(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線入力と無線出力とを有し、ユーザーにとってプログラムすることができないよう保護されている無線部と、
前記無線出力を前記無線部から受信し、前記無線入力を前記無線部へと中継する高速無線バスと、
マルチメディア入力とマルチメディア出力とを有し、ユーザー・プログラマブルなパーソナル・ディジタル・アシスタント（ＰＤＡ）部と、
前記マルチメディア出力を前記ＰＤＡ部から受け、前記マルチメディア入力を前記ＰＤＡ部へと中継する高速ＰＤＡバスと、
前記高速無線バスと前記高速ＰＤＡバスへと電気的に接続され、制御データを前記ＰＤＡ部から前記無線部へ送り、該制御データは、前記無線部によって受け付けられるように事前に定義された命令の集合に対応していなくてはならず、そうでなければ前記無線部から排除される、メイルボックスと
を含んでなるシステム。
【請求項２】
前記メイルボックスが割り込み駆動型であり、
前記ＰＤＡ部が、保護されている前記無線部にタスクを割り当てようとした場合、必要な情報及びポインタと共にメイルボックスへと当該タスクを送り、メッセージが待機しているとの割り込み信号を前記無線部のプロセッサに送り、
前記無線部のプロセッサは前記メイルボックスを読み、当該タスクを実行する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
１枚の基板を更に含み、
前記無線部と高速無線バスとＰＤＡ部と高速ＰＤＡバスとメイルボックスとが前記１枚の基板上に集積化されている請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記無線部が、
前記高速無線バスへと接続された無線マイクロプロセッサと、
前記高速無線バスへと接続された汎用無線マイクロプロセッサと、
前記高速無線バスへと双方向接続されたメモリコントローラと、
前記高速無線バスへと双方向接続された低速無線バスと、
前記低速無線バスへと双方向接続された無線周辺機器と
を含むものである、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ＰＤＡ部が、
前記高速ＰＤＡバスに接続されたマルチメディアマイクロプロセッサと、
前記高速ＰＤＡバスに接続されたＰＤＡマイクロプロセッサと、
前記高速ＰＤＡバスに双方向接続されたＰＤＡメモリコントローラと、
前記高速ＰＤＡバスに双方向接続された低速ＰＤＡバスと、
前記低速ＰＤＡバスに双方向接続されたＰＤＡ周辺機器と
を含むものである、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記ＰＤＡ部が、
マルチメディアマイクロプロセッサと、
前記高速ＰＤＡバスに双方向接続されたＰＤＡメモリコントローラと、
前記マルチメディアマイクロプロセッサと前記ＰＤＡメモリコントローラとに双方向接続された高速マルチメディアバスと、
前記高速バスへと接続されたＰＤＡマイクロプロセッサと、
前記高速ＰＤＡバスに双方向接続された低速ＰＤＡバスと、
前記高速ＰＤＡバスに双方向接続されたダイレクトメモリアクセスコントローラと、
前記ダイレクトメモリアクセスコントローラと前記低速ＰＤＡバスとに双方向接続されたＰＤＡ周辺機器と、
前記ＰＤＡメモリコントローラに相互接続されたグラフィクスバスと、
前記グラフィクスバスと低速ＰＤＡバスとに双方向接続されたＬＣＤコントローラと
を含むものである、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
メモリコントローラと、
前記メモリコントローラとＰＤＡ部と高速無線バスと高速ＰＤＡバスとに双方向接続されたロジックコントローラと
を更に含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記ＰＤＡ部が、
マルチメディアマイクロプロセッサと、
前記マルチメディアマイクロプロセッサと前記ロジックコントローラとに双方向接続された高速マルチメディアバスと、
