Đồ án Lập trình game trên thiết bị di động

MỤC LỤC

CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUY Ế T.....................................................................8

1.1 KI ẾN TRÚC CƠ BẢ N C Ủ A THI Ế T B Ị DI ĐỘ NG THÔNG MINH .........8

1.1.1. Gi ớ i thi ệ u ..............................................................................................8

1.1.2. Vi x ử lý .................................................................................................9

1.1.3. B ộ nh ớ RAM ......................................................................................14

1.1.4. B ộ nh ớ ROM ......................................................................................15

1.1.5. Màn hìn h .............................................................................................15

1.1.6. B ộ x ử lý đồ h ọ a...................................................................................16

1.2 CÁC THI Ế T B Ị ĐO LƢỜ NG.....................................................................17

1.2.1. Gia t ố c k ế ............................................................................................17

1.2.2. Con quay h ồ i chuy ể n ..........................................................................18

1.2.3. Đị nh v ị v ệ tinh ....................................................................................19

1.2.4. C ả m bi ến điệ n dun g ............................................................................20

1.3 KI Ế N TRÚC C Ủ A N Ề N T Ả NG ANDROID.............................................21

1.3.1. Nhân c ủ a h ệ điề u hành........................................................................21

1.3.2. Thƣ việ n ..............................................................................................22

1.3.3. Khung ứ ng d ụ ng trên Android...........................................................24

1.3.4. T ầ ng ứ ng d ụ n g ....................................................................................25

1.3.5. Các thành ph ầ n trong m ộ t ứ ng d ụ ng Android ....................................25

1.4 CÔNG C Ụ VÀ NGÔN NG Ữ L Ậ P TRÌNH ...............................................29

1.4.1. Ngôn ng ữ l ậ p trình..............................................................................29

1.4.2. Công c ụ cho l ậ p trình..........................................................................29

1.4.3. M ộ t s ố Game engin e ...........................................................................31

1.5 QUY TRÌNH XÂY D Ự NG PH Ầ N M Ề M TRÊN ANDROID...................32

CHƢƠNG 2: L ẬP TRÌNH GAME CHO ĐIỆ N THO Ạ I THÔNG MINH........33

2.1 Gi ớ i thi ệ u ....................................................................................................33

2.2 KI Ế N TRÚC C Ủ A TRÒ CHƠI TRÊN ANDROI D ...................................33

2.2.1. Ki ế n trúc chung...................................................................................33

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

2.2.2. K ỹ thu ậ t âm thanh...............................................................................35

2.2.3. K ỹ thu ật đồ h ọ a...................................................................................36

2.2.4. H ệ th ố ng mô ph ỏ ng ............................................................................41

2.2.5. K ỹ thu ậ t x ử lý va ch ạ m trong game....................................................42

2.3 CÔNG C Ụ X Ử LÝ ÂM THANH...............................................................43

2.4 CÔNG C Ụ X Ử LÝ HÌNH Ả NH ................................................................44

2.5 CÔNG C Ụ PHÁT TRI Ể N PH Ầ N M Ề M....................................................46

CHƢƠNG 3: TRI Ể N KHAI Ứ NG D Ụ NG ........................................................50

3.1 CHU Ẩ N B Ị TÀI NGUYÊN CHO Ứ NG D Ụ NG........................................50

3.1.1. Ý tƣở ng c ủa trò chơ i ...........................................................................50

3.1.2. Đồ h ọ a.................................................................................................50

3.1.3. Âm thanh.............................................................................................51

3.2 TH Ự C NGHI Ệ M ........................................................................................51

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

2

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1-1:Ki ến trúc cơ bả n c ủ a FPGA ....................................................................8

Hình 1-2:Ki ế n trúc Snapdragon S4 s ử d ụ ng b ộ vi x ử lý Krait .............................10

Hình 1-3: Sơ đồ kh ố i SoC OMAP36xx c ủ a Texas Instrument s ...........................10

Hình 1-4: Bi ểu đồ OMAP4470 c ủ a Texas Instruments........................................11

Hình 1-5: Sơ đồ kh ố i Exynos 4210 c ủ a Samsung ................................................11

Hình 1-6: Hình minh h ọ a v ỉ m ạ ch Samsung Galaxy S 4G...................................12

Hình 1-7: Sơ đồ kh ố i c ủ a Tegra 2.........................................................................13

