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智能终端

2019-08-03 22:30 来源: 震仪

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  一般而言,智能终端是一类嵌入式计算机系统设备,因此其体系结构框架与嵌入式系统体系结构是一致的;同时,智能终端作为嵌入式系统的一个应用方向,其应用场景设定较为明确,因此,其体系结构比普通嵌入式系统结构更加明确,粒度更细,且拥有一些自身的特点。

  一般而言,智能终端是一类嵌入式计算机系统设备,因此其体系结构框架与嵌入式系统体系结构是一致的;同时,智能终端作为嵌入式系统的一个应用方向,其应用场景设定较为明确,因此,其体系结构比普通嵌入式系统结构更加明确,粒度更细,且拥有一些自身的特点。

  一般而言,由于目前通信协议栈不断增多,多媒体与信息处理也越来越复杂,往往将某些通用的应用放在独立的处理单元中去处理,因而形成一种松耦合的主从式多计算机系统。

  每一个处理单元都可以看作一个单独的计算机系统,运行着不同的程序。每个从处理单元通过一定的方式与应用处理单元通信,接受应用处理单元的指令,进行相应的操作,并向应用处理单元返回结果。这些特定的处理单元芯片往往是以ASIC的形式出现的,但实际上仍然是片上计算机系统。例如,常用的2.5G基带处理芯片实际上就是依靠内置的ARM946核执行程序来实现GSM、GPRS、EDGE协议的处理

  我们知道,计算机软件结构分为系统软件和应用软件。在智能终端的软件结构中,系统软件主要是操作系统和中间件。操作系统的功能是管理智能终端的所有资源(包括硬件和软件),同时也是智能终端系统的内核与基石。操作系统是一个庞大的管理控制程序,大致包括5个方面的管理功能:进程与处理机管理、作业管理、存储管理、设备管理、文件管理。常见的智能终端操作系统有Linux,Windows CE,Symbian OS,iPhone OS等。中间件一般包括函数库和虚拟机,使得上层的应用程序在一定程度上与下层的硬件和操作系统无关。应用软件则提供供用户直接使用的功能,满足用户需求。 从提供功能的层次来看,可以这么理解,操作系统提供底层API,中间件提供高层API,而应用程序提供与用户交互的接口。在某些软件结构中,应用程序可以跳过中间件,而直接调用部分底层API来使用操作系统提供的底层服务。 以Google主导的Android智能终端软件平台为例,在操作系统层次上为Linux。在中间件层次上,还可以细分为两层,下层为函数库和Dalvik虚拟机,上层为应用程序框架,通过该框架,可以使某个应用发布的服务能为其它应用所使用。最上层的应用程序使用下层提供的服务,来最终的为用户提供应用功能。

  智能终端硬件系统组成,抽象来说,以主处理器内核为核心,将智能终端硬件系统分为3个层次来进行描述,分别是主处理器内核,SoC级设备,板级设备。主处理器内核与SoC级设备使用片内总线互连,板级设备则一般通过SoC级设备与系统连接。

  CPU和内部总线构成了一个一般的计算机处理器内核,提供核心的运算和控制功能。考虑到系统的成本和可靠性,一般而言会把一些常用的设备和处理器内核集成在一个芯片上,例如Flash控制器,Mobile DDR控制器,UART控制器,存储卡控制器,LCD控制器等等。板级设备一般通过通信接口与主CPU连接,通常是一些功能独立的处理单元(如移动通信处理单元,GPS接收器)或者交互设备(如LCD显示屏,键盘等)。

  板级设备是不与处理器内核在同一芯片上的其它设备。称其为板级设备,主要是从与主处理器内核关系的角度出发的,从架构上看,其本身可能也是一个完整的计算机系统,例如GPS接收器里也集成了ARM内核来通过接收的卫星信号计算当前的位置。板级设备通常使用数据接口与主处理器连接,例如,GPS接收器一般使用UART接口与主处理器交换数据。 板级设备非常丰富,主要有以下几类:存储类 如内存芯片、Flash芯片等 ;移动通信处理部分 ; 移动通信处理部分主要提供移动通信的支持,包括基带处理芯片和射频芯片。基带处理芯片用来合成即将的发射的基带信号,或对接收到的基带信号进行解码。基带处理芯片一般是微处理器+数字信号处理器的结构,使用UART接口与主处理器相连接。射频芯片则负责发送和接受基带信号。  通信接口类 如蓝牙控制器,红外控制器,WiFi网卡等。  交互类 ; 如扬声器,麦克风,键盘,LCD显示屏等。  传感器类; 如摄像头,加速度传感器,GPS等。

  智能终端处理器是智能终端的核心器件之一,其功能和效率对整个系统的性能影响极大。在上文所述的智能终端硬件体系架构中,智能终端处理器相当于内核和SoC设备的集合,一般对外以单个SoC芯片的形式出现。智能终端对处理器的基本要求主要有以下三点:

  (1) 高性能 智能终端发展非常迅速,新应用层出不穷,不少应用都要求智能终端有较高的性能,因此,要求智能终端处理器具有较高的性能,才能提供给用户完整的功能和较好的体验。

  (2) 高集成度 智能终端对尺寸非常敏感,因此,要求处理器具有较高的集成度,能在比较小的尺寸上集成更多的器件。这样不仅能够使整个终端尺寸得到控制, 还能降低设计的复杂程度,提高系统的可靠性。

  (3) 低功耗 智能终端大都采用电池供电,系统功耗非常敏感。因此,要求处理器有较低的功耗。 以上三点有的是相辅相成的,例如,高集成度往往意味着高性能;而有的则是相互矛盾的,例如,性能的提高往往会造成功耗的增加。这就要求设计人员根据应用场景考虑三者的相互关系进行合理设计,使其达到平衡。

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