智慧型終端

一般而言,智慧型終端是一類嵌入式計算機系統設備,因此其體系結構框架與嵌入式系統體系結構是一致的;同時,智慧型終端作為嵌入式系統的一個套用方向,其套用場景設定較為明確,因此,其體系結構比普通嵌入式系統結構更加明確,粒度更細,且擁有一些自身的特點。

智慧型終端體系結構

一般而言,智慧型終端是一類嵌入式計算機系統設備,因此其體系結構框架與嵌入式系統體系結構是一致的;同時,智慧型終端作為嵌入式系統的一個套用方向,其套用場景設定較為明確,因此,其體系結構比普通嵌入式系統結構更加明確,粒度更細,且擁有一些自身的特點。

智慧型終端體系結構分為硬體結構和軟體結構

智慧型終端 智慧型終端
智慧型終端 智慧型終端

從硬體上看, 智慧型終端普遍採用的還是計算機經典的體系結構——馮·諾依曼結構,即由運算器(Calculator,也叫算術邏輯部件ALU)、控制器(Controller)、存儲器(Memory)、輸入設備(Input Device)和輸出設備(Output Device)5大部件組成,其中的運算器和控制器構成了計算機的核心部件—中央處理器(Center Process Unit,簡稱CPU)。

一般而言,由於目前通信協定棧不斷增多,多媒體與信息處理也越來越複雜,往往將某些通用的套用放在獨立的處理單元中去處理,因而形成一種松耦合的主從式多計算機系統。

智慧型終端 智慧型終端

智慧型系統的多計算機系統結構

每一個處理單元都可以看作一個單獨的計算機系統,運行著不同的程式。每個從處理單元通過一定的方式與套用處理單元通信,接受套用處理單元的指令,進行相應的操作,並向套用處理單元返回結果。這些特定的處理單元晶片往往是以ASIC的形式出現的,但實際上仍然是片上計算機系統。例如,常用的2.5G基帶處理晶片實際上就是依靠內置的ARM946核執行程式來實現GSM、GPRS、EDGE協定的處理

軟體結構

我們知道,計算機軟體結構分為系統軟體和套用軟體。在智慧型終端的軟體結構中,系統軟體主要是作業系統和中間件。作業系統的功能是管理智慧型終端的所有資源(包括硬體和軟體),同時也是智慧型終端系統的核心與基石。作業系統是一個龐大的管理控制程式,大致包括5個方面的管理功能:進程與處理機管理、作業管理、存儲管理、設備管理、檔案管理。常見的智慧型終端作業系統有Linux,Windows CE,Symbian OS,iPhone OS等。中間件一般包括函式館和虛擬機,使得上層的應用程式在一定程度上與下層的硬體和作業系統無關。套用軟體則提供供用戶直接使用的功能,滿足用戶需求。 從提供功能的層次來看,可以這么理解,作業系統提供底層API,中間件提供高層API,而應用程式提供與用戶互動的接口。在某些軟體結構中,應用程式可以跳過中間件,而直接調用部分底層API來使用作業系統提供的底層服務。 以Google主導的Android智慧型終端軟體平台為例,在作業系統層次上為Linux。在中間件層次上,還可以細分為兩層,下層為函式館和Dalvik虛擬機,上層為應用程式框架,通過該框架,可以使某個套用發布的服務能為其它套用所使用。最上層的應用程式使用下層提供的服務,來最終的為用戶提供套用功能。

智慧型終端硬體系統

智慧型終端硬體系統組成,抽象來說,以主處理器核心為核心,將智慧型終端硬體系統分為3個層次來進行描述,分別是主處理器核心,SoC級設備,板級設備。主處理器核心與SoC級設備使用片內匯流排互連,板級設備則一般通過SoC級設備與系統連線。

CPU和內部匯流排構成了一個一般的計算機處理器核心,提供核心的運算和控制功能。考慮到系統的成本和可靠性,一般而言會把一些常用的設備和處理器核心集成在一個晶片上,例如Flash控制器,Mobile DDR控制器,UART控制器,存儲卡控制器,LCD控制器等等。板級設備一般通過通信接口與主CPU連線,通常是一些功能獨立的處理單元(如移動通信處理單元,GPS接收器)或者互動設備(如LCD顯示屏,鍵盤等)。

板級設備是不與處理器核心在同一晶片上的其它設備。稱其為板級設備,主要是從與主處理器核心關係的角度出發的,從架構上看,其本身可能也是一個完整的計算機系統,例如GPS接收器里也集成了ARM核心來通過接收的衛星信號計算當前的位置。板級設備通常使用數據接口與主處理器連線,例如,GPS接收器一般使用UART接口與主處理器交換數據。 板級設備非常豐富,主要有以下幾類:存儲類 如記憶體晶片、Flash晶片等 ;移動通信處理部分 ; 移動通信處理部分主要提供移動通信的支持,包括基帶處理晶片和射頻晶片。基帶處理晶片用來合成即將的發射的基帶信號,或對接收到的基帶信號進行解碼。基帶處理晶片一般是微處理器+數位訊號處理器的結構,使用UART接口與主處理器相連線。射頻晶片則負責傳送和接受基帶信號。  通信接口類 如藍牙控制器,紅外控制器,WiFi網卡等。  互動類 ; 如揚聲器,麥克風,鍵盤,LCD顯示屏等。  感測器類; 如攝像頭,加速度感測器,GPS等。

智慧型終端處理器及其技術特點

智慧型終端處理器是智慧型終端的核心器件之一,其功能和效率對整個系統的性能影響極大。在上文所述的智慧型終端硬體體系架構中,智慧型終端處理器相當於核心和SoC設備的集合,一般對外以單個SoC晶片的形式出現。智慧型終端對處理器的基本要求主要有以下三點:

(1) 高性能 智慧型終端發展非常迅速,新套用層出不窮,不少套用都要求智慧型終端有較高的性能,因此,要求智慧型終端處理器具有較高的性能,才能提供給用戶完整的功能和較好的體驗。

(2) 高集成度 智慧型終端對尺寸非常敏感,因此,要求處理器具有較高的集成度,能在比較小的尺寸上集成更多的器件。這樣不僅能夠使整個終端尺寸得到控制, 還能降低設計的複雜程度,提高系統的可靠性。

(3) 低功耗 智慧型終端大都採用電池供電,系統功耗非常敏感。因此,要求處理器有較低的功耗。 以上三點有的是相輔相成的,例如,高集成度往往意味著高性能;而有的則是相互矛盾的,例如,性能的提高往往會造成功耗的增加。這就要求設計人員根據套用場景考慮三者的相互關係進行合理設計,使其達到平衡。

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