Hình 1-8: Hình ả nh c ủa Tegra 3. Năm lõi vi xử lý (lõi th ứ 5 n ằ m ở trên cùng) ..13

Hình 1-9: Hình minh h ọ a v ỉ m ạ ch Motorola Droid Razr .....................................14

Hình 1-10: Sơ đồ đơn giả n c ủ a m ộ t t ấ m n ề n LCD TFT.......................................15

Hình 1-11: Sơ đồ t ấ m hi ể n th ị AMOLED ............................................................16

Hình 1-12: Ki ế n trúc bên trong GPU Mali c ủ a ARM ..........................................16

Hình 1-13: Hình minh h ọ a gia t ố c k ế dùng trong máy bay ..................................17

Hình 1-14: C ấ u t ạo cơ bả n c ủ a gia t ố c k ế .............................................................17

Hình 1-15: Minh h ọ a ho ạt độ ng c ủ a gia t ố c k ế điệ n t ử ........................................18

Hình 1-16: Hình ả nh minh h ọ a con quay h ồ i chuy ể n...........................................18

Hình 1-17: Hình ả nh minh h ọ a MEMS ................................................................19

Hình 1-18: M ộ t s ố tính năng củ a GPS:.................................................................19

Hình 1-19: Hình minh h ọa cơ chế ho ạt độ ng c ủ a màn hình c ả m ứng điệ n dun g .20

Hình 1-20: Ki ến trúc cơ bả n c ủ a h ệ điề u hành Android.......................................21

Hình 1-21: S ự so sánh Java VM và Dalvik VMs .................................................23

Hình 1-22: Vòng đờ i c ủ a m ộ t ho ạt độ ng ..............................................................27

Hình 1-23: Lƣu đồ chuy ể n tr ạ ng thái c ủ a d ị ch v ụ ................................................28

Hình 1-24: Ki ế n trúc c ủ a b ộ cung c ấ p n ộ i dung trong Androi d ...........................29

Hình 2-1: Ki ến trúc cơ bả n c ủ a m ột trò chơi trên Android ..................................33

Hình 2-2: Hình minh h ọ a ngón tay ch ạm vào vùng điề u khi ể n trong User Input 34

Hình 2-3: Hình minh h ọ a phép d ị ch chuy ể n, phép qua y ......................................36

Hình 2-4: Minh h ọ a phép chi ế u ph ố i c ả nh 3D trên 2D ........................................37

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

3

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

Hình 2-5: Minh h ọ a phép chi ế u song son g ...........................................................37

Hình 2-6: Minh h ọ a góc nhìn h ẹ p.........................................................................37

Hình 2-7: Minh h ọ a góc nhìn r ộ ng .......................................................................38

Hình 2-8: Minh h ọ a phép chi ế u hình ả nh vào thi ế t b ị , hình bên trái chuy ể n g ố c

t ọa độ vào thi ế t b ị và hình bên ph ả i là d ị ch chuy ể n thi ế t b ị v ề phía hình ả nh. .............38

Hình 2-9: Hình minh h ọ a h ệ tr ụ c t ọa độ Đề -Các 3 chi ề u .....................................39

Hình 2-10: Giao di ệ n Android Virtual Device Manage r ......................................41

Hình 2-11: T ạ o thi ế t b ị ả o trong Android Virtual Device Manage r .....................42

Hình 2-12: Giao di ện chƣơng trình Audacit y .......................................................43

Hình 2-13: Giao di ện chƣơng trình MuseScore ....................................................44

Hình 2-14: Giao di ện chƣơng trình InkSpcac e .....................................................44

Hình 2-15: Giao di ện chƣơng trình GIMP ............................................................45

Hình 2-16: Giao di ện chƣơng trình tạ o n ền cho các trò chơi. ..............................45

Hình 2-17: Giao di ện chƣơng trình Fontstruct online ..........................................46

Hình 2-18: Giao di ệ n Eclipse ...............................................................................46

Hình 2-19: Ch ọn Menu để t ạ o d ự án ....................................................................47

Hình 2-20: Nh ậ p thông tin cho d ự án ...................................................................48

Hình 2-21: Thi ế t l ậ p thêm các thông s ố cho ứ ng d ụ ng.........................................48

Hình 2-22: Ch ọ n ch ế độ hi ể n th ị ...........................................................................49

