Пожалуй одним из самых массовых и известных смартфонов от Nokia был легендарный N70 и его удешевленный собрат в лице N72. Будучи выпущенным в далёком 2005 году, этот миниатюрный кнопочник скрывал в себе функционал полноценного компьютера с достаточно мощным железом, многозадачной операционной системой, поддержкой нормального Web'а и функционалом мультимедийного комбайна. Но немногие знают о том, что у этого смартфона было сразу два процессора...
В сегодняшней статье мы с вами проведем полный анализ схемотехники N70/N72, подробно узнаем о том, за что отвечает каждый чип на плате устройства и как они все вместе работают, какие неисправности преследовали смартфоны Nokia тех лет, а также изучим особенности ОС Symbian. Любите настоящие гиковские Хабратортные статьи, а не ИИ-жвачку, успешный успех и прочий оффтопик? Тогда жду вас под катом!
❯ Предисловие
Уверен, многим Хабровчанам Symbian-смартфоны из нулевых запали в сердечко. Модели от Nokia, Sony Ericsson, BenQ и Motorola предлагали функционал полноценных компьютеров, умещенный в компактный корпус, а оболочка UIQ предлагала весьма необычный опыт взаимодействия: предполагалось что все действия будут выполняться со стилусом, вместо типичных кнопок, а интерфейс операционной системы был выполнен вокруг «компьютерного» UI с многовкладочными меню — прямо как на органайзерах от Psion...
Дело в том, что Symbian берёт свои корни от ОС EPOC, разработанной специально для органайзеров (мини-ноутбуков) Psion серий MX и Revo в середине 90-х. Система отличалась крайне высоким уровнем оптимизации, умением полноценно работать из XIP-памяти, новой (на тот момент) микроядерной архитектурой с продвинутым IPC, а также относительной легкостью портирования на новые платформы. С пользовательской точки зрения, EPOC представляла из себя что-то типа мобильной урезанной Windows — использовались точно такие же подходы в UI, но всё было сделано намеренно миниатюрным:
Органайзеры Psion пользовались большой популярностью примерно до 2000 года. У моделей начала 90-х (построенных на прошлой версии ОС — EPOC16) почти не было аналогов по функционалу, а у более поздних моделей было серьезное конкурентное преимущество перед HPC на базе Windows CE типа Jornada 620 — Psion'ы стоили разумных денег (~500$ в 1997 против 1.000$ за Jornada 620) и предлагали вполне адекватный объём памяти для хранения пользовательских данных, а также нормальный софт для синхронизации с ПК. В 1998 году, Psion решила сделать ставку на использование EPOC в коммуникаторах и выделила портативное подразделение в отдельную фирму под названием Symbian Ltd. Первым смартфоном на базе Symbian стал Ericsson R380, который отличался не только использованием полноценной многозадачной ОС в 2000 году, но и управлением с тачскрина, а также дисплеем с просто огромным по меркам тех лет разрешением — 360x120, при этом соотношение сторон было 3:1. Правда возможности установки сторонних программ здесь ещё не было...
Вторым устройством на базе Symbian стал легендарный коммуникатор Nokia 9210, который в одном устройство сочетал и классический кнопочный телефон, и почти полноценный ноутбук. И вот здесь то корни Psion (и 9000 Communicator) сразу видны невооруженным глазом — практически весь интерфейс устройства был неизменно взят именно у органайзеров Psion, а оболочка была названа S80. Более того, 9210 — один из первых смартфонов, построенных на чипсете Ti OMAP, который объединял в одном кристалле как AP-процессор (скорее всего что-то родственное OMAP1510, знакомый нам КПК Palm), так и модем (Ti Calypso) — и по сути был двухядерным... в 2001-то году! Аппаратная платформа 9210 называлась Linda и была предком всех WD2-смартфонов. Linda была смесью из чипсета OMAP, контроллера питания CCONT (привет Nokia 3310!), а также ЦАП'а COBBA и RF-фронтэнда Hagar прямиком из DCT-3!
