（通信与信息系统专业论文）多媒体移动通信终端开发平台设计.pdf

电子科技大学硕士学位论文 中文摘要 随着移动通信的发展和芯片技术的进步，传统上只有简单电话功能的手 机越来越不能满足人们对多媒体日益增长的要求。这些手机解决方案的硬件 性能比较低，无法在这种平台上实现多媒体功能；而一些新的手机解决方案 又存在技术开发难度大，开发周期长等问题。因此根据现有的g s m 技术和 多媒体处理器设计具有多媒体功能的手机成为快速开发产品和低技术风险的 首要选择。这篇论文在这个背景下，采用三星的$ 3 2 4 4 0 处理器设计了一个 多媒体手机的开发平台。s 3 2 4 4 0 是三星推出的一款1 6 3 2 位的r i s c ，为移 动电话和其他嵌入式系统提供一种低价、低功耗、高性能的微处理器。其内 部采用a r m 9 2 0 t 内核，能够为移动电话提供足够的硬件性能。在操作系统 的选择上，为了降低成本和提高系统的稳定性，我们选用r e d h a t 的免费操作 系统e c o s 。它是一种嵌入式可配置实时操作系统，适合于深度嵌入式应用， 主要应用对象是一些低成本便携式产品中。e c o s 具有无版权费用和对硬件平 台要求低的特点，因此特别适合在手机这种嵌入式产品中应用。 这篇论文围绕多媒体手机要实现的功能，对s 3 2 4 4 0 处理器和e c o s 的一 些关键技术进行了研究和总结；然后对一些开发平台关键功能模块进行了深 ，入的分析。在p c b 的制作上，对高速信号的处理进行了分析和验证，这对整 个系统的稳定工作是非常重要的。本文对e c o s 的移植过程进行详细介绍；对 平台抽象层、变体抽象层和体系结构抽象层进行了深入研究；最后简介了整 个初始化的过程。 笔者在整个系统中主要负责硬件电路设计、p c b 的制作、调试环境和操 作系统的移植以及部分驱动程序的编写和调试。最后整个系统达到设计目标， 为上层应用软件提供了一个可靠、稳定的开发平台。 关键词：智能手机，多媒体应用，硬件设计，$ 3 2 4 4 0 ，a r m 9 2 0 t ，e c o s 电子科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o na n d i m p r o v e m e n t o ft h e c h i pt e c h n o l o g y ，t h et r a d i t i o n a lm o b i l ep h o n e sw i t hs i m p l ep h o n ef u n c t i o nc a n n o ts a r i s f yw i t ht h ei n c r e a s i n gd e m a n d so ft h em u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n s t h e s e p h o n es o l u t i o n sp r o v i d et o ol e s sh a r d w a r ec a p a b i l i t y ，w h i l es o m ec o m p l e t en e w s o l u t i o n su s ec o m p l e xt e c h n o l o g ya n dn e e dl o n gd e v e l o p i n gp e r i o d s t h e r e f o r e ， d e v e l o p i n g m u l t i m e d i ap h o n e sb a s e do nt h em a t u r eg s m t e c h n o l o g ya n dm a t u r e m u l t i m e d i ap r o c e s s o r si sag o o ds o l u t i o na n dc o m m o n p r a c t i c e i nt h i sp a p e r ，a m o b i l ep h o n ed e v e l o p m e n tp l a t f o r mo ft h ea p p r o a c hi ss t u d i e dw i t hs a m s u n g s $ 3 2 4 4 0 ，w h i c hi sa na d v a n c e d16 3 2 一b i tr i s cm i c r o p r o c e s s o ra n dd e s i g n e dt o p r o v i d e a c o s t e f f e c t i v e ，l o wp o w e ra n dh i g hp e r f o r m a n c e w i t hab u i l t i n a r m 9 2 0 tc o r e ，t h e $ 3 2 4 4 0p r o v i d e sv e r yg o o dh a r d w a r ep e r f o r m a n c ea n di s e