手机的软件工作原理[转贴]

真真 · 发表于 2010-11-25 21:34:17

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手机的雏形十分类似于对讲机，最早出现在20世纪40年代，曾在第二次世界大战用于军事通话，是后来的“大哥大”的前身。哪个时候还没有手机软件的概念，手机上也没有任何增值的服务。后来手机逐渐从军用转为商用`民用，随着手机用户需求的不断扩充，手机几其软件技术也不断发生着变化。“手机软件”对绝大多数人来说，是一个陌生的字眼。其实他造就存在于我们的手机中。有没有想过，我们手机中各式各样的游戏实际上就是一个个小小的软件！甚至，简单的查询一个电话号码，也依*软件来实现。现在网上就有许多下载手机软件的地方，这些软件花样繁多，功能不一，可以满足我们同的需求。首先，我们可以通过软件来设定手机的开几或待机的界面，相信你一定看过一些手机的显示屏上有一些好看的图片或着是自己的名字，这都是软件的功劳；其次，你可以下载一些游戏软件来丰富手机中的游戏；听惯了一成不变的铃声，你一定想别出心裁的加进你喜爱的音乐吧！没问题，时尚化手机音乐编辑软件可以帮你实现这个梦想。当你自己编辑的铃声引得别人侧耳时，你是否也有一点小小的成就感呢？软件在手机中的作用不仅仅是这些，以上只是为应有层服务的，真正技术的飞跃还是要从地层做起。现在，就有许多手几制造厂商以及软件提供商上在做这方面的研究。我们作为维修人员，当然好应该知道许多写字库软件`解锁软件`升级软件等，这些软件都是针对不同品牌的手机服务的。手机软件技术也可按技术含量高低分为三层：技术含量低的是人机界面软件，稍高一些的是接口软件和模块软件，最高的是基础通信软件。
。
第一次层次是OperatingSystem(OS,操作系统)，主要与RF（射频信号）芯片进行沟通与指令处理，它基于一些基础的网络协议（如GSM`GPRS或CDMA`WCDMA）等；
第二层次是内置的手机本地应用，例如电话薄`短信息等内容，更为重要的是，再一些手机上已经集成J2ME的开发平台，即它可以运行第三方开发的应用程序；
第三次是在J2ME平台上开发的一些Kjava平台上开发的一些Kjava应用程序（如各种游戏`图片浏览等），还有一些API的借口函数，可以同外部的PC通过线缆进行数据串送，也可以通过无线方式与外界的应用服务提供商进行传递数据。
目前，各种各样的多媒体应用已经成为高端手机功能的卖点，手几开始与PDA相融合，也开始告别话音时代走向移动办公。现代新手机具体功能的扩展，体现在以下方面：
.交互性；在当前的手机交互界面的设计中，动画与图案都被引入界面设计，这在早期几乎是看不到的。
.个人助理及娱乐功能；个人助理指电话本`名片夹`日历`日程表`闹钟`声控拨号`录音等功能；娱乐功能体现在MP3播放功能`FM调频收音机功能`游戏等。
.软件可扩展性；在手机上装载ＫＶＭ，解释ＪＡＶＡ程序，用于括宽应用软件的来源，同时也可以方便用户自己增删一些较简单的附加功能。

