基本信息
- 项目名称：
- 基于国产CPU内核的安卓平板电脑
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品为业界首款基于国产众志核的安卓平板电脑。在完成板级硬件设计的基础上，本小组开发了Linux底层驱动并通过处理器架构级移植与优化解决了指令集兼容性问题，为实现国产CPU的产业化奠定了基础。本作品通过4项核心技术（安卓框架移植与优化技术、高性能内存管理技术、高级闪存转换层技术及图形图像硬件加速技术）研发，以较低的功耗和成本提供给用户全格式高清视频播放、2D/3D游戏以及基于位置的服务。
- 详细介绍：
- 据分析到2015年，全球70亿人口中将有50%的人接入互联网，其中越来越多的互联网访问将采用移动方式。根据ARM公司的预测，到2013年全球消费类移动设备的出货量将达到24亿部(台)，其中移动手持类产品将达到14亿部(台)。随着移动互联网对人们日常生活及工作的不断渗透，以应用为中心、用户体验为引领的新一代移动信息终端——平板电脑逐步走入人们的视野。截至目前，市场上流行的平板电脑采用的操作系统（安卓、IOS、RIM等）仅支持国际主流的CPU架构，如ARM、X86等，这不仅严重限制了国产CPU在移动互联网时代的市场份额，也给中国的社会安全、经济安全以及信息安全带来了较大隐患。 近年来，中国国产CPU内核逐步走向成熟，但受限于指令集兼容性问题，一直难以哺育出完整的软件生态链，无力抢占市场并最终走入寻常百姓家。作为第一款利用虚拟化执行技术屏蔽底层指令集实现细节的操作系统，安卓为国产CPU的市场化提供了千载难逢的机遇。然而，由于安卓系统自生仅支持ARM和X86处理器架构，若要在国产CPU上无缝运行各类上层应用，则必须移植并优化全套的Dalvik虚拟机及底层库。当前，绝大多数非ARM架构的主流CPU厂商（如Intel、MIPS等）纷纷尝试移植安卓系统以适应移动互联网的发展趋势，并取得了一定突破。本作品在实施过程中同样遇到了大量技术上的难题，如存储访问效率问题、专用指令集加速问题、图形图像硬件适配问题等。通过长时间探索和联合攻关，本小组借助软硬件协同设计的方式解决了上述难题，并积累了相应的核心技术。 本作品基于国产众志CPU的SEP6200高性能应用处理器，首先设计了一系列硬件开发板和最终样机；其次，本小组为SEP6200芯片开发了全套Linux底层驱动及硬件适配层；最后，在此基础上，通过完整移植安卓操作系统（含Dalvik虚拟机、底层核心库函数、中间件等）率先设计出基于国产CPU内核的安卓平板电脑。在此过程中，本小组通过4项核心技术（包括：安卓核心框架移植与优化技术、高性能内存管理技术、高级闪存转换层技术、图形图像硬件加速技术）研发，提升了系统整体性能，增强了产品市场竞争力。 与市场上同类产品相比，本作品以较低的功耗与成本提供了完整的互联网接入服务（3G/WIFI）、流畅的用户操作体验、1080p的全格式高清视频播放服务、较为生动的2D/3D游戏体验、桌面平台的办公体验及基于位置的各项服务，足以满足人们日常生活和工作的需求。本作品是本小组独立设计、研制的科技作品，拥有自主知识产权。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 1.让国产CPU走向市场，在移动互联网领域发挥中国芯的作用； 2.打破西方核心技术垄断，保障国家社会安全、经济安全及信息安全； 3.积累核心技术，为创新人才队伍梯次化建设打下基础； 4.实现产业化目标，创造经济和社会效益。 基本思路： 1.完成系统主体框架设计； 2.完成Linux内核与设备驱动； 3.设计并实现安卓系统Dalvik虚拟机、Bionic C库及其他中间件； 4.整机调试与系统优化。 主要创新点： 1.针对国产众志内核完整移植全套安卓系统及其中间件； 2.在Linux内核层引入高性能片上存储管理机制，提高程序执行性能； 3.实现一种新型闪存转换层，提升响应速度并延长使用寿命。 4.利用GPU实现硬件加速的图形解决方案，提升高分辨率下系统图形性能。 技术关键： 1.Dalvik虚拟机移植与优化技术； 2.高性能存储管理技术； 3.大容量闪存转换层技术； 4.芯片级及系统级低功耗、低成本技术； 5.设备驱动与适配层技术（USB2.0、HDMI、WiFi/3G、G-sensor）； 6.基于OPENMAX的多媒体解决方案； 7.基于OpenGL的图形图像加速技术； 8.基于GPS的位置服务技术。 主要技术指标： 1.平板电脑主频800MHz，DDR2主频400MHz； 2.安卓2.3操作系统； 3.全格式1080p视频播放； 4.整机平均功耗小于500mw； 5.系统启动时间小于40秒；