n o u 【g hf o rv a r i o u ss m a r tm o b i l ep h o n ea p p l i c a t i o n s i no r d e rt or e d u c es y s t e m c o s ta n do f f e rh i g hr e l i a b i l i t y ，w ec h o o s er e d h a t se c o sa st h ee m b e d d e dr t o s i no u r d e s i g n i ti sa no p e ns o u r c e ，c o n f i g u r a b l e ，p o r t a b l e ，a n dr o y a l t y - f r e e t om e e tt h em u l t i m e d i a r e q u i r e m e n t s ，t h i sp a p e r s t u d i e st h e k e y t e c h n o l o g i e so f $ 3 2 4 4 0a n de c o s ；t h e nd e s i g n st h ek e yf u n c t i o nb l o c k so ft h e h a r d w a r ep l a t f o r m i np c b d e s i g n ，s i g n a li n t e g r i t ya n do t h e rr e l a t e di s s u e sa r e v e r yi m p o r t a n tf o rr e l i a b i l i t y ；t h e ya r es t u d i e da n dt e s t e dc a r e f u l l yi no u rd e s i g n t h i s p a p e rd i s c u s s e s t h er t o sp o r t i n g p r o c e d u r e ；a n d s t u d i e st h ep l a t f o r m a b s t r a c tl a y e r ，t h ev a r i a n ta b s t r a c tl a y e r ，a n dt h ea r c h i t e c t u r ea b s t r a c tl a y e r t h e i n i t i a l i z a t i o np r o c e d u r eo fe c o si s s i m p l yi n t r o d u c e da tl a s t t h ee c o si sv e r y s u i t a b l ef o rm o b i l e p h o n ef o ri t sc o s t - f r e ea n d l o wh a r d w a r er e q u i r e m e n t s t h e p a p e ri sm a i n l yo nt h es c h e m a t i c sd e s i g n ，p c bd e s i g no ft h em o t h e r b o a r d ，s e t u po f t h ed e b u g g i n ge n v i r o n m e n ta n do s p o r t i n g p a r to f d r i v e rd e s i g n a n dc o d i n ga r ea l s oi n c l u d e d f i n a l l y ，o u rd e s i g nm e e t st h e r e q u i r e m e n t sw e l la n d o f f e r sar e l i a b l em o b i l e p h o n ed e v e l o p m e n tp l a t f o r m f u rm u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n s k e yw o r d s ：s m a r tp h o n e ，m u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n ，h a r d w a r e d e s i g n ， $ 3 2 4 4 0 ，a r m 9 2 0 t ，e c o s i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：压垒垒 日期：脚，肄衫月pe l 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位 论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：趟，五蓝垒导师签名： 日期：歹o o 电子科技大学硕士学位论文 a p