手机的软件就是放在逻辑系统里，而逻辑系统基本上是由一个单片机系统组成的。
众所周知，GSM手机逻辑系统的核心元件是中央处理器，大家把它叫CPU。它具有数字信号处理器（DSP）与微控制（MCU）的功能。
CPU是根据指令来工作的。一连串的指令集组成了一个完整的（CPU）工作程序，程序的运行与计算机往往还需要相关的数据参数，比如：射频控制参数，包括频率和成器参数`接受参数`发射参数`功率控制参数等；逻辑控制，包括显示参数`语言参数`串号`电池门限参数`放大器增益参数；而软件就是控制程序和工作数据参数的总和。
在电子学中，单片微型计算机（One Chip Microcomputer）就是是微型控制器，简称单片机。单片的含义是这种微型计算机中只有一块主芯片（集成电路）。由于单片微型计算机的设计充分考虑了控制上的需要，它具有独立的硬件结构`指令系统和多种输入/输出功能的设计充分考虑了控制上的需要，它具有独立的硬件结构`指令系统和多种输入/输出功能，提供了十分有效的控制功能，所以称之微控制器。
微控制器作为微型计算机的一个重要分支，应用非常广泛，发展速度也很快，现代凡含有数字电路的家用电器中，包括移动电话几乎都不少不了微控制器。
微控制器在一块芯片（集成电路）上集成了中央处理器（CPU），储蓄器（RAM，ROM或EPROM）和各种输入/输出接口，定时器，A/D，D/A转换接口等点路，它是一块大规模集成电路。由于它具有许多使用于的指令及硬件支持广泛用于移动通信的控制系统中。
微控制器用于各种移动通信产品的集体电路（硬件）是有所不同的，但是它们的基本组成相同，最大的不同就是软件设计不同。具体到手机的电路中，由于单片集中的CPU，储存器等并不是集成到一块芯片上，而是独立分开的，所以手机中的逻辑部分并非电子学上传同意义上的由一块单片机构成，而是能称之一个系统，所以我们说手机的核心部件是一个单片机系统。
手机中一个最基本的单片机系统主要由下列几部分组成：
1 CPU（中央处理器）：这是手机单片机系统核心。
2 储存器：包括两个部分，一个ROM，它是来存储程序；二是RAM，它是来储存数据。ROM和RAM两钟储存器是有所不同的。
3 输入/输出（I/O）接口：这一接口电路分为两种：一是并行输入/输出接口；二是串行输入/输出接口。这两种接口电路结构不同，对信息的传输方式也不同。
4 定时器/计数器：单片机的许多应用中，往往需要进行精确的定时并产生方波信号，这要由定时器/计数器电路来完成。
5 时钟系统：手机中常见是13MHz和好32.768kHz.
微处理器的上述五个基本部件电路之间通过地址总线（AB），数据总线（DB）和控制总线（CB）连接在一起，再通过输出/输入接口把手机整个单片机系统与外部电路联系起来。
手机的单片机系统是由一个中央处理器（CPU），程序存储器（ROM），数据存储器（RAM），输出输入接口（I/O）和总线（BUS）等构成的既相互独立又紧密联系的完整的系统。

