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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于國(guó)產(chǎn)CPU內(nèi)核的安卓平板電腦
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品為業(yè)界首款基于國(guó)產(chǎn)眾志核的安卓平板電腦。在完成板級(jí)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本小組開(kāi)發(fā)了Linux底層驅(qū)動(dòng)并通過(guò)處理器架構(gòu)級(jí)移植與優(yōu)化解決了指令集兼容性問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)CPU的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。本作品通過(guò)4項(xiàng)核心技術(shù)（安卓框架移植與優(yōu)化技術(shù)、高性能內(nèi)存管理技術(shù)、高級(jí)閃存轉(zhuǎn)換層技術(shù)及圖形圖像硬件加速技術(shù)）研發(fā)，以較低的功耗和成本提供給用戶全格式高清視頻播放、2D/3D游戲以及基于位置的服務(wù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 據(jù)分析到2015年，全球70億人口中將有50%的人接入互聯(lián)網(wǎng)，其中越來(lái)越多的互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)將采用移動(dòng)方式。根據(jù)ARM公司的預(yù)測(cè)，到2013年全球消費(fèi)類移動(dòng)設(shè)備的出貨量將達(dá)到24億部(臺(tái))，其中移動(dòng)手持類產(chǎn)品將達(dá)到14億部(臺(tái))。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)人們?nèi)粘Ｉ罴肮ぷ鞯牟粩酀B透，以應(yīng)用為中心、用戶體驗(yàn)為引領(lǐng)的新一代移動(dòng)信息終端——平板電腦逐步走入人們的視野。截至目前，市場(chǎng)上流行的平板電腦采用的操作系統(tǒng)（安卓、IOS、RIM等）僅支持國(guó)際主流的CPU架構(gòu)，如ARM、X86等，這不僅嚴(yán)重限制了國(guó)產(chǎn)CPU在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的市場(chǎng)份額，也給中國(guó)的社會(huì)安全、經(jīng)濟(jì)安全以及信息安全帶來(lái)了較大隱患。 近年來(lái)，中國(guó)國(guó)產(chǎn)CPU內(nèi)核逐步走向成熟，但受限于指令集兼容性問(wèn)題，一直難以哺育出完整的軟件生態(tài)鏈，無(wú)力搶占市場(chǎng)并最終走入尋常百姓家。作為第一款利用虛擬化執(zhí)行技術(shù)屏蔽底層指令集實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的操作系統(tǒng)，安卓為國(guó)產(chǎn)CPU的市場(chǎng)化提供了千載難逢的機(jī)遇。然而，由于安卓系統(tǒng)自生僅支持ARM和X86處理器架構(gòu)，若要在國(guó)產(chǎn)CPU上無(wú)縫運(yùn)行各類上層應(yīng)用，則必須移植并優(yōu)化全套的Dalvik虛擬機(jī)及底層庫(kù)。當(dāng)前，絕大多數(shù)非ARM架構(gòu)的主流CPU廠商（如Intel、MIPS等）紛紛嘗試移植安卓系統(tǒng)以適應(yīng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，并取得了一定突破。本作品在實(shí)施過(guò)程中同樣遇到了大量技術(shù)上的難題，如存儲(chǔ)訪問(wèn)效率問(wèn)題、專用指令集加速問(wèn)題、圖形圖像硬件適配問(wèn)題等。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間探索和聯(lián)合攻關(guān)，本小組借助軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的方式解決了上述難題，并積累了相應(yīng)的核心技術(shù)。 本作品基于國(guó)產(chǎn)眾志CPU的SEP6200高性能應(yīng)用處理器，首先設(shè)計(jì)了一系列硬件開(kāi)發(fā)板和最終樣機(jī)；其次，本小組為SEP6200芯片開(kāi)發(fā)了全套Linux底層驅(qū)動(dòng)及硬件適配層；最后，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)完整移植安卓操作系統(tǒng)（含Dalvik虛擬機(jī)、底層核心庫(kù)函數(shù)、中間件等）率先設(shè)計(jì)出基于國(guó)產(chǎn)CPU內(nèi)核的安卓平板電腦。