i a p p a t a h b p h b a b b c d l d b b d c e d m a d s p d t e e f r f i r f c s e f m g p r s g s m h a l l c d l d o m i d i a p p l i c a t i o n i n t e r f a c e 缩略词 a p p l i c a t i o np r o c e s s o r a t t e n t i o n ，u s e dt os t a r tac o m m a n d l i n e a d v a n c e h i g hs p e e d b u s p e r i p h e r a lh i g hs p e e d b u s a n a l o g b a s e b a n d c o m m a n d d e s c r i p t i o nl a n g u a g e d i g i t a lb a s e b a n d d a t ac o n n e c t i o n e q u i p m e n t ，r e f e r s t ot h em o d e mw h i c hi sc o n t r o l l e d b y t h ec o m p u t e ra n d a p p l i c a t i o ns o f t w a r e a l s os e et a d i r e c tm e m o r ya c c e s s d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r d a t at e r m i n a le q u i p m e n t ，r e f e r st ot h ec o m p u t e rw h i c hi su s e dt o c o n t r o lt h em o d e mv i at h es e r i a li n t e r f a c e e n h e n c e df u l ls p e e dr a t e f a s ts p e e di n f r a r e d f a s tc o n t e x ts w i t c he x t e n s i o n f r e q u e n c y m o d u l a t i o n g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s h a r d w a r ea b s t r a c tl a y e r l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y l o w d r o po u t p n tr e g u l a t o r m u s i c a li n t r u m e n td a t ai n t e r f a c e 电子科技大学硕士学位论文 m i r m m c m m i m m u m p 4 m v a p a p c m r f r a m r o m s d s i m s i r s m s t f t t l b u a r t u s b v s r w a p m e d i u ms p e e di n f r a r e d m u l t i m e d i ac a r d m a n m a c h i n ei n t e r f a c e m e m o r ym a n a g e m e n tu n i t m p e g 一4 m o d i f i e dv i r t u a la d d r e s s p o w e r a m p l i f i e r ( t r a n s m i t t e r ) p u l s ec o d em o d u l a t i o n r a d i o f r e q u e n c y r a n d o ma c c e s sm e m o r y r e a d o n l ym e m o r y s e c u r ed i g i t a l s u b s c r i b e ri d e n t i t ym o d u l e s l o ws p e e di n f r a r e d s h o r tm e s s a g es e r v i c e t h i n f i l mt e c h n o l o g y t r a n s l a t el o o k - u pb u f f e r u n i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c e i v e rt r a n s m i t t e r u n i v e r s a ls e r i a lb u s v e c t o rs e r v i c er o u t i n e w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c o l i x 电子科技大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章引言 科技的发展日新月异，虽然只有短短不到十年的时间，但早期移动电话 的身影已经远离了我们的视线。