M2M通信技術(shù)植入智能手機平臺
2012/03/26
無(wú)線(xiàn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )和相關(guān)支持電子元器件的進(jìn)步極大地擴展了端到端通信的覆蓋范圍，將機器到機器(M2M)通信從未經(jīng)授權的專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)平臺推進(jìn)到基于標準的空中接口和應用接口，以及網(wǎng)絡(luò )架構的系統上。規模經(jīng)濟正促使投資和開(kāi)發(fā)向M2M終端商品化的方向演進(jìn)。
一直以來(lái)，M2M通信技術(shù)都是在已實(shí)現的無(wú)線(xiàn)平臺基礎上獨立發(fā)展著(zhù)。現在，用于蜂窩系統和WLAN架構，以及聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)短程設備(SRD)的M2M解決方案已經(jīng)面世，實(shí)現M2M通信擴展的各種無(wú)線(xiàn)技術(shù)已被整合到智能手機平臺中。
智能手機應用通常采用人機接口(MMI)信息傳送機制。不過(guò)，我們可以將智能手機平臺中各子系統的MMI角色，與工業(yè)和軍事應用中的重要M2M角色進(jìn)行應用對比。這個(gè)平臺可為家電控制、計量設備、樓宇控制和自動(dòng)販貨等商業(yè)電子系統之間提供多模式無(wú)線(xiàn)通信。這種子系統平臺還可以作為基礎商品為各種兩用感測應用提供M2M通信。此外，智能手機已采用各種MEMS傳感器技術(shù)來(lái)實(shí)現增強型MMI功能，這些傳感器還可以用來(lái)實(shí)現直接感測應用。
LS Research的M2M核心硬件平臺就是這樣一種經(jīng)過(guò)改變的智能手機技術(shù)。我們的目標是在商品化M2M引擎中引入最新的智能手機技術(shù)，最終得到的硬件平臺可以實(shí)現各種應用的M2M連接。
此平臺基于高通(Qualcomm)的8系列Snapdragon智能手機芯片組，該芯片組提供應用處理器、手機調制解調器、無(wú)線(xiàn)連接(WLAN/藍牙)、GPS接收器和可配置的M2M接口。M2M的配置靈活性由FPGA提供，它可以在應用程序與應用程序接口（比如UART、安全數字I/O接口和通用I/O接口）之間提供一種轉換和控制機器數據源、數據接收器、板上和外置傳感器輸入以及執行機構輸出的方法。
該系統架構（見(jiàn)圖1）基于高通MSM8x60處理器及配套IC，這些器件共同實(shí)現各種形式的無(wú)線(xiàn)連接。與封裝好的智能手機平臺不同，這種未封裝的M2M模塊不包含液晶顯示屏、觸摸屏/鍵盤(pán)、攝像頭和直接音頻接口等通常所需的MMI。那些接口被分拆到0.5mm高的頂蓋中，以便用戶(hù)使用外部設備。RF接口采用微型U.FL同軸連接器的連接形式，為天線(xiàn)選型和應用提供靈活性。
圖1 基于高通MSM8x60處理器及配套IC的智能手機平臺架構
架構詳情
該架構由一些符合我們靈活性要求的特定功能塊組成。應用處理器是高通的1.5GHz異步SMP雙核Scorpion處理器，此處理器基于A(yíng)RM v.7 Cortex指令集，支持Android等操作系統。一個(gè)內核用于處理應用程序，另一個(gè)內核用于實(shí)現無(wú)線(xiàn)連接功能。通過(guò)333MHz ISM或266MHz LPDDR2接口，內存系統可支持高達2Gb的容量。
應用處理器通過(guò)高通的Adreno 220 2D圖形引擎得到增強，可支持1600萬(wàn)像素的外部攝像頭接口和一個(gè)24位外部WSXGA LCD。高級圖形功能包括3D支持、1080p高清視頻和HDMI雙屏輸出。
硬件平臺支持CDMA、UMTS和GSM標準所對應的公共蜂窩電話(huà)頻段。此覆蓋范圍是通過(guò)整合蜂窩調制解調器和空中接口支持處理器，以及配套的無(wú)線(xiàn)電前端電路實(shí)現的。通過(guò)HSPA+調制解調器可實(shí)現高達14 Mbps的數據服務(wù)速率。
支持IEEE 802.11b/g/n的無(wú)線(xiàn)LAN通過(guò)處理器與WCN1214 WLAN無(wú)線(xiàn)電配合工作來(lái)實(shí)現。WCN2243藍牙無(wú)線(xiàn)電IC用于支持藍牙功能（BT3.x +HS、藍牙4.0/LE）。該處理器包含一顆GPS接收器/引擎可實(shí)現gpsOne（高通的A-GPS版本），此引擎可作為單獨的GPS接收器使用，或者在A(yíng)-GPS模式下工作。
MMI連接器用于觸摸屏和鍵盤(pán)等輸入設備。標準音頻輸出被分接出來(lái)，以支持麥克風(fēng)、話(huà)筒和直線(xiàn)音頻I/O。音頻接口支持噪聲/回聲消除等音頻功能，以及杜比5.1環(huán)繞聲等多媒體功能。
智能手機平臺包含板上傳感器，以幫助實(shí)現MMI功能以及與智能手機相關(guān)的其它應用。這種傳感器類(lèi)型包括用于顯示方向/游戲的加速度計和陀螺儀、用于導航的磁羅盤(pán)和基于氣壓傳感器的高度表，以及用于自動(dòng)屏幕亮度調節和智能電源管理的環(huán)境光接近傳感器。
諸如Microsemi/Actel IGLOO AGL125-AGL400系列這樣的低功耗FPGA可管理與應用處理器相連接的標準有線(xiàn)接口。這種FPGA可以靈活地實(shí)現數據源/接收器和傳感器的連接，并提供增強型電源管理控制能力。
Snapdragon處理器在支持其功能集方面已針對電源管理進(jìn)行了高度優(yōu)化。不過(guò)，FPGA可以通過(guò)自動(dòng)定期運行計時(shí)器，或者使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和當日時(shí)間調度技術(shù)，在低占空比操作時(shí)實(shí)現芯片組的外部電源管理。通過(guò)采用GPS引擎提供的秒脈沖(1PPS)計時(shí)基準和NMEA 0183消息傳遞機制，可以進(jìn)一步支持RTC功能。
此外，FPGA接口還支持獨立的非易失性?xún)却妫员阍谙到y處于未激活狀態(tài)時(shí)，累加并存儲傳感器/機器數據。這樣可以在保持傳感器/機器連接的同時(shí)實(shí)現最低功耗操作，而無(wú)需激活智能手機處理器。
通信世界網(wǎng)(www.cww.net.cn)
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