Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

WPAM W3 – Anatomia urządzenia mobilnego Piotr Gawrysiak Politechnika Warszawska Instytut Informatyki Zakład Systemów Informacyjnych.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "WPAM W3 – Anatomia urządzenia mobilnego Piotr Gawrysiak Politechnika Warszawska Instytut Informatyki Zakład Systemów Informacyjnych."— Zapis prezentacji:

1 WPAM W3 – Anatomia urządzenia mobilnego Piotr Gawrysiak Politechnika Warszawska Instytut Informatyki Zakład Systemów Informacyjnych 2010

2 Projekt! Projekt! Projekt! -Uprasza się o zapisywanie się na projekt -Na razie jest 9 tematów, mało… -Zapisy najlepiej poprzez zgłoszenie się poprzez arkusz Google Docs: -https://spreadsheets.google.com/ccc?key=0Akf_Zh8XRxA kdDVjei0tWHd4czB0SktScFlTUC1nTlE&hl=en&authkey=CJ n40qkOhttps://spreadsheets.google.com/ccc?key=0Akf_Zh8XRxA kdDVjei0tWHd4czB0SktScFlTUC1nTlE&hl=en&authkey=CJ n40qkO -Dla osób zainteresowanych platformą BADA firmy SAMSUNG – istnieje możliwość wypożyczenia telefonów na czas realizacji projektu z działu R&D Samsunga

3 Intermedium - Dlaczego sprzęt jest istotny? -W przypadku urządzeń stacjonarnych rozwój sprzętu prześcignął rozwój oprogramowania – jak dawno? -Tworząc oprogramowanie dla tych urządzeń często zastanawiamy się jak wykorzystać w pełni możliwości sprzętu – i często nam się to nie udaje -Przypomnienie – Prawo Moorea -Urządzenia mobilne w dalszym ciągu jeszcze są projektowane na zasadzie kompromisu zasobów – wydajność kluczowych technologii bowiem nie wzrasta eksponencjalnie

4 Intermedium - Leaking abstractions… -Druga przyczyna istotności (przynajmniej potencjalnej) cech sprzętu to niedoskonałe ich przesłanianie przez API i paradygmaty języków programowania All non-trivial abstractions are leaky Joel Spolsky Przykłady: TCP/IP – teoretycznie gwarancja dostarczenia danych, ale… SQL – struktura bazy danych nie jest widoczna z poziomu zapytania, ale… GPRS/WiFi – z poziomu API zapewniają podobną funkcjonalność, ale… itd.

5 Komponenty…

6 System on a chip -Większość układów elektronicznych niezbędnych do realizacji funkcjonalności współczesnego telefonu (w szczególności – smartphone) realizowane jest w postaci pojedynczego bloku SoC -Najbardziej popularna platforma (2010) – ARM Cortex A8, zestaw instrukcji ARM v7, za chwilę pewnie Cortex A9 (wielordzeniowy) wykorzystana m.in. w Nvidia Tegra 2. Przykłady nazw kodowych producentów: Nvidia - Tegra Qualcomm - Snapdragon Texas Instruments – OMAP Marvell – PXA (ale tu mamy architekturę XScale, czyli ARMv5) Apple - Apple A4 (ale i tak produkowane przez Samsunga - Hummingbird) Nb. np. w iPhone 3GS Samsung APL0298C05

7 System on a chip Przykład nieco starszej platformy (rodzina ARM11) ale bardzo popularnej (m.in. Nokia E90, Zune, HTC TyTN II, HTC Dream itp.)