回顾我国移动电话的发展历程，我国移动通 信市场的发展速度和规模令世人瞩目，是超常规、成倍数、跳跃式的发展史。 自1 9 8 7 年中国电信开始开办移动电话业务以来到1 9 9 3 年用户增长速度 均在2 0 0 以上从1 9 9 4 年移动用户规模超过百万大关，移动电话用户数每年 几乎比前一年翻一番。1 9 9 7 年7 月1 7 日，我国移动电话第1 0 0 0 万个用户在 江苏南京诞生，这意味若中国移动电话用不到1 0 年时间所发展的用户数超过 了固定电话1 1 0 年的发展历程。2 0 0 1 年8 月，中国的移动通信用户数超过了 1 2 亿，超过美国跃居为世界第一位。 根据信息产业部数据，2 0 0 4 年，我国计划新增移动电话用户5 2 0 0 万户， 移动电话普及率达到2 4 5 。到2 0 0 6 年将达到4 4 1 亿人，年平均增长率仍 然将超过18 。2 0 0 4 年7 月信息产业部发布最新移动通讯市场数据，2 0 0 4 年上半年中国新增移动电话用户3 5 0 0 万户，总数达3 0 5 亿户，到2 0 l o 年， 中国移动用户将突破7 亿户。 进入8 0 年代后期，大规模集成电路、微型计算机、微处理器和数字信号 处理技术的大量应用，为开发数字移动通信系统提供了技术保障。 1 9 8 2 年，欧洲成立了g s m ( 移动通信特别组) ，任务是制订泛欧移动 通信漫游的标准。g s m 本来是欧洲成立的一个移动通信小组的简称，这个小 组在欧洲的蜂窝移动通信方面作了大量的工作，他们对8 个不同的实验方案 进行了论证，最后制定了泛欧洲的数字蜂窝移动通信系统，并用该研究小组 名字的缩写“g s m ”命名。g s m 移动电话系统对频谱利用率高、容量大，同时 可以自动漫游和自动切换，采用e f r ( 增强全速率编码) 后通信质量好，加 上其业务种类多、易于加密、抗干扰能力强、用户设备小、成本低等优点， 使移动通信进入了一个新的里程。 随着多媒体技术的不断发展，多媒体技术在手机中的应用也越来越广。 游戏手机、拍照手机、动态摄影手机、m p 3 手机相继风起云涌。传统短信的 电子科技大学硕士学位论文 风头早就被彩信、彩铃、手机游戏盖过。手机多媒体服务的迅速发展，将突 破短信这种单调的手机增值业务形式，拓宽移动增值业务空间。 手机的视频拍摄和播放也是多媒体应用的一个可观前景，比如手机电视 就是手机多媒体发展的方向之一。 多媒体增值业务在传情达意上的优势是文字短信所无法比拟的，多媒体 业务是一种彩色的、动态的、有声的、互动性强的表意形式。图文并茂、有 声有色的多媒体信息，大大丰富了用户信息的表现手段，符合信息传播动态 化、可视化的发展趋势。可以说，手机多媒体业务是技术发展与用户需求相 结合催生的产物。 具备多媒体应用功能的手机终端逐渐普及，这是手机多媒体能够得到发 展的基础硬件。如今，黑白屏手机已经退出市场，手机市场全面进入彩屏、 和弦时代，具有可拍照功能的手机正在成为市场主流。而具有大存储容量和 内存的游戏手机、h i p 3 手机、电视手机更是多媒体手机发展的突出代表。随 着价格的降低，这些多媒体手机逐渐走向普及，从而为彩信、游戏、视频剪 辑播放等多媒体应用提供了基本的硬件平台。 1 2 本课题的意义 以上提到的多媒体功能，对手机的处理器和其他的相关硬件提出了新的 性能要求。传统的手机解决方案( 如t i 的t c s 2 2 0 0 3 无法实现这些功能； 而一些新的手机解决方案( 如t i 的o m a p 7 3 0 ) 又存在一次性开发技术难度 大，开发周期长等弱点。在这种条件下，利用现有的g s m 技术、处理器和 一些成熟的软件技术实现多媒体手机成为快速开发产品的首选。笔者在这个 背景下，选择了一个g s m 模块和三星的一个多媒体处理器$ 3 2 4 4 0 设计了多 媒体手机的开发平台。本文围绕多媒体手机要实现的功能，首先对$ 3 2 4 4 0 处理器和e c o s 的一些关键技术进行了研究和总结；然后对一些开发平台关键 功能模块的设计进行了深入的分析。在p c b 的制作上，对高速信号的设计进 行了分析和验证。本文对e c o s 的移植过程进行详细介绍；对平台抽象层、变 2 电子科技大学硕士学位论文 体抽象层和体系结构抽象层进行了深入研究。最后对整个系统的调试过程进 行了介绍并对整个开发平台做了一个总结。 笔者在整个系统中主要负责硬件电路设计、p c b 的制作、操作系统的移 植和部分驱动程序的编写。最后整个系统达到设计目标，为上层应用软件提 供了一个可靠、稳定的开发平台。 1 3 本文的主要内容 本文的主要内容主要安排如下： 第一章是引言，主要介绍移动终端发展和本课题的意义。 第二章分析项目需求和相关资料的简单介绍。 