业链各个环节的巨大商业时机。四、智能手机（PDA）系统的硬件设计主要参数：CPU:arm920T200

5、MHz（MotorolaMC9328MX；L）显示:AU3.5ReflectiveTFTLCDwithLEDfrontlight65,5色；36ROM:32MBFlas；hRAM:64MBSDRAM；音效:置单声道麦克风、置单声道扬声器、立体声耳机插口；触屏：电阻式触摸屏；SD/MMC:1个SD卡插槽，MMCVer3,1.0标准SDMC;USB:USB2.0主，从口；红外：IrDA,115Kpbs；串口：RS-232口；LED:红（在充电指示）、绿（软件运行或电池故障指示）电源管理：Fullfeatured-SipportsRun,IdleandSleepmodes复位：设置复位开关；电池：3

6、.7V锂离子电池物理尺寸：主板尺寸为65x53x5.5mm电源适配器：5V直流；外部连接器：PossibleintegrationCF卡、SensoRBluetoothSIMCard其他智能手机系统的硬件设计如图1所示。该设计采用Motora公司的MX1MC9320高性能的32位微处理器、Wave公司的Q2403A无线收发模块等实现智能手机的GSM通话、GPRS上网及其它PDA应用等功能。1 微处理器MC928MX1以下简称MX1是摩托罗拉公司基于ARM核心的第一款MCU,主要面向高端嵌入式应用。部采用arm920T核，并集成了SDRAM/Flash触摸式LCD.USB蓝牙bluetooth、

7、多媒体闪存卡MMC、CMOS摄像头等控制器。作为应用开发的最小系统必须包括RAM程序运行空间、Flash存放目标代码和串行接口用于调试和下载程序。MX1提供了6个片选端CS0CS5，置了SDRAM控制器，数据宽度32位。在本系统中采用了2片8MX16位的SDRAM和2片4MX16位的同步Flash存储器，分别接入数据线的低16位和高16位。2 存储器系统存储器的物理实质是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，用于充当设备缓存或保存固定的程序及数据。存储器按存储信息的功能可分为只读存储器ROMReadOnlyMemory和随机存储器RAMRandomAccessMemory。嵌入式

8、系统中的固态存储一般不用E2PROM而用Flash存储器。下列图为存储器系统的组成：1机板下列图为Flash存储器局部的原理图:SD存储卡电路：3 .电源、时钟和复位电路.word.zl.1 .电源电源局部为整个系统提供电力。电源局部的关键问题是低功耗的设计问题，低功耗的措施一般有：降低电压、降低时钟频率、选择低功耗器件等等。本系统电源的提供有电池供电和市电供电两种。电池供电功耗低、供电稳定、扛干扰能力好，但峰值性能不好。市电供电要有相应的AC-DC的适配器，并在系统上配置相应的线性稳压器进展DC-DC转换。下列图为系统电源电路局部原理图：17.1110.1 M2 V 3胡 转一 v_ Iff

9、之13J 7K11产.君Ai14TT W毋匕名。 1 7 1C .H U nObqdDQ1DO2DQ3DO4005 DOSDOTEKW009AlOooioAllDQltA12DQT2s.13DQ13A14OCrMA15D015A.1A17Alfl*19rJBKI.C抬考0碇N Cvccvpp建段vssE7TFvss口工弋 /n_33/雪,-TAJ /iTy42_/Afl._3GJ/齿丁。/Iri/旭30曰/dt口门口7丁 氤“4 /45-二小士/C11：2;VDDJ *chinaitlab中国IT实奘室2 .时钟时钟信号的产生常用的有RC时钟、晶体振荡时钟、锁相环倍频时钟等。该系统中选择OM3

10、:2均接地的方式，即采用外部振荡器提供系统时钟。外部振荡器由12MHz晶振和2个15pF的微调电容组成。下列图为时钟电路局部原理图：泞玉104 iWnFchina itlabr BF中国IT实验宣3.复位复位电路的设计常用的有RC复位、专用电路复位、软件复位等。卜列图为复位电路局部原理图系统初始化时对时钟的操作：系统的初始化程序代码，应对系统硬件进展初始化检测电源局部，应根据实际系统的需求设置掉电模式和关闭唤醒的代码时钟局部要根据需求设置锁相环，参考代码如下：ldrr0,=LOCKTIMEldrr1,=0xffffffstrr1,r0Idrr0,=MPLLCONIdrU,=(M_MDIV12)

11、+(M_PDIV) :：TTinaitlab中国IT实验室1，-卜列图为麦克风电路局部原理图:8 .无线收发模块本系统采用WAVE公司的专用无线收发模块。它是双频GSM模块EGSM900/1800MHZ,其设计及开发符合ETSIGSMPhase2+准。具有话音、GSM电路数据/、GPRS分组数据、短消息等功能。该模块支持AT指令集，通过RS232与MX1通信五、智能手机（PDA源统的软件设计系统分析和软件设计是智能手机系统实现的难点之一，设计的优劣关系到系统的稳定性、扩展性等。因为要兼顾到GSM语音控制与其它智能手机应用之间的互相切换及关联关系，智能手机软件系统的设计就变得相对复杂。系统设计将