8 System on a chip … i nowszej (ale referencyjnej) dla ARM Cortex A9

9 Procesor -W większości przypadków mieć będziemy do czynienia z procesorem o architekturze ARM (choć pretendent – Intel Atom). Powody są raczej historyczne niż technologiczne… – firma Acorn Computer Ltd. (producent komputera BBC Micro) potrzebuje koprocesora dla nowej generacji urządzeń – zamiast kupować decyduje się spróbować zaprojektować taki procesor samemu. Aby było to możliwe musi być prosty – stąd wybór architektury RISC – we współpracy z VLSI Technologies powstaje procesor ARM2 (Acorn RISC Machine) – być może najbardziej prymitywny procesor 32 bitowy na świecie (tylko 30 tyś. tranzystorów, brak cache, brak mikroinstrukcji) – ale dzięki temu jest on bardzo energooszczędny – pierwszy komputer wykorzystujący ARM2 jako główny procesor (Acorn Archimedes) -Lata 90-te – partnerstwo Apple, VLSI i Acorn – opracowane kolejne wersje procesora dla potrzeb urządzeń wbudowanych (ARM3), powstaje spin-off Advanced RISC Machines, kolejne wersje architektury (ARM6 – Apple Newton) tylko są produkowane, ale zaczynają być licencjonowane (pierwszy licencjobiorca ARM6 – firma DEC, która na tej podstawie opracowuje platformę StrongARM)

10 Procesor -Prosta procedura licencyjna oraz dostępność IP w postaci łatwej do integracji z innymi komponentami (np. VHDL) ułatwia tworzenie systemów SoC – pojawia się coraz więcej firm licencjonobiorców (m.in. Intel – XScale), a tym samym potencjalny producent sprzętu może wybierać wśród wielu różniących się ceną i możliwościami, ale wysoce kompatybilnych urządzeń -Specjalizacja nawet w ramach pojedynczej rodziny (np. w ramach ARM Cortex mamy wersje A – application, M - microcontroller, oraz R – real time). -Nb. dlaczego wciąż produkowane są urządzenia wyposażone w starsze wersje architektury ARM (np. ARMv5)? Otóż koszt licencji starszych wersji jest dużo niższy niż najnowszych. -Do stycznia 2008 roku wyprodukowano ponad 10 miliardów rdzeni procesorów z rodziny ARM… -Wybrane cechy architektury: -load/store – brak bezpośrednich operacji na komórkach pamięci, tylko na rejestrach -rejestrów jest dużo (po 12 rejestrów 32bit dla każdego trybu pracy procesora) -dedykowany 32 bitowy rejestr przesuwny (dla operacji arytmetycznych) -prawie każda instrukcja może być wykonana warunkowo -większość instrukcji wykonywana w jednym cyklu maszynowym

11 Akceleratory -Podobnie jak to ma miejsce w urządzeniach typu desktop procesor główny współpracuje z różnego rodzaju akceleratorami, wspierającymi wykonanie specjalizowanych obliczeń: -Akceleracja grafiki trójwymiarowej -Główny gracz na rynku: Imagination Technologies Ltd. Firma produkowała dedykowane karty graficzne dla komputerów stacjonarnych i wczesnych konsolach (np. Dreamcast) w latach 90-tych (m.in. konkurując z 3dfx i Nvidia) ale tą konkurencję przegrała, koncentrując się w zamian na rynku urządzeń mobilnych. Obecnie nie produkuje własnego sprzętu, ale licencjonuje rozwiązania firmom trzecim (brzmi znajomo?) -Typowy akcelerator: Imagination Technologies PowerVR SGX – pixel & vertex shaders, Open GL 2.0, używany m.in. w iPhone 4, Samsung Galaxy S, Motorola Droid (oczywiście jako część platformy SoC) -Inne: dekodowanie dźwięku i wideo (codec), bezpośredni dostęp do DSP itd. -To, iż mamy wbudowany akcelerator nie wystarcza – potrzebne są jeszcze sterowniki (vide casus HTC TyTN, HTC Diamond – Windows Mobile)