第三章系统硬件电路设计原理 第四章软件平台的移植过程 第五章系统的调试和结束语 电子科技大学硕士学位论文 第二章开发平台需求分析 2 1 系统软件要实现的功能 软件系统要实现多媒体智能手机，因此除了具备一般移动电话具备的基 本功能以外，还应该具有一定的多媒体功能，具体来讲主要有下面功能： 1 ) 基本的话音业务 2 ) 基本的短消息( s m s ) 业务 3 ) 支持w a p 4 1 支持g p r s 上网 4 ) 支持彩信业务( m m s ) 5 1 能够播放标准的m i d i 、m p 3 、m p 4 、a m r 6 1 能够录制m p 4 和a m p , 7 ) 能够拍摄照片保存为j p e g 文件 8 1 支持u s bf u l ls p e e d 9 1 支持标准红外协议 l o ) 支持f m 接收8 7 m 一1 0 8 m 从上面的功能列表可以看出，基本上就是在传统的手机上增了多媒体功 能，最突出的表现在m p 3 和m p 4 的播放和m p 4 的录制上。为了实现这些应 用，通过u s b 和p c 通讯成为必要。由于在一般的城市，f m 有一定的需求， 因此f m 功能也是这个产品的一个重要特点。 4 电子科技大学硕士学位论文 2 2 开发平台的硬件需求分析 硬件开发平台必须提供对2 1 提到的所有软件功能支持。对于基本的g s m 业务能够利用g m 8 0 2 来实现。对于多媒体业务，可以利用$ 3 2 4 4 0 来实现， 由于$ 3 2 4 4 0 只提供i i s 数字音频接口，因此必须增加一个音频的c o d e c 。由 于m i d i 用软件实现复杂度比较大，不能由$ 3 2 4 4 0 实现，需要外加一个m i d i 解码器。由于需要实现f m 接收，可以考虑采用一个成熟的f m 接收芯片来 实现。同时硬件上还需要提供t f ，红外，显示屏和s e n s o r 等其他硬件支持。 2 - 3 开发平台的软件需求分析 整个智能手机是一个面向用户的终端，因此整个用户界面就很重要。用 户界界面( g u i ) 是一个比较复杂的软件模块，一般的用户界面程序直接运行在 g u i 之上，而g u i 运行在操作系统之上。因此整个操作系统是软件的最基础。 由于在开发过程中，程序员需要对代码进行调试，因此调试效率的高低直接 决定了项目开发的效率。在我们的开发平台上要求提供操作系统和软件调试 手段。 2 4 相关资料简单介绍 我们的开发平台硬件上主要采用三星的a r m 9 2 0 t 内核的r i s c $ 3 2 4 4 0 ， 软件操作系统采用r e d h a t 的免费嵌入式操作系统e c o s 。下面简单介绍一下 $ 3 2 4 4 0 和e c o s 。 2 4 1 $ 3 2 4 4 0 简介 s 3 2 4 4 0 是三星( s a m s u n g ) 推出的一款基于a r m 9 2 0 t 的低成本、低功耗和 高性能的3 2 位微处理器，主要面向多媒体移动电话和其他嵌入式系统。为了 为2 5 g 和3 g 通信系统提供足够的硬件性能。为了降低系统成本，提高系统 的通用性，其内部有1 6 k b 的指令缓存和1 6 k _ b 的数据缓存，包含了m m u 内存管理单元以支持虚拟存储。内部还有t f t 的l c d 控制器、c a m e r a 接口、 n a n df l a s h 的b o o t l o a d e r 、系统电源管理单元、s d r a m 控制器、通用串口 电子科技大学硕士学位论文 ( u a r t ) 、d m a 、通用定时计数器、通用i o 、i i c 【2 0 1 总线接口、u s bh o s t 、 u s bd e v i c e 、s d 接口、s p i 【1 9 】。由于其运行的最高速度可以到4 0 0 m h z ， 因此在移动通信中的视频电话和m p 4 等多媒体应用完全可以由软件来实现。 从而可见$ 3 2 4 4 0 是移动电话中处理能力比较强的一个应用处理器。$ 3 2 4 4 0 采用0 1 3 u m 工艺制作而成，封装成1 4 m m 1 4 r a m 的f b g a 2 8 9 。图2 4 是 $ 3 2 4 4 0 的内部结构。从图中可以看出$ 3 2 4 4 0 内部有a r m 9 2 0 t 的内核和两 条高速总线a h b 、a p b 构成。a r m 9 2 0 t 带有m m u 内存管理单元，1 6 k b 的i c a e h e 和1 6 k b 的d c a e h e 以及写入缓冲区。a h b 主要把存储器、u s b h o s t 、 c a m e r a 、n a n df l a s h 控制器、l c d 控制器等数据量较大的设备连在一起。 a p b 主要把串口、i i s 、i i c 、r t c 、s d i 、u s bd e v i c e 、a d c 、s p i 、t i m e r 、 w a t c h d o g 等低速设备连在一起。同时a h b 和a p b 之间通过高速总线桥和4 个d m a 通道连在一起。 