真真 · 发表于 2010-11-25 21:34:18

单片机系统是整部手机的指挥中心，CPU就是总指挥，是单片机系统的处理核心，它相当于人的大脑，对手机进行射频部分控制（包括接收，发射及频率合成器），控制关机，控制键盘，控制显示，其它集成电路的控制及相互之间的数据传送。单片机系统所有操作动作指令的接收和指令的执行，各种控制功能，辅助功能等都在CPU的管理下进行，同时，CPU还要担任各种运算工作。通俗的讲，CPU相当于“人脑”和“算盘”的作用，其中“人脑”用来指挥单片机系统的各项工作，“算盘”则用来进行各种数据的运算。所以，在手机中，CPU起着指挥中心的作用，在工作过程中，CPU发出各控制指令，使整个单片机系统在处理过程中能自动地，协调一致的进行。随着单片机技术的发展，手机控制用的单片机从以前的8位机发展到现在的16位机，8位机（有8条数据总线D0-D7）应用在很早已前的机型如爱立信398`788；诺基亚NOKIA 2110；摩托罗拉MOTOROLA 的7200`7500等。而现在的手机大多数都是16位机（共有16条数据总线D0-D7），如摩托罗拉MOTOROLA V998，V60/V66`V70；诺基亚NOKIA 8210/8250`3310，3330，三星samsung N628，T208等等的新机型手机均是,相对8机来说，16位机可以完成更多的功能，如：中文输入，WAP上网，语音功能等.
手机的软件就是放在逻辑系统里，而逻辑系统基本上是由一个单片机系统组成的。
众所周知，GSM手机逻辑系统的核心元件是中央处理器，大家把它叫CPU。它具有数字信号处理器（DSP）与微控制（MCU）的功能。
CPU是根据指令来工作的。一连串的指令集组成了一个完整的（CPU）工作程序，程序的运行与计算机往往还需要相关的数据参数，比如：射频控制参数，包括频率和成器参数`接受参数`发射参数`功率控制参数等；逻辑控制，包括显示参数`语言参数`串号`电池门限参数`放大器增益参数；而软件就是控制程序和工作数据参数的总和。
在电子学中，单片微型计算机（One Chip Microcomputer）就是是微型控制器，简称单片机。单片的含义是这种微型计算机中只有一块主芯片（集成电路）。由于单片微型计算机的设计充分考虑了控制上的需要，它具有独立的硬件结构`指令系统和多种输入/输出功能的设计充分考虑了控制上的需要，它具有独立的硬件结构`指令系统和多种输入/输出功能，提供了十分有效的控制功能，所以称之微控制器.
微控制器作为微型计算机的一个重要分支，应用非常广泛，发展速度也很快，现代凡含有数字电路的家用电器中，包括移动电话几乎都不少不了微控制器。
微控制器在一块芯片（集成电路）上集成了中央处理器（CPU），储蓄器（RAM，ROM或EPROM）和各种输入/输出接口，定时器，A/D，D/A转换接口等点路，它是一块大规模集成电路。由于它具有许多使用于的指令及硬件支持广泛用于移动通信的控制系统中。
微控制器用于各种移动通信产品的集体电路（硬件）是有所不同的，但是它们的基本组成相同，最大的不同就是软件设计不同。具体到手机的电路中，由于单片集中的CPU，储存器等并不是集成到一块芯片上，而是独立分开的，所以手机中的逻辑部分并非电子学上传同意义上的由一块单片机构成，而是能称之一个系统，所以我们说手机的核心部件是一个单片机系统。
1 CPU的功能
CPU是手机的核心部分，各部分功能如下：
1信道遍解码交织，反交织，加密，解密。
2控制处理器系统包括：16位控制处理器，并行和串行显示接口，键盘接口，EEPROM接口，存储器接口，SIM卡接口，通用系统连接接口，与无线部分，的接口控制，对背光进行可遍程控制实时时钟产生与电池检测及芯片的接口控制等。
3数字信号处理：16位数字信号处理与ROM结合的增强型全速率语音编码，DTMF和呼叫铃音发生器等。
4对射频电路部分的电源控制。
2 内部结构
CPU内部由三大部分组成：一是运算器，想当于一个“键盘 ”；而是寄存器，相当是“纸张”；三是控制器，相当是“人脑”。
3 外部电路
CPU内部个部件之间及CPU与外部逻辑部件之间交换和传输信息是有三条公共线（BUS），地址总线（DB），控制总线（CB）来完成的。在看手机的逻辑电路时，应重点注意各种控制信号，逻辑电路提供的射频控制信号。如：接收启动控制信号（RXCN或RXEN），发射机启动控制信号（TXON或TXEN），频率合成控制信号（SYN-EN，SYNDAT，SRNCLK）等。
在看不同厂家的手机电路时，应注意一些控制信号的名称可能不同，如射功率控制信号在诺基亚NOKIA 电路中被称为TXC；而摩托罗拉MOTOROLA 手机电路中则是PAC或AOC；在爱立信手机电路中为PWRLEV等。
4 工作条件
1），供电（VCORE CPU）；），时钟（CLK clock）; 3)，复位（RST reset）。
1） CPU的内部和外部通过三种总线与各部件之间进行联系，它们是地址总线，数据总线和控制总线。地址总线用来传送地址信息，它是一种单向传输总线，地址总线在三种总线中的数目最多，通常地址总线用A x x表示；数据总线是用来传送数据的总线，它是一种双向总线，它可用来传送CPU的输出数据，也可用来向CPU传送数据，一般情况下数据总线数目较多，常用D x x表示；控制总线用来传送控制信息，它是一种单传输总线，对于ＣＰＵ来讲，控制总线所传送的控制信号有的是输入信号，控制总线的数目要少些，通常用C x x表示。
手机单片机系统中的总线是由许许多多部件所共用的，各部件通过三态门挂在总线上。三态门有一个高阻状态，与总线脱离，此时对总线而言它就不是一个负载。正是由于三态门的着一特点，可以使许许多多部件同时挂在总线上而不使总线过载。总线在某一时刻只被一对部件使用（即总线一端接的是信号源部件，另一端接的是信号接收部件），在另一时刻总线又被另一对部件使用，这种由部件轮流使用总线的方法称为分时.

