探讨避免智能手机“白屏死机”的技术途径

中心议题：
    *  智能手机的现状与开发挑战
    *  "白屏死机"的解决方案
解决方案：
    *  可选择在移动设备中安装一个大功率RESET开关
    *  采用基带处理器的软件复位

3G手机领域的一大新兴发展趋势是应用软件（即所谓的"App"）的采用与不断发展，这些应用软件专门针对手机特定的功能而编写。定制应用软件发展迅猛，目前已出现许多在线"App商店"以供用户选择和购买。然而应用软件常常是在某一个应用平台上来开发和测试，因此可能无法以最佳状态运行在其它硬件/芯片组平台上，或与其他服务提供商协同工作，这时可能会带来通常被称为"白屏死机"的现象。本文将探讨这一问题，给出一些恢复手机正常工作可行的解决办法。
　　
智能手机的现状与开发挑战
　　
今天的智能手机确实已从单纯的通话设备向多媒体设备演进，它可兼具播放音频/视频、游戏、发送短信、打电话以及全面的网络访问等功能，允许用户进行银行交易，甚至在eBay上进行网上买卖。这场革命正在深入进行，其大众普及率不断提升。这种发展趋势是全球范围的，越来越多的人开始使用完全为用户而定制的移动设备应用软件，这些定制应用软件可以因地区、文化、年龄甚至性别而异。应用软件的扩展使得移动设备成为人们日常生活不可或缺的一部分。随时随地可以看到人们在移动设备上查看电子邮件、股市行情，或者在线网购、即时获取最新个人和商业相关信息等。这些应用软件让人们更充分地利用和分配自己的时间。
　　
移动设备市场主要由三个垂直集成部分组成，即服务提供商、手机制造商和关键芯片组供应商。
　　
在这三部分中，最高一级的是服务提供商。服务提供商允许移动设备连接到本地基站，然后进入网络。服务提供商直接与移动设备用户签约，提供多种不同的计划和服务合约。其内部拥有各种基本技术，比如GSM和CDMA.这些技术之间存在巨大的差异，多年来通过软件的开发和演变，才在网络级实现了互操作性。目前全球有数十家服务提供商。
　　
中间一级是手机制造商。手机制造商为服务提供商设计和制造手持设备。一部GSM手机的工作频率和调制方案就与CDMA手机的截然不同，这意味着二者的天线、基本芯片组以及支持芯片组的软件都不同。手机制造商常常同时推出好几个等级的设备，例如高端智能手机整合了丰富的多媒体功能，所有连接均为USB端口，且带有语音命令功能，有些甚至使用多个微处理器和利用高速USB的连接性来实现简单的医疗诊断功能；中端智能手机具备基本的互联网连接能力，利用一个SoC微控制器来实现短信和基本通话功能；低端手机常常只能提供通话功能，采用的是超低成本的基本微处理器。此外，软件是以客户为中心的，不同品牌的服务提供商需要不同的定制软件。
　　
全球有很多家手机厂商在制造高、中、低端不同类型的手机，有历史悠久的老牌企业，也有崭露头角的新创公司。很多制造商都在努力针对特定地区提供定制产品，从而进一步推动定制软件的发展。
　　
关键芯片组是每一部手机的核心，这些芯片组一般根据手机的级别来选择。高端智能手机可能带有应用处理器、基带处理器以及电源管理器件（PMIC），其中应用处理器和基带处理器有可能来自相同的供应商。这些复杂的芯片与内存、WiFi模块、USB切换机制及触摸屏控制器协同工作，由不同的软件层控制。目前全球芯片组供应商有好几十家，他们根据服务提供商的要求为手机制造商定制相关芯片。
　　
由于产业内存在多家服务提供商、手机制造商和芯片供应商，那么如何让应用软件在不同平台上得到兼容就显得十分重要。例如某消费者想购买一部带计步器应用软件的手机，尽管他会面临多款手机、多家服务提供商的选择，但均要能满足其对计步器应用软件的支持才是重点。
　　
由于大多数应用软件都是在提供了硬件平台之后才被开发，因此应用软件的要求不一定被包含在芯片组/手机开发验证中。虽然制造商应该在应用软件发表之前完成验证过程，但市场压力巨大，加上缺乏公认的应用软件验证标准，这种状况很可能会导致产品未经验证而仓促面市。这意味着消费者第一次在某组硬件（手机和芯片组）/软件和网络环境下使用某个应用软件，很可能也就是该应用软件在这种环境下的首次"试航".于是消费者就成了一个试验品，而试验有时是会失败的。
　　
当一个应用软件第一次在某个平台上运行时，它有可能使整个操作完全被冻结。消费者用"蓝屏死机"来形容个人计算机（PC）进入失控或操作冻结状态，而类似的现象现在也在手机行业里广为发生，被称为"白屏",即运行应用软件时，屏幕变成一片白。移动设备的"白屏"现象越来越普遍，据报导其真实原因可追溯到服务提供商。困扰PC行业多年的问题现在开始在手机领域泛滥。
　　
"白屏死机"的解决方案
　
PC用户已经知道，从蓝屏死机状态恢复的方法是彻底重启系统。很多时候，由于PC被锁定，必须退出这种冻结模式，然后再重新启动电源。在此情况下，如果导致蓝屏死机的可疑模式或功能被删除，操作完全恢复是能够实现的。
　　
但现今一些移动设备使用不可维修拆除的电池，虽然这样做是为了获得必需的小外形尺寸，同时也是防止用户安装劣质的非原装电池，避免增加不可靠运行风险的需要，但由于这些移动设备的电池是内置的，不能随意取出，使得应用软件导致设备出现故障时用户无法复位重启。此时用户的选择只能是让电池耗尽至没电状态，而这可能需要数天或数周的时间，或者是把被锁定的设备作为坏机器退回给服务提供商，要求更换。
　

