（信号与信息处理专业论文）基于calypso平台的手机多媒体开发.pdf

摘要 多媒体功能是消费者对手机的一项基本需要，现在的手机必须是一个集成了 声音、图像和连接的综合平台。手机开发平台c a l y p s o 已经具备了手机最基本的 通话和短信等功能，本课题在该平台的基础上，开发手机的多媒体功能。 上海智多微电子公司的移动多媒体协处理器阳光二号c 6 2 6 芯片具有良好的 兼容性、高集成度、超低功耗、易于开发等特色，特别是支持手机产品在音频、 视频、拍照以及视频卡拉o k 等功能的扩展。在本课题中利用c 6 2 6 的多媒体特性， 设计手机的u 盘模块，m p 3 、m p 4 模块，卡拉o k 模块，l c d 模块，以及拍照模块， 并进行了实验调试，实现了手机的多媒体功能， 本课题设计的手机在功能上已经实现了预想的目标，在可操作性和可靠性方 面还有待提高。 关键词：c a l y p s o ： 多媒体：m p 3 ：拍照 a b s t r a c t t h em o b i l ep h o n en o wm u s tb eas y n t h e t i cp l a t f o r mw h i c hi n t e g r a t e ds o u n d , i m a g ea n dc o n n e c t i o n , b 蹦l t l s ct h em u l t i m e d i af u n c t i o ni sa f u n d a m e n t a lr e q u i r e m e n t f o rc o n s u m e r t h ed e v e l o pp l a t f o r mo fm o b i l et e l e p h o n e rc a l y p s oa l r e a d yh a v et h e m o s tf u n d a m e n t a lf u n c t i o n s s u c ha sc a l la n dm e s s a g e i nt h i sp r o j e c t , t h em u l t i m e d i a f u n c t i o no fm o b i l ep h o n eh a sb e e nd e v e l o p e db a s i si n 也i sp l a t f o r m t h ec 6 2 6i sam o b i l em u l t i m e d i ac o - p r o c e s s o rm a d eb yc h i p n u t st e c h n o l o g y ( s h a n g h a i ) ，i n c i ti sg o o d - c o m p a t i b i l i t y ，h i g h - i n t e g r a t e d ，l o wp o w e r - c o n s u m i n g a n d e a s y d e s i g n , e s p e c i a l l yf o rm o b i l ep h o n ep r o d u c te x p a n d i n gt h em u l t i m e d i af u n c t i o n ， s u c ha sa u d i o v i d e oa n dk a r a o k e i nt h i sr e s e a r c ht o p i c , m a k eu s eo ft h em u l t i m e d i a c h a r a c t e r i s t i co fc 6 2 6 , d e s i g n i n gm o b i l ep h o n ef u n c t i o n s ，s u c ha su d i s k , m p 3 ，m p 4 , k a r a o k ea n dd i g i u ac a m e r a a n dh a v em a d ee x p e r i m e n td e b u g g i n g , i m p l e m e n t a t i o n t h em u l t i m e d i af u n c t i o no fm o b i l ep h o n e t h em o b i l ep h o n ed e s i g n e db yt h i sp r o j e c th a sa l r e a d yr e a l i z e dt h et a r g e t a n t i c i p a t i n go nt h ef u n c t i o n , a n dt h em a n e u v e r a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yr e m a i nt o b e i m p r o v e d k e yw o r d ：c a l y p s o ，m u l t i m e d i a , m p 3 ，c a m e r a 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞盗王些太堂或其他教育机构的学位或 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了谢意。 