2 4 2 e c o s 简介 e c o s 是一种嵌入式可配置实时操作系统，适合于深度嵌入式应用，主要 应用对象包括消费电子，电讯，车载设备，手持设备以及其他一些低成本和 便携式应用。e c o s 是一种开放源代码软件，无任何版权费用。e c o s 具有很强 的可配置能力，而且它的代码量很小，通常为几十到几百k b 。他的最小配 置形式是它的硬件抽象层h a l 所提供的引导程序r e d b o o t ，可以支持很大范 围内许多不同的处理器和平台。它的最大配置形式是一个完整的实时操作系 统，所提供的服务和支持能与其他大多数商用实时操作系统相媲美。e c o s 为 开发人员提供了一个能涵盖大范围内各种不同嵌入式产品的公用软件基础结 构，使得嵌入式软件开发人员可以集中精力去开发更好的嵌入式产品，而不 是停留在对实时操作系统的开发、维护和配置上。 电子科技大学硕士学位论文 第三章详细硬件设计 3 1 系统框图 整个系统以$ 3 2 4 4 0 【1 】为核心，其框图如图3 1 所示。 12 v 电源 i 强骠l n 、 1 删晶体振藩嚣 3 2 k 晶傅摄藉嚣 l 八 v c 0 9 2 8 r v i t sc o d e c l 八 1 八 s d r 删+ n a n of w h + h 盯f l a s e 广 广叫 l j t r a n s p l a s h r ， 【”6 。* 2 2 。0t g r i 。d + l s 3 2 “0 l l 2 f s o l l l p 0 1 r n 7 l 删8 0 2 - _ v l l3 mc u e r a l 卜、 l u - 7 0 c i r i m 一( t e a m ，k g 剖 h s o 缈l d 3 2 0 l 键盘及其他输入 l 、： 图3 - i 系统硬件框图 整个电路设计充分利用$ 3 2 4 4 0 的特点优化电路设计。在设计电路时主要 参考s m d k 2 4 4 0 【3 】的电路设计。电源部分主要有1 2 v 和2 8 v 和3 3 v 构成， 1 2 v 主要提供给$ 3 2 4 4 0 的内核的电源，2 8 v 主要提供给一些芯片的i o 提供电 源，整个电源设计充分考虑效率和成本，3 3 v 主要提供存储器电源和u s b 电 源。1 2 v 采用d c d c ，而2 8 v 和3 3 v 采用l d o 。m i d i 采用v i m i c r o 的和6 4 弦 芯片v c 0 9 2 8 【2 1 】，它是一个高品质、低功耗音频处理器，为为手机系统提 供一个高性能，低成本的m i d i 解决方案。它通过8 位总线和m c u 接口，m c u 可以通过$ 3 2 4 4 0 端的驱动程序控制v c 0 9 2 8 内部的寄存器来实现整个m i d i 的 合成和一些诸如音量的控制等。i i sc o d e c 主要是把$ 3 2 4 4 0 输出的数字音源转 化成音频信号，同时也把模拟输入信号转化成数字信号，然后进入$ 3 2 4 4 0 进 7 电子科技大学硕士学位论文 行音频编码。显示屏幕采用e p s o n 带触摸屏的l 2 f 5 0 1 1 1 p 0 1 【1 6 】，其分辨率 1 7 6 2 2 0 ，采用r g b 接口方式和$ 3 2 4 4 0 接口，$ 3 2 4 4 0 通过1 8 位数据线，行同 步、场同步等信号来控靠i j l c d 的显示；通过x p ，x n ，y p ，y n 连接到$ 3 2 4 4 0 的触 摸屏接口，$ 3 2 4 4 0 通过触摸屏接口的a d c 来判断触摸屏被触摸的位置。 c a m e r a 采用三星的a u 7 0 c ，它是1 3 m 的c m o ss e n s o r ，其输出y u v 信号， 可以直接与$ 3 2 4 4 0 连接：$ 3 2 4 4 0 通过i i c 控制s e n s o r 内部的寄存器和c a m e r a 的一些参数。t e a 5 7 6 7 h n 【1 8 】是p h i l l i p s 推出的单芯片调频收音机接收芯片， 这个芯片不但外围电路简单，而且控制非常方便，$ 3 2 4 4 0 通过i i c 总线控制接 收频率等内部寄存器。系统输入主要有5 5 键盘，充电检测等。系统时钟主 要包括实时时钟和系统工作所需要的时钟。r t c 时钟有3 2 k 的晶体振荡器产 生，只要r t c 电池不掉电，整个系统的时间就可以得到保留。系统工作需要 的时钟由1 2 m 晶体振荡器产生的信号通过内部锁相环倍频得到需要的频率， 然后再分频得到各个部分需要的时钟，m c u 的工作频率在n o r m a l 时f l c k 范 围为1 0 1 6 m h z 4 0 0 m h z ，在s l o w 方式下为8 5 7 k h z 。1 2 m h z 。a h b 和存储器总 线工作的频率( h c l k ) 口- f f j 以为f c l k 的1 1 ，1 2 ，1 3 ，1 4 。外设工作的频率可 以为h c l k 的1 1 和1 2 ，u s b 工作在4 8 m h z 。