1、嵌入式系統在智能手機領域的技術現狀及發展趨勢嵌入式系統在智能手機領域的技術現狀及發展趨勢1、智能手機應用概述清晨，我們被手機上的鬧鐘叫醒，上班公交或者地鐵上，我們用手機看起了新聞、小說，織起了微博在周末的時候，我們更多是丟掉了需要了坐在桌子旁使用的電腦，拿起了我們的手機和PAD，躺在床上或者沙發上，上網、看視頻、玩游戲、從這兩年開始人們忽然發現互聯網移動終端已經開始充滿在我們或零碎或整塊的時間里，無處不在。與此同時改變是，在手機和平板上以前那種功能為賣點的遞增發展的方式，已經轉變為以類似于PC的硬件配置成為一個產品高不高端的標準，核心CPU和GPU配置已經成為評價移動互聯網終端性能的重要物理參

2、數。隨著手持通信設備市場的快速發展，手機的功能逐漸增多。現在手機已經不只是用于語音通信的手持設備，而成為集成了短信、彩信、上網以及移動辦公等附加功能的嵌入式通信平臺。集成了這些功能的手機被稱為智能手機。近年，嵌入式處理器的運行速度和功能都有了很大的提高，使得許多以前只能在PC上實現的應用，現在都可以在手持設備上實現。所謂的智能手機是指像個人電腦一樣，具有獨立的操作系統，可以由用戶自行安裝軟件、游戲等第三方服務商提供的程序，通過此類程序來不斷對手機的功能進行擴充，并可以通過移動通訊網絡來實現無線網絡接入的這樣一類手機的總稱。實現智能手機的智能化是因為在手機內安裝了相應開放式操作系統，而無論是何種

3、智能化手機，嵌入式系統的身影都無處不在。嵌入式系統是指硬件以一個高性能的處理器（通常是32位處理器）為基礎，軟件以一個多任務操作系統為基礎的綜合平臺。作為三網融合到一個終端典范的智能手機，除了實現通訊功能外，還可以實現很多計算機和消費電子產品的功能，而且體積小，具有便攜性和多功能性的雙重優勢，通過安裝應用軟件后，能隨時隨地的滿足不同消費者的差異化需求，因而具有其他產品不可替代的獨特優勢。 IC技術的進步為智能手機的技術進步、功能實現和性能提升提供了強有利的支撐。3G啟動后，帶寬的顯著提升，為智能手機的許多新功能流暢實現、性能提升提供了強有力的保證。如擁有DMB（數字多媒體廣播）功能的智能手機在

4、2G和2.5G上很難實施，即使實施，效果也會差很多，畫面清晰度、播放流暢性都令人質疑，而這一切在3 G網上都不是問題。2、嵌入式系統技術嵌入式技術是是一種專用的計算機系統，作為裝置或設備的一部分。通常，嵌入式系統是一個控制程序存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板。事實上，所有帶有數字接口的設備，如手表、微波爐、錄像機、汽車等，都使用嵌入式系統，有些嵌入式系統還包含操作系統，但大多數嵌入式系統都是是由單個程序實現整個控制邏輯。嵌入式技術和通用計算機技術有所不同，我們知道通用計算機多用來和人進行交互并根據人發出的指令進行工作；而嵌入式系統大多數情況下可能根據自己感知到的事件自主地進行處理，所以它對時

5、間性，可靠性要求更高。一般來說，嵌入式系統應該具有以下一些特征：專用性、可封裝性、實時性、可靠性。專用性是指嵌入式系統用于特定設備完成特定任務，而不像通用計算機系統可以完成各種不同任務。可封裝性指嵌入式系統一般隱藏于目標系統內部而不被操作者察覺。實時性指與外部實際事件的發生頻率相比，嵌入式系統能夠在可預知的時間內對事件或用戶的干預做出響應。可靠性是指嵌入式系統隱藏在系統或設備中，一旦開始工作，可能長時間沒有操作人員的監測和維護，因此要求它能夠可靠運行。像通用計算機系統一樣，嵌入式系統也包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器微處理器（就是我們平時所說的CPU）、存儲器及外設器件和輸入輸出端口、圖形