学位论文作者签名：兰请日盎签字日期：b 订年，, e l 俘e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权云洼王些太堂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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：王i 肇日盘 签字日期：溉 年f 月i 口日 导师签名：辛葬娟 签字日期： b o o ) 年f 月缪e l 学位论文的主要创新点 一、采用新型的移动多媒体协处理器c 6 2 6 ，在c a l y p s o 手机开发平台上实现音 频、视频等多媒体功能。 二、将m p 3 、m p 4 等多媒体功能在协处理器上实现，使得音频和视频的播放更 加流畅。 第一章前言 第一章前言 1 1 手机设计行业发展现状 手机设计是指基于手机研发的四种模式，以厂商自有研发力量或者借助于外 来研发力量，完成手机厂商用于生产的手机产品的技术方案。手机研发的四种模 式指芯片级研发、硬件平台级研发、设计方案级研发和整机组装级研发【l 】o 手机 设计包括提供手机硬件设计、应用软件设计、手机软件界面( m m i ) 、手机外观和 手机结构等全套设计方案。 大陆手机设计公司起步相对比较晚。在2 0 0 2 年之前，手机设计行业基本上 属于欧美、日本、韩国和台湾地区企业垄断。大陆手机设计公司在2 0 0 2 年注册 的最多，但真正被市场广泛认可是2 0 0 3 下半年的事情。中国国内手机厂商为了 节省开发成本、以及上市手机更加贴近国内消费人群，纷纷将手机设计订单转移 至国内，开始大量买断国内手机设计公司的设计方案。2 0 0 3 2 0 0 4 年中国手机设 计公司在国内市场上大出风头。从2 0 0 4 年开始，国内手机市场增速趋缓，国内 品牌手机厂商市场占有率持续下滑，在2 0 0 5 年达到了新低3 1 。手机设计公司 的不断增加，导致行业内部开始有所分工。手机设计行业链的结构如图1 1 所示。 图1 - 1 手机设计行业链结构 图1 - 1 中的上游属于芯片级研发模式，处在这一层的厂商能够完成从硬件到 第一章前言 软件的完整手机设计过程，它们主导产品和市场的发展方向。大部分手机设计公 司不具备此种研发能力，一般只有少数移动通信系统规格和标准的制定者，才具 备此种研发能力，如诺基亚、摩托罗拉、飞利浦、高通等。一方面这些厂商拥有 手机核心知识产权，另一方面这种研发模式不仅是技术密集型，而且也是资金密 集型，同时研发周期长。 手机硬件、软件、结构及外观设计公司属于硬件平台级研发模式，处在这一 层的厂商以开放的手机开发平台作为产品设计的主体，开发应用软件和外围非关 键部件( 如c a m e r a 、l e d 、m p 3 、f m 等) ，实现个性化的手机功能配置、外观设 计、操作界面等。随着芯片厂商之间竞争的加剧，硬件平台开放程度的提高，国 内主流手机设计公司基本上都己具备了硬件平台级的研发能力。 接下来的笼统的手机设计公司属于设计方案级研发模式，处在这一层的公司 购买上一行业链的部分设计方案或整体设计方案，然后在此基础上进行研发。此 种研发方式开发速度快、技术难度不高、产品研发成本相对较低，并且可对产品 外观和应用界面做出改动，因此较易为国内厂商接受。 最后的手机o d m 属于整机组装研发模式，直接购买整机套件，包括手机主 机板和周边大部分部件，进行组装生产，基本不存在技术研发。国产厂商在刚进 入市场时，基本上都采用了这种方式。因为该种方式的最大优点是可以快速推出 产品，占领市场，同时省去了高昂的研发成本。 目前只有诺基亚、摩托罗拉、索爱等少数厂商可以实现从手机平台开发到生 产制造，以及销售的全部过程【2 j 。也有部分厂商只提供手机开发平台，并不进行 下一步的开发比如t i 、a d i 、q u a l c o m m 等。国内的手机设计公司都属于后三种 研发模式，比如国内最大的手机设计公司北京德信，在手机平台的基础上专门为 客户提供整机方案，自己不进行市场销售；首信，t e l ，波导，康佳等公司则拥 有硬件平台级研发，组装生产，及自有品牌销售等部门：联想和海尔等公司自己 也进行硬件平台级研发，也把部分机型外包出去，由其它的手机设计公司开发及 生产；早期的厦新手机则大部分由韩国公司设计。 1 2 手机开发平台介绍 移动通信技术迅猛发展，从使用模拟调制方式单一的话音业务经历了当前的 使用数字调制的第二代移动通信系统，而且即将迎来了第三代移动通信系统。移 动通信终端市场经济增长值在短时间内迅速膨胀起来，成为各手机芯片厂商、手 机制造商、手机设计公司竞相追逐的一块宝地。手机的设计从单一话音通话向音 乐手机，多媒体手机，多模手机等方向发展【3 】o 手机终端产品也在随之相应的变 2 第一章前言 化，在高度的集成化下，手机平台的概念应运面生。 