真真 · 发表于 2010-11-25 21:34:18

手机由于功能很多，软件复杂，存储容量大，所以CPU需要有两个存储器为其存放手机软件，那就是版本（Flash ROM）和码片（EEPROM），它们如同档案馆,又如同大仓库，我们叫存储单元内，分门别类的存放着各种资料，参数，表格和程序，为了方便地找到么每一个存储内容，每个小单元的地址都有二进制代码表示地址码，像门牌号一样，ＣＰＵ要发出地址信息就是通过ＡＢ去访问格小单元。
存储器的分类如表2-2-3所示，EEPROM，FLASH等均是非易失性器件，非易失性存储器最大的特色是在当电源关闭后，原先储存在内的资料，仍能够持续被保存，且可以被重复抹除修改；而其中的FLASH更是已成为仅次于DRAM的全球第二大存储器市场。比较二者的差异，可以发现FLASH的前景更被看好，主要的原因在于不同容量密度，设计架构的FLASH产品，在市场上各有不同的应用及区域，集中度及相互潜代性皆较低。

（一），电可擦可写可编程存储器（EEPROM electrically erasbi programmable）
EEPROM是一块存储器，俗称“码片”，二进制代码的形式存储着手机的资料，它存储的是：
1) , 手机的机身码；
2) 检测程序，如：电池检测，显示电压检测等；
3) 各种表格，如：功率控制（PC），数模转换（DAC）自动增益控制（AGC）自动频率控制（AFC）等；
4) 手机的随机资料，可随时存取和更改，如电话号码菜单设定等。
其中，码片中存储的一些系统可调节的参数，对生产厂家来说存储的是手机调试的各种工作参数及与维修相关的参数如电池门限，输出功率表话机锁，网络锁写；对于手机用户来说存贮的是电话号码本，语音记事本及各种保密选项如个人保密码，以及手机本身（串号）等等。手机在出厂前都要上调校台对手机的各种工作进行调试，以使手机工作在最佳状态。调试的结果就存在码片里，所以在不是在很必要的情况下不要去重写码片，以免降低手机的性能。
码片的分类：
1）按数据传输方式分：
1采用并行数据传输的并行码片：采用此种码片的手机都是一些较早期的手机如诺基
8810 3810，摩托罗拉MOTOROLA 8700，328，928等手机，型号如28C64等，由于并行，码片的数据线较多，不便于小型化，故现在手机中大多都不采用了。
1采用传行数据传输的传行码片：采用此种码片的手机比比借是：如三星samsung N288 A288 T108 T408等等。型号有：24C16 24C32 24C256 24C512等。
2）按管脚数分：
1 28脚码片，也就是并行码片了。
2 8脚码片，也就是传行码片，8脚码片又分大8脚（即管脚间有大小之分）。串口码主要由I2C总线与外界电路进行通讯，其中SDA为串行数据线，主要负责数据的传输工作，SCL为串行时钟线，主要负责传输数据的同步工作。此外还有WP A1 GND脚。码片出现故障可分两种情况：一是码片本身硬件损坏；二是内部存储的数据丢失。两种情况中以后者为常见，常出线“手机被（Phone Locked）” , “联系服务商” （CONTACTSERVICE）显示黑屏甚至不开机故障。硬件故障。硬件故障的“联系服务商” 是三星samsung 系列手机的经典故障，多是由于三星samsung 的尾插进水导致保护元件击穿进而拉低SDA和SCL线的电压，使CPU 不能正常读取码片资料而引发故障，维修时一般把保护元件拆除即可！