6、控制器等。軟件部分包括操作系統軟件和專門解決某類問題的應用軟件，有時設計人員把這兩種軟件組合在一起，應用程序控制著系統的運作和行為，而操作系統控制著應用程序編程與硬件的交互作用。3、嵌入式系統在智能手機的現狀目前基于嵌入式系統的手機技術研究領域主要包含三方面：手機硬件平臺研究；手機操作系統移植；手機應用平臺軟件體系結構。（1） 手機硬件平臺手機硬件平臺即硬件整體解決方案是指廠家提供的CPU、DSP、ADC、DAC及RF等關鍵芯片組和設計方案。智能手機的其它外圍設備還有LCD、Touchpanel、Audio CODEC、USB和串口等。手機設計過程中硬件平臺的核心微處理器，目前存在單核和雙核兩

7、種方案。早期手機內部多采用單核結構，即CPU+DSP方案。此時CPU主要負責通信協議(例如GSM、CDMA等)的合成和解析，完成與基站間的可靠通信，同時實現用戶界面(15I或MMI)。DSP承擔和數值計算相關的任務，如語音編解碼、安全層的各種算法等。在雙核智能手機中，一個CPU(基頻處理器)負責處理通信協議，另一個CPU(應用處理器)負責UI、java虛擬機、嵌入式瀏覽器等應用功能。兩個CPU可以做在一個芯片內，也可以分開。目前國內在基頻處理器領域還沒有完整的自主知識產權，手機生產廠家多采用雙CPU方案，即采用國外廠家生產的基頻處理器及配套平臺，自助研發應用處理器工作平臺和應用軟件。（2） 嵌

8、入式手機操作系統在手機軟件整體解決方案中，操作系統負責提供多任務調度、動態內存分配、數據通信機制的管理等。市場上主流智能手機所采用的操作系統主要有Windows Mobile、Symbian、Palm、Linux等。Linux手機操作系統是由計算機Linux操作系統變化而來，支持32位和64位處理器。Linux最初是由Linux Torvalds編寫及發布的，源代碼公開、可免費使用的操作系統。后來，又通過Intemet上成百上千的程序員加入，使Linux成為一個幾乎支持所有主流32位CPU的操作系統。其特點有：內核高效穩定、公開源代碼、可移植性、可裁減、支持多任務等，有強大的網絡功能。在相關軟

9、件的支持下，可實現WWW、FTP、DNS、DHCP、E-mail等服務。（3） 手機應用平臺軟件體系結構手機軟件平臺即建立在手機硬件和操作系統之上的應用軟件平臺。前常用平臺有：Series平臺，Qtopia平臺和Opna平臺。Qtopia平臺：Qtopia是一種可定制的開發環境和用戶界面。Qtopia基于跨平臺C+開發工具QtEmbedded之上，它健全且穩定，并可以配置為多種內存模板。基于Qt經驗，Qtopia向客戶提供全部源代碼，讓客戶可以創建與現有程序緊密結合的定制程序、定制用戶界面和程序發布工具，并能在客戶需要使用的處理器上編譯，并且為手機開發商提供一定程度的獨立性以及創新和控制手段。

10、廠商可以使用Qtopia實現對品牌標識和用戶界面設計的全面控制，而且可以在許多設備上運行相同的源代碼，如手機、PDA和其它消費設備。（4） 智能手機嵌入式技術的主要特點是硬件、軟件課裁減性，使產品達到最大的性價比。目前依賴于嵌入式技術，智能手機建立在嵌入式操作系統基礎上，可看作是傳統手機、多媒體電腦與互聯網終端的集成體。現階段智能手機的軟件設計已采用Java的J2ME(Java2 Micro Edition)。Java手機軟件平臺采用的基本Java平臺是CLDC(ConnectedLimitedDevice Configuration)和MIDP(Mobile Informa-tion Dev

11、ice Profile)，是J2ME(Java 2 MicroEdition)的一部分，是Sun公司專門用于嵌入式設備的Java軟件，在中國一般稱為”無線Java”技術。基于上述平臺，智能手機可在GSM網絡下實現各種無線業務，主要包括電話、短信、GPRS無線上網等。配以微處理器通過編程可實現當前手機的各種基本業務，同時智能手機具備了實現諸如圖形用戶接口、電話功能、數據通訊、藍牙、信息交換、桌面系統、Internet應用、Java、安全認證、設備接口、輸入法、多媒體、數據庫和GPS導航等多種功能的條件。4、嵌入式系統在智能手機的應用實例隨著嵌入式技術的發展，國際市場上手機定制模式已成為手機發展的

