嵌入式系统PDA智能手机设计方案

小破孩儿

一、前言
       随着手持通信设备市场的快速发展，手机的功能逐渐增多。现在手机已经不只是用于语音通信的手持设备，而成为集成了短信、彩信、上网以及移动办公等附加功能的嵌入式通信平台。
       集成了这些功能的手机被称为智能手机。近年，嵌入式处理器的运行速度和功能都有了很大的提高，使得许多以前只能在PC上实现的应用，现在都可以在手持设备上实现。目前，市面上的智能手机主要采用Microsoft公司的Pocket PC、Palm OS等商用操作系统，但这些操作系统开放的程序不够高，**了许多第三方应用软件的移植。为使智能手机能够为第三方应用软件提供一个更为开放的嵌入式平台，本人对智能手机系统做了比较深入的研究，提出一种以Linux作为嵌入式操作系统、Motorola的MX1作为微处理器、以Wavecom的Q2403A作为射频模块的智能手机系统的设计与实现。
       二、智能手机(PDA)简介
      PDA是Personal Digital Assistant的缩写，字面意思是“个人数字助理”。这种手持设备集中了计算，电话，传真，和网络等多种功能。它不仅可用来管理个人信息（如通讯录，计划等），更重要的是可以上网浏览，收发Email，可以发传真，甚至还可以当作手机来用。尤为重要的是，这些功能都可以通过无线方式实现。当然，并不是任何PDA都具备以上所有功能；即使具备，也可能由于缺乏相应的服务而不能实现。但可以预见，PDA发展的趋势和潮流就是计算、通信、网络、存储、娱乐、电子商务等多功能的融合。
   
       PDA一般都不配备键盘，而用手写输入或语音输入。PDA所使用操作系统主要有 Palm OS，Windows CE和EPOC。
       三、个人PDA需求分析
        作为3C融合到一个终端典范的智能手机，除了实现通讯功能外，还可以实现很多计算机和消费电子产品的功能，而且体积小，具有便携性和多功能性的双重优势，通过安装应用软件后，能随时随地的满足不同消费者的差异化需求，因而具有其他产品不可替代的独特优势。
                                    
       IC技术的进步为智能手机的研发实现提供了可能，为了缩短产品设计周期而存在先进SOC设计理念，65nm乃至更窄线宽制程技术，BGA、CSP、MCP和SI先进封装技术和理念都为智能手机的技术进步、功能实现和性能提升提供了强有利的支撑。
   
       3G即将启动，带宽的显著提升，为智能手机的许多新功能流畅实现、性能提升提供了强有力的保证。如拥有DMB（数字多媒体广播）功能的智能手机在2G和2.5G上很难实施，即使实施，效果也会差很多，画面清晰度、播放流畅性都令人质疑，而这一切在3 G网上都不是问题。
     
       智能手机正面临着前所未有的发展机会和便利，随着消费者认知程度的提高和使用习惯的养成，智能手机在整个手机市场销售份额将显著提升，未来5年内，将会从目前的6%左右提升到20%以上，伴随而来的将是智能手机产业链各个环节的巨大商业机会。
       四、智能手机(PDA)系统的硬件设计
       主要参数：
        CPU: arm920T 200MHz(Motorola MC9328MXL)；
        显示: AU 3.5" Reflective TFT LCD with LED front light 65,536色；
        ROM: 32MB Flash；
        RAM: 64MB SDRAM；
         音效: 内置单声道麦克风、内置单声道扬声器、立体声耳机插口；
         触屏：电阻式触摸屏；
          SD/MMC: 1个SD卡插槽，MMC Ver3, 1.0标准SDMC；
          USB: USB 2.0主，从口；
          红外：IrDA, 115Kpbs；
          串口：RS-232口；
          LED: 红(在充电指示)、绿(软件运行或电池故障指示)
          电源管理：Full featured - Sipports Run, Idle and Sleep modes
          复位：设置复位开关；
         电池：3.7V锂离子电池
         物理尺寸：主板尺寸为65x53x5.5mm
         电源适配器：5V直流；
         外部连接器：Possible integration、CF卡、Sensor、Bluetooth、SIM Card、其他
        智能手机系统的硬件设计如图1所示。该设计采用Motora公司的MX1（MC9328）高性能的32位微处理器、Wavecom公司的Q2403A无线收发模块等实现智能手机的GSM通话、GPRS上网及其它PDA应用等功能。
       1 微处理器
       MC928MX1（以下简称MX1）是摩托罗拉公司基于ARM核心的第一款MCU，主要面向高端嵌入式应用。内部采用arm920T内核，并集成了SDRAM/Flash、触摸式LCD、USB、蓝牙（bluetooth）、多媒体闪存卡（MMC）、CMOS摄像头等控制器。关于MX1的详细资料，感兴趣的读者可以参考http://www.motorola.com.cn/semiconductors/。作为应用开发的最小系统必须包括RAM（程序运行空间）、Flash（存放目标代码）和串行接口（用于调试和下载程序）。MX1提供了6个片选端（CS0~CS5），内置了SDRAM控制器，数据宽度32位。在本系统中采用了2片8M×16位的SDRAM和2片4M×16位的同步Flash存储器，分别接入数据线的低16位和高16位。
      2 存储器系统
       存储器的物理实质是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，用于充当设备缓存或保存固定的程序及数据。存储器按存储信息的功能可分为只读存储器ROM（Read Only Memory）和随机存储器RAM（Random Access Memory）。嵌入式系统中的固态存储一般不用E2PROM，而用Flash存储器。
        下图为存储器系统的组成：

       下图为Flash存储器部分的原理图：
       SD存储卡电路：
       3．电源、时钟和复位电路

         1. 电源
       电源部分为整个系统提供电力。电源部分的关键问题是低功耗的设计问题，低功耗的措施一般有：降低电压、降低时钟频率、选择低功耗器件等等。本系统电源的提供有电池供电和市电供电两种。电池供电功耗低、供电稳定、扛干扰能力好，但峰值性能不好。市电供电要有相应的AC-DC的适配器，并在系统上配置相应的线性稳压器进行DC-DC转换。
      下图为系统电源电路部分原理图：

         2. 时钟
       时钟信号的产生常用的有RC时钟、晶体振荡时钟、锁相环倍频时钟等。该系统中选择OM[3:2]均接地的方式，即采用外部振荡器提供系统时钟。外部振荡器由12MHz晶振和2个15pF的微调电容组成。
       下图为时钟电路部分原理图：

        3.复位

       复位电路的设计常用的有RC复位、专用电路复位、软件复位等。
        下图为复位电路部分原理图
         系统初始化时对时钟的操作：
       系统的初始化程序代码，应对系统硬件进行初始化检测
       电源部分，应根据实际系统的需求设置掉电模式和关闭唤醒的代码
       时钟部分要根据需求设置锁相环，参考代码如下：
       ……
       ldr r0,=LOCKTIME
       ldr r1,=0xffffff
       str r1,[r0]
       ldr r0,=MPLLCON
       ldr r1,=((M_MDIV<<12)+(M_PDIV<<4)+M_SDIV)  ;Fin=12MHz,Fout=50MHz
       str r1,[r0]
       4．LCD模块

       LCD( Liquid Crystal Display)显示器即常说的液晶显示器，具有耗电省、体积小等特点，被广泛应用于嵌入式系统中。常见的LCD有TN(Twist Nematic)、STN、TFT(Tin Film Transistor)等。LCD的主要参数有分辨率、背光、接口、色彩、刷新率等。
       LCD控制器功能模块图：

       接到LCD的线都经过了74LVC16245进行驱动：

       LCD控制器硬件连接：