Hình 2-23: Hoàn thành t ạ o d ự án..........................................................................49

Hình 3-1: Hình ả nh máy bay trên b ầ u tr ờ i............................................................51

Hình 3-2: Màn hình làm vi ệ c c ả u Unity3D ..........................................................51

Hình 3-3: Màn hình làm vi ệ c c ủ a MonoDevelo p .................................................52

Hình 3-4: Hình ảnh khi máy bay đị ch t ấ n công....................................................53

Hình 3-5: Máy bay b ắn đạ n ..................................................................................53

Hình 3-6: Hình ả nh v ừ a r ẽ sang trái v ừ a b ắ n........................................................54

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

4

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

Stt

1

Từ viết tắt

Mô tả

Field programmable Gate Array

System on a Chip

FPGA

SoC

2

3

GPU

Graphics Processing Unit

4

5

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

5

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

LỜI CẢM ƠN

Trƣớc hết, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo - Ths. Nguyễn Trịnh Đông,

giảng viên Khoa Công nghệ thông tin - Trƣờng Đại học Dân Lập Hải Phòng, ngƣời đã

dành cho em rất nhiều thời gian quý báu, trực tiếp hƣớng dẫn tận tình giúp đỡ, chỉ bảo

em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp.

Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ thông

tin - Trƣờng Đại học Dân Lập Hải Phòng, chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo

tham gia giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian em học

tập tại trƣờng, đã đọc và phản biện đồ án của em giúp em hiểu rõ hơn các vấn đề mình

nghiên cứu, để em có thể hoàn thành đồ án này.

Em xin chân thành cảm ơn GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị, Hiệu trƣởng Trƣờng

Đại học Dân Lập Hải Phòng, ban giám hiệu nhà trƣờng, khoa Công nghệ thông tin, các

phòng ban nhà trƣờng đã tạo điều kiện tốt nhất trong suốt thời gian em học tập và làm

tốt nghiệp.

Tuy có nhiều cố gắng trong quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp nhƣng

không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định, em rất mong đƣợc sự góp ý quý báu

của tất cả các thầy cô giáo cũng nhƣ tất cả các bạn để đồ án của em ngày càng hoàn

thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, ngày 5 tháng 07 năm 2014

Sinh viên

Lê Vũ Minh Quang

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

6

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

GIỚI THIỆU

Lập trình trên thiết bị di động đang là xu hƣớng phát triển ngày nay của ngành

truyền thông và công nghệ thông tin. Dƣới góc độ kinh tế đây là một ngành đem lại

nhiều lợi nhuận cho nền kinh tế. Thứ nhất, nó mở ra một hƣớng mới cần nhiều lao

động kỹ thuật cao, giải quyết nhiều công việc cho ngƣời lao động. Thứ 2, ngành này

thúc đây nhiều ngành công nghiệp khác phát triển theo nhƣ viễn thông, thƣơng mại

điện tử, giáo dục và một số ngành dịch vụ khác. Thứ 3, ƣu điểm của ngành này là

ngành công nghiệp không khói, nguyên liệu chính là tri thức và đặc biệt đem lại lợi ích

to lớn cho cộng đồng.

Từ các ƣu điểm trên em đã thực hiện đề tài:“Lập trình game trên thiết bị di động”.

Khóa luận này cho em một hƣớng đi mới trong việc định hƣớng nghề nghiệp, cũng

nhƣ phát triển thêm về kỹ năng lập trình và phát triển hệ thống.

Khóa luận này đƣợc trình bày theo cấu trúc sau:

Giới thiệu

Chƣơng 1:Cơ sở lý thuyết, chương này trình bày các kiến thức cơ bản về thiết bị

di động như kiến trúc phần cứng, vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị đo

lường và nền tảng của hệ điều hành Android.

Chƣơng 2: Lập trình trò chơi trên Android, trong phần này các thành phần liên

quan đến một ứng dụng trò chơi được đề cập.

Chƣơng 3:Giới thiệu về ứng dụng trò chơi.