12、方向。依托于智能手機，手機的增值業務得到了迅速發展。如：移動通信領域的移動視頻業務；全球移動電子郵件和個人信息管理服務領域的無線電郵服務等。（1） 智能手機設計方案WindowsMobile，Symbian等屬于商用操作系統，未開放源碼。為使智能手機能夠為第三方應用軟件提供一個更為開放的嵌入式平臺，本文采用以下方案實現智能手機系統：硬件平臺：雙CPU方案(s3C2410，WM02一(3900)手機操作系統：ARM-Linux內核軟件平臺：選用Qtopia編寫應用程序：擬實現語音通話，收發短信等功能（2） 智能手機系統硬件設計方案智能手機系統硬件設計如圖1所示。嵌入式平臺核心處理器采用三星公司的

13、$3C2410高性能32位微處理器。無線收發平臺采用Wavecom公司的WM02-G900。應用微處理器：采用三星公司ARM處理器$3C2410X。$3C2410X使用ARM920T核，內部帶有高性能MMU(內存處理單元)，速度最高可達200MHz，適用于家用PC，手持移動設備等產品，具有高性能、低功耗、集成有LCD控制器，一個SD主機端控制器，并提供SRAM、USB等多種功能接口資源。圖1 智能手機系統的硬件組成框圖基頻處理器平臺：采用WAVECOM公司的WM02 Modem Series GSM 9001800專用無線收發模塊。該模塊執行ETSIGSM Phase 2+標準。具有數據、傳真

14、、短消息和語音傳輸等功能。支持AT指令集，通過RS232與ARM處理器通信，可實現智能手機的GSM通語、GPRS上網及其它PDA應用等功能。無線模塊與ARM處理器之間采用標準串行接121連接。基于這種雙核結構的手機平臺，除去監控程序所占系統資源之外可全部向用戶開放。為用戶搭建了一個個性平臺，極大豐富了用戶可用資源。（3） 智能手機系統軟件設計方案手機軟件可分為啟動模塊、操作系統、協議棧、數據業務、本地存儲、驅動程序、用戶界面和其它應用。軟件系統部分設計為三層結構，如圖2所示。圖2 智能手機系統軟件結構層次圖完成對ARM-Linux操作系統的定制、裁剪、編譯和移植。包括編寫符合本系統硬件設計的引

15、導程序(Bootloader)、硬件設備驅動程序，如鍵盤、LCD、flash、RTC、串口、USB、SIM卡或UIM卡、射頻模塊等。建立Linux開發環境：在Windows+VMWare虛擬機環境下進行Linux開發。VMWare是運行于Windows中的一個應用程序，是一個虛擬機，可以在其上安裝多個操作系統，相當于在Windows上安裝一個虛擬的操作系統。在VMWare中安裝Linux虛擬機，在該虛擬機中進行編輯、編譯Linux，然后通過網絡(ftp、nfs、ssh)等手段傳送到Windows中，進行調試。這樣在一臺電腦中完成編譯和調試。缺點是系統要求較高，運行速度慢。依托上述的智能手機硬件

16、和軟件平臺結構，完成了智能手機硬件平臺的樣機設計。在此基礎上，移植成功了Linux操作系統，實現用戶功能有：語音通話，短信收發，記事本，下載程序的運行。5、嵌入式系統在智能手機領域的發展趨勢在現在日益信息化的社會中，計算機和網絡已經全面滲透到日常生活的每一個角落。對于我們每個人，需要的已經不再僅僅是那種放在桌上處理文檔，進行工作管理和生產控制的計算機"機器"；各種各樣的新型嵌入式系統設備在應用數量上已經遠遠超過通用計算機，任何一個普通人可能擁有從大到小的各種使用嵌入式技術的電子產品，小到mp3，PDA等微型數字化產品，大到網絡家電，智能家電，車載電子設備。而在工業和服務領域中，使用嵌入式技術的數字機床，智能工具，工業機器人，服務機器人也將逐漸改變傳統的工業和服務方式。目前嵌入式系統技術已經成為了最熱門的技術之一，吸引了大批的優秀人才投入其中。嵌入式系統在智能手機領域的發展趨勢也有自己獨特的特點，具體表現為一下幾個方面：平臺化、集成化趨勢：有助于縮短產品開發周期，提高產品開發效率，加快上式進程。