一种基于FPGA架构手机模块及其与手机的连接方法技术

本发明专利技术公开一种基于FPGA架构手机模块及其与手机的连接方法，手机模块包括FPGA模块，FPGA模块通过I/O接口连接有多种功能模块，FPGA模块通过SPI接口与手机的CPU连接通信，实现了手机外设功能模块的扩张，FGPA I/O口多，并且可以灵活配置，利用FPGA模块的I/O口模拟各种常规接口，可以连接各种外设模块，极大地拓展手机外加模块的功能，并且模块与手机之间的接口也非常简单，使得手机可以支持更多的功能。解决了现有手机模块与手机依靠CPU通信，由于CPU的外围接口有限，导致功能模块难以扩展的问题；功能模块更新换代，只需要对手机模块的软硬件进行升级，而手机只需要软件升级，极大缩短手机开关周期，降低手机新功能、新外围设备的调试难度、开发的时间，从而节省开发成本。

A Mobile Module Based on FPGA Architecture and Its Connection with Mobile Phone

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA架构手机模块及其与手机的连接方法
本专利技术涉及通信设备，特别涉及一种基于FPGA架构手机模块及其与手机的连接方法。
技术介绍
现在手机的电池容量越来越大、功能要求越来越多，主板上的布局空间变得更加紧张。尤其是受全面屏、刘海屏、双前摄的冲击，手机额头部分的天线禁空区越来越小，WIFI/BT/GPS天线、分级天线受周围器件的干扰越来越大。把更多的、不常用的模块移出手机本体，放到外加的手机模块上，是解决这个问题的很好方法。目前已有的手机配套模块，基本都是单个功能模块。每个模块都只有一两个功能，如摄像模块、充电模块等，模块的集成度很低。现有的手机模块的与手机主机之间的通信依然是依靠CPU或者电源模块。由于CPU的外围接口有限，如I2C接口，即使目前最高端的CPU，留给外围设备自由使用的I2C也不超过5组。每一组I2C上挂的外围设备过多又会导致外设寻址冲突或者等待时间太长，I2C被拉死的风险加大。可用的SPI接口就更少，大部分CPU只会留一两组给外围设备用。所以基于现有的CPU架构无法支持更多的外围设备，这样就极大地限制了手机的功能拓展和应用。另一方面，CPU的开发周期比较长，一般都需要2-3年的时间，配套的软件开发周期也比较长。而外围传感器、摄像头等功能芯片的更新换代周期都比较短，并且智能手机的功能拓展非常快。这样导致CPU和配套软件很难跟上外围设备、功能的高速发展。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术目的是提供一种基于FPGA架构手机模块及其与手机的连接方法，能够集成更多的功能，提高手机模块功能的多样性，同时降低手机新功能、新外围设备的调试难度，减少开发时间，从而节省开发成本。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于FPGA架构手机模块，包括FPGA模块，FPGA模块通过I/O接口连接有多种功能模块，FPGA模块通过SPI接口与手机的CPU连接通信；利用FPGA模块的I/O口模拟各种常规接口，通过FPGA来控制多种手机外设功能模块，再通过SPI接口完成CPU与FPGA的通信，这样极大拓展了手机模块的功能。进一步，手机模块和手机之间的SPI接口通过手机的Type-C接口来实现，SPI接口有SPI_MISO、SPI_MOSI、SPI_SCLK、SPI_CS四组信号，在手机中设置两个高速双路开关，一个开关用来控制USB_DP/USB_DM和SPI_MISO/SPI_MOSI信号的选择，另一个开关用来控制USB_SBU1/USB_SBU2和SPI_SCLK/SPI_CS信号的选择；通过Type-C接口的CC1和CC2引脚判断插入的数据线类型；通过软件在手机中设置触发开关动作，如果检测到模块数据线插入，开关一把SPI_MISO/SPI_MOSI信号与TYPE-C连接器的D+/D-引脚导通，同时开关二把SPI_SCLK/SPI_CS信号与TYPE-C连接器的SBU1/SBU2引脚导通，完成SPI通信的连接。进一步，连接有CAM卡和投影仪，所述FPGA模块采用带高速接口和内部集成有ISP的FPGA，通过FPGA来完成图形数据的处理，FPGA通过高速接口将图形数据传回到手机CPU中。进一步，所述FPGA模块采用自带ROM和RAM的FPGA，或者在手机模块中外接ROM和RAM，用来存储FPGA的驱动、参数和临时数据。进一步，所述功能模块包括收音机、传感器、数字电视、拓展摄像头和投影仪。进一步，所述传感器包括红外遥控传感器、温度传感器、TOF距离传感器和湿度传感器，通过FPGA模块的I/O口模拟出I2C接口，实现对传感器的控制。一种手机模块与手机连接方法，当用户想使用手机模块的某个功能模块时，连接数据线检测建立手机和手机模块的数据通信，将SPI_MISO/SPI_MOSI信号与TYPE-C连接器的D+/D-引脚导通，将SPI_SCLK/SPI_CS信号与TYPE-C连接器的SBU1/SBU2引脚导通，完成SPI通信的连接，打开手机模块的功能模块，通过FPGA模块对功能模块进行控制。进一步，手机上设置有用于控制连接手机模块的开关，通过开关控制手机是否连接手机模块。