前記高速バスに接続されたＰＤＡマイクロプロセッサと、
前記高速ＰＤＡバスに双方向接続された低速ＰＤＡバスと、
前記高速ＰＤＡバスに双方向接続されたダイレクトメモリアクセスコントローラと、
前記ダイレクトメモリアクセスコントローラと前記低速ＰＤＡバスとに双方向接続されたＰＤＡ周辺機器と、
前記ロジックコントローラに双方向接続されたグラフィックバスと、
前記グラフィクスバスと低速ＰＤＡバスとに双方向接続されたＬＣＤコントローラと
を含むものである、請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
前記無線マイクロプロセッサとマルチメディアマイクロプロセッサとの一方が、ディジタル信号プロセッサである請求項４、５、６、８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記汎用無線マイクロプロセッサと前記ＰＤＡマイクロプロセッサとの一方が、ＣＩＳＣ及びＲＩＳＣマイクロプロセッサのいずれかから選択されたものである、請求項４、５、６、８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記無線部が、
前記高速無線バスへと接続された無線マイクロプロセッサと、
前記高速無線バスへと接続された汎用無線マイクロプロセッサと、
前記高速無線バスへと双方向接続された低速無線バスと、
前記低速無線バスへと双方向接続された無線周辺機器と
を含むものである、請求項８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の機能を１つのチップに集積したシステムに関し、より具体的には無線、グラフィックス、マルチメディアなどの機能を１チップに集積したシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話の需要が高まってきており、いつ、どこからでもコミュニケーション可能な状態でいたいと望む、絶えることのない人々の要求に応えるために、無線装置メーカーやネットワーク業者は何十億ドルもの投資をしている。消費者は、電話機を使って非常に音質の良い音声信号を届けたり、たとえゆっくりではあっても電子メールが受信できることを期待する。しかしながら、すでに苦い経験をした携帯電話ユーザーならわかるように、携帯電話での通信は時に難しいものである。今日の無線ネットワークにおいては互換性の無い通信規格が多数使われており、ユーザーが旅行の際に正しく通話できるかどうかは保証されていない。米国の無線通信業者だけでも３つの競合する規格を使用しており、その中でもヨーロッパで最も普及した規格との互換性を実現しているのは１つしかない。また、ヨーロッパ自体にも複数の規格が存在するのである。アジアにおける殆どの無線ネットワークは更に他の規格の上に成り立っている。
【０００３】
無線革命においては、こういった規格の対立以外の部分にも問題がある。消費者は、例えばインターネットアクセス等のより進んだ機能を常に期待するものである。世界中の企業は、３Ｇ、即ち「第三世代型」と一般に呼ばれている新たなネットワークの構築に数十億ドルもの投資をしているが、これは、詳細なウエブページ、音楽、或いはビデオに至るまでのブロードバンド機能を携帯電話にもたらすものとして期待されている。消費者が興味を示してはいるものの、現時点では、携帯電話やこれらからの信号をネットワークへと運ぶ基地局のアップグレードを、ハードウエアを換えることなく実施する方法がなく、コストがかかる。更に、無線業界にはどの規格の候補が勝者となるか予想がつかず、これを正しく予想できない場合、壊滅的な打撃を受けることになる。
【０００４】
第一世代の携帯電話は多数のハードウエア部品に依存するものであった。過去１５年の間に、これにプログラマブルチップが加わったが、しかしそれらの機能は変更できないように製造者が設定していた。現在の携帯電話端末及び基地局においては、専用の単一用途向けチップが殆どの処理を行っている。これらのチップはコストを削減する為に可能な限り単純に作られる。対立する規格と、一様ではない次世代ブロードバンド無線機器が出現する中、製造者は、専用部品が負担になると思い始めている。将来の規格が何になるかを見誤った製造者は、ガラクタを在庫の山として抱えることとなるのである。
