引言

傳統(tǒng)的手持設(shè)備,如人們較為熟悉的PDA,基本功能均比較簡(jiǎn)單,主要是管理個(gè)人信息,如通訊錄、備忘錄,以及計(jì)算器、錄音和辭典等功能。這些功能都是固化的,不能根據(jù)用戶的要求進(jìn)行改進(jìn),而且在人機(jī)接口、多媒體和影音支持方面都還有很大的欠缺。隨著 3G時(shí)代的到來(lái),結(jié)合人們對(duì)未來(lái)新信息家電的要求,新一代手持設(shè)備將定位于整合寬帶通訊與多媒體功能,支持彩色液晶屏幕以及更快速的數(shù)據(jù)處理能力等。顯而易見(jiàn),這樣的手持設(shè)備將會(huì)是一個(gè)復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng),因此其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)也不同于傳統(tǒng)的以單一微處理器為核心,以專用的控制程序?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用功能的簡(jiǎn)單設(shè)備;而代之以SoC為核心,以通用性較強(qiáng)的嵌入式操作系統(tǒng)為軟件平臺(tái),應(yīng)用軟件可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)方案。

硬件平臺(tái)核心—SoC

傳統(tǒng)的手持設(shè)備通常使用一個(gè)RISC微處理器,處理數(shù)據(jù)的輸入輸出、數(shù)字計(jì)算以及屏幕輸出等工作,如市面上最常見(jiàn)的PALMPDA就采用Motorola的 DragonBall32位RISC微處理器。而對(duì)于復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng),僅有微處理器是不夠的,要額外再加上其它特殊的處理芯片,比如說(shuō)DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)、閃存或者LCD驅(qū)動(dòng)等,這就產(chǎn)生了SoC，即結(jié)合多種芯片架構(gòu),將許多特殊功能的處理單元整合到一塊芯片中。這樣做的優(yōu)點(diǎn)不僅是提供了一個(gè)功能強(qiáng)大,易于開(kāi)發(fā)的硬件平臺(tái),而且由于整合多個(gè)功能模塊在一塊芯片上,在功率消耗方面將會(huì)有顯著的降低,并且可以避免信號(hào)處理中產(chǎn)生的雜波。

現(xiàn)在SoC的最新技術(shù),在于結(jié)合RISC微處理器與數(shù)字信號(hào)處理器DSP和其它外圍控制器于一身,通過(guò)整合RISC微處理器的通用性功能和DSP多媒體通訊的專用特性來(lái)達(dá)到效率成本和省電的最佳比例。由于SoC在設(shè)計(jì)和制造中的復(fù)雜性,現(xiàn)在只有為數(shù)不多的大型半導(dǎo)體廠商可以完成。其中,最具有代表性的是 Intel公司推出的Xscale架構(gòu)和德州儀器公司(TI)的OMAP架構(gòu),這兩種SoC均定位于面向新一代個(gè)人移動(dòng)信息平臺(tái)。本設(shè)計(jì)使用的SoC核心是TI公司的OMAP1510,下面將結(jié)合它的結(jié)構(gòu)和功能闡述具體設(shè)計(jì)方案。

TI的OMAP1510

OMAP為德州儀器公司(TI)最新推出的一項(xiàng)先進(jìn)的SoC技術(shù),其最大特點(diǎn)是整合了TI的DSP核心和ARM的RISC微處理器以及各種外圍控制器。各部分的功能和作用簡(jiǎn)介如圖1所示。

圖1 OMAP1510的核心部分

OMAP1510SoC 的核心有兩部分,一是175MHz的ARM925RISC微處理器,可作為嵌入式操作系統(tǒng)的控制核心,處理人機(jī)接口等系統(tǒng)功能主控的相關(guān)運(yùn)算;另一個(gè)是 200MHz的數(shù)字信號(hào)處理器———TMS320c55x,用于處理大量的實(shí)時(shí)多媒體信息,如MPEG1、MPEG2、MPEG4或是其它的音頻、視頻信息流。

DSP和ARM RISC微處理器分別由兩個(gè)操作系統(tǒng)所控制,DSP采用TI自己的微核心———DSP/BIOSII,可以在上面方便地開(kāi)發(fā)符合實(shí)時(shí)運(yùn)算效率的軟件組件; 而ARM微處理器則使用一般的嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)控制,如我們熟悉的WindowsCE,Linux等。為有效地支持整個(gè)OMAP平臺(tái),兩個(gè)處理器之間的資料通信就成為關(guān)鍵。針對(duì)這一點(diǎn),TI提出DSP/BIOSBridge作為解決方案,能夠讓?xiě)?yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員在雙處理器架構(gòu)下撰寫(xiě)程序,就有如在單一處理器上一樣方便。

OMAP SoC在開(kāi)發(fā)工具方面使用的是TI流行的CodeComposerStudio(CCS),這套開(kāi)發(fā)工具包含了程序編譯器、仿真器以及程序調(diào)試器等,熟悉 CCS后,使用這些工具可以很方便地開(kāi)發(fā)各種基于OMAP的應(yīng)用程序,尤其在撰寫(xiě)DSP的應(yīng)用組件時(shí),通過(guò)CCS可以很容易的在DSP/BIOS上整合支持影像及音頻數(shù)據(jù)處理的組件,而不必花太多心思了解底層操作系統(tǒng)的運(yùn)作方式。

目前,對(duì)于OMAP1510,支持得比較好的操作系統(tǒng)是 Symbian公司的EPOC。它的整個(gè)系統(tǒng)為Client-Server架構(gòu),可以在Windows操作系統(tǒng)上使用Symbian QuartzC++SDK6.0開(kāi)發(fā)EPOC上的OMAP應(yīng)用程序,應(yīng)用程序采用OMAP中的DSP用來(lái)處理多媒體資料,并在上面執(zhí)行 TIDSP/BIOS,而ARM處理一般性工作。舉例來(lái)說(shuō),在上面開(kāi)發(fā)的MPEG4播放功能,就是由DSP實(shí)現(xiàn)MPEG4的解壓縮功能,在ARM上面執(zhí)行如檔案處理、畫(huà)面處理等工作,同時(shí)EPOC建立一個(gè)Multimedia Server來(lái)負(fù)責(zé)相互之間的信息溝通,并建立相關(guān)的API以利于應(yīng)用程序的擴(kuò)充。

在系統(tǒng)調(diào)試方面,OMAP提供了一個(gè)JTAG接口,在芯片上還整合了多功能的周邊控制組件。例如LCD控制器、內(nèi)存擴(kuò)充接口,紅外接口、藍(lán)牙接口,觸控式面版擴(kuò)充接口及USB接口等等,可以方便的配合各種輸入輸出設(shè)備使用以及進(jìn)行功能擴(kuò)充。