在此過(guò)程中，本小組通過(guò)4項(xiàng)核心技術(shù)（包括：安卓核心框架移植與優(yōu)化技術(shù)、高性能內(nèi)存管理技術(shù)、高級(jí)閃存轉(zhuǎn)換層技術(shù)、圖形圖像硬件加速技術(shù)）研發(fā)，提升了系統(tǒng)整體性能，增強(qiáng)了產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 與市場(chǎng)上同類產(chǎn)品相比，本作品以較低的功耗與成本提供了完整的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)（3G/WIFI）、流暢的用戶操作體驗(yàn)、1080p的全格式高清視頻播放服務(wù)、較為生動(dòng)的2D/3D游戲體驗(yàn)、桌面平臺(tái)的辦公體驗(yàn)及基于位置的各項(xiàng)服務(wù)，足以滿足人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯男枨?。本作品是本小組獨(dú)立設(shè)計(jì)、研制的科技作品，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 1.讓國(guó)產(chǎn)CPU走向市場(chǎng)，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮中國(guó)芯的作用； 2.打破西方核心技術(shù)壟斷，保障國(guó)家社會(huì)安全、經(jīng)濟(jì)安全及信息安全； 3.積累核心技術(shù)，為創(chuàng)新人才隊(duì)伍梯次化建設(shè)打下基礎(chǔ)； 4.實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 基本思路： 1.完成系統(tǒng)主體框架設(shè)計(jì)； 2.完成Linux內(nèi)核與設(shè)備驅(qū)動(dòng)； 3.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)安卓系統(tǒng)Dalvik虛擬機(jī)、Bionic C庫(kù)及其他中間件； 4.整機(jī)調(diào)試與系統(tǒng)優(yōu)化。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)： 1.針對(duì)國(guó)產(chǎn)眾志內(nèi)核完整移植全套安卓系統(tǒng)及其中間件； 2.在Linux內(nèi)核層引入高性能片上存儲(chǔ)管理機(jī)制，提高程序執(zhí)行性能； 3.實(shí)現(xiàn)一種新型閃存轉(zhuǎn)換層，提升響應(yīng)速度并延長(zhǎng)使用壽命。 4.利用GPU實(shí)現(xiàn)硬件加速的圖形解決方案，提升高分辨率下系統(tǒng)圖形性能。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.Dalvik虛擬機(jī)移植與優(yōu)化技術(shù)； 2.高性能存儲(chǔ)管理技術(shù)； 3.大容量閃存轉(zhuǎn)換層技術(shù)； 4.芯片級(jí)及系統(tǒng)級(jí)低功耗、低成本技術(shù)； 5.設(shè)備驅(qū)動(dòng)與適配層技術(shù)（USB2.0、HDMI、WiFi/3G、G-sensor）； 6.基于OPENMAX的多媒體解決方案； 7.基于OpenGL的圖形圖像加速技術(shù)； 8.基于GPS的位置服務(wù)技術(shù)。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1.平板電腦主頻800MHz，DDR2主頻400MHz； 2.安卓2.3操作系統(tǒng)； 3.全格式1080p視頻播放； 4.整機(jī)平均功耗小于500mw； 5.系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間小于40秒；
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性： 1.虛擬化執(zhí)行是指通過(guò)java指令的字節(jié)碼實(shí)時(shí)翻譯技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件的跨平臺(tái)運(yùn)行，從而解決國(guó)產(chǎn)指令集兼容性問(wèn)題； 2.存儲(chǔ)層次化設(shè)計(jì)利用高速片上存儲(chǔ)器，提升程序熱點(diǎn)代碼的執(zhí)行效率； 3.閃存轉(zhuǎn)化層技術(shù)利用多通道、多片并發(fā)訪問(wèn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)高性能閃存讀寫(xiě)操作并利用均衡算法均分閃存擦寫(xiě)位置，延長(zhǎng)使用壽命； 4.利用GPU硬件加速圖形界面，將CPU從繁重的圖形計(jì)算中解放出來(lái)，發(fā)揮GPU圖形渲染能力。 先進(jìn)性： 1.與酷比魔方U8（RK2818方案，ARM9）相比，本作品集成VPU、GPU硬件單元能流暢播放1080p高清視頻，能流暢運(yùn)行大型3D游戲，而該方案無(wú)法做到； 2.與天璣P702（Telechip8902方案，ARM1176）相比，實(shí)現(xiàn)功能基本一致，但天璣P702成本約為500元人民幣，我們?yōu)?20左右，成本優(yōu)勢(shì)明顯； 3.與智器Q5（s3c6410方案，ARM1176）相比，本作品擁有更強(qiáng)3D性能，能流利運(yùn)行3D游戲和圖形界面，且價(jià)格更低。