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

7

Đồ án tốt nghiệp

Giới thiệu

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Lập trình là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghệ thông tin, lập trình

cho thiết bị di động đòi hỏi một số yêu cầu riêng khác với lập trình cho máy tính. Lập

trình cho máy tính nói chung đƣợc phát triển ổn định trong một thời gian dài và có ít

thay đổi về kiến trúc hệ thống cũng nhƣ nền tảng công nghệ. Trong khi đó, thiết bị di

động dù rất phổ biến hiện nay nhƣng có thời gian phát triển tƣơng đối ngắn, công nghệ

đang thay đổi, không có chuẩn thống nhất, phần cứng phụ thuộc nhiều vào các hãng

khác nhau, hệ điều hành rất đa dạng do vậy ngôn ngữ lập trình cũng rất đa dạng. Tuy

nhiên các sản phẩm về thiết bị di động đều có một số chức năng chính nhƣ màn hình

đa chạm, CPU đa lõi, bộ nhớ RAM đủ lớn, thẻ nhớ, ổ cứng SSD. Đặc biệt có một số

thiết bị mà ở các hệ thống máy tính chƣa có nhƣ: Gia tốc kế, Con quay hồi chuyển,

Định vị vệ tinh, máy đo từ trƣờng, và một số các sensor khác. Từ phân tích trên, trong

chƣơng này khóa luận tập trung vào trình bày nền tảng phần cứng của thiết bị di động

và một số ngôn ngữ lập trình điển hình cho thiết bị di động.

1.1 KIẾN TRÚC CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ DI ĐỘNG THÔNG MINH

1.1.1. Giới thiệu

Hiện nay có rất nhiều các hãng sản xuất thiết bị phần cứng cho điện thoại thông

minh nhƣ Apple, Samsung, LG, Nokia, …tuy nhiên nền tảng công nghệ cũng giống

nhau đó là sử dụng SoC (System on a chip).Công nghệ này tích hợp nhiều bộ phận

khác nhau vào trong một vi mạch tích hợp nhƣ: Vi xử lý (CPU), chip xử lý đồ họa

(GPU), RAM, ROM, trình điều khiển USB và các vi mạch WIFI cùng nhiều thứ khác

nữa.Các hệ thống SoC điều dựa trên nền tảng công nghệ FPGA (field-programmable

gate array)

Hình 1-1:Kiến trúc cơ bản của FPGA

Hầu hết kiến trúc chung của FPGA bao gồm một mảng các khối logic, dãy cổng

vào ra, và các kênh định tuyến,các kênh định tuyến có cùng độ rộng (về mặt vật lý),

còn dãy cổng vào ra phù hợp với chiều cao hoặc độ rộng của mảng [WikiFPGA].

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

8

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

Sử dụng FPGA là một giải pháp khác nhằm khắc phục một số hạn chế của ASIC

(Application-Specific Integrated Circuit), ASIC là một vi mạch IC đƣợc thiết kế dành

cho một ứng dụng cụ thể, về vấn đề giá thành và độ phức tạp khi triển khai.FPGA là

một loại vi mạch bán dẫn chuyên dụng ASIC, nhƣng nếu so sánh FPGA với ASIC thì

FPGA không đạt đƣợc mức độ tối ƣu và có hạn chế trong việc thực hiện những tác vụ

đặc biệt phức tạp, tuy nhiên FPGA ƣu việt hơn trong khi triển khai nhƣ có thể tái lập

trình lại, thiết kế đơn giản đẫn đến chi phí giảm, rút ngắn thời gian đƣa sản phẩm vào

thực tế.

Ngoài ra còn có một số vi mạch bán dẫn lập trình đƣợcnhƣ PLA, PAL, CPLD

cũng dùng cấu trúc mảng phần tử logic nhƣngFPGA ƣu việt hơn

. Lập trình của FPGA thực hiện đơn giản hơn

. Cho phép nạp lại chƣơng trình

Các nhà thiết kế sử dụng các ngôn ngữ mô tả phần cứng nhƣ VHDL, Verilog,

AHDL để thiết kế và lập trình cho FPGA. Các gói phần mềm và thiết bị phụ trợ cho

quá trình thiết kế này do các hãng sản xuất FPGA lớn nhƣ Xilinx, Altera cung cấp.

Ngoài ra cũng có một số hãng khác cung cấp các gói phần mềm kiểu này nhƣ

Synopsys, Synplify...

1.1.2. Vi xử lý

Vi xử lý cho điện thoại thông minh đƣợc nhiều hãng sản xuất và theo nhiều

chuẩn khác nhau. Trong phần này khóa luận giới thiệu một số CPU dùng cho điện

thoại thông minh.