手机的核心技术在于手机的开发平台，手机开发平台是指手机主板的全套解 决方案，可分为手机硬件平台和软件平台。手机硬件平台即硬件整体解决方案是 指厂家提供基频中的d s p 、m c u 、a d c 、d a c 及射频r f 等关键芯片组和设计 方案。手机软件平台即软件整体解决方案通常是指只提供底层的物理层软件、操 作系统及基本应用软件的设计方案。底层软件是手机核心知识产权的关键，包括 物理层和协议栈软件。手机开发平台的设计公司，主要是在核心手机的软硬件平 台上进行开发和应用，即首先在一块p c b 板上构架主要的芯片如d s p 、m c u 、 r f 、i f 、电源管理等芯片和外围电路，再将专用的软件及应用软件与之进行性 能适配，以形成一套完整的手机解决方案手机开发平台。 手机开发平台，核心处理器是基本。这个“核心”在以语音通信为主的时代， 指的是数字基带处理器，而随着多媒体手机时代的到来，越来越多的多媒体处理 功能需要由一个独立于基带处理器、专门的应用处理器来完成，而此应用处理器 可为手机带来潜在的“增值”应用功能，即今天在手机设计平台的开发，在很大 程度上取决于应用处理器的开发与研究。一个完整意义上的手机平台，是有开发 潜力的平台，它具有良好的可扩展性和升级性，可最大限度满足用户个性化需求， 同时一个完整的平台还需供应商有能力提供外围软硬件资源，这种资源的多寡， 来源于企业的技术积累，也决定了供应商开发平台的优势所在。 主流的手机设计平台有摩托罗拉( m o t o r o l a ) 、诺基亚( n o k i a ) 、飞利浦( p h i n p s ) 、 模拟器件公司( a d o 、德州仪器( v 0 、台湾联发科( m t i p 、美国高通( q u a l c o m m ) 等公司【4 】。m o t o r o l a 平台有自己的部分产品，也会给其它的设计公司或者厂商提 供，但技术支持相对较弱；n o k i a 平台主要是自己的全部产品，质量保障；p h i l i p s 平台有自己的产品，该平台在r f 方面有明显的优势，基带构架也不错，尤其电 源管理技术更胜一筹；a d l 只做平台方案，国内只有代理商，a d i 需要很好的 技术沉淀，硬件强，但缺乏一定的支持力度：t i 平台应用接口多，扩展性强， 集成度高，但开发周期较长，需要开发人员有经验，产品的风险系数大，难于快 速产品化；m t k 这个平台对m p 3 、m p 4 有着良好的支持，平台的价格便宜，技 术支持特别全面，但开放性很差，扩展性差，规范性差，国外市场竞争力弱，但 在国内近三年发展迅速，占领了大部分的低价市场；q u a l c o m m 则主要提供 c d m a 和3 g 解决方案。 1 1 是全球较大的手机基带芯片提供商之一，1 1 可以说是目前手机设计平台 供应商中产品分类最为全面和细致的公司，其平台产品分为高端的o m a p 系列 及中低端的c a l y p s o 和l o c a s t o 系列。1 r i 平台方案最突出的特点有两个：一是突 出其在d s p 领域的优势，在几乎所有的高端独立应用处理器和数字基带中都采 第一章前言 用了d s p + m c u 的双核结构；二是其在手机周边硬件以及相关软件方面能够提 供比较广泛的支持。 1 3 课题简介 如今，随着消费者对于手机内置各种功能应用的需求曰益增加，手机不断集 成数码相机、m p 3 、调频收音机、互动游戏等多媒体功能。人们使用手机并不只 是用来进行通话，发送电子邮件、短信、下载铃声、歌曲、游戏和其它一些多媒 体娱乐才是它们主要的应用方式【5 1 。对于一些时尚人士而言，手机的通话功能反而 没有附加功能吸引人。众多手机设计公司为此将多媒体应用功能作为一个卖点， 集成到手机产品当中去。目前诺基亚，摩托罗拉是全球最大的两个手机设计公司， 代表着手机设计行业的最高水平，他们在多媒体手机的设计上都下了很大功夫， 推出的多媒体手机型号也特别多。但是这两家大公司设计的多媒体功能手机一般 在价位上比较高，比如在2 0 0 5 - 2 0 0 6 年之间，这两家公司推出的带有u 盘，m p 3 ， 数码相机等多媒体功能的手机，一般都得2 0 0 0 元以上。 1 1 手机开发平台c a l y p s o 已经能进行手机最基本的通话和短信等功能，本课 题在该平台的基础上，采用上海智多微电子公司的移动多媒体协处理器阳光二号 c 6 2 6 芯片，开发手机的多媒体功能。在本课题中利用c 6 2 6 的多媒体特性，使手 机实现u 盘、m p 3 、m p 4 、卡拉o k ，和弦铃声，3 0 万象素拍照等功能。，并尽 可能的让手机的可操作性和可靠性达到国内市场的要求。 4 第二章1 1 开发平台c a l y p s o 架构 第二章t i 开发平台0 a l y p s o 架构 2 1c a i y p s o 硬件平台结构 c a l y p s o 是1 1 公司推出的一个客户定制平台，专门面向g s m g p r s 应用的 2 5 g 手机开发平台，它成本比较低，主要用于中低端的手机开发。