12 Pamięć operacyjna i masowa -Procesor potrzebuje pamięci operacyjnej – będzie to przede wszystkim typowa pamięć DRAM, obecnie zwykle 512MB (Nexus One, iPhone4), wcześniej typowo 128MB (iPhone 3G) -Potrzebujemy jednak także pamięci masowej. Obecnie najbardziej popularnym (właściwie jedynym…) rodzajem stosowanej pamięci jest pamięć typu flash używana zarówno do przechowywania danych, jak też i firmware -NAND flash – duża pojemność i szybkość zapisu/odczytu, ale dostęp sekwencyjny – konceptualnie może być traktowana jako dysk twardy -NOR flash – stosunkowo mała pojemność i szybkość zapisu, ale dostęp typu random access – możliwe wykonanie execute in place -Obie technologie są podatne na zużywanie (typowo ok. 100 tyś. zapisów / blok komórek) – typowo wear levelling realizowany przez kontroler pamięci, choć niektóre systemy operacyjne dodatkowo stosują system plików dedykowany dla pamięci flash (np. Android – YAFFS, ale np. Windows CE – Windows Mobile i – zapewne – Windows Phone 7 – Transactional FAT) /dev/block/mtdblock0 /system yaffs2 ro 0 0 /dev/block/mtdblock1 /data yaffs2 rw,nosuid,nodev 0 0 /dev/block/mtdblock2 /cache yaffs2 rw,nosuid,nodev 0 0

13 Pamięć masowa -Wbudowanej (czytaj – przylutowanej do płyty głównej urządzenia) pamięci flash może być dużo albo mało - wszystko zależy od strategii producenta urządzenia, a ta zależna jest od względów ekonomicznych, ale także od tego, czy użytkownikowi pozwolić należy na korzystanie z zewnętrznych nośników danych. I tak np.: -iPhone 3 – 8 lub 16 GB -iPhone 4 – 16 lub 32 GB -HTC Dream (G1) – 256 MB + slot microSD -Nexus One – 512 MB + slot microSD -Nokia N900 – 32 GB + slot microSD -HTC Athena – 8GB (dysk twardy) + slot miniSD -Slot kart pamięci (obecnie właściwie wyłącznie microSD, w starszych modelach urządzeń czasem miniSD) może mieć różne ograniczenie pojemności obsługiwanych kart (np. HTC Dream 16GB, Nexus One 32GB) i może być (lub nie) typu hot-swap (czytaj – czy trzeba wyłączać urządzenie żeby wymienić kartę…) -Pamięć masowa może (jeśli pozwala na to system operacyjny) zostać udostępniona urządzeniu hosta USB. Oznacza to jednak zwykle jej ukrycie przed aplikacjami działającymi na urządzeniu mobilnym.

14 Wyświetlacz -Obecnie właściwie wyłącznie wyświetlacz AMOLED (nie wymagający podświetlania – poszczególne piksele generują swiatło) lub TFT LCD pracujący w świetle przechodzącym (czytaj – podświetlany). Niektóre wcześniejsze urządzenia bywały wyposażone w wyświetlacz transreflective (np. Compaq iPaq). -Obie powyższe technologie są właściwie bezużyteczne w bezpośrednim świetle słonecznym. Najbardziej spektakularne efekty obserwować można na urządzeniach typu tablet (Apple iPad) -Alternatywa #1 – wyświetlacze typu eInk – stosowane w czytnikach książek elektronicznych. Jak na razie jedynie czarno-białe (istnieją prototypy wyświetlaczy kolorowych), czas odświeżania ~1s, ale nie wymagają zasilania do podtrzymania wyświetlania obrazu statycznego -Alternatywa #2 – wyświetlacze typu PixelQi – hybryda klasycznego wyświetlacza LCD, oraz wyświetlacza transreflective (nawet o wyższej rozdzielczości) ale czarno-białego -Typowe rozdzielczości – 320x240 (QVGA), 320x480 (HVGA), 640x480 (VGA), 800x480 (WVGA) – np. Nexus One, 960x640 iPhone (retina display – 326 dpi) -Do powyższych rozdzielczości standardowych czasami producenci dodają pasek kilkunastu-kilkudziesięciu pikseli (np. Moto Droid – 854x480) -DPI obecnie zwykle > 200 dpi == przeciętny człowiek nie zauważa poszczególnych pikseli