【０００５】
従って、より汎用性が高く、再プログラムが可能なソフトウエアが魅力的に見える。携帯電話及びその基地局がコンピュータであったとすれば、新たなソフトウエアのダウンロードは、それらの通信線を通じて容易に行うことが出来る。しかしながら、無線通信は基本的にそれとは異なっている。携帯電話は、正確なパワーレベル、正確な伝送フォーマットで信号を電波通信路へと送り出さなければならない。また、十分なパワーの受信信号を１つ以上のチャネルから受信するように調整されていなければならない。アンテナは「搬送」周波数で空間を伝わる不規則なアナログ信号を受信する。すると、入力された無線信号は受信機内部にて作られた他の無線波と合わせられることにより、中間周波数へと変換される。その後搬送波は、ベースバンドの信号（通常のデジタルプロセッサが処理できるパワーレベル及び速度のもの）へと減算される。この信号は、ベースバンドである間にバイナリの１及び０へと変換され、その後復号化、暗号の解読を経て音声又はデータへと整形される。
【０００６】
再プログラミングが可能なソフトウエアが恩恵をもたらす第一の動作は、ベースバンドにおける動作である。例えば、Motorolaの基地局のあるモデルにおいては、ベースバンド符号化及び復号化を行なうソフトウエアが再プログラミング可能である。
【０００７】
次に製造者が再プログラム可能なソフトウエアに望むのは、動作のうち中間周波数及び無線周波数の領域を扱えることであろう。これは技術面においてより困難なチャレンジであるが、その理由の１つとして、最も一般的で安価なチップ材料であるシリコンが無線波信号をうまく処理できないことが挙げられる。ブロードバンド信号の無線周波数処理において最も有力なのはガリウムヒ素のチップであるが、これは約１千億命令を処理することが出来るものである。比較として、現在の電話に使用されている単一用途向けチップは、毎秒一千万〜１億程度の命令を処理する。
【０００８】
演算の複雑化は、信号の高速化への要求によって更に加速されてる。いわゆる第三世代ブロードバンド無線サービスは、データを毎秒２メガビットで移動させることが出来るが、これは今日の多くの無線ネットワークにおける作動速度の約１００倍もの高速化である。これらの要求は全てチップの電力の増強を必要としているが、そのような電力は小型・軽量の携帯電話よりも、基地局においてはるかに容易に得られるものである。
【０００９】
しかしながら、まず手始めとして、製造者は再プログラミング可能なチップを、携帯電話からネットワークへと信号を中継する基地局に主に導入している。携帯端末と異なり、基地局のスペース、電力の制約は小さい。例えば、Motorola社に続く世界規模の無線局の供給業者としてLucent Technologies社があるが、ここからアンテナについて「スマート」であるといわれる（即ち、ソフトウエアに裏付けられた柔軟性を持っている）新たなモデルが出ている。
【００１０】
この種のソフトウエアによる柔軟性を軽量型の携帯端末の方に詰め込むことは容易ではない。Motorolaでさえも、軽量型の携帯端末に３つ又は４つの周波数帯及び操作モードを組み込むためには、「真の革新的技術」が必要になることを認めている。一方で、ソフトウエアによるプログラムが可能な高性能無線電話機は、人々のポケットサイズに納めなければならない携帯電話よりも大きいスペースと重量を収容することが出来る車載向けに活路を見出している。まさに、この柔軟なソフトウエアラジオ技術の初期段階の用途としては、警察車両や消防車に搭載するラジオが考えられる（公共の安全保障機関の無線システム間には、互換性がないことで有名である）。ＦＣＣは公共機関にこの技術の採用を勧めている。マサチューセッツ州ケンブリッジにあるVanu社など、幾つかの企業においては、この市場への装置が開発されている。
【００１１】