1.1.2.1 ARM

Chip ARM (Advance RISC Machine) của hãng ARM Holdings đƣợc nâng cấp

qua nhiều phiên bản. Hiện nay có nhiều phiên bản của ARM nhƣ ARM 11, Cortex-M,

Cortex-R,Cortex-A ,… Thực chất ARM Holdings không sản xuất chip mà họ thiết kế

ra các loại chip rồi cấp phép cho các công ty khác nhƣ Qualcomm, Texas Instruments,

Apple, Samsung,… ARM cung cấp các thiết kế IP-Core cho loại 32 bit và 64 bit.

1.1.2.2 SoC Snapdragon

SoC Snapdragoncủa hãng Qualcommđã lựa chọn một giải pháp khác mặc dù họ

cũng sử dụng bản quyền của ARM để sản xuất nhƣng họ không sử dụng hoàn toàn

thiết kế của ARM. Hãng này dựa vào thiết kế ARM rồi cải tiến thiết kế để phát triển

thành các vi xử lý Scorpion và Krait riêng của họ. Do đó, các vi xử lý của Qualcomm

có tốc độ xử lý liên quan đến đa phƣơng tiện tốt hơn và tiêu thụ điện hiệu quả hơn so

với các bộ vi xử lýban đầu.Các vi xử lý Scorpion và Krait đƣợc đƣa vào các SoC

Snapdragon của Qualcomm. Mã Snapdragon có nhiều loại đƣợc đánh số S_x(x 1, 2,..,

n). Số x càng lớn thì tốc độ xử lý càng mạnh. Hiện tại có một số sản phẩm dự kiến sẽ

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

9

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

sử dụng Snapdragon S4 của Qualcomm nhƣ HTC One S, HTC EVO 4G LTE, HTC

One XL,…

Hình 1-2:Kiến trúc Snapdragon S4 sử dụng bộ vi xử lý Krait

1.1.2.3 OMAP

SoC OMAP (Open Media Application Platform) của Texas Instruments đƣợc sử

dụng khá rộng rãi. Trong đó các sản phẩm điện thoại của Motorola đều sử dụng

OMAP. OMAP có nhiều dòng sản phẩm nhƣ OMAP1, 2, 3, 4,... Nhƣng dòng sản

phẩm OMAP 3 và 4 đƣợc dùng phổ biến hiện nay.

Hình 1-3: Sơ đồ khối SoC OMAP36xx của Texas Instruments

Do mục đích tạo nhiều sản phẩm với các tùy chọn nên SoC OMAP không tích

hợp bộ phận Wifi, Bluetoothvà một số thành phần khác, mà để cho từng dòng sản

phẩm có sự linh động nhƣng lại làm tăng kích thƣớc của vỉ mạch chính.

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

10

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

Hình 1-4: Biểu đồ OMAP4470 của Texas Instruments

Tuy nhiên, các SoC OMAP đƣợc tích hợp thêm công nghệ tiết kiệm điện

SmartReflexvà tăng cáchai lõi ARM Cortex-M_xđể tiết kiệm điện và tăng thời gian pin.

1.1.2.4 d. Exynos

SoC Exynoscủa hãng Samsungchủ yếu phục vụ trong các sản phẩm của Samsung,

ngoài ra hãng Meizu, nhà sản xuất điện thoại Trung Quốc sử dụng cho điên thoại của

họ. Mặc dù Samsung sản xuất SoC nhƣng họ vẫn nhập Snapdragon của Qualcommđể

sản xuất điện thoại vì Exynoschƣa đáp ứng đƣợc một số yêu cầu của sản phẩm mới.

Hình 1-5:Sơ đồ khối Exynos 4210 của Samsung

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

11

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

Dòng sản phẩm Exynos 4210 lõi kép đƣợc cải thiện mạnh về tốc độ so với phiên

bản trƣớc, và còn đƣợc tích hợp các chức năng nhƣ GPS, HDMI và USB Host.Dƣới

đây là vỉ mạch sử dụng họ Exynos

Hình 1-6: Hình minh họa vỉ mạch Samsung Galaxy S 4G

Hiện tại Exynos chƣa thực sự chiếm ƣu thế trên thị trƣờng nhƣng tƣơng lai của

Exynos rất hứa hẹn. Samsung đang thử nghiệm các thế hệ Exynos mới đƣợc tích hợp

các bộ vi xử lý ARM Cortex-A15 lõi kép 2 GHz cùng với vi xử lý đồ họa Mali cải tiến,

hỗ trợ 3D, màn hình độ phân giải 2560 x 1600 (WQXGA) cũng nhƣ chất lƣợng

camera cũng đƣợc cải thiện.