1 r i 公司对 c a l y p s o 的解释是ac u s t o md u a lt m s 3 2 0 c 2 5 b a s e dd e v e l o p m e n tp l a t f o r m n a m e d c a l y p s 0 0 咖s 3 2 0 c 2 5 是1 1 公司的d s p 内核1 6 1 。l g 、摩托罗拉、松下、 波导、联想等手机厂商都有采用c a l y p s o 平台的手机。 c a l y p s o 硬件平台与其它的手机开发平台一样，都具有基频( f u n d a m e n t a l f r e q u e n c y ) 和射频( r a d i of r c q u e n c y ) 两个模块川。基频，又称为基带( b a s eb a n d ) ， 可分为数字基带处理器( d i 舀t a lb b ) 和模拟基带处理器( a l l a l o gb b ) 。在本课题使 用的c a l y p s o 平台中，采用i ) 7 5 1 9 9 2 作为数字基带信号处理器，t w l 3 0 1 4 作为 模拟基带信号处理器，t r f 6 1 5 1 作为射频处理器。图2 - 1 所示为c a l y p s o 手机硬 件开发平台结构。 图2 - 1c a l y p s o 手机硬件开发平台结构 5 第二章1 1 开发平台c a l y p s o 架构 2 1 1 数字基带处理器 数字基带处理器d 吁5 1 9 9 2 是一个复合芯片，内部包含一个a r m t t d m m 内 核的m c u 子系统和一个带有程序和数据的d s p 子系统【8 i 。m c u 子系统是整个 数字基带及整个手机的控制核心，主要运行基带系统的l 、2 、3 层g s m g p r s 协议栈，系统软件和应用软件，控制人机界面( 如l c d & k e y b o a r d ) 、s i m 卡及 系统接口，控制实时时钟等功能。并且可利用一些系统接口控制附加的外部器件， 实现某些个性化的功能。d s p 子系统主要处理基带信号的调制解调、信道编解 码、话音编解码、加密解密等功能。图2 2 为数字基带处理器内部单元结构。 图2 2 数字基带处理器内部单元结构 基带串行接口：通过模拟基带与射频处理器连接，接收和发送基带信号，时 序信号由t s p ( t m a es e r i a lp o r t ) 直接与射频处理器连接。 音频串行总线：与模拟基带相连，进行数字音频信号串行传输，再由模拟基 带进行模拟音频信号与数字音频信号的转化，最后与听筒和喇叭相连。 s p i 串行总线：数字基带通过s p i 总线与模拟基带通信，通过修改模拟基带 内部的寄存器值，来控制模拟基带工作。 a p i ( a r m p o r ti n t e 血c e ) ：a r m 7 与d s p 子系统之间有8 k 字( 1 6 b i 0 的数据缓 冲区，并通过一个a p i 接口进行通信。 外部存储器& l c d 接口：c a l y p s o 采用s p 卸s i o n 公司的s 7 1 p l l 2 9 j c 0 为外部 6 第二章1 1 开发平台c a l y p s o 架构 存储器，s 7 1 p l l 2 9 j c 0 集成1 6 m b y t e 的n o rf l a s h ，4 m b y t e 的s r a m 。由于 a r m 内核便利的内存访问模式，将i l - d 与外部存储器共用一套外部总线，a r m 以地址、数据线复用的模式控制1 6 位并行l c d 。 r t c ：外接3 2 7 6 8 k h z 的振荡电路，执行日历、计时、定时闹钟等功能，还 为数字和模拟基带提供休眠时钟。 s 1 m ：通过模拟基带与s i m 卡相连，实现3 0 v 到1 8 v 电平的转换。 2 1 2 模拟基带处理器 模拟基带信号处理器t w l 3 0 1 4 是数字基带与射频及部分模拟部件连接的桥 梁，它集成了一套完整的基带处理电路，用于处理数字音频信号，基带信号【9 j 。 t w l 3 0 1 4 还集成了部分射频控制接口，s i m 卡接口电路，电压调节器、充电控 制电路以及开关机控制等功能。图2 - 3 所示为模拟基带处理器内部单元结构。 图2 3 模拟基带处理器内部单元结构 电源控制：t w i 3 0 1 4 可使用两个电源，一个是电池电源，另一个是后备电 池提供的实时时钟电源。通过电压调节器、电压检测a c d 、电池充电接口以及 备用电池控制实现完整的手机电源管理功能。 基带信号处理：在接收基带信号方面，模拟基带采用分离的同相正交( ) 信号接口，由两个通道分别对输入的i q 信号进行滤波处理，最后由基带串行接 口传入数字基带处理器。数字基带的d s p 子系统采用分间插入、信道解码、向 前纠错、解密、循环冗余校验等处理后，得到数字音频信号。在发射基带信号方 面，数字音频信号经分问插入、信道编码等一系列处理后，得到发送的基带信号， 7 第二章1 1 开发平台c a l y p s o 架掏 传入模拟基带，模拟基带对信号进行脉冲格式化处理后，送到g m s k 调制器， g m s k 调制器输出的信号经d a 转换及低通滤波后，输出到射频处理器。 音频信号处理：在接收音频信号方面，由数字基带输出的数字音频信号传入 模拟基带，经放大和d a 转换后，得到模拟音频信号。