本专利技术的技术效果：本专利技术基于FPGA架构手机模块，包括FPGA模块，FPGA模块通过I/O接口连接有多种功能模块，FPGA模块通过SPI接口与手机的CPU连接通信，实现了手机外设功能模块的扩张，FGPAI/O口多，并且可以灵活配置，利用FPGA模块的I/O口模拟各种常规接口，可以连接各种外设模块，极大地拓展手机外加模块的功能，并且模块与手机之间的接口也非常简单，使得手机可以支持更多的功能。解决了现有手机模块与手机依靠CPU通信，由于CPU的外围接口有限、手机内部结构空间有限，导致功能模块难以扩展的问题。手机模块和手机之间的SPI接口通过手机的Type-C接口来实现，不需要额外增加连接器，结构简单、连接方便。FPGA模块的驱动软件保存在ROM中，能够通过SPI接口进行升级，如果需要扩展手机新功能，只需简单的软件升级，无需修改硬件。只升级手机的软件、对应的FPGA软件，即可实现。如果某个功能模块要更新换代，或者想额外增加新的功能，只需要对手机模块的软硬件进行升级，而手机只需要软件升级，从而快速完成功能升级或者增加新功能，极大缩短手机开关周期，降低手机新功能、新外围设备的调试难度、开发的时间，从而节省开发成本。并且能使手机能更好地匹配外围设备的升级和新功能的拓展，从而在手机本体硬件、外观不做任何改动的基础上实现手机产品的升级。附图说明图1是FPGA架构手机模块系统框图图2是手机模块和手机通过SPI接口连接的原理图具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细描述，但不作为对本专利技术的限定。如图1所示，本专利技术基于FPGA架构手机模块，包括FPGA模块，FPGA模块通过I/O接口连接有多种手机外设的功能模块，FPGA模块通过SPI接口与手机的CPU连接通信。利用FPGA模块的I/O口模拟出各种常规接口，如I2C接口等。通过FPGA来控制多种手机外设功能模块，再通过SPI接口完成CPU与FPGA的通信，这样极大拓展了手机模块的功能。功能模块包括收音机、红外遥控传感器、温度传感器、TOF距离传感器、湿度传感器、数字电视、拓展摄像头、投影仪等。收音机：进入智能机时代后，还在用手机来听FM的用户数量急剧较少，可以考虑把耳机挪到模块上，通过FGPA来控制收音机。传感器：现在主流的红外遥控传感器、温度传感器、TOF距离传感器、湿度传感器等传感器基本都是I2C接口，可以用FPGA的I/O口模拟出I2C接口，实现对传感器的控制。FGPA的特点就上I/O口比较多，并且可以灵活配置。这种架构能支持的传感器数量的非常巨大。如果有更新的传感器出来，只需要简单修改模块的软硬件就能实现。数字电视：如果把数字电视放在手机上，天线和数字电视芯片都需要占很大的空间，也会导致手机的成本、尺寸的急剧上升。考虑到只有部分用户和部分地区会用到数字电视功能，这样也会造成功能的浪费。将该模块放到模块上，可以通过FPGA来完成管理，针对像素比较高的数字电视，需要考虑用高速接口。拓展摄像头：手机考虑到厚度的影响，不能将摄像头的镜头做大，从而影响拍照效果。投影仪：可以通过SPI接口，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA架构手机模块，其特征在于：包括FPGA模块，FPGA模块通过I/O接口连接有多种功能模块，FPGA模块通过SPI接口与手机的CPU连接通信；利用FPGA模块的I/O口模拟各种常规接口，通过FPGA来控制多种手机外设功能模块，再通过SPI接口完成CPU与FPGA的通信，这样极大拓展了手机模块的功能。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA架构手机模块，其特征在于：包括FPGA模块，FPGA模块通过I/O接口连接有多种功能模块，FPGA模块通过SPI接口与手机的CPU连接通信；利用FPGA模块的I/O口模拟各种常规接口，通过FPGA来控制多种手机外设功能模块，再通过SPI接口完成CPU与FPGA的通信，这样极大拓展了手机模块的功能。2.根据权利要求1所述的基于FPGA架构手机模块，其特征在于：手机模块和手机之间的SPI接口通过手机的Type-C接口来实现，SPI接口有SPI_MISO、SPI_MOSI、SPI_SCLK、SPI_CS四组信号，在手机中设置两个高速双路开关，一个开关用来控制USB_DP/USB_DM和SPI_MISO/SPI_MOSI信号的选择，另一个开关用来控制USB_SBU1/USB_SBU2和SPI_SCLK/SPI_CS信号的选择；通过Type-C接口的CC1和CC2引脚判断插入的数据线类型；通过软件在手机中设置触发开关动作，如果检测到模块数据线插入，开关一把SPI_MISO/SPI_MOSI信号与TYPE-C连接器的D+/D-引脚导通，同时开关二把SPI_SCLK/SPI_CS信号与TYPE-C连接器的SBU1/SBU2引脚导通，完成SPI通信的连接。3.根据权利要求2所述的基于FPGA架构手机模块，其特征在于：连接有CAM卡和投影仪，所述FPGA模块采用带高速接口和内部集成...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷晓艺，梁晓祯，戴扬，张云尧，闫军锋，赵武，张志勇，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61