1.1.2.5 e. Tegra

Các loại SoC Tegra của Nvidiađang sử dụng trong các thiết bị di động là dòng

Tegra 2 hoặc Tegra 3 với tên mã là Kal-El. Các dòng sản phẩm này đều tích hợp vi xử

lý đa lõi ARM Cortex-A9 tốc độ từ 1 GHz đến 1.4 GHz; sử dụng GPU tiết kiệm điện

GeForce làm chip xử lý đồ họa.

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

12

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

Hình 1-7: Sơ đồ khối của Tegra 2

Tegra 3 đƣợc cải tiến và là sản phẩm SoC bốn lõi đầu tiên trên thế giới dành cho

thiết bị di động.Tốc độ xử lý của các lõi A9 đã đƣợc tăng từ 1.2 GHz lên 1.3 GHz ở

cấu hình 4 lõi và GPU cũng đƣợc tăng đáng kể. Tegra 3 có thể chạy trên màn hình độ

phân giải lên tới 2048 x 1530 pixel nhƣng chỉ có thể quản lý hai màn hình đồng thời

trong khi các chip mới của OMAP và Exynos có thể quản lý tới 3 hoặc 4 màn hình

cùng lúc.

Hình 1-8: Hình ảnh của Tegra 3. Năm lõi vi xử lý (lõi thứ 5 nằm ở trên cùng)

Nvidiadùng lõi Cortex-A9 thứ nămvới ttốc độ 500 MHz để xử lý những tác vụ

đơn giản nhằm tiết kiệm năng lƣợng. Trong tƣơng lai sản phẩm có tên là Wayne sẽ

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

13

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

tích hợp các bộ vi xử lý ARM Cortex-A15 trong cấu hình bốn lõi hoặc tám lõi. GPU

GeForce cũng sẽ đƣợc tăng lên.

1.1.2.6 f. SoC của Apple

Apple là một hãng nổi tiếng với các sản phẩm tinh tế và chất lƣợng cao. Họ cũng

sản xuất SoC nhƣng không chuyển giao cho hãng khác. Apple chỉ dùng cho các sản

phẩm của họ. Hiện nay Apple lấy nguồn SoC trực tiếp từ Samsung trang bị cho máy

tính bảng và điện thoại Iphone của họ.

Chip A4 là SoC tích hợp vi xử lý ARM Cortex-A8 lõi đơn tốc độ từ 800 MHz

đến 1Ghz và GPU PowerVR SGX535. Nó đƣợc sản xuất trên quy trình 45nm.

Apple cải thiện Chip A5 với việc tích hợp vi xử lý ARM Cortex-A9 lõi kép và

GPU PowerVR SGX543MP2 lõi kép cùng với bộ nhớ RAM 512 MB mạnh hơn A4

dùng RAM 256 MB còn các thành phần khác vẫn tƣơng tự A4 nhƣ tốc độ xung nhịp,

quy trình 45nm, bộ vi xử lý tín hiệu hình ảnh cũng nhƣ công nghệ "earSmart" để khử

nhiễu âm thanh.Trong thế hệ kế tiếp SoC A6 sẽ sử dụng quy trình 28nm và tích hợp

nhiều lõi với tốc độ vi xử lý cao hơn cùng khả năng tích hợp Cortex-A15.

1.1.3. Bộ nhớ RAM

Bộ nhớ RAM trong thiết bị di động cũng có vai trò tƣơng tự nhƣ trong máy tính

cá nhân. Công nghệ sản xuất và nguyên lý hoạt động cũng giống nhau do đó trên thiết

bị di động có 2 thông số cần quan tâm là: Dung lƣợng RAM và tần số xung nhịp.

RAM đƣợc tích hợp trong SoC nhằm giảm thiểu kích thƣớc thiết bị, giảm điện năng

tiêu thụ, tốc độ truy cập nhanh hơn.