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)演示、錄像、樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 1.首款國(guó)產(chǎn)內(nèi)核的安卓平板電腦； 2.全格式高清視頻播放； 3.高性能片上存儲(chǔ)技術(shù)提高內(nèi)存訪問(wèn)性能； 4.新型閃存轉(zhuǎn)換層技術(shù)，提升讀寫(xiě)性能和使用壽命； 5.采用GPU實(shí)現(xiàn)圖形用戶界面的硬件加速。 應(yīng)用范圍：個(gè)人移動(dòng)信息終端、車載導(dǎo)航設(shè)備、流媒體播放器、電子閱讀器等 市場(chǎng)分析：安卓類產(chǎn)品由于其開(kāi)放性及出色的用戶體驗(yàn)贏得了眾多整機(jī)廠及應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)人員的認(rèn)可。平板電腦在未來(lái)數(shù)年內(nèi)具有廣闊市場(chǎng)前景，據(jù)IDC公布的一份報(bào)告稱：到2014年時(shí)，全球平板電腦出貨量有望增至4600萬(wàn)部。 目標(biāo)客戶：1.研發(fā)能力較弱的整機(jī)廠；2.有獨(dú)立品牌及研發(fā)能力的整機(jī)廠；3.特殊領(lǐng)域整機(jī)廠。 目標(biāo)市場(chǎng)定位： 1.對(duì)第一類客戶，本作品通過(guò)低廉的主控芯片價(jià)格降低20%以上的成本； 2.針對(duì)第二類客戶提供現(xiàn)場(chǎng)支持，降低平臺(tái)遷移過(guò)程中的二次研發(fā)成本； 3.針對(duì)第三類客戶開(kāi)放源代碼及板級(jí)設(shè)計(jì)原理圖，方便其掌控本產(chǎn)品細(xì)節(jié)。
同類課題研究水平概述
- 我們認(rèn)為平板電腦作為一種非常先進(jìn)而新穎的產(chǎn)品形態(tài)最接近前期比較熱門的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)分析，到2013年，全球消費(fèi)類移動(dòng)設(shè)備的出貨量將達(dá)到24億部(臺(tái))，其中移動(dòng)手持類產(chǎn)品將達(dá)到14億部。而到2015年，全球70億人口中將有50%的人接入互聯(lián)網(wǎng)。 平板電腦是一種便攜式互聯(lián)網(wǎng)終端。一般采用5至10英寸觸摸屏，功耗較低，具有較長(zhǎng)使用時(shí)間。可高速訪問(wèn)Internet；可以查看與編輯文檔；強(qiáng)大的多媒體功能，支持移動(dòng)數(shù)字電視；具有各類數(shù)據(jù)傳輸與通信接口；可通過(guò)GPS進(jìn)行導(dǎo)航；強(qiáng)調(diào)用戶交互體驗(yàn)感。 平板電腦與Smart Phone、UMPC的比較: Smart Phone:以電話功能為主，兼有PDA功能，觸摸屏一般小于5英寸，對(duì)系統(tǒng)功耗與便攜性要求很高。隨著將來(lái)3G通信網(wǎng)絡(luò)的普及，Smart phone將成為集通話、短信、網(wǎng)絡(luò)接入、影視娛樂(lè)等為一體的綜合性個(gè)人手持終端設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)功能的均衡性有較高的要求，且要求系統(tǒng)具有豐富的應(yīng)用程序資源與通信接口。 UMPC:全稱為Ultra-Mobile PC，即超移動(dòng)PC。本質(zhì)為便攜性較筆記本更強(qiáng)的PC，屏幕大于6寸，為x86體系結(jié)構(gòu)。強(qiáng)調(diào)的是便攜性與通用性的平衡，并不突出某一方面的功能。 比較：平板電腦強(qiáng)調(diào)移動(dòng)互聯(lián)，應(yīng)具備多種互聯(lián)網(wǎng)接入方式，對(duì)娛樂(lè)功能的要求較高，兼具一定商務(wù)功能，對(duì)功耗與便攜性的要求僅次于Smart Phone，高于UMPC。平板電腦應(yīng)具有較多的通信接口，并可通過(guò)功能擴(kuò)展覆蓋Smart Phone的部分功能，但在通話功能方面不如Smart Phone。平板電腦通用性不如UMPC，但通過(guò)Android平臺(tái)可擺脫x86體系束縛，且價(jià)格、功耗與便攜性方面都優(yōu)于UMPC。 Forward Concept預(yù)測(cè)，平板電腦的全球出貨量將從2008年的30.5萬(wàn)臺(tái)成長(zhǎng)到2012年的4,000萬(wàn)臺(tái)；ABI Research則預(yù)測(cè)，平板電腦市場(chǎng)未來(lái)五年內(nèi)的年復(fù)合平均增長(zhǎng)率達(dá)到167%，2012年平板電腦的市場(chǎng)需求量將達(dá)到9,000萬(wàn)臺(tái)；IDC預(yù)測(cè)，平板電腦市場(chǎng)未來(lái)五年將以平均每年102%的速度增長(zhǎng)，2014年全球需求量將達(dá)到6,900萬(wàn)臺(tái)，銷售額超過(guò)170億美元；In-Stat預(yù)測(cè)，到2011年平板電腦市場(chǎng)的出貨量將達(dá)到550萬(wàn)，2007到2011年間的年復(fù)合平均增長(zhǎng)率將達(dá)到205.9%。