Но эти два устройства на привычные нам Symbian-смартфоны были похожи лишь отдаленно. Да, всё те же sis-приложения, да, в интерфейсе есть общие черты, однако это были операционные системы разработанные специально для коммуникаторов. Первый действительно знакомый нам смартфон от Nokia вышел в 2002 году и назывался он 7650. Будучи смартфоном в формате слайдера, 7650 был построен на новой оболочке S60, разработанной специально для кнопочных смартфонов, а под капотом скрывалась новая аппаратная платформа — та самая WD2!
WD2 стала основой для многих легендарных смартфонов Nokia: N-Gage/N-Gage QD, 6600, 3230, 7610, 6670, 6260.
Внутри неё скрывался всё тот же кастомный чипсет Ti OMAP с ядром ARM920T, в котором подняли частоту с 66МГц до 104МГц, однако апгрейд получил контроллер питания UEMK, который наконец-то объединил в себе функционал КП, аудиоусилителя и интерфейса к RF-части, а также получил OTP-зону, куда прописывается IMEI, из-за чего замена КП отдельно от процессора и флэшки невозможна. Помимо UEM, новая платформа получила в свое распоряжение новый RF-фронтэнд Mjoelner от Infineon, от 4-х до 16-и мегабайт оперативной памяти типа SDRAM, а также аж до 4-х NOR-флэшек — одна/две для пользовательских данных, а остальные для системы. Интересно и использование отдельного DC-DC преобразователя LM2608ATLX для формирования питания процессора и токового датчика LM3819BLX, который, как я понял, нужен для схемы зарядки аккумулятора, а за питание MMC отвечает отдельный преобразователей уровней в паре с LDO — LP3928TLX-1828.
Несмотря на продуманность и репутацию телефонов Nokia как неубиваемых, WD2 была довольно капризной платформой. Как я и говорил ранее, Nokia уже в 2002 практиковали привязку чипов к процессору/флэшке, из-за чего замена неисправного КП превращалась либо в поиск нового UEMK и прошивку в него IMEI устройства, либо заменой пары флэшки и КП с другого смартфона на базе WD2 с последующей прошивкой. Помимо этого, Nokia страдали от EMIF-фильтров, которые очень не любили ни воду, ни даже просто падений — из-за них вполне рабочие смартфоны начинали падать в белый экран, у них покрывались артефактами дисплеи, а также переставали работать кнопки. Решение у наших мастеров всегда было простым - выпаиваем лишние чипы и переделываем на перемычки :)
Но время шло, и вот, в конце 2004 года, Nokia представила первый 3G-смартфон на Symbian — 6630. Устройство отличалось не только новой аппаратной платформой BB5 с разогнанным аж в два раза процессором, но и свежей операционной системой Symbian 8.0, а также более солидным объёмом оперативной памяти в 32МБ. А в 2005 году вышел венец творения новой платформы — Nokia N70, которая стала переработанной версией 6630...
Строгий дизайн, сделанный под хромированный металл, приличные размеры, шторка-слайдер для модуля камеры, большой дисплей и даже фронтальная камера. N70 выглядел настолько футуристично и круто, насколько это возможно. Казалось бы, лучше кнопочного смартфона уже не придумают... Ну, так думали до N73 :)
Но самое интересное у N70 скрывается под капотом. Давайте же разберем наш смартфон и узнаем, в чём же заключаются тайна этого прекрасного устройства!
❯ Разбираем
Как и многие современники, разборка и базовое обслуживание N70 не составляла особого труда. Смартфон разбирается путем отщелкивания верхней панельки и откручивания нескольких винтов по периметру шасси, после чего можно вытащить корпус вместе с дисплеем и материнской платой.
Базовый ремонт мог провести даже школьник. Замена дисплея, динамика, разъёма зарядки и вибромотора были проще пареной репы, запчасти стоили копейки. Мелочуху можно было купить буквально за 10-20 рублей, в то время как дисплей стоил около 500. А если корпус вашего устройства совсем устал, то всегда можно было пойти на радиорынок и переодеть смартфон в китайский «кузов», который стоил около 200-400 рублей. Хотя качество китайских корпусов очень сильно плавало...
