目前許多最流行的行動產品都已從過去主要以硬體為基礎、再提供一組預先定義運作的設備，轉變為能夠使用可客製化軟體應用的開放式平台。這種轉變讓行動裝置變得更加像個人電腦(PC)，可為終端用戶提供可客製化的功能集。由於產品從一個其硬體和軟體及所有不同設備特性都由製造商整合、測試和驗證的封閉式解決方案，轉變為一個必須支援由協力廠商開發的各式各樣應用程式軟體(Apps)的開放式平台，因此設備當機(Hanging)的可能性隨之大幅增加。
為了支援這種靈活性，系統硬體也變得越來越複雜。多媒體、通訊和電源管理均各有其專用處理器，而每個處理器也都必須彼此順暢地協作。行動裝置領域現在有一個之前描述PC的新術語，即把裝置鎖定稱為「黑幕當機」。在大多數情況下，終端用戶必須拆下電池，強制系統重新啟動，才能恢復設備正常操作。行動裝置製造商明白到這種方式會給用戶帶來不便，所以要求其晶片製造商提供相關解決方案。快捷(Fairchild)是首批對此予以回應的晶片製造商之一，並且已經專門針對行動裝置市場需求而開發出一系列獨立式重置計時器。
本文將詳細闡釋重置計時器的應用要求，以及目前可用的系統解決方案。最後，文章將提供充分的理由來證明獨立式重置計時器是解決黑幕當機問題的可靠方案。
用戶體驗當道
行動裝置製造商越來越關注用戶體驗，及其所能提供的「整全包裝式」產品。在這個競爭激烈的下一代主導產品市場中，製造商必須提供包括無縫硬體、嵌入式軟體和用戶定義的應用解決方案。也必須做好打算，應對因缺乏互操作性而帶來的必然衝突，而這種衝突將可能導致系統鎖定。原始設備製造廠(OEM)努力開發及推出一個能夠提供完全用戶定義體驗的功能強大的平台，只是一次設備鎖定每每就能快速地令廠商聲譽毀於一旦，也使終端用戶體驗轉眼間蕩然無存。
考慮到現在的行動裝置已不僅僅是單項功能產品，終端用戶期望擁有更完善、更先進的重置解決方案，而不是像過去一樣採用強制性重新啟動方式。以卸載電池來強行重新啟動硬碟的方式不但粗暴，而且對於那些不可以接觸電池的新型設計來說，更常常是不切實際的。此外，中國大陸市場售出的智慧型手機往往有兩個電池，一個用戶可觸及，另一個則不能。在這種情況下，終端用戶不拆解手機，是不可能完全卸載電池。圖1所示即為一款智慧型手機的設計和架設方案中涉及到的複雜程度。在圖中，硬體模組之上還必須運行一個軟體層，而且它必須與不同處理器協同操作。任何時候只要有任一個系統模組當機，都可能在整個系統範圍內造成一連串的效應。
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| 圖1 智慧型手機模組示意圖 |
協力廠商應用軟體日益普及
須要整合獨立式硬體重設解決方案的第二大原因是，協力廠商應用軟體的廣泛使用。即使在作業系統嚴格受控且所有應用都經過測試和驗證的環境，也不可能測試每一種使用組合，因此總會有些已獲驗證的應用仍可能導致致命性錯誤的情況出現。系統故障固然可能是作業系統(OS)本身造成的，但也可能是板上各種微處理器中的某個問題所致。
另外，隨著開放式平台作業系統越來越普及，設計人員可以對裝置的圖形介面體驗進行客製化；同時隨著協力廠商軟體的使用量大大增加，OEM程式設計人員將面對越來越多的應用組合，使系統不穩定性相應提高。圖2是行動裝置中必須進行互動的部分軟體層的直觀表示，以及不同軟體集之間必須彼此協作的互動數字。
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| 圖2 智慧型手機軟體層簡圖。每增加一個軟體層，以及不同程式碼之間每一次進行互動，都會增加系統衝突的機會。 |
在開放原始碼作業系統廣泛使用前，OEM一般都是自行開發OS，以及增添各種用戶特性。這種方法讓OEM能夠在產品出貨前，對手機的每項功能和互動性進行測試和驗證。而現在，OEM開發的軟體可能只是直接控制頂層的客製化外觀和使用感覺。在大多數情況下，設備製造商都不能控制用於設備下載的應用軟體，這會使得因不同程式碼集進行互動而產生的問題進一步複雜化。這種自由度一方面讓用戶可以客製化自己的設備，但另一方面因系統運行專屬的應用軟體集而遭遇問題的可能性也會隨之增加。