由于这个只是一个开发平台，因 此在存储器的选择上直接选用通用的存储器，其中n o rf l a s h 选用 a m 2 9 l v 8 0 0 b b ，n a n df l a s h 选用k 9 k 2 g 16 u o m ，s d r a m 选用两片 k 4 s 5 1 1 6 3 2 m 组成3 2 位宽的s d r a m 。g m 8 0 2 是u b n e t i c s 推出的g s m g p r s 模 块，应用处理器可以通过串口进行a t 命令操作，完成基本的通话，短消息和 其他g m s 业务；这个g s m 模块具有低功耗，体积小的特点；同时这个模块具 有流控功能和d e e ps l e e p 与w a k e u p 功能便于应用处理器进行功耗控制，同时 也保证g s m 通信不丢失数据。u s b 【2 6 】是通过$ 3 2 4 4 0 来实现的，支持u s b 1 1f u l ls p e e d 和p c 连接，$ 3 2 4 4 0 提供u s bh o s t 和u s bd e v i c e 支持，在我们设 计中只做了u s bd e v i c e 设计，用户可以通过u s b 把手机当成一个u 盘，进行 n a n df l a s h 中文件系统的读写，这特别适合一些媒体文件的下载。对于采用 w i n c e 和l i n u x 等操作系统，用户可以通过u s b 更新操作系统里面的部分代码 达到系统升级的目的。$ 3 2 4 4 0 对红外提供s i r 【2 4 】【2 5 】，不提供m i r 和 f i r 的支持。串口主要是为了调试和g s m 模块程序升级用，p c 1 i n k 应用程序 并没有对串口支持。 电子科技大学硕士学位论文 3 2g s m 通信控制电路设计 g m 8 0 2 【2 2 】模块和电池直接连接，它负责电池充电，a b b 通话部分， 其通信主要通过应用处理器通过串e i a t 【2 3 】命令来控制。同时a p p ( a p p l i c a t i o np r o c e s s o r ) 通过o n o f f 控制线开关g m 8 0 2 ，当需要开启g m 8 0 2 的时候， 由应用处理器通过o n o f f 线送出一个宽度为l o o m s 的低电平脉冲，需要关 g m 8 0 2 的时候，由应用处理器送出一个宽度为2 秒的低电平脉冲，也可以通 过a t 命令发送a t + p o w e rd o w n 通过g m 8 0 2 内部执行关机命令。g m 8 0 2 和应用处理器通信的信号线有：t x d ，r x d ，d t r ，r t s ，c t s ，w a k e u p ， s u s p e n d 。前面5 个信号线和标准串口信号对应。后面两个信号线是g m 8 0 2 专有的。w a k e u p 是g m 8 0 2 输出的一个信号线，当a p p 处理低功耗态，同时 g m 8 0 2 处于d e e ps l e e p 模式的时候，如果g m s 0 2 有新的消息需要通知应用处 理器，就由这个引脚输出一个低电平脉冲，让应用处理器产生中断，这个时 候a p p 能响应这个中断，同时退出低功耗态。然后a p p 使能串口的流控信号 d t r 和r t s 。g m 8 0 2 根据流控的状态再把响应的消息通过串口发送给a p p 。 另一方面，如果应用处理器需要转换到低功耗状态，同时也希望g m 8 0 2 进入d e e ps l e e p 模式，应用处理器就关掉应用处理器周围的应用电路或让周 围的电路进入低功耗模式。然后使g m 8 0 2 的s u s p e n d 输出电平，g m 8 0 2 检 测到这个信号是低电平后，就会启动内部的一个定时器f 通常时2 0 一3 0 秒1 。 当定时终止的时候，g m 8 0 2 认为应用处理器已经进入待机状态，短时间内没 有主动网络请求。由于g s m 通信的间断性，因此g m 8 0 2 的a b b 就会进入间断 式的工作模式。同时为了降低功耗，g m s 0 2 也会关掉i o 的电源，这样可以充 分降低功耗。如果有新的事件来了，如来电，短消息等，g m 8 0 2 会执行上面 的唤醒流程来唤醒应用处理器，然后把事件的消息通过a t 命令的形式发送给 应用处理器。典型的s u s p e n d 和w a k e u p 时序如图3 2 所示。 由于g m 8 0 2 内部的a b b 带有充电控制，因此整个手机的充电控制由 g m 8 0 2 完成，当有充电器插上的时候，g m 8 0 2 就会自动开始充电，同时应用 处理器每隔一段时间就查询，如果充电满就停止充电。g m 8 0 2 在控制充电的 时候先采用恒流充电，充电电流为5 0 0 m a 左右，当充满后采用恒压充电，充 电电压为4 2 v 。 9 电子科技大学硕士学位论文 m o d u l e s u s p e n d c o m r n i t t e d _timeri l7 ， l r e s p o n s e 断 i p 趟repon。se， 盯 c h w a c f e r l 一 厂 ht f。