В качестве дисплея здесь используется классическая TFT-TN матрица с довольно крупным разрешением в 176x208 точек, 18-битным форматом пикселей (262к цветов) и диагональю в 2.1". По меркам 2005-го, это был вполне пристойный дисплей, однако корнями он уходит в экран ещё из Nokia 7650 2002'ого года выпуска. Дело в том, что ранние BB5 и WD2 смартфоны технически использовали идентичные дисплеи: где-то отличалась подсветка, где-то форма шлейфа или его направление, однако распиновка и физические параметры была идентичными и экран от N70 без проблем работал в N-Gage QD, 6600 и наоборот. И дисплей этот был ну очень блеклым даже по сравнению с K500i, не говоря уже о сочных матрицах в телефонах Samsung.
Экран был подключен к процессору посредством классической параллельной шины типа 8080, также известной как MIPI DBI. В отличии от более ранних дисплеев, он не требовал внешней обвязки для формирования BIAS-напряжения (питания самих «жидких кристаллов") и мог работать от одного единственного источника питания на 2.5В (плюс VIO 1.8В), что позволяло использовать его в самоделках на AVR/PIC32. Из проблем у этого дисплея была некачественная пайка коннектора на шлейфе, из-за чего он мог уходить в артефакты, пропадала подсветка или изображение вовсе становилось полностью белым, а также выходили из строя упомянутые выше EMIF-фильтры.
Всем читателям, которые на данный момент владеют N70, рекомендую сразу выпаять RTC-батарейку. На многих экземплярах она уже начала деградировать и может без зазрения совести «пожрать» соседние дорожки и даже целые пятаки. Феном орудовать не рекомендую — батарейка без проблем выпаивается паяльником, главное не повредите жалом стекляхи и не заляпайте припоем юбку процессора — это тоже сигнальные линии :)
В первую очередь, в глаза бросается сердце Nokia N70 — чип Ti OMAP 1710, на этот раз выполняющий функцию исключительно AP-процессора (то есть запускает Symbian). В миниатюрным чипе скрывается довольно много разной периферии, однако даташита на 1710 нет, поэтому ориентироваться будем на родственный 1610:
В качестве основного вычислительного ядра выступает ARM926EJ-S, работающий на частоте до 204МГц и имеющее 16КБ L1-кэша для инструкций и 8КБ L1-кэша для данных. Помимо этого, ARM926 имеет аппаратное ускорение Java-приложений — иными словами, ARM реализовали JIT прямо на уровне процессора.
926'ой в своё время был стандартом в кнопочных телефонах и КПК. Найти его можно было в коммуникаторах на Windows Mobile, кнопочных телефонах Siemens (да, даже в C65 трудился процессор, по производительности сравнимый с N70!), Samsung, Motorola. А его родственные ядра — 920T и 946E можно было найти в игровых консолях GP2X, Gizmondo и Nintendo DS!Сопроцессором выступает DSP TMS320C55x, выполняющий задачи кодирования/декодирования аудио и видео, и необходимый для работы камеры и мультимедийных приложений. DSP способен работать на той же частоте, что и основное ядро.
За вывод графики отвечает встроенный 2D-ускоритель. К сожалению в брифе нет информации о его возможностях, но предполагаю что они базовые — аппаратный блиттинг (копирование изображений), отрисовка линий, примитивов и возможно какие-то аффинные трансформации. Почти уровень S3 Trio :)
За работу с дисплеем отвечает отдельный контроллер, способный работать не только с 8080-матрицами, но и параллельными RGB-дисплеями, используемыми в коммуникаторах.Для работы с памятью предусмотрен контроллер SDRAM, способный адресовать до 128 мегабайт памяти, а за постоянную память отвечает контроллер NOR/NAND, способный адресовать до 256 мегабайт. Для тех лет это с запасом!
Из периферийных контроллеров есть USB, OTG, два MMC-контроллера, два UART'а, I2C, SPI, IrDA, и GPIO. В старшей версии чипа есть также интерфейс к Wi-Fi контроллеру.
