DE10018374A1 - Mobiles Endgerät - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein mobiles Endgerät mit einer elektronischen Steuerung. Die Steuerung umfasst eine während des Betriebs des Endgeräts zumindest teilweise rekonfigurierbare Schaltung. Weiterhin weist die Steuerung Konfigurierungsmittel auf, welche in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebsfunktion des Endgeräts die Schaltung rekonfigurieren. Außerdem wird ein Verfahren zum Betrieb eines entsprechenden mobilen Endgeräts beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein mobiles Endgerät mit einer elektronischen Steuerung sowie ein Verfahren zum Betrieb eines entsprechenden mobilen Endgeräts.

In mobilen Endgeräten, insbesondere in Kommunikations­ endgeräten wie Mobiltelefonen oder in sogenannten PDA's (Personal Digital Assistent) sowie Organizern und dergleichen kommen in der Regel hochkomplexe und integrierte Chipsätze zum Einsatz. Diese IC's werden für bestimmte elektrische Funktionen ausgelegt, d. h. die Innenschaltung (Logik) dieser Bausteine wird vom Hersteller so konfiguriert, dass die zu irgend einem Zeitpunkt benötigten Hardwarefunktionen zur Verfügung stehen. Derzeit handelsübliche Geräte bieten dabei bereits eine Vielzahl an unterschiedlichsten Betriebsfunktio­ nen und es ist davon auszugehen, dass in zukünftigen Geräten immer mehr neue, bis heute noch "untypische" Funktionen hinzukommen. Die meisten Funktionen können hierbei zwar im Prinzip auch durch entsprechende Software realisiert werden. Insbesondere bei Funktionen, bei denen größere Datenmengen in relativ kurzer Zeit, zum Teil sogar in Echtzeit, verarbeitet werden müssen, ist jedoch eine hardwaretechnische Umsetzung sinnvoll oder sogar Voraussetzung.

Um alle eventuell einmal benötigten Funktionen auf einem Chip umzusetzen, ist ein hoher Entwicklungsaufwand und eine hohe Entwicklungszeit erforderlich, was mit hohen Kosten verbunden ist. Die gewünschten verschiedenen Funktionen werden dabei auf dem Chip als kleine Funktionsblöcke realisiert. Dabei werden in Geräten, welche vereinzelte Funktionen für den Endkunden nicht zur Verfügung stellen sollen, z. B. bei Geräten im preislich unteren Marktsegment, ebenfalls die teureren Chips eingesetzt und lediglich die betreffenden Funktionen blockiert. Der Kostennachteil für die Verwendung teurerer Chips wird zugunsten des geringeren Aufwands gegenüber einer Entwicklung mehrerer Chiptypen meist in Kauf genommen. Ein weiterer Nachteil besteht jedoch darin, dass selbstverständlich die verschiedenen nebeneinander bestehen­ den Hardwareblöcke Platz erfordern. Die Reduzierung des Platzbedarfs ist aber insbesondere bei mobilen Endgeräten, welche den Markterfordernissen entsprechend immer kleiner werden sollen, wünschenswert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alternative zu diesem Stand der Technik zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein mobiles Endgerät gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines mobilen Endgeräts gemäß Anspruch 6 gelöst.

Erfindungsgemäß weist die Steuerung hierbei eine während des Betriebs des Endgeräts zumindest teilweise rekonfigurierbare bzw. umprogrammierbare Schaltung auf. Außerdem umfasst die Steuerung Konfigurierungsmittel, welche in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebsfunktion des Endgeräts die Schaltung rekonfigurieren. Das heißt, dass im laufenden Betrieb je nach den Erfordernissen von der Steuerung selbst ein bestimmter Teil der Hardware entsprechend der gerade notwendigen Anforderungen bzw. System-Performance konfiguriert wird, sodass verschiedene Hardwarefunktionen auf ein und demselben Chip synthetisiert werden können. Dadurch werden zum einen Chipfläche und somit Kosten gespart. Zum zweiten ist es viel einfacher möglich, Hardwareänderungen auch in bestehende Geräte einzubringen und somit bereits auf dem Markt befind­ liche Geräte mit zusätzlichen, in Hardware umgesetzten Funktionen auszustatten. Die Grenzen sind hierbei lediglich durch die Anzahl der vorhandenen rekonfigurierbaren Gatter gegeben.