| 叫1 力 图3 - 2g m 8 0 2 s u s p e n d 和w a k e u p 时序 g m 8 0 2 的a b b 与麦克风和扬声器直接连接上就可以完成通话。由于a b b 的麦克风很容易受到r f 部分的干扰，因此，麦克风需要增加额外的滤波电 路以防止射频部分对通话质量的影响。 g m 8 0 2 可以直接与s i m 卡连接，g m 8 0 2 在上电后，可以通过应用处理 器发a t 命令注册网络，这个时候时候g m 8 0 2 会自动读取s i m 卡里面的用 户注册信息，然后注册网络。不管注册网路成功与失败，g m 8 0 2 会返回注册 信息；应用处理器也可以查询当前的网络信号质量和当前的网络运营商的一 些信息。 1 0 电子科技大学硕士学位论文 为了保持手机里面的实时时钟，特别为了防止手机电池无电或用户取出 电池实时时钟丢失，g m 8 0 2 与一个纽扣电池连接，这样在没有电池的情况下， g m 8 0 2 内部的a b b 也可以保持实时时钟。 3 3 系统时钟设计 由于g m 8 0 2 内部带2 6 m 和3 2 k 的晶体振荡器，因此g m 8 0 2 不需要外部 时钟。在设计系统时钟的时候主要考虑$ 3 2 4 4 0 和周围的外围电路的时钟。 $ 3 2 4 4 0 内部时钟模块的结构图3 - 3 。 图3 - 3 $ 3 2 4 4 0 系统时钟产生模块 $ 3 2 4 4 0 的内部f c l k 时钟最高频率为4 0 0 m 。在我们系统中，可以根据 软件的需要动态地调整系统的时钟频率。具有最佳性能的时钟配置是： a r m c l k 为4 0 0 m h z ，h c l k 为1 3 3 3 m h z ，p c l k 为6 6 7 m h z 。 其中x s x t i n 接1 2 m 的晶体振荡器，系统工作的时钟a r m c l k 主要有 锁相环m p l l 来控制。a h b 总线时钟h c l k 、和外设时钟p c l k 。另一方面， u p l l 锁相环的输出时钟通过分频后主要用于u s b c l k 、i r d a c l k 、c a m c l k 等。从上图可以看到，$ 3 2 4 4 0 工作在i d l e 状态的时候，系统内核是不提供 时钟的。这样可以减小系统的功耗。整个系统的时钟分配如图3 - 4 所示。 从上图可以看到$ 3 2 4 4 0 内部可以对各个功能模块进行时钟控制，这样对 系统功耗控制是非常方便的。软件可以根据系统处于不同的状态和不同的状 态每个功能模块的使用情况进行时钟和每个部分的电源管理。 电子科技大学硕士学位论文 3 4 存储器系统设计 图3 - 4 $ 3 2 4 4 0 内部时钟分配图 图3 - 5 存储器系统示意图 1 2 电子科技大学硕士学位论文 系统的存储器组织如图3 。5 所示。整个存储系统采用两片6 4 m b 的 s d r a m 构成1 2 8 m b 。1 2 8 m 的s d r a m 组织成为3 2 位3 2 m ，主要的接口 信号线和主要作用如表3 1 所示。s d r a m 占用系统物理地址空间： 0 x 3 0 0 0 0 0 0 0 0 x 3 7 雠。a 0 一a 1 2 和$ 3 2 4 4 0 的a 2 a 1 4 相连，b a 0 一b a l 和a 2 5 、 a 2 6 相连。$ 3 2 4 4 0 内部的s d r a m 控制器在上电后初始化s d r a m 【6 】。 n a n df l a s h 的容量为2 5 6 m b ，它并不占用系统的存储地址空间，主要的接口 信号有：c e 、r e 、w p 、w e 、a l e 、c l e 、r b 。其数据端口和s d r a m s r a m 复用。每个信号的作用如表3 2 所示。 表3 - 1s d r a m 接口信号表 信号名称 主要作用 c l ks d r a m 系统时钟信号线 c k es d r a m 时钟使能信号，只有在s d r a m 访问的时候 c k e 才为高电平。 c ss d r a m 片选信号 r a s 行地址选择信号 c a s列地址选择信号 w e 写使能信号，在写的时候为低，在读的时候为高 a 0 a 1 2系统地址线，与r a s 、c a s 组合形成地址线 b a o - b a lb a n k 选择线，根据b a 0 b a l 的不同值选择内部的4 个b a n k 中的一个操作。 d q m 0 一d q m 3数据总线m a s k 信号，为高时，对应的数据被m a s k d q 0 - d q 3 13 2 位数据总线，直接和$ 3 2 4 4 0 的s d r a m 数据总线 连接 表3 - 2 n a n d f l a s h 接口 信号名称主要作用 c en a n df l a s h 的片选信号 r e 读使能信号 w p 写保护信号，当位低电平时，写无效 w e 写有效信号 电子科技大学硕士学位论文 a l e 地址锁存信号 c l e 命令锁存信号 r ，b 指示n a n df l a s h 芯片是否处于忙