Hình 1-9: Hình minh họa vỉ mạch Motorola Droid Razr

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

14

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

1.1.4. Bộ nhớ ROM

Bộ nhớ ROM trong thiết bị di động có vai trò to lớn hơn so với ROM trong máy

tính cá nhân. ROM đƣợc tích hợp trong SoC và đƣợc phân chia thành nhiều vùng.

Vùng chứa thông tin hệ thống, vùng chứa hệ điều hành và chứa các tệp tin hệ thống

khác.

1.1.5. Màn hình

Màn hình điện thoại thông minh dựa trên hai công nghệ chính là LCD và LED

1.1.5.1 Màn hình LCD

LCD (Liquid Crytal Display) thƣờng có các lớp sau: lớp bảo vệ bên ngoài, lớp

phân cực, lớp tinh thể lỏng và đèn nền.

Hình 1-10: Sơ đồ đơn giản của một tấm nền LCD TFT

Ƣu điểm:

. Giá thành rẻ

. Màn hình IPS LCD có khả năng tái tạo màu sắc chính xác.

. Ít bị hiện tƣợng biến đổi màu

. Có thể đạt độ sáng cao giúp dễ nhìn khi xem ngoài trời

Nhƣợc điểm:

. Do cần có đèn nền nên màn LCD khó đạt đƣợc tỉ lệ tƣơng phản cao và

màu đen tuyệt đối

. Màn hình TN LCD có góc nhìn kém

. Trong một số trƣờng hợp, màn hình LCD tiêu tốn nhiều điện năng và kích

cỡ dày

1.1.5.2 AMOLED

AMOLED (Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode) là màn hình dùng các đèn đi-ốt hữu

cơkhông cần tới lớp phân cực, tinh thể hay đèn nền nhƣ màn hình LCD. Nhờ cơ chế này,

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

15

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

AMOLED có một số ƣu điểm so với công nghệ LCD. Nguyên lý hoạt động khá đơn giản:

Dòng điện đƣợc lớp bóng bán dẫn (transistor) điều khiển đi qua lớp đi-ốt hữu cơ ở trên thì các

đi-ốt ở lớp này sẽ phát sáng. Thay đổi dòng điện trên các bóng bán dẫn thì cƣờng độ ánh sáng

thay đổi theo từ đó có thể tạo hình ảnh nhƣ mong muốn.

Hình 1-11: Sơ đồ tấm hiển thị AMOLED

Ƣu điểm:

. Kích thƣớc mỏng và linh hoạt

. Màu sắc rực rỡ và độ tƣơng phản cao

. Góc nhìn rộng

. Tiêu thụ điện ít hơn

Nhƣợc điểm:

. Màu sắc rực rỡ nên đôi khi không thật.

. Không bền bằng LCD

. Màn hình loại ma trận PenTile, rẻ hơn nhƣng chất lƣợng kém hơn.

1.1.6. Bộ xử lý đồ họa

Hình 1-12: Kiến trúc bên trong GPU Mali của ARM

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

16

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

GPU (Graphics Processing Unit) là thuật ngữ chung chỉ chip xử lý độ họa, trong

các sản phẩm SoC của các hãng đều đƣợc tích hợp các GPUđể đảm nhiệm chức năng

xử lý các lệnh đồ họa.GPU xử lý đồ họa 2D/3D với nhiều tần số xung nhịp khác nhau

từ 200MHz đến 400sMHz và đƣợc tích hợp thành nhiều lõi tuy theo nhu cầu của sản

phẩm và có thể xử lý 204 tỷ phép tính/giây. GPU của các hãng đều hỗ trợ OpenGL và

DirectX.

1.2 CÁC THIẾT BỊ ĐO LƢỜNG

1.2.1. Gia tốc kế

Hình 1-13: Hình minh họa gia tốc kế dùng trong máy bay

Để phát hiện chuyển động của thiết bị di động. Trong thiết bị đƣợc lắp một gia

tốc kế giúp cho thiết bị nhận diện đƣợc chiều xoay của thiết bị để điều chỉnh các phần

mềm phù hợp với trạng thái mới của điện thoại.