12、软件分为三层构造，如图2所示。最下面一层为操作系统层，主要实现对Linux操作系统的移植，其中包括Bootloader引导程序、LCD等设备的驱动程序。中间层为效劳程序层，该层主要包括GUI效劳器以及GSM/GPRS空制效劳器。智能手机系统设计的关键在于各项功能应用的实现。对智能手机软件进展分层设计，有利于各个功能有机地协调运转，同时也便于软件的开发与调试。牖瓦I回SGT回E骷kJ仇幺皿川留彩再卢界肉驱务程序4G*sM7GPRS5妙”心（通信制务展序）濯2督帽手机票斑的敦甘层次框图中国IT实验室1.嵌入式Linux操作系统Linux最初是由LinuxTorvalds编写及发布的源代码公开、可免

13、费使用的操作系统。后来，又通过Internet上成百上千的程序员的参加，使Linux成为一个几乎支持所有主流32位CPU的操作系统。其特点主要有：核高效稳定、公开源代码、可移植性、可裁减、支持多任务等。本设计中采用的Linux核是arm-Linux根底上，编写符合硬件设计的引导程序及电源管理控制程序；并针对本系统的硬件设计，编写了LCD触摸屏等硬件设计驱动程序。智能手机基于Linux操作系统工作时，首先初始化CPU;然后加载各个设备驱动程序，初始化存储器及外围设备；最后启动各效劳程序，进入待机状态。2效劳程序的设计智能手机系统中的效劳程序主要有GUIServe剂GSM/GPRSServer它们

14、是上层应用赖以实现的根底。GUIServer为使系统能够很好地支持浏览器及MMS等界面复杂的应用，具有良好的可扩展性，本系统中的GUIServe设计采用了客户机/效劳器模式，并以动态库的形式对图形设备接口进展封装，具体如图3所示。效劳进程与应用进程之间采用Linux提供的消息队列进展通信。效劳进程保存系统GUI环境的描述信息，为应用进程提供注册及一些计算任务，如计算当前剪切域容等。此外，还负责显示桌面。应用程序的启动后，首先与效劳进程建立连接并进展交互，将自身的一些描述信息发送到效劳进程。效劳进程和应用进程通过调用动态库实现根本窗口显示功能。其中窗口树与剪切域都定义在动态库中，对于效劳进程或应

15、用程序而言，它们是透明的，不需要进展管理。因效劳进程与客户进程分别运行在不同的进程空间中，所以虽然在动态库中定义了一样的数据，但它们之间不会产生任何冲突AT命令V物理串口（接无缓通信模跳Q24O3A）chmaitlab图4GSM/GPBSServer程序之联钩实验室设计对动态库中封装的函数进展了分层。其中直接针对Framebufer进展输出的函数位于系统最低层，具上是设备上下文。因每次对一个窗口输出的时都要首先建立设计上下文，所以设备上下文总可以引用窗体构造，自然也可以引用到窗口剪切域，在剪切域围才可以进展输出。图形设备接口建立在设备上下文之上，主要包括点、线、面、文本等。如上文所述，输出之前

16、，首先建立设备上下文，即其输出的目标是设备上下文，而不是窗口。图形设备接口的上层是应用开发接口即API层，桌面进程与客户进程都通过调用API函数实现系统功能。另外，系统建立了输入的抽象层，屏蔽了不同输入设备GSM/GPRSServed工通信效劳器软件GSM/GPRSServed工通信效劳器软件是、短信及数据业务的守护进程，负责响应应用程序转发的用户操作事件及从串口的获得的无线通信模块事件，是整个智能手机系统的核心。在这局部的工作中要实现多链路的数据通信、事件优先级判别，并在执行数据通信时，保证、短信的接入。具体程序设备构造如下图。3机系统中的应用程序设计有了中间层的效劳程序，上层应用程序可以根

17、据GUIServer及GSM/GPRSServer提供的接口进展移植和开发。本设计中实现了控制程序、短信收发的管理及数据精力的应用等。下面以控制程序为例，介绍智能手机应用程序的设计与实现。本文将控制程序设计分为三个运行态：PowerOnState（b电态）、IdleStated闲态）、ExecutionState仇行态）。图5表示了三个状态之间的关系和进入各个状态的条件。控制程序在智能手机系统上电复位、GSM/GPRSServe启动后，进入Power-onState（电态）。在上电态，程序首先进展初始化工作，与GSM/GPRSServer通信，获得系统状态。初始化后，即进入IdleStateg

18、E闲态）。在空闲态，程序循环等待GSM/GPRSServe的呼入事件及来自键盘的呼出事件；当这些事件发生时，程序进入ExecutionStat硼行态）。在执行态，用户进展语音通信，通话完毕后，程序又回到空闲态。本系统设计成功地应用于实际工程工程中，其可行性和实用性已在实际应用环境中得到检验。下一步，可将系统的CPU主频进一步提高，无线通信模块也可换成符合3G标准的。这样，就可以在本系统设计的根底上，实现更为广泛的手持设备应用。六、总结采用ARM技术知识产权IP核的微处理器，已普及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场。作为一种16/32位的高性能、低本钱、低功耗的嵌入式RISC微处理器，ARM微处理器目前已经成为世界上应用最为广泛的嵌入式微处理器。通过这次嵌入式系统智能手机(PDA殁计方案，使我们具备一定微机原理根底的学生掌握开发嵌入式系统的多方面知识，从而初步具备设计开发基于arm处理器系统的能力。