　
为避免此问题的发生，设计者可以选择在移动设备中安装一个单独的大功率RESET开关，正常情况下该开关关断，在被用户激活之后，这个开关可直接将电池与所有电路切断。尽管这是一种有效的解决方案，但一般不予选用，因为额外的开关会产生电阻压降，而且引入大电流配线会导致成本增加，此外也存在安全问题，必须得通过在移动设备内的某些额外位置上采用大电流方案才能解决。
　　
另外则是采用基带处理器的软件复位。重启基带处理器是一个很有效的方法，但也存在瓶颈。若基带系统处理器因恶意应用程序被迫停止工作，则无法识别移动设备内的其他器件，比如应用处理器，即使基带处理器恢复正常工作，其也可能仍然保持基带无法识别的状态。在这种情况下，系统工作可能恢复，但却处于不可预测的状态，接下来就会发生辅助系统崩溃。利用自定义指定软件复位键也存在局限，即用户不可能总是随身携带用户手册以查看软件复位流程。
　　
或许，电源管理IC可能是启动系统复位不错的选择。PMIC已变得越来越复杂，其自身即包括了数字控制算法和上电顺序，这些控制算法根据应用和工作模式有效控制手机内众多负载的供电。PMIC的主要作用是实现更多的功能，同时延长电池寿命，因此PMIC已被广泛集成在移动设备系统中，并通过总线和中断进行反馈。由于PMIC的复杂性，并依赖于与基带应用处理器的交互工作，故处于崩溃状态的基带处理器可能会锁定PMIC,这时用户就不再能够予以控制。
　　
医疗和航空市场等高可靠领域的自治系统控制技术目前开始进入移动设备领域。这类架构可采用一种被称为复位芯片的半导体器件来实现PMIC和电源设备的控制或复位，而且这种器件独立于其所控制的设备。该芯片通常没有反馈机制，因此即使微控制器芯片处于崩溃状态，也不会对其产生影响。它可以由用户以简单的方式激活，相当于取出移动设备的电池。
　　
在这种情况下，基带和应用处理器、PMIC及其他控制芯片等系统控制芯片断电，然后依序正常上电进入可预测模式。重要的是这类系统复位的设计方式使得意外激活的情况不会发生。这种功能的典型激活实现方案是采用隐藏键，一般是一个指定的按键按压更长时间，或者是同时按住某些指定键。
　　
总结
　　
随着移动设备应用软件的发展，手机将变得越来越复杂。再加上应用软件的开发流程滞后于芯片组、移动设备和服务提供商，这意味着应用软件的验证可能只在特定平台或平台组上执行。芯片组和移动设备供应商及服务提供商阵营庞大，总是会有一些应用软件没有在其平台上被验证，这就增加了移动系统内组件的商业风险和用户的风险。为了实现合理的用户满意度，需要为移动设备开发一种无风险的"复位"机制。没有可靠的复位机制，设备故障就会频频发生，用户投诉越来越多，也会导致返修手机数量增加，最终造成财务损失。