再经带通滤波、音量控制 输出到外部受话器。在发送音频信号方面，外部送话器得到的语音信号传入模拟 基带，经前置放大及a d 转换后得到数字音频信号，再经过滤波、取样速率变换、 以及放大后输出到数字基带处理器。 2 1 3 射频处理器 射频处理器t r f 6 1 5 1 是应用于e g s m ( e n h a n c e dg s m ) 、d c s ( d i g i t a lc e l l u l a r s y s t e m ) 、p c s ( e e r s o n a lc o m m u n i c a t i o n ss e r v i c e ) - - 频g s m 手机的复合射频处理 器，它集成了接收、发送以及频率合成等三方面的功能【1 0 1 。在接收方面，t r f 6 1 5 1 采用的是直接变换的线性接收机。在发射方面，采用的是带偏移锁相换路的发射 机。射频处理器集成了分频器、鉴相器、射频v c o ( v o l t a g ec o n t r o l l e do s c i l l a t i o n ) 、 中频v c o 等电路，外接射频v c o 、中频v c o 频率合成的低通滤波及谐振电路。 图2 4 所示为射频处理器及外围电路结构。 图2 4 射频处理器及外围电路结构 射频信号接收：射频信号由转换开关连接到接收电路，经滤波、低噪放大后， 进入混频器。在混频电路中，射频信号与本机振荡信号进行混频，直接得到接收 机的基带信号，由于采用的是直接变换的线性接收机结构，本机振荡信号的频率 和射频信号的中心频率是一致的。基带信号再经过直流偏移补偿和信道滤波后， 由i q 信道转换进入模拟基带处理器。 射频信号发送：发送的基带信号经模拟基带输出，通过姻信道转换进入发 送i q 调制器，中频v c o 电路产生中频载波，经过1 2 分频和9 0 。移相后得到正 8 第二章t i 开发平台c a l y p s o 架构 交信号，与输入的基带信号进行调制。外接的发射v c o 通过偏移混频对i o 调制后的基带信号进行反馈，输入到鉴相器。鉴相器接收两个输入信号，一个是 i ，q 调制输出的带有g m s k 调制信息的发射中频信号，一个是偏移混频器输出的 反馈信号。鉴相器对两个信号进行比较，产生相位误差信号。相位误差信号经一 个二阶低通滤波处理，输出到外部v c o 电路。再经过射频功率放大器放大，由 转换开关切换到天线上将射频信号发射出去。 2 2c a i y p s o 软件平台结构 c a l y p s o 软件平台运行在数字基带处理器上，包括m c u 子系统与d s p 子系 统的程序。d s p 子系统的程序已经在出厂时，由1 1 公司固化到芯片中了，1 r i 公 司提供给手机设计厂商的软件平台，只有运行在m c u 子系统( a r m t ) i - _ 的程序， 相当于一个运行在a r m 7 芯片上的嵌入式软件系统。 手机软件和p c 机软件一样都是从中断向量表开始，因为比较小，看上去更 加清晰。中断向量表的第一个跳转指令当然是跳到复位的处理程序，后面是中断 处理、错误处理的跳转指令。一上电，就跳转到复位的处理程序，开始检查内存、 初始化芯片设置以及初始化运行环境，然后创建第一个任务。这个任务会按顺序 创建、启动其它任务。绝大多数手机程序都是多任务的，但也有一些小灵通的协 议栈是单任务的，没有操作系统，它们的主程序轮流调用各个软件模块的处理程 序，模拟多任务环境。 手机软件可以粗略地分成启动模块、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。操作系统在手机软件只占很小一部分。它 的主要功能就是提供多任务调度、通信机制。有的操作系统会提供动态内存分配， 定时函数，但这些都不是必须的。例如需要动态内存分配的模块，可以自己管理 一个内存池，这样更易于隔离模块和预测内存需求。 协议栈是手机软件最复杂的部分，它的复杂性在于它和基带处理芯片的设计 密切相关。只有具备芯片设计能力的企业才可能开发协议栈。协议栈会使用基带 处理芯片的所有资源、包括d s p 核。协议栈和芯片是手机的核心技术。 手机开发平台的操作系统比较多，高端的智能手机主要由s y m b i a n 、l i n u x 、 w i n d o w sm o b i l e 和p a l m 四大操作系统刮分，它们属于开放性的操作系统，这样 的手机软件对于用户来说是可扩展的，能支持第三方软件的安装和应用等功能。 而对于低端的g s m 手机主要采用n u c l e u s 操作系统。n u c l e u s 是一个实时的、抢 占的、多任务的嵌入式操作系统，大约9 5 的代码都是用a n s ic 编写，非常适 合移植，能用于绝大多数处理器。c a l y p s o 软件平台采用n u c l e u s 操作系统，并 9 第二章1 1 开发平台c a l y p s o 架构 在n u c l e u s 操作系统上运行手机的系统软件和应用软件。图2 5 所示为c a l y p s o 手机软件开发平台结构。 