暫且不談理論，先總結一下當今智慧型手機存在的一些實際問題。主流OEM的工程師表示，一支智慧型手機上執行的程式碼可能多達一千一百萬行。而根據報告，高達2～3%的協力廠商應用軟體可能會導致系統衝突，而10～15%的應用軟體會改變系統軟體，即便在該應用軟體關閉後，仍可能造成系統衝突。鑑於這種背景，有必要對各種不同的重置架構及每種架構的優勢所在一一進行概述。
破解黑幕當機 廠商各出奇招
一直以來，行動裝置最常用的恢復方法都是卸載電池，透過關閉硬體強行重置。這種做法儘管聽起來似乎有誇張，但無奈在許多情況下卻是用戶解決這個問題的唯一選擇。可是，許多設備製造商開始採用密封外殼，甚至裝配兩塊電池，使終端用戶不可能這種透過徹底斷電來重新啟動手機。
為此，有些製造商在設計中增加軟體重設功能，終端用戶只須按照一定的順序按下一個或兩個按鈕，或者將按鈕按住一定的時間，就可以重設系統。當須要中斷一個不再正常執行的失控程式，或者要清除早先執行或現在仍然在後台執行之應用程式的殘餘部分時，這方法在大多數情況下都是有效的。
不過，由於子系統故障造成的骨牌效應，如果晶片重設所用的程式碼被鎖定或當機，這種方法就不再有效。OEM和軟體供應商發現，理想而言，從根源上解決該問題的方法是把系統設計得非常穩健，永不會發生衝突的現象。
目前，協力廠商應用軟體不僅已成氣候，而且似乎將成為行動裝置演進道路上的下一個發展的大趨勢。基於對這種現狀的了解，大多數人都承認，運用系統重設解決方案是遲早的事情。也正是有此認識，半導體供應商開始逐步涉足這一領域，推出能夠獨立於其他IC而操作、並且不需要任何軟體干預的獨立式硬體重設計時器。利用該方案來解決黑幕當機的問題，行動裝置製造商就能夠使用戶避免須卸載電池來重設系統。由於獨立式重設計時器不依賴軟體操作，因此，即使在軟體衝突的最壞情況下，也絕不會受到波及。
也許，還可以嘗試把重置功能整合在一個較大的更複雜的晶片中，如電源管理晶片(PMIC)、通訊或應用處理器，這樣一來，似乎可避免軟體解決方案的缺陷。但這種方案的性能仍然沒有獨立式重設計時器般穩健，因為PMIC及其他較大的晶片組都非常複雜，本身附帶嵌入式元件，仍然很容易鎖定。
應用實例操作演練
在圖3中，重置計時器的輸出與功率P場效應電晶體(PFET)的閘控電路連接，再與電池串聯。利用推挽式輸出，當重置計時器輸出為高電壓時，重置計時器會立即中斷功率場效電晶體(FET)。PFET的斷開使中央處理器缺乏能量，而供電電壓恢復時，處理器上啟動重置(POR)被觸發，因此強制系統重新啟動。在此重設架構中，系統經由將重設計時器的輸出直接連接到中央處理器或電源管理IC的重置輸入來實現重置。這種方案可以有幾種不同的變化。圖4顯示出一種最常用的方法，其中由重置計時器的輸出來驅動PMIC與核心處理器的重置輸入。這種架構的另一種變化(非圖中所示)是先使用重置計時器來重置PMIC，然後再強迫中央處理器(CPU)重置。兩種方法都十分有效，難分伯仲，視中央處理器和PMIC而定。
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| 圖3 計時器輸出用作功率FET的閘控訊號 |
獨立式重設計時器貼近用戶體驗
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| 圖4 直接控制處理器和PMIC重置輸入的重置計時器 |
利用獨立式重設計時器，可攜式OEM可為終端用戶提供一種無需物理上卸載設備電池且更具用戶親和性的重置解決方案。獨立式重設計時器的運作不依賴各種軟體平台和介面，因此不會受到系統衝突或無響應所造成之多米諾效應的影響，並可提供一種能夠防止故障並最終徹底解決黑幕當機問題的解決方案，讓終端用戶把系統鎖定的負面作用減至最低。
(本文作者為快捷應用經理)