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智能終端
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智能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,智能終端作為嵌入式系統的一個應用方向,其應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。[1]

智能終端體系結構

一般而言,智能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,智能終端作為嵌入式系統的一個應用方向,其應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。

智能終端體系結構分為硬件結構和軟件結構

從硬件上看,智能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,由於目前通信協議棧不斷增多,多媒體與信息處理也越來越複雜,往往將某些通用的應用放在獨立的處理單元中去處理,因而形成一種鬆耦合的主從式多計算機系統。每一個處理單元都可以看作一個單獨的計算機系統,運行着不同的程序。[2]

智能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,運行着不同的程序。每個從處理單元通過一定的方式與應用處理單元通信,接受應用處理單元的指令,進行相應的操作,並向應用處理單元返回結果。這些特定的處理單元芯片往往是以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基帶處理芯片實際上就是依靠內置的ARM946核執行程序來實現GSM、GPRS、EDGE協議的處理

軟件結構

我們知道,計算機軟件結構分為系統軟件和應用軟件。在智能終端的軟件結構中,系統軟件主要是操作系統和中間件。操作系統的功能是管理智能終端的所有資源(包括硬件和軟件),同時也是智能終端系統的內核與基石。操作系統是一個龐大的管理控制程序,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、文件管理。常見的智能終端操作系統有Linux,Windows CE,Symbian OS,iPhone OS等。中間件一般包括函數庫和虛擬機,使得上層的應用程序在一定程度上與下層的硬件和操作系統無關。應用軟件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,可以這麼理解,操作系統提供底層API,中間件提供高層API,而應用程序提供與用戶交互的接口。在某些軟件結構中,應用程序可以跳過中間件,而直接調用部分底層API來使用操作系統提供的底層服務。 以Google主導的Android智能終端軟件平台為例,在操作系統層次上為Linux。

在中間件層次上,還可以細分為兩層,下層為函數庫和Dalvik虛擬機,上層為應用程序框架,通過該框架,可以使某個應用發布的服務能為其它應用所使用。最上層的應用程序使用下層提供的服務,來最終的為用戶提供應用功能。

智能終端硬件系統

智能終端硬件系統組成,抽象來說,以主處理器內核為核心,將智能終端硬件系統分為3個層次來進行描述,分別是主處理器內核,SoC級設備,板級設備。主處理器內核與SoC級設備使用片內總線互連,板級設備則一般通過SoC級設備與系統連接。

CPU和內部總線構成了一個一般的計算機處理器內核,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內核集成在一個芯片上,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連接,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)或者交互設備(如LCD顯示屏,鍵盤等)。

板級設備是不與處理器內核在同一芯片上的其它設備。稱其為板級設備,主要是從與主處理器內核關係的角度出發的,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內核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接,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 如內存芯片、Flash芯片等 ;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,包括基帶處理芯片和射頻芯片。基帶處理芯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。基帶處理芯片一般是微處理器+數字信號處理器的結構,使用UART接口與主處理器相連接。射頻芯片則負責發送和接受基帶信號。  通信接口類 如藍牙控制器,紅外控制器,WiFi網卡等。 

交互類 ; 如揚聲器,麥克風,鍵盤,LCD顯示屏等。 

傳感器類; 如攝像頭,加速度傳感器,GPS等。

智能終端處理器及其技術特點

智能終端處理器是智能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。在上文所述的智能終端硬件體系架構中,智能終端處理器相當於內核和SoC設備的集合,一般對外以單個SoC芯片的形式出現。智能終端對處理器的基本要求主要有以下三點:

(1) 高性能 智能終端發展非常迅速,新應用層出不窮,不少應用都要求智能終端有較高的性能,因此,要求智能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 智能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 智能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,高集成度往往意味着高性能;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應用場景考慮三者的相互關係進行合理設計,使其達到平衡。

參考文獻