闭闺圈国闭 臣国 二二二夏三亘二二 亘 固 二二二至 二 图2 5c a l y p s o 手机软件开发平台结构 处于硬件层的m c u 子系统( a r m ) 通过a p i 接口与d s p 子系统协调工作， d s p 子系统在一个d s p 调度上实现音频编解码，音乐铃声，语音识别，声音备 忘录等应用功能。对于运行在a r m 7 上的嵌入式软件系统来说，它的核心是 n u c l e u s 操作系统，n u d e l l s 操作系统负责进程调度，进程通信，内存管理等相关 功能，使手机的各个功能模块协调运行。 g s m g p r sl a y e r l 2 3p r o t o c o ls t a c k ：按照o s i 参考模型的定义【1 1 】，l 1 层软 件支持在物理介质上传输b i t 数据流所要求的所有功能，是上层协议软件和硬件 之间的接口。u 软件结合上层软件执行小区选择、帧同步、发送功率、接收功 率、跳变频率等底层功能。u 层与l 2 层的接口用以支持控制信道信息的传递： 与无线资源管理的接口用以支持信道的分配以及物理层系统信息的传递；与无线 链路控制和介质访问控制层的接口用以支持分组数据业务等。另外，l 1 还提供 对射频硬件和d s p 接口的驱动，但不包含信号处理功能。通过完成对d s p 的驱 动控制，还可完成语音编解码、解调，均衡算法、数据交织，解交织算法、噪声抑 制、信道编码等功能。 l 2 层软件对应于数据链路层，它包括各种数据传输结构，对数据传输进行 控制。其主要功能包括；数据链路上的格式和操作错误的检测。流量控制、随机 接入信道在有接人请求后建立数据链路时的争抢判决等。 ”层软件是g s m 协议的核心，它分为无线资源管理子层r r 、移动管理子 层m m 、连接管理子层c m 。c m 子层又有呼叫控制c c 、补充业务s s 和短信息 管理s m s 等实体。r r 子层负责对无线链路连接( 物理的) 和数据链路连接( 逻辑的) 1 0 曰曰薷 的建立、保持和释放。在空闲模式下，r r 子层负责协调进行小区的选择和重选。 在专用模式下，r r 子层负责协调从报告监测结果到信道重新配置的整个切换过 程。m m 子层主要考虑移动站在空闲模式下如何向网络通报它的地理位置。一个 大的p l m n 服务区域被划分为许多个小的定位区域l a ，m m 子层的任务就是当 移动站进入一个新的定位区域时通知网络，以便能够继续跟踪移动站。此外， m m 子层还将所有其它上层协议实体的呼叫多路复用到一个单一的无线信道，也 就是s d c c h ；同时m m 予层完成呼叫重建任务的过程相对于用户是透明的。 c c 子层负责移动终端与网络一方的m s c 之间的操作，它管理与呼叫建立 和保持相关的任务，这些任务对用户来说是不可见的。c c 予层要为呼叫议定一 条合适的通路，并告知用户呼叫进行的情况( 即是否被叫已经振铃、占线或号码 无效等1 。每个呼叫，都有自己专用的c c 呼叫实体与之对应。c c 使得用户不必 面对网络或无线接口的出错信息，保证呼叫双方的控制信息按照正确的顺序进 行。s s 子层是一个简单的状态机，它支持呼叫无关补充服务信息以简单的信息 格式( f i e ) 传送，这种简易的信息格式主要承载了简易无线接口消息。向f i e 信 息格式的转换由内核的用户层来完成。 a c i ( a p p l i c a t i o nc o n t r o li n t e r f a c e ) ：提供一个功能接i = 1 可以让m f w 采用a t 指令集方便的调用和控制g s m g p r sp r o t o c o ls t a c k ，并利用p r o t o c o ls t a c k 的回 调机制进行交互。 m f w ( m m if r a m e w o r k ) ：人机接口框架和a c l 层类似，其作用是一个连接 m m i 和a c i 层的接口，对下一层接口进行封装。 i p v 4 ，t c p ，u d p ，w 俐m m s ：这几层属于手机网络应用的协议接口层，建 立在g s m g p r sl a y e r l 2 3 层协议栈之上，类似于传统计算机网络的协议分层。 w a p ( w i r e l e s s a p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 是由一系列协议组成，用来标准化无线通信设 备，例如蜂窝电话，无线电收发机。也可用于i n t e r n e t 访问，包括e - m a i l ，w w w ， n c w s g m u p s 和i r c ( i n t e m e tr e l a yc h a t ) 等功能1 1 2 1 。m m s ( m u l t i m e d i am e s s a g e s e r v i c e ) 是目前短信技术开发最高标准的种。最大的特色就是可以支持多媒体 功能，借助高速传输技术和g p r s ，以w a p 为载体传送视频片段、图片、声音 和文字等信息。 2 dg r a p m cl i b r a r y ：为m m i 提供图像显示的接口，可显示窗体，对话框， 按钮，选择项，文字，位图等。