Insbesondere relativ selten gebrauchte, aber besonders rechenintensive Funktionen können somit durch eine einfache Rekonfigurierung bzw. Umprogrammierung der Hardware sozusagen "on time" zum Anforderungszeitpunkt hardwaremäßig realisiert werden.

Die rekonfigurierbare Schaltung kann hierbei entweder vollständig oder teilweise rekonfigurierbar sein. Das heißt, der rekonfigurierbare Teil kann als separater Schaltungsblock bzw. Chip im Gerät implementiert sein. Es kann sich jedoch auch um einfach für eine Rekonfigurierung ausgelegte Bereiche innerhalb eines IC's handeln, welcher weitere Funktionen enthält.

Vorzugsweise handelt es sich um einen mittels eines Ladeprozesses konfigurierbaren bzw. programmierbaren Logikbaustein, beispielsweise einen FPGA-Baustein.

Die Konfigurierungsmittel enthalten vorzugsweise einen Konfigurationsspeicher, in welchem die Konfigurationsdaten zur Rekonfigurierung der Schaltung für verschiedene Betriebsfunktionen gespeichert sind, sowie einen Microcontroller, welcher mit Hilfe der Konfigurationsdaten die rekonfigurierbare Schaltung zum gewünschten Zeitpunkt bei Aufruf einer bestimmten Betriebsfunktion entsprechend den Anforderungen konfiguriert. Hierzu kann selbstverständlich ein ohnehin bereits im Gerät befindlicher Microcontroller der Steuerung verwendet werden.

Vorzugsweise wird als Konfigurationsspeicher ein nichtflüchtiger Speicher verwendet, um einen Verlust der Daten bei einer Unterbrechung der Spannungsversorgung bzw. beim Abstellen des Geräts zu vermeiden. Das heißt, es wird hierfür beispielsweise ein ROM- oder ein Flash-RAM-Speicher verwendet. Insbesondere kann als Konfigurationsspeicher auch ein Teilbereich eines ohnehin im Gerät befindlichen Speichers verwendet werden.

Ein Haupteinsatzgebiet der Erfindung liegt im Bereich von Mobiltelefonen, beispielsweise im GSM- oder UMTS-Standard, in denen besonders viele verschiedene Algorithmen zur digitalen Verarbeitung von Daten verwendet werden. Hier werden auch in Zukunft noch viele Anwendungen aus dem Bereich Multimedia zur Anwendung kommen. So kann es beispielsweise bei einem Gerät mit einem sogenannten MP3-Decoder (d. h. einem Decoder, welcher Audiodaten im MP3-Standard decodiert) unter Umständen sinnvoll sein, auch einen MP3-Encoder zu integrieren. Ein solcher Encoder benötigt erheblich mehr Rechenleistung als der Decoder. Daher ist in der Regel eine Hardwarelösung erforderlich. Durch die Verwendung der rekonfigurierbaren Schaltung kann die hardwaremäßige Funktion eines MP3-Encoders genau zu der Zeit "erzeugt" werden, zu der sie benötigt wird. Wird der MP3-Encoder nicht benötigt, kann die gleiche Logik wieder umprogrammiert und für andere Aufgaben herangezogen werden, wie z. B. zur Komprimierung bzw. Dekomprimierung von Videodaten im MPEG4-Standard. Im Gegensatz dazu wären bei einem fest in Silizium gegossenen MP3-Encoder die für den Encoder benötigten zusätzlichen MIPS ausschließlich für diesen Zweck nutzbar.