Gia tốc kế nguyên thủy là một khoang chứa hình trụ có chứa quả bóng gắn lò xo

hình []. Khoang chứa này đƣợc gắn liền vào vật thể cần đo gia tốc, còn quả bóng di

chuyển một chiều bên trong khoang chứa. Khi thiết bị chuyển động quả bóng cũng sẽ

di chuyển làm lò xo co dãn. Dựa vào độ co dãn của lò xo thiết bị có thể đo đƣợc lực và

gia tốc của chuyển động.

Hình 1-14: Cấu tạo cơ bản của gia tốc kế

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

17

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

Gia tốc kế trong thiết bị di động là một thiết bị điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý

của gia tốc kế cơ bản này.

Hình 1-15: Minh họa hoạt động của gia tốc kế điện tử

Thiết bị đo lƣờng này đo sự chuyển động của vật bằng cách quan sát mức độ điện áp ở

hai cực đầu ra của thiết bị đo.

1.2.2. Con quay hồi chuyển

Hình 1-16: Hình ảnh minh họa con quay hồi chuyển

Con quay hồi chuyển (gyroscope) là một trong những bộ phận cảm ứng quan

trọng trong thiết bị di động. Do gia tốc kế chỉ có thể đo đƣợc gia tốc tuyến tính của

thiết bị nên phải kết hợp với con quay hồi chuyển có thể nhận biết đƣợc hƣớng của

thiết bị, hệ thống có thể dễ dàng ghi nhận những chuyển động theo cả phƣơng ngang

hoặc phƣơng thẳng đứng. Trong các thiết bị di động không sử dụng con quay hồi

chuyển cơ học mà dùng thiết bị gọi là MEMS (MicroElectroMechanical System – Hệ

thống vi cơ điện tử) thiết bị này mô phỏng chính xác hoạt động của các thiết bị cơ học

trong một con chipvới kích thƣớc vài micromet. Con quay MEMS đƣợc sử dụng nhiều

trên các thiết bị dùng đến cơ điện tử.

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

18

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

Hình 1-17: Hình ảnh minh họa MEMS

1.2.3. Định vị vệ tinh

Hệ thống định vị toàn cầu - GPS (Global Positioning System) đƣợc dùng phổ

biến trong nhiều lĩnh vực đời sống. Hệ thống này sử dụng 24 vệ tinh bay quanh trái đất

với hệ kinh vĩ độ đƣợc cố định sẵn.GPS đầu tiên đƣợc ứng dụng trong quốc phòng và

ngành hàng hải sau đó đƣợc chuyển sang ngành vận tải,… Ngày nay hệ thống này

đƣợc ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực nhƣ trắc địa, lập bản đồ, cứu nạn,…

Hình 1-18: Một số tính năng của GPS:

. Độ chính xác định vị cao.

. Phạm vi sử dụng toàn cầu

. Thời gian hoạt động 24h/ngày.

. Giá thành thiết bị rẻ.

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

19

Đồ án tốt nghiệp

Trƣờng ĐHDL Hải Phòng

1.2.4. Cảm biến điện dung

Màn hình là thiết bị hiển thị thông tin nhƣng đối với thiết bị di động nó còn đóng

vai trò quan trọng là nhận điều khiển từ ngƣời dùng. Bộ phận cảm ứng đƣợc bổ sung

vào phần dƣới màn hình còn đƣợc gọi là lớp cảm ứng số hóa. Hầu hết các điện thoại

thông minh hiện nay đều trang bị màn hình cảm ứng điện dung.

Lớp cảm ứng điện dung sử dụng công nghệ PCT (projected capacitive touch), tạo

ra một "lƣới" trên màn hình. Lƣới này phát hiện tiếp xúc của ngƣời dùng bằng cách

giám sát sự thay đổi hiệu điện thế. Dựa trên cƣờng độ điện trƣờng và tính chất đa

chiều của trƣờng tĩnh điện các tiếp xúc có thể thực hiện hoặc gián tiếp hoặc trực tiếp

trên màn hình.

Hình 1-19: Hình minh họa cơ chế hoạt động của màn hình cảm ứng điện dung

Lớp cảm ứng đƣợc đặt ngay trên lớp tinh thể lỏng của màn hình LCD, nhƣng

nằm dƣới lớp kính bảo vệ. Trong khi đó màn hình AMOLED đƣợc đƣợc tích hợp lớp

cảm ứng này cùng với lớp đi-ốt phát quang, làm cho trong suốt tiết kiện không gian

cùng với chi phí[2].

Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401

20