異なる「性格」へとオンザフライ（on-the-fly）で切り換え得る無線装置は、そのユーザーに大きな恩恵をもたらすことが出来る。しかしながら、それは同時に、過渡期の新技術においてよくあるように、政策上の問題をもたらすものでもある。ＦＣＣは歴史的に、一つの使用タイプと特定のチャネルに向けに各種の装置を認定してきた。使用中に容易に変更することができる携帯電話及び基地局に対して、当局は使用許可をどのように与えるべきであるのか、疑問である。個人の電話機に新しいソフトウエアをロードすることが、第三者はどの程度自由に出来るべきであろうか？また、適正なネットワークのアップグレードなのか、ネットワークの転覆を企てる犯罪者のものなのかは、どのようにすれば見分けられるのであろうか？
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、無線、グラフィクス、及びマルチメディア機能を１チップに集積化させたシステムである。このグラフィクス及びマルチメディア機能のプログラミングはエンドユーザーにより可能であるが、無線機能のプログラムに関しては制約があるものである。このシステムは、高速無線バスを使用して双方向通信を行う無線部を含んでいる。パーソナル・ディジタル・アシスタント（ＰＤＡ）部は、高速ＰＤＡバスにより双方向通信を行う。高速無線バス及び高速ＰＤＡバスには、メイルボックスが電気的に接続されている。システム全体は、１つの基板上に集積化されたものが望ましい。
【００１３】
無線部は高速無線バスへと接続されたベースバンドプロセッサを含む。一般的な無線マイクロプロセッサが高速無線バスに接続されている。無線メモリコントローラ及び低速無線バスは、高速無線バスと双方向通信を行う。無線周辺装置は、低速無線バスと双方向通信を行っている。
【００１４】
ＰＤＡ部は、高速ＰＤＡバスに接続されたマルチメディアマイクロプロセッサ及びＰＤＡマイクロプロセッサを含む。ＰＤＡメモリコントローラ及び低速ＰＤＡバスは、高速ＰＤＡバスと双方向通信を行う。少なくとも１つのＰＤＡ周辺装置が、低速ＰＤＡバスと双方向通信を行っている。オプションとして高速マルチメディアバスがＰＤＡメモリコントローラに接続することも可能である。他の実施例においては、高速グラフィクスバスがＰＤＡ周辺装置及びＰＤＡメモリコントローラへと接続される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
従来技術による集積型ユーザー・プログラマブル携帯プラットフォームに付随する最も大きい問題の１つは、ユーザーアプリケーションがメモリ領域を破損した場合、セルラ方式ネットワークを停止させてしまう可能があるという点である。この挙動を止める為に、本発明は２つの主要サブシステムを有している。これらは、マルチメディア及びＰＤＡ（パーソナル・ディジタル・アシスタント）機能を含むユーザー・プログラマブル・サブシステムと、保護された無線サブシステムである。ユーザー・プログラマブル・サブシステムから無線サブシステムへのアクセスはサポートされていない。無線サブシステムは、ユーザーの視点からはプログラミングすることが出来ないブラックボックスなのである。制御情報はメイルボックスを介してユーザー・プログラマブル・サブシステムから無線サブシステムへと送られる。メイルボックス中の制御データは、事前に定義された命令の集合に対応したものでなければならず、そうでなければ無線サブシステムにより排除されることになる。従って、エンドユーザーは直接アクセスすることなく無線サブシステムに影響を与えることが出来る。
【００１６】
図１は本発明の最上レベルの機能ブロック図である。システム１０は高速無線バス１４と双方向通信を行う無線部１２を含んでいる。ＰＤＡ部１６は高速ＰＤＡバス１８と双方向通信を行う。メイルボックス２０は高速無線バス１４及び高速ＰＤＡバス１８とを電気的に接続している。システム１０全体は、１つの基板（図示せず）上に集積化されたものであることが望ましい。システム全体を通じ、バスの幅は３２ビットであることが望ましい。
【００１７】