并对显示的内容进行叠加处理，最后转化为1 6 位的r g b ( 5 ：6 ：5 ) 格式传送到驱动层，并由底层驱动程序刷新到“= d 上。 f l a s hf i l es y s t e m ：手机的运行程序固化在n o rf l a s h 中，并将高地址的 一部分用做文件系统空间。文件系统层为上层m m i 提供简便的访问接口，能实 现通用文件系统的大部分应用需求。早期的手机存储是基于e e p r o m 的，主要 1 1 第二章t i 开发平台c a l y p s o 架构 用来存储电话本、短消息、用户设定等。现在的手机一般都有一个基于f l a s h 的 文件系统。在硬件n o rf l a s h 空间许可的情况下，可用来存储图片，音乐等通 用文件，以及保存系统信息和个性化设置等功能。如果再增加n a n df l a s h 的 话，手机就可实现通用u 盘功能。 t r a c e ：由于手机软件平台比较庞大，必须提供一种简便的方法用于开发 过程中的调试。t r a c e 提供给开发人员一个简便的接口，它可以通过数字基带 处理器的串口输出数据信息，然后由p c 端的串口调试软件接收显示，这种 t r a c e 信息的输出极大的方便了开发调试过程。 d d v c r ：手机驱动一般是指外设驱动，但也有一些设备是集成在基带处理芯 片中的这部分基本功能。手机需要最基本的键盘，声音，电池，s i m 等驱动接1 ：3 ， 1 r i 软件平台都已经提供，一般来说就是根据项目的需要修改一些参数而已，对 于手机设计公司一般是在此基础上增加一些个性化的驱动接口，用以控制m p 3 ， c a m e r a ，m i n i - s d 卡接口等应用功能。增加这些个性化应用功能是手机设计公司 最大的利润点。 m m i ( m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) ：m m i 在软件上主要是指用户与手机功能之间 交互的界面。主要的功能是输入用户操作信息，提供合理、方便的操作方法，对 众多的功能进行分类和组织，以声、光、振动等手段显示手机及网络的状态、输 出操作结果，加入动画、图标、问候语等修饰功能，使产品界面美观、友好。 m m i 层根据g s m 手机m m i 软件开发的具体情况，采用面向对象的程序设计技 术，用c 语言以窗口方式和消息驱动机制来组织软件结构，可以满足对m m i 软 件开发工作的各项要求。在这个技术方案中，窗口管理是整个m m i 软件的核心 结构。窗口管理为对话窗口、菜单、编辑及其它用户输入输出操作提供了一个基 本框架，为消息处理提供了基本手段。 第二章多媒体功能的系统设计 第三章多媒体功能的系统设计 3 1 系统的设计要求 手机系统的特点决定了系统在开发初期需求分析过程中需要完成的任务。就 一般软件工程概念而言，在需求分析阶段需要分析客户需求，并将客户的需求分 类整理一包括功能需求，操作界面需求和应用环境需求等。如何在需求分析阶段 详尽充分地表达客户的需求，并将之加入到后一步的系统模型中去，这是一个手 机系统成功设计的第一步。 手机系统应用需求中最为突出的个特点式注重应用的时效性一在竞争中， t i m e t o m a r k e t 最短的企业最容易赢得市场。因此，在需求分析的过程中，采用成 熟、易于二次开发的系统有利于节省时间，从而以最短的时间面向用户。根据手 机系统开发的步骤，首先要进行系统需求分析，再进行系统的概要设计和各个功 能模块的详细设计。 多媒体功能是消费者对未来手机的一项基本需要，仅仅提供语音功能的手机 已经是明日黄花了，手机必须是一个集成了声音、图像和连接的综合平台。这就 是消费者现在对手机的需求。功能的复杂化，使得一个c p u 的手机系统渐渐开始 力不从心，越来越快的c p u 速度直接导致了功耗的增加，并且在处理某些应用时 并不需要那么高的c p u 速度，造成浪费。为了保留原来手机设计积累的技术和知 识财富，使得在先前手机平台上投入了大量的人力和财力得以继续发挥作用，独 立的外置的应用处理器是必然选择。所以，越来越多的设计者开始选用两个甚至 更多个c p u ，分别负责音频，视频( 编解码、j p e g 、m p 3 、m p e g 4 等) 和连接( u s b 、 t v 、g p s 、蓝牙、因特网等) 。 采用多媒体处理器，它的优势是灵活性比较高，无论c d m a 手机、g s m 手 机还是未来的3 g 手机，都可以通过加入多媒体协处理器，做成一个多媒体手机。 此外，它开发起来也比较容易，因为无论什么多媒体功能，都可以通过那些外挂 的多媒体处理器去实现，因此，其开发时间也比较短。 手机多媒体功能的设计，主要是在现有手机开发平台，已经能够进行手机的 基本通话和短信等功能的基础上，进行手机多媒体应用功能的二次开发。也就是 在手机基带的基础上，外加多媒体协处理器，以满足用户对手机多媒体应用的各 种需求。系统的设计要求指标如下： 外接m i n i s d 卡，与p c 的u s b e l 连接，实现u 盘功能。 播放m i n i s d 卡中的m p 3 、m d i 文件，实现多媒体音频播放器。 