Ein weiterer besonders bevorzugter Einsatzzweck besteht darin, den rekonfigurierbaren Schaltungsbereich dazu zu verwenden, um z. B. im Sendebetrieb kurzzeitig einen hardwaremäßigen Decoder aufzubauen, welcher in der Lage ist, in Echtzeit eine Verschlüsselung von sicherheitsrelevanten Daten nach einem aufwendigen Codieralgorithmus durchzuführen. Im Empfangsbetrieb kann dann der gleiche Schaltungsbereich so konfiguriert sein, dass er als Decodierer dient.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die bei­ gefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dort dargestellten Merkmale und die bereits oben beschriebenen Merkmale können nicht nur in den genannten Kombinationen, sondern auch einzeln oder in anderen Kombina­ tionen erfindungswesentlich sein. Insbesondere wird an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen, dass alle im Bezug auf das Gerät dargestellten Merkmale auch bezüglich des Verfah­ rens zum Betrieb eines solchen Geräts erfindungswesentlich sein können und umgekehrt. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Kommunikationsendgeräts nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kommunikationsendgeräts.

In Fig. 1 ist ein typischer schaltungsmäßiger Aufbau eines Kommunikationsendgeräts, beispielsweise eines Mobiltelefons, dargestellt, wobei die Darstellung jedoch auf die zur Übertragung der Sprachdaten erforderlichen Komponenten beschränkt ist. Auf die Darstellung weiterer in Mobil­ telefonen oder ähnlichen Geräten üblicherweise vorhandener Komponenten wie Display, Tastatur etc. wurde wegen der besseren Übersichtlichkeit verzichtet.

Die in Fig. 1 gezeigte Steuerung 1 weist einen DSP (digitalen Signalprozessor) 2, einen Microcontroller 3, einen Speicher 4 sowie einen AD/DA-Wandler 5 für ein Basisband und Voiceband sowie einen Hochfrequenzteil 7 auf. Die an einem Mikrofon 8 aufgenommenen Sprachsignale werden mittels des AD/DA-Wandlers 5 in digitale Daten umgewandelt, im DSP 2 codiert und dann im AD/DA-Wandler 5 wieder in analoge Signale umgewandelt, welche an den HF-Teil 7 übergeben und dort gesendet werden. Umgekehrt werden vom HF-Teil 7 empfangene analoge Signale zunächst im AD/DA-Wandler 5 in digitale Signale umgewandelt, im DSP 2 decodiert und über den AD/DA- Wandler 5 am Lautsprecher 9 ausgegeben. Die Steuerung umfasst weiterhin einen Microcontroller 3 zur Ansteuerung des AD/DA- Wandlers sowie einen Speicher 4, auf welchen der Micro­ controller 3 Zugriff hat und in dem sich die für die Steuerung benötigten Daten befinden.

Wie das vereinfachte Schaltbild gemäß Fig. 2 zeigt, weist ein erfindungsgemäßes Gerät gemäß dem vorliegenden Aus­ führungsbeispiel einen zusätzlichen Logikbaustein 6 auf. Dieser Logikbaustein besteht aus "and"-, "nand"-, "or"- und "nor"-Gattern, welche beispielsweise durch einen Ladeprozess wiederholt unter Bildung einer bestimmten konfigurierten Schaltung programmierbar und somit folglich auch umpro­ grammierbar sind.

Die Konfigurierung bzw. Rekonfigurierung der Logik erfolgt durch eine Hardwarebeschreibungssprache (HDL, Hardware Description Language), beispielsweise VHSIC oder VHDL. Die erforderlichen Konfigurationsdaten zur Rekonfigurierung der Schaltung 6 für eine bestimmte Betriebsfunktion bzw. evtl. auch bereits der komplette Programmcode zur Rekonfigurierung der Schaltung 6 sind in einem Teil des Speichers 4 oder in einem separaten Speicher (nicht dargestellt), auf den der Microcontroller 3 Zugriff hat, abgespeichert.

