M2M通信技術(shù)植入智能手機(jī)平臺(tái)
2012/03/26
無線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)支持電子元器件的進(jìn)步極大地?cái)U(kuò)展了端到端通信的覆蓋范圍，將機(jī)器到機(jī)器(M2M)通信從未經(jīng)授權(quán)的專有無線平臺(tái)推進(jìn)到基于標(biāo)準(zhǔn)的空中接口和應(yīng)用接口，以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的系統(tǒng)上。規(guī)模經(jīng)濟(jì)正促使投資和開發(fā)向M2M終端商品化的方向演進(jìn)。
一直以來，M2M通信技術(shù)都是在已實(shí)現(xiàn)的無線平臺(tái)基礎(chǔ)上獨(dú)立發(fā)展著�，F(xiàn)在，用于蜂窩系統(tǒng)和WLAN架構(gòu)，以及聯(lián)網(wǎng)無線短程設(shè)備(SRD)的M2M解決方案已經(jīng)面世，實(shí)現(xiàn)M2M通信擴(kuò)展的各種無線技術(shù)已被整合到智能手機(jī)平臺(tái)中。
智能手機(jī)應(yīng)用通常采用人機(jī)接口(MMI)信息傳送機(jī)制。不過，我們可以將智能手機(jī)平臺(tái)中各子系統(tǒng)的MMI角色，與工業(yè)和軍事應(yīng)用中的重要M2M角色進(jìn)行應(yīng)用對(duì)比。這個(gè)平臺(tái)可為家電控制、計(jì)量設(shè)備、樓宇控制和自動(dòng)販貨等商業(yè)電子系統(tǒng)之間提供多模式無線通信。這種子系統(tǒng)平臺(tái)還可以作為基礎(chǔ)商品為各種兩用感測(cè)應(yīng)用提供M2M通信。此外，智能手機(jī)已采用各種MEMS傳感器技術(shù)來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型MMI功能，這些傳感器還可以用來實(shí)現(xiàn)直接感測(cè)應(yīng)用。
LS Research的M2M核心硬件平臺(tái)就是這樣一種經(jīng)過改變的智能手機(jī)技術(shù)。我們的目標(biāo)是在商品化M2M引擎中引入最新的智能手機(jī)技術(shù)，最終得到的硬件平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用的M2M連接。
此平臺(tái)基于高通(Qualcomm)的8系列Snapdragon智能手機(jī)芯片組，該芯片組提供應(yīng)用處理器、手機(jī)調(diào)制解調(diào)器、無線連接(WLAN/藍(lán)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(yīng)用程序與應(yīng)用程序接口（比如UART、安全數(shù)字I/O接口和通用I/O接口）之間提供一種轉(zhuǎn)換和控制機(jī)器數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)接收器、板上和外置傳感器輸入以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的方法。
該系統(tǒng)架構(gòu)（見圖1）基于高通MSM8x60處理器及配套IC，這些器件共同實(shí)現(xiàn)各種形式的無線連接。與封裝好的智能手機(jī)平臺(tái)不同，這種未封裝的M2M模塊不包含液晶顯示屏、觸摸屏/鍵盤、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，以便用戶使用外部設(shè)備。RF接口采用微型U.FL同軸連接器的連接形式，為天線選型和應(yīng)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(jī)平臺(tái)架構(gòu)
架構(gòu)詳情
該架構(gòu)由一些符合我們靈活性要求的特定功能塊組成。應(yīng)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ARM v.7 Cortex指令集，支持Android等操作系統(tǒng)。一個(gè)內(nèi)核用于處理應(yīng)用程序，另一個(gè)內(nèi)核用于實(shí)現(xiàn)無線連接功能。通過333MHz ISM或266MHz LPDDR2接口，內(nèi)存系統(tǒng)可支持高達(dá)2Gb的容量。
應(yīng)用處理器通過高通的Adreno 220 2D圖形引擎得到增強(qiáng)，可支持1600萬像素的外部攝像頭接口和一個(gè)24位外部WSXGA LCD。高級(jí)圖形功能包括3D支持、1080p高清視頻和HDMI雙屏輸出。
硬件平臺(tái)支持CDMA、UMTS和GSM標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的公共蜂窩電話頻段。此覆蓋范圍是通過整合蜂窩調(diào)制解調(diào)器和空中接口支持處理器，以及配套的無線電前端電路實(shí)現(xiàn)的。通過HSPA+調(diào)制解調(diào)器可實(shí)現(xiàn)高達(dá)14 Mbps的數(shù)據(jù)服務(wù)速率。
支持IEEE 802.11b/g/n的無線LAN通過處理器與WCN1214 WLAN無線電配合工作來實(shí)現(xiàn)。WCN2243藍(lán)牙無線電IC用于支持藍(lán)牙功能（BT3.x +HS、藍(lán)牙4.0/LE）。該處理器包含一顆GPS接收器/引擎可實(shí)現(xiàn)gpsOne（高通的A-GPS版本），此引擎可作為單獨(dú)的GPS接收器使用，或者在A-GPS模式下工作。
MMI連接器用于觸摸屏和鍵盤等輸入設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)音頻輸出被分接出來，以支持麥克風(fēng)、話筒和直線音頻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(jī)平臺(tái)包含板上傳感器，以幫助實(shí)現(xiàn)MMI功能以及與智能手機(jī)相關(guān)的其它應(yīng)用。這種傳感器類型包括用于顯示方向/游戲的加速度計(jì)和陀螺儀、用于導(dǎo)航的磁羅盤和基于氣壓傳感器的高度表，以及用于自動(dòng)屏幕亮度調(diào)節(jié)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(yīng)用處理器相連接的標(biāo)準(zhǔn)有線接口。這種FPGA可以靈活地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源/接收器和傳感器的連接，并提供增強(qiáng)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(duì)電源管理進(jìn)行了高度優(yōu)化。不過，F(xiàn)PGA可以通過自動(dòng)定期運(yùn)行計(jì)時(shí)器，或者使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和當(dāng)日時(shí)間調(diào)度技術(shù)，在低占空比操作時(shí)實(shí)現(xiàn)芯片組的外部電源管理。通過采用GPS引擎提供的秒脈沖(1PPS)計(jì)時(shí)基準(zhǔn)和NMEA 0183消息傳遞機(jī)制，可以進(jìn)一步支持RTC功能。
此外，F(xiàn)PGA接口還支持獨(dú)立的非易失性內(nèi)存，以便在系統(tǒng)處于未激活狀態(tài)時(shí)，累加并存儲(chǔ)傳感器/機(jī)器數(shù)據(jù)。這樣可以在保持傳感器/機(jī)器連接的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最低功耗操作，而無需激活智能手機(jī)處理器。
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