15 Wyświetlacz

16 Touchscreen -Dwa podstawowe (w przypadku urządzeń mobilnych – samych technologii dotykowych jest więcej) rozwiązania: -Panel rezystancyjny (ang. resistive): -Wysoka rozdzielczość -Prosta konstrukcja -Odporność na ekstremalne warunki środowiskowe (np. oświetlenie) -Trudność w realizacji urządzeń typu multi-touch -Konieczność wywarcia sporego nacisku na ekran (touch and press) i tym samym zwykle zastosowania rysika (to zaleta czy wada?) -Panel pojemnościowy (ang. capacitive): -Niska rozdzielczość i dokładność -Wystarczy muśnięcie ekranu opuszkiem palca -Niemożliwość wykorzystania klasycznego rysika -Niezbędny kontakt elektryczny ze skórą – niemożliwość pracy np. w rękawiczkach -Stosunkowo prosta implementacja -W obydwu powyższych przypadkach otrzymujemy zwykle informację o współrzędnych dotkniętego punktu – które należy w przypadku ekranu pojemnościowego traktować jedynie jako przybliżone

17 Multi touch -Możliwość rozpoznania więcej niż jednego miejsca dotknięcia ekranu jest podstawą wielu współczesnych rozwiązań mobilnych interfejsów użytkownika (gestures, w tym w szczególności słynne pinch-to-zoom którego zresztą nie wymyślił nikt z Apple tylko Myron Krueger w 1983 roku -Głowny dostawca kontrolerów multitouch – Synaptics – technologia powoli znajduje także zastosowanie w urządzeniach klasycznych (np. touchpady) -Większość urządzeń nie będzie dysponowała możliwością jednoczesnego rozpoznania więcej niż kilku dotkniętych punktów (np. iPhone – 5) -W wielu przypadkach mamy do czynienia jedynie z udawaną technologią multi-touch np. GEST (Gesture Enhanced Single Touch) – np. Nexus One -Do efektów takich jak np. reklamowane przez PerceptivePixel jeszcze trochę brakuje…

18 Komunikacja – modem komórkowy -W większości urządzeń będziemy mieli do czynienia z oddzielnym procesorem (z własnym firmware, pamięcią RAM itd.) który komunikować będzie się z infrastrukturą sieci komórkowej. -W szczególności możliwe jest (a raczej powinno być) wyłączenie tego modułu (airplane mode), co nie powinno wpływać na działanie pozostałych komponentów urządzenia -Do firmware tego właściwie nie mamy dostępu, możemy komunikować się wyłącznie poprzez API (nb. słowo modem jest tu trochę niewłaściwe – chodzi także o rozmowy głosowe) -Kwestia nazewnictwa – firmware modemu komórkowego bywa nazywany baseband (vide Apple iOS), ale u większości innych producentów ta nazwa określa całość firmware urządzenia -Technologie komunikacji (data) -(H)CSD – właściwie już nieużywana, max. 43/14,4 kbit/s -GPRS – max 80/40 kbit/s -EDGE – max 230/60 kbit/s -UMTS (HSDPA/HSUPA) – max 7,2/1,9 Mbit/s -Wciąż bałagan dot. częstotliwości – Europa 2100 MHz, USA 850, 1900 i 1700 MHz (T- Mobile) -Komunikacja 3G w niektórych wypadkach może być bardziej energochłonna niż WiFi

19 Komunikacja - WiFi -Drugą podstawową technologią komunikacji jest WiFi – zwykle b/g (ostatnio także n) -Dość nieefektywna jeśli chodzi o energochłonność – przynajmniej podczas transmisji danych, samo skanowanie dostępnych sieci bezprzewodowych może być wykonywane tak, aby zminimalizować straty energii (ew. posłużyć można się tu rozwiązaniami lokalizacyjnymi typu Y5 Battery Saver) -Potencjalnie niebezpieczna (dla zdrowia…) jako medium transmisji danych przy rozmowach VoIP -Niektóre platformy (np. Android) miewają spore problemy z przełączeniem transmisji pomiędzy GPRS a WiFi, szczególnie na granicy zasięgu -Nie zawsze API systemu operacyjnego pozwala nam na pełną kontrolę modułu – przykład Android / iPhone i dzielenie połączenia 3G (tzw. phone tethering) niemożliwe do zrealizowania w nieodblokowanym (non-rooted) telefonie -W najbliższym czasie zapewne do pewnego stopnia będzie zastępować Bluetooth (np. przy transmisji plików) - WiFi-Direct (dawniej WiFi Peer-To-Peer)