科学性、先进性
- 科学性： 1.虚拟化执行是指通过java指令的字节码实时翻译技术实现软件的跨平台运行，从而解决国产指令集兼容性问题； 2.存储层次化设计利用高速片上存储器，提升程序热点代码的执行效率； 3.闪存转化层技术利用多通道、多片并发访问机制实现高性能闪存读写操作并利用均衡算法均分闪存擦写位置，延长使用寿命； 4.利用GPU硬件加速图形界面，将CPU从繁重的图形计算中解放出来，发挥GPU图形渲染能力。 先进性： 1.与酷比魔方U8（RK2818方案，ARM9）相比，本作品集成VPU、GPU硬件单元能流畅播放1080p高清视频，能流畅运行大型3D游戏，而该方案无法做到； 2.与天玑P702（Telechip8902方案，ARM1176）相比，实现功能基本一致，但天玑P702成本约为500元人民币，我们为320左右，成本优势明显； 3.与智器Q5（s3c6410方案，ARM1176）相比，本作品拥有更强3D性能，能流利运行3D游戏和图形界面，且价格更低。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、录像、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势： 1.首款国产内核的安卓平板电脑； 2.全格式高清视频播放； 3.高性能片上存储技术提高内存访问性能； 4.新型闪存转换层技术，提升读写性能和使用寿命； 5.采用GPU实现图形用户界面的硬件加速。 应用范围：个人移动信息终端、车载导航设备、流媒体播放器、电子阅读器等 市场分析：安卓类产品由于其开放性及出色的用户体验赢得了众多整机厂及应用软件开发人员的认可。平板电脑在未来数年内具有广阔市场前景，据IDC公布的一份报告称：到2014年时，全球平板电脑出货量有望增至4600万部。 目标客户：1.研发能力较弱的整机厂；2.有独立品牌及研发能力的整机厂；3.特殊领域整机厂。 目标市场定位： 1.对第一类客户，本作品通过低廉的主控芯片价格降低20%以上的成本； 2.针对第二类客户提供现场支持，降低平台迁移过程中的二次研发成本； 3.针对第三类客户开放源代码及板级设计原理图，方便其掌控本产品细节。
同类课题研究水平概述
- 我们认为平板电脑作为一种非常先进而新颖的产品形态最接近前期比较热门的移动互联网设备。据权威机构分析，到2013年，全球消费类移动设备的出货量将达到24亿部(台)，其中移动手持类产品将达到14亿部。而到2015年，全球70亿人口中将有50%的人接入互联网。 平板电脑是一种便携式互联网终端。一般采用5至10英寸触摸屏，功耗较低，具有较长使用时间。可高速访问Internet；可以查看与编辑文档；强大的多媒体功能，支持移动数字电视；具有各类数据传输与通信接口；可通过GPS进行导航；强调用户交互体验感。 平板电脑与Smart Phone、UMPC的比较: Smart Phone:以电话功能为主，兼有PDA功能，触摸屏一般小于5英寸，对系统功耗与便携性要求很高。随着将来3G通信网络的普及，Smart phone将成为集通话、短信、网络接入、影视娱乐等为一体的综合性个人手持终端设备，对系统功能的均衡性有较高的要求，且要求系统具有丰富的应用程序资源与通信接口。 UMPC:全称为Ultra-Mobile PC，即超移动PC。本质为便携性较笔记本更强的PC，屏幕大于6寸，为x86体系结构。强调的是便携性与通用性的平衡，并不突出某一方面的功能。 比较：平板电脑强调移动互联，应具备多种互联网接入方式，对娱乐功能的要求较高，兼具一定商务功能，对功耗与便携性的要求仅次于Smart Phone，高于UMPC。平板电脑应具有较多的通信接口，并可通过功能扩展覆盖Smart Phone的部分功能，但在通话功能方面不如Smart Phone。平板电脑通用性不如UMPC，但通过Android平台可摆脱x86体系束缚，且价格、功耗与便携性方面都优于UMPC。 Forward Concept预测，平板电脑的全球出货量将从2008年的30.5万台成长到2012年的4,000万台；ABI Research则预测，平板电脑市场未来五年内的年复合平均增长率达到167%，2012年平板电脑的市场需求量将达到9,000万台；IDC预测，平板电脑市场未来五年将以平均每年102%的速度增长，2014年全球需求量将达到6,900万台，销售额超过170亿美元；In-Stat预测，到2011年平板电脑市场的出货量将达到550万，2007到2011年间的年复合平均增长率将达到205.9%。