Durch die rekonfigurierbare Logik 6 wird der DSP 2 sozusagen erweitert. Das heißt, die durch den DSP 2 laufenden Daten durchlaufen einen zusätzlichen Hardwareteil, welcher genau die Funktionen ausübt, für die die Schaltung 6 entsprechend zuvor rekonfiguriert wurde.

Die rekonfigurierbare Logik 6 kann dabei für unterschied­ lichste Funktionen eingesetzt werden wie beispielsweise als MP3-Decoder oder -Encoder zur Komprimierung bzw. Dekom­ primierung von Audiodaten, als MPEG4-Encoder oder -Decoder zur Komprimierung bzw. Dekomprimierung von Videodaten, oder auch zur speziellen Codierung oder Decodierung von sicher­ heitsrelevanten Daten mit einem aufwendigen Codieralgo­ rithmus. Da es sich hierbei um eine reine Hardwareschaltung handelt, ist sie bei entsprechender Konfigurierung auch in der Lage, eine Komprimierung, Dekomprimierung, Codierung oder Decodierung in Echtzeit durchzuführen. Selbstverständlich kann die Schaltung auch für beliebige andere Funktionen, die ansonsten softwaremäßig in derartigen Geräten umgesetzt werden, herangezogen werden, um so bestimmte Funktionsabläufe zu beschleunigen.

Die erfindungsgemäße Hardware, die zur Realisierung bestimmter rechenintensiver Funktionen zur Laufzeit, d. h. im Betrieb des Geräts, entsprechend den zum Anforderungszeit­ punkt gewünschten Hardwareeigenschaften, partiell veränderbar ist, kann im Prinzip in einem Chipsatz mit den übrigen Hardwareteilen des Geräts realisiert werden. Der Aufwand hierfür ist relativ gering und bietet sich daher auch als standardmäßige Ausstattung in allen GSM- oder UMTS-Terminals an. Um nachträgliche Änderungen in ein solches Gerät einzubringen, muß lediglich der entsprechende Programmcode, z. B. in VHDL, geändert werden und ein neues Programmfile compiliert und im Konfigurationsspeicher gespeichert werden.

Bezugszeichenliste

1

Steuerung

2

DSP (Digitaler Signalprozessor)

3

Microcontroller

4

Konfigurationsspeicher

5

AD/DA-Wandler

6

rekonfigurierbare Schaltung

7

Hochfrequenzteil

8

Mikrofon

9

Lautsprecher

Claims (9)

1. Mobiles Endgerät mit einer elektronischen Steuerung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (1) eine während des Betriebs des Endgeräts zumindest teilweise rekonfigurierbare Schaltung (6) und Konfigurierungsmittel (3, 4) umfasst, welche in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebsfunktion des Endgeräts die Schaltung (6) rekonfigurieren.

2. Endgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mittels eines Ladeprozesses konfigurierbaren Logikbaustein.

3. Endgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Konfigurationsspeicher (4) zur Speicherung von Konfigurationsdaten zur Rekonfigurierung der Schaltung (6) für verschiedene Betriebsfunktionen.

4. Endgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher einen nichtflüchtigen Speicher umfasst.

5. Endgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät ein PDA und/oder ein Kommunikationsendgerät ist.

6. Verfahren zum Betrieb eines mobilen Endgeräts mit einer elektronischen Steuerung (1), welche eine zumindest teilweise rekonfigurierbare Schaltung (6) aufweist, wobei während des Betriebs des Endgeräts zumindest ein Teil der Schaltung (6) in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebsfunktion des Endgeräts rekonfiguriert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Betriebsfunktionen des Endgeräts Konfigurationsdaten im Endgerät gespeichert werden und bei . einem Aufruf einer der Betriebsfunktionen unter Verwendung der zugehörigen Konfigurationsdaten die Schaltung (6) rekonfiguriert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Betriebsfunktionen eine Codierung und/oder Komprimierung von Daten umfasst.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Betriebsfunktionen eine Decodierung und/oder Dekomprimierung von Daten umfasst.