20 Komunikacja – Bluetooth, Irda -Technologie komunikacji na niewielką odległość (Bluetooth – kilkanaście metrów, Irda – kilkadziesiąt centymetrów) służące przede wszystkim do transmisji plików pomiędzy urządzeniem mobilnym a komputerem stacjonarnym, oraz do podłączania urządzeń zewnętrznych (np. zestaw słuchawkowy) -Irda – transmisja w podczerwieni, właściwie wyparta już całkowicie przez Bluetooth z oczywistych powodów (choć ma i zalety – wysokie bezpieczeństwo transmisji, niski pobór energii) -Sama obecność chipsetu Bluetooth w urządzeniu nie oznacza, iż będzie ono zapewniało pełną funkcjonalność porównywalną z funkcjonalnością urządzenia stacjonarnego -Przykłady zastosowań (profile Bluetooth): -Transmisja dźwięku wysokiej jakości (A2DP) -Transmisja danych pakietowych (DUN) -Podłączanie urządzeń interfejsu użytkownika (klawiatury, myszy itp.) (HID) -Transmisja dźwięku niskiej jakości i obsługa połączeń telefonicznych (HSP) -Dzielenie połączenia internetowego, sieć osobista (PAN) -Wymiana kontaktów z książki adresowej (PBA) -Itd. -Podstawowy protokół transmisji danych (OBEX) jest taki sam dla Irda i Bluetooth

21 GPS, A-GPS -Odbiornik GPS pozwala na lokalizację z dokładnością wystarczającą do celów nawigacji miejskiej -Aby był efektywny musi widzieć przynajmniej 3 satelity – co oznacza iż jest zupełnie nieefektywny w pomieszczeniach (ale nie tylko – np. nie działa także w lesie, szczególnie po deszczu) -Zanim otrzymamy informację o położeniu (fix) musi upłynąć pewien czas (nawet kilka minut) niezbędny na odebranie danych od satelitów -Powyższy czas można zminimalizować poprzez wstępne obliczenie (czy też raczej pobranie z serwera) spodziewanej pozycji satelitów, czy też dokładne określenie czasu w danej lokalizacji – A-GPS -Dodatkowo możliwe jest określenie zgrubnej lokalizacji użytkownika dzięki triangulacji stacji bazowych sieci GSM, lub namierzeniu sygnałów WiFi (np. SkyHook)

22 Kamera -Cyfrowy aparat fotograficzny -Dostęp do funkcji aparatu uzależniony od systemu operacyjnego, od pełnej kontroli (Android) aż do jedynie możliwości wyzwolenia migawki (Windows Phone 7) -Jakość zdjęć uzależniona od jakości matrycy (np. 5 Mpix – iPhone 4, 3Mpix – iPhone 3GS) ale przede wszystkim od jakości układu optycznego, dostępności funkcji autofocus, oraz dodatkowego oświetlenia (LED/Xenon) -Jakość filmów uzależniona dodatkowo od mocy procesora oraz sprzętowego wspomagania kompresji wideo – dość rzadko wciąż spotykana możliwość nagrywania wideo ~25 fps / 720p -Układ optyczny bywa wbudowany na stałe (iPhone, Nexus One) lub też chroniony przez mechaniczną zaślepkę, której przesunięcie / odblokowanie jest niezbędne do uruchomienia aparatu (Nokia N900) -Możliwe jest także wyposażenie urządzenia w drugą kamerę przednią do celów wideokonferencji, zwykle o rozdzielczości ograniczonej do VGA i bez funkcji autofocus