3）按封装形式分：TSOP28 TSSOP8 SO8 BGA8等。
3）按容量分：128B，256B，512B，1KB，2KB······128B（24C1024）。
下面来说一下码片的管脚功能，现在以AT系列的码片进行简介，如表2-2-7所示
目前，随着集程度的增加，码片已快被“吃掉” 不在单独存在（还存在的多为8脚码片），如V988+码片被集成在CPU内，而V988++码片集成再版内。进期手机还
单独保留码片的有三星samsung 手机，如A100 A188（24C56） 2200 2400 A288
（24C256） N628（25C521） N188（24C256）及爱立信Ｔ１８Ｔ２８等
ＦlashROM为闪速只读存储器，有是又称ＦＬＡＳＨ，俗称版本字库。
它以代码的形式装载了手机的基本程序和各种功能程序。至今字库这个名词概念混很不清楚，到底字库是什么呢？实际上我们可以这样区分，把它们分开叫比较易懂一些。字库一般可以分别叫程序存储器（称程序）和汉字库存储器（字存），那为什么人家不这样叫呢？这是因为先前手机设计时把汉字库作为一个存储芯片焊接在手机上，程序存储器版本也作为另一个存储焊接再手机上，而后来发展到把程序和字寸复合在一起，所以我们称之为字库罢了。字库的容量要比码片的容量大的多，常见的有32M 64及128M等。
字库在手机的作用很大，地位非常重要，具体作用如下：
1 储存主机主程序
2 储存字库信息
3 储存网络信息
4 储存录音
5 存储加密信息
6 存储序列号（IMEI码）
7 储存操作系统
FLASH按工作电压可分为：5V 3.3V 1.8V 0.9V等几种。按其数据总线宽度可以分为８位数据总线宽度，１６位数据总线宽度两种；按其总线和数据总线分离，低１６位地址总线和数据总线合并，地址总线和数据总线合并三种；按其扇区分布可分为ＴＯＰＢＯＴＴＯＭ两种；其封装形式具体有ＴＳＯＰ４０ＴＳＯＰ４８ＦＢＧＡ４８UBGA56 FBGA72 BGA80 BGA69 等等。根据其封装形式字库可分为二大类，第一是比教长见。第二类是BGA封装形式的，这种字库用在近期生产的各种手机上，如摩托罗拉MOTOROLA V998，诺基亚NOKIA 3210以及爱立信T28等手机。按其脚管的多少，手机的字库又可以分为以下两大类：一类为40脚的字库（如型号28F004，28F008）；另一类为48脚的字库（如型号28F800，28F160 F160等）。
字库的工作流程比较复杂：当手机开机时，CPU便传出一个复位信号REST经字库，使系统复位。再待CPU把字库的读写端片选端选端后，CPU就可以从字库内取出指令，在CPU里运算，译码，输出各部分协调的工作命令，从而完成各自功能。
字库（FLASH）程序储存器的软件资料是通过数据交换端，地址交换端与微处理器进行通讯的。CE（CS）端为字库片选端，OE端为读允许端，REST端为系统复位端，这四个控制端分别者是由CPU加以控制。如果字库的地址有误或未选通，都将导致手机不正常工作，通常表现为不开机，显示字符错乱等故障现象。由于字库可以用来擦除，所以当出现数据丢失时可以用编程器或免拆机维修仪重新写入。和页码一样，字库本身也可能回损坏（既硬件故障），如果是硬件出现故障的话，就要重新更换字库。

真真 · 发表于 2010-11-25 21:34:18

字库其最大的特点是可擦写（即可编程），器件相对与以往的EPROM程序存储器而言，最大的优点是可以在系统编程（ISP-InsystemProgmmable），对于这种IAP技术简单点就是指电路版上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路版上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或在编程。一般通用做法是内部的存储器可以由上位机的软件通过串口来进行改写。对于单片机来将通过SPI或其它的串行接受上位机的数据并写入存储器中。所以即使我们将芯片焊接在电路版上，只要留出和上位机接口的这个串口，就可以实现芯片存储器的改写，而无须在取下芯片。说的通俗点，就是不用把字库从手机上拆下来，就可以用电脑配合传输线擦写字库，但不同的手机需要配合不同的工具软件来完成ISP（在系统可编程）。
随着手机功能的越来越多，手机的工作程序也越来越大，相应的手机的字库容量也越来越大。例如摩托罗拉MOTOROLA 328英文手机的字库型号为28F800，容量为1M字节，寻址线宽A0-A18共19条地址线。到了摩托罗拉MOTOROLA V988的时候，寻址线宽A0-A19共20条地址线。而V988++的字库型号为28F320，容量为4M字节，寻地线宽A0-A20共20条地址线。由于上面的例子可以看出，字库的地址总线的线宽是随字库容量的增加的，每多出一条高位地址线，则字库的容量增加一倍。

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