第j 章多媒体功能的系统设计 播放m i n i s d 卡中的m p 4 、卡拉o k 文件，实现多媒体视频播放器。 l c d 屏幕大小为3 2 0 2 4 0 ，6 5 k 色。 实现3 0 万象素拍照，及p c 摄像头功能。 支持触摸屏及手写输入。 c a l y p s o 开发平台的数字基带处理器采用a r m 7 内核，提供了非常方便的外部 扩展接口。但c a l y p s o 平台的数字基带处理器本身对多媒体功能的支持并不是很 全面，因为没有u s b 和m i n is d 接口，所以必须外接器件才能实现u 盘功能。并 且为了支持数码相机功能，必须增加一个多媒体协处器进行图像信息处理，以实 现拍照过程中的p r e v i e w ，j p e g 压缩功能。屏幕采用专门的q v g a 高清晰l c d 模 组，拍照采用0 v 7 6 6 0 芯片的s e n s o r 模组，触摸屏采用a k 4 1 8 2 作为驱动芯片。 3 2 协处理器的选择 随着手机终端向着多媒体应用发展，进入手机多媒体i c 设计领域的半导体公 司也如雨后春笋般破土而出。手机多媒体应用的大量涌现催生了手机多媒体芯 片，多媒体功能的发展历程也是多媒体协处理器的发展历程。业内将这些多媒体 芯片归入应用处理器，应用处理器不仅包括多媒体应用也包含其它类型的应用。 通常来说，低端多媒体手机一般较多使用双芯片解决方案，用其中的基带处理器 控制增加的多媒体协处理器。 台湾和大陆都有不少公司进入多媒体协处理器的设计领域。作为本地手机多 媒体处理器的元老，中星微电子的音频产品与视频产品已分别应用在手机和弦、 多媒体铃声以及嵌入式摄像领域。v c 0 8 3 8 ，v 伪8 5 8 和v c 0 8 6 8 是中星微电子设 计的新型的多媒体处理器系列，它将音频处理和视频处理置于一体。这种小巧的 芯片在保证低功耗的条件下为用户提供出卓越的画面品质和非同凡响的声音效 果。定位于多媒体片上系统解决方案的杰得微电子推出的z 2 2 8 ，是中国首颗采 用0 1 3 r a m 工艺的多媒体应用处理器，内部集成音频和视频硬件编解码器。 a r m 9 2 6 e jc p u ( 2 6 6 m h z ) 和丰富的外围接口，该产品在智能手机、可视电话、 以及安防产品中有很广泛的应用。 作为手机多媒体协处理器芯片，高集成度、低功耗、性能稳定、控制方便以 及价格合理是重要的指标。本手机系统采用智多微电子公司近期推出的“具有真 正m t v 卡拉o k 功能”的移动多媒体协处理器阳光二号”c 6 2 6 芯片，设计手 机的多媒体功能。c 6 2 6 是智多微电子“阳光系列”中的第二款多媒体协处理器。作 为c 6 2 5 的升级产品，它与c 6 2 5 管脚兼容，并传承了智多产品一贯的低功耗和高 性价比的优势。c 6 2 6 提供了更多的拍照和图像显示处理功能，更高性能的音频 1 4 第三章多媒体功能的系统设计 表现，以及更丰富绚丽的视频表现和应用。同时，( 2 6 2 6 实现了智多微电子独创 的视频卡拉o k 功能【1 3 j 。 c 6 2 6 显著功能： 高集成度，在单芯片上集成了手机多媒体应用的各种功能 使用m p e g 4 + m i d i + m p 3 格式的视频卡拉o k 高达3 0 0 万象素的摄像头和p c 摄像机功能 v g a 模式下最高3 0 帧的预览功能 实时的图像处理功能馒古，黑白等) 内置的j p e g 编解码器 内置m p e g 4 硬件编解码器和视频录放功能 6 4 和弦，1 6 音调波表和3 d 环绕立体声 m p 3 的背景播放功能 支持u 盘功能，兼容s d m m c ，m i n i s d i - f l a s h - i 事储卡 高达q v g a 大小的各式s t n w t 显示屏 支持l c db y p a s s 模式，极大降低功率消耗 3 3c 6 2 6 协处理器 c 6 2 6 具有高性价比、高兼容性、高集成度、超低功耗、易于开发等特色， 特别是支持手机产品在音频、视频、拍照以及视频卡拉o k 等功能的扩展。c 6 2 6 作为低功耗单芯片多媒体协处理器是专为先进的多媒体功能手机以及智能手机 而优化设计的，它集成了当今市场上先进的移动多媒体功能。将用户所需要的多 媒体功能，包括音频视频等集成在同一块芯片里，使得客户能够在很短的时间内 设计出多功能低成本的产品。图3 1 所示为c 6 2 6 的应用结构示例。 c 6 2 6 采用的a r m 7 内核架构。作为一款低功耗的单芯片多媒体协处理器， 为新一代高性能和智能手机提供了丰富的音频处理、百万像素成像和高量存储等 多项功能的解决方案，同时还支持标准的s r a m 接口，使外部c p u 很容易通过 读写寄存器，从而控制c 6 2 6 。 c 6 2 6 处理器具有内置j p e g 和运动j p e g 的硬件编解码器。它支持各种型号 1 2 b p p 、1 6 b p p 年 1 1 8 b p p 色彩深度的s t n i f tl c d 驱动控制器。通过内置支持 c c m 6 0 1 和c c 瓜6 5 6 格式的c m o s 传感器控制器，c 6 2 6 可使移动设备具备数码照 相机质量的静态图片