サブシステム同士の通信は、割り込み駆動型メールボックスシステムを通じて行われる。ユーザー・プログラマブル・サブシステムが保護された無線サブシステムにタスクを割り当てようとした場合、必要な情報及びポインタと共にメイルボックスへとそのタスクを送り、メッセージが待機しているとの割り込み信号をその一般の無線プロセッサに送る。するとプロセッサはそのメイルボックスを読み、そのタスクを実行するのである。
【００１８】
システムの中心部には、チップの様々な機能をサポートする為にサブシステム間に適切な接続と必要な帯域幅を与える高速マルチレイヤバスシステムが備えられている。各サブシステムはそれぞれが各自のレイヤに接続されてはいるが、各レイヤは直接的に相互には接続していない。その代わり、レイヤ間における通信は、複数のサブシステムレイヤをインターフェースする周辺機器により助けられている。例えば、メモリコントローラはＰＤＡ及びオプションのマルチメディアレイヤに接続されている。これにより複数のトランザクションが同時に発生し得る為、高度な並行処理性能と幅広い帯域幅の利用が可能となる。以下にも説明するが、ＰＤＡプロセッサがスタティックメモリからコードをフェッチする間にマルチメディアプロセッサがデータを同期メモリから最新型オーディオコーデックへと転送することもあり得るのである。いずれの転送も、他方の帯域に影響を与えることはない。更にマルチレイヤバスは、システムの必要に応じて相互接続を再ルーティングすることが出来る。この結果、そのデータが流れるべき特定の経路に応じて、静的メモリコントローラは、一つのシナリオにおいてはＰＤＡプロセッサのバスへ、また他のシナリオにおいてはマルチプロセッサのバスへと接続されていることが出来る。
【００１９】
図２は、図１に示した無線部１２の機能ブロック図である。高速無線バス１４はベースバンドプロセッサ２２及び汎用無線マイクロプロセッサ２４へと接続されている。低速無線バス２６は高速無線バス１４へと双方向接続している。低速無線バス２６には少なくとも１つの無線周辺機器２８が双方向接続している。無線メモリコントローラ３０は、高速無線バスと双方向通信を行っている。
【００２０】
ベースバンドプロセッサ２２は、出来ればディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）であることが望ましい。ＤＳＰはより効率的なコードを実現するものである。汎用無線マイクロプロセッサとしては、ＣＩＳＣ又はＲＩＳＣマイクロプロセッサが望ましい。無線周辺機器２８の通信としては、３Ｇ（ＵＭＴＳ）、ＣＤＭＡ−２０００、ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＧＰＳ、ブルートゥース、８０２．１１、ＩＳ−９５又はＩＳ−１３６等が含まれる。
【００２１】
汎用無線マイクロプロセッサ２４は、全ての無線機能に関する第２レイヤ以上にあるソフトウエア、そしてベースバンドマイクロプロセッサへと送られるブート及びタスク送信の実行を担っている。ベースバンドプロセッサ２２は、第１レイヤの携帯電話ソリューションを提供する上で必要なアルゴリズム全ての実行を担っている。これらいずれのプロセッサも、セキュリティーの理由からエンドユーザーによるプログラミングは出来ない。
【００２２】
図３は、図１に示したＰＤＡ部１６の機能ブロック図である。高速ＰＤＡバス１８はマルチメディアマイクロプロセッサ３２及びＰＤＡマイクロプロセッサ３４へと接続されている。低速ＰＤＡバス３６は高速ＰＤＡバス１８と双方向接続されている。この低速ＰＤＡバス３６及びＤＭＡコントローラ４０には、少なくとも１つのＰＤＡ周辺機器３８が双方向接続されている。ＰＤＡメモリコントローラ４２は高速ＰＤＡバス１８と双方向通信を行う。
【００２３】
マルチメディアプロセッサ３２は、好ましくはディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）であることが望ましい。ＤＳＰはより効率的なコードを実現する。ＰＤＡマイクロプロセッサ３４は、好ましくはＣＩＳＣ又はＲＩＳＣマイクロプロセッサが望ましい。ＰＤＡ周辺機器３６は、携帯用コンピュータ上で使用することが出来る、又はシリアルポートへと接続されることが出来るいずれのＩ／Ｏ装置でも良く、例えばユニバーザル・シリアル・バスや、セキュア・データＩ／Ｏ、赤外線、オーディオコーデック、タッチスクリーンコントローラ、ディジタルカメラインターフェース、ＬＣＤコントローラ、パルス幅モジュレータ、メモリスティック等である。