23 Drobiazgi -To oczywiście nie wszystko Inne elementy sprzętu, warte wymienienia, obejmują m.in. -Czujniki – akcelerometr (3-osiowe określenie pozycji urządzenia w polu grawitacyjnym Ziemii oraz ew. przyspieszenia – zwykle w postaci urządzeń typu MEMS), magnetometr – tj. kompas, czujnik zbliżeniowy (proximity sensor) – pozwala na wyłączenie ekranu, oraz przede wszystkim panelu dotykowego po przysunięciu urządzenia do policzka (podczas rozmowy telefonicznej), czujnik światła otaczającego – do automatycznej regulacji jasności ekranu -Złącza JTAG – zwykle nie wyprowadzane na zewnątrz, pozwalają na debugging sprzętu, wprowadzanie elementów w tryb serwisowy, bezpośredni dostęp do pamięci (np. reflash umarłego urządzenia) itp. -Czytniki kodów kreskowych, RFID i/lub NFC – stosowane rzadko, przede wszystkim w urządzeniach przemysłowych -Znaczniki wilgoci - -Złącze USB – zwykle w postaci miniUSB lub microUSB -Złącze zestawu słuchawkowego – standalone (ze sprzętowym, lub programowym odłączaniem głośników urządzenia) lub zintegrowane z miniUSB (HTC) -Złącze TVOut – przede wszystkim HDMI, zwykle współpracujące tylko z wybranymi aplikacjami (możliwość odtwarzania filmów / oglądania zdjęć)

24 Zasilanie (bateria) -Główne (i obecnie właściwie jedyne) źródło zasilania – akumulator Li-on -Typowe pojemności – 1150mAh (HTC Dream), 1400mAh (Nexus One), 1420mAh (iPhone 4) -Parametry - czas pracy ciągłej / czas standby / czas rozmów -Zwykle standby nie przekracza 1-2 dni, czas pracy ciągłej 5-6 godzin (Nokia N900 – whole day computing) -Nie zanosi się tu na znaczący przełom (przede wszystkim gdyż większe ekrany == większy pobór energii) -Metody oszczędzania energii – wyłączanie najbardziej energożernych podsystemów, zwykle sterowane poprzez timery -Podświetlenie ekranu (przyciemnienie) -Wyłączenie ekranu -Wyłączenie modułu komunikacji WiFi (GSM pozostaje zasilany właściwie zawsze) -Ograniczenie taktowania procesora (np. Nexus One – 245MHz – 998MHz) -Ładowanie – obecnie trend standaryzacji w stronę microUSB, przynajmniej wśród producentów obecnych na rynku europejskim

25 Form factor i klawiatura -Urządzenie mobilne musimy jeszcze zapakować do jakiejś obudowy – zwykle plastikowej (ABS), choć zdarzają się, szczególnie ostatnio, przypadki wykorzystywania aluminium (HTC – Nexus One, HTC Legend) albo szkła (Apple iPhone 4) -Jeśli nie będzie ono wyposażone w sprzętową klawiaturę, to właściwie jedynym stosowanym rozwiązaniem jest forma candy bar -Gdy jednak pokusimy się o klawiaturę sprzętową (warto?) to mamy do wyboru: -Clamshell (także z możliwością obrócenia ekranu) – np. HTC Universal -Slider w poziomie (także z możliwością odchylenia ekranu) – np. HTC Diamond, SE Xperia -Slider w pionie – np. większość niedotykowych smartphoneów – np. Nokia E66 -Klawiaturę nieruchomą (zwykle w pionie) – większość modeli RIM Blackberry -Ew. kombinację powyższych w bardziej egzotycznych modelach

26 To ile to wszystko razem kosztuje…? Apple iPhone 3G S 16GB Suma: USD (ad 2009) Źródło: prof. Myungchul Kim

27 Cdn.


Pobierz ppt "WPAM W3 – Anatomia urządzenia mobilnego Piotr Gawrysiak Politechnika Warszawska Instytut Informatyki Zakład Systemów Informacyjnych."

Podobne prezentacje


Reklamy Google