【００２４】
ＰＤＡプロセッサ３４は、メインのＯＳ及び関連するユーザーアプリケーションの実行、ＰＤＡ周辺ブロックの制御、そしてマルチメディアプロセッサ及び無線システムへと送出するタスクの提供を担っている。更にマルチメディアプロセッサのブートアップシーケンスの取り扱いも担っている。
【００２５】
先の実施例においては２つのバスを備えるシステムを示したが、図４に示すように、マルチメディア及びグラフィクスバスを加えて、チップを利用するＩＣ設計者が使用することが出来る帯域幅を広げることも出来る。システムは、高速ＰＤＡバス１８に加えて高速マルチメディアバス４４及び高速グラフィクスバス４６を含むものでも良い。高速ＰＤＡバス１８は、ＤＭＡコントローラ４０、ＰＤＡメモリコントローラ４２、ＰＤＡプロセッサ３４及び低速ＰＤＡバス３６と双方向通信を行う。高速マルチメディアバス４４は、ＰＤＡ部内においてＰＤＡメモリコントローラ４２及びマルチメディアマイクロプロセッサ３２と双方向に通信する。高速グラフィクスバス４６は、ＬＣＤコントローラ４８及びＰＤＡメモリコントローラ４２と通信する。システム全体を通じて、バス幅を３２ビットとすることが望ましい。
【００２６】
本実施例においては、マルチメディアプロセッサ３２は、例えばＭＰＥＧ−３復号化等、ユーザーがプログラムしたマルチメディア関連アルゴリズムの実行と、無線サブシステムのセル方式部に必要な音声符号化／復号化機能の実施を担う。これにより、このアーキテクチャの他のプロセッサから機能のいくつかをはずすことが可能となり、システムが提供し得る並行処理能力が増大する。
【００２７】
図５は、図１に示した一般的なシステムの他の実施例１０’を描いたものである。図１においては、無線部及びＰＤＡ部におけるメモリコントローラ３０、４２は、同じ基板上にある別個のもモジュールであった。図５においては、ロジックコントローラ５２及びメモリコントローラ５０が無線部１２及びＰＤＡ部１６の間にある。ロジックコントローラ５２は２つのメモリ制御部を論理的に分離し、メモリコントローラの無線部がうっかりアクセスされてしまうことがないように阻止するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の最上レベルの機能ブロック図である。
【図２】図１に示した無線部の機能ブロック図である。
【図３】図１に示したＰＤＡ部の機能ブロック図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す図である。
【図５】図１に示した一般的システムの他の実施例を描いた図である。
【符号の説明】
１２  無線部
１４  高速無線バス
１６  ＰＤＡ部
１８  高速ＰＤＡバス
２０  メイルボックス
２２  無線マイクロプロセッサ
２４  汎用無線マイクロプロセッサ
２６  低速無線バス
２８  無線周辺機器
３０  メモリコントローラ
３２  マルチメディアマイクロプロセッサ
３４  ＰＤＡマイクロプロセッサ
３６  低速ＰＤＡバス
３８  ＰＤＡ周辺機器
４０  ダイレクトメモリアクセスコントローラ
４２  ＰＤＡメモリコントローラ
４４  高速マルチメディアバス
４６  グラフィクスバス
４８  ＬＣＤコントローラ
５０  メモリコントローラ
５２  ロジックコントローラ
【図１】
0004392160.tif 000002
【図２】
0004392160.tif 000003
【図３】
0004392160.tif 000004
【図４】
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【図５】
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