И всё это выполнено по техпроцессу в 90нм (у OMAP 1610 — 130нм), а Ti заявляла о поддержке Windows Mobile, Linux и S60!
Круто, да?
Но были и слабые стороны. Во первых, процессор сидел под компаундом и его перекатка была тем ещё квестом. Дело в том, что чипы Ti в те годы использовали двойную подложку. Вот эти золотые пины вокруг под «пузом» чипа — это «юбка», которая выполняет роль второго слоя, и приклеена она на специальный токопроводящий клей. Пока почистишь компаунд под процессором, можно успеть угреть его и тогда процессор вместе с флэшкой отправляются на помойку, а установить их можно только с донора идентичной модели. А еще эти пины по бокам являлись проводниками к соответствующим шарам на самом процессоре и их можно было очень легко залить припоем...
А во вторых, за питание процессора отвечал отдельный DC-DC преобразователь LM2708H, формирующий напряжение VCore в 1.4В. Если он выходил из строя — то смартфон включался с белым дисплеем и через 10-15 секунд отключался по сигналу от WatchDog'а, поскольку процессор не выходил на связь. Особо ушлые ремонтники нашли интересное решение этой проблемы: вместо переразводки кастомного DC-DC, они брали 1.8В с шины питания DDR-памяти и ставили перемычку на питание процессора. И всё работало, я лично так ремонтировал свой N70!
Во всем остальном, разводка AP-части максимально стандартная и простая, и общие черты можно проследить как в других смартфонах (не только Nokia), так и в современных одноплатных компьютерах.
В качестве памяти здесь используется комбо-чип Samsung, который включает в себя 32МБ SDRAM и 32МБ NAND. К слову, это первая платформа, где Symbian не использует XIP (поскольку с NAND нет возможности её реализации). Из 32МБ, 24 мегабайта отводится пользователю под свои данные. Кроме того, у старых версий Symbian была «особенность»: если заполнить пользовательский раздел до 0 байт, то смартфон переставал включаться и виснул на логотипе Nokia, после чего его необходимо было прошивать в сервисе, либо сбрасывать специальным сочетанием клавиш.
Чуть левее расположился контроллер питания RETU, который выполняет почти ту же роль, что и COBBA в 3310. В RETU расположился ЦАП/АЦП для звука, усилитель и логика для коммутации аудиосигнала (между динамиками), LDO для формирования основных шин питания (1.8В, 1.35В, 2.5В, 2.8В), контроллер SIM, WatchDog и логика для обработки кнопки включения (транзисторная защелка).
За зарядку отвечает другой чип — Tahvo. Помимо зарядки, в его задачи входит обработка USB (защита DM/DP?), мониторинг тока потребления от АКБ, вероятно функционал Fuel gauge (определение уровня заряда аккумулятора) и несколько GPIO для управления драйвером подсветки.
Названия RETU/Tahvo, а также Betty/Avilma в более поздних телефонах Nokia многие мастера запомнят на всю жизнь. Причем RETU был неприхотливым и погибал разве что от попадания воды, в то время как Tahvo частенько пробивало из-за использования дешевых пульсирующих китайских зарядников. Благо сам чип был не особо дорогой и поменять его можно было даже без особых навыков перекатки BGA.
От питальников мы переходим к самому интересному — тому самому второму процессору, о котором я говорил в начале статьи! Правее OMAP расположился RAP3G — процессор из 3G-телефонов Nokia на платформе S40. Да, в N70 буквально без изменений засунули всю аппаратную платформу из 6233, 6280, а судя по схожести схем на RAP3GS и RAP3G, этот же процессор (или его ближайший родственник) использовался в 8800 Arte, 5100 и 6500s.
Nokia просто буквально взяли и развели в Symbian-смартфоне обычный S40 телефон, подключили его к AP-процессору с помощью полнодуплексной последовательной шины (что-то кастомное, MESSI_CMT) и прокинули модем с помощью AT-команд!
У RAP3G есть собственная память. Чуть ниже можно найти чип SDRAM-памяти Samsung K4M64163PH-VG1L объёмом в 8МБ, а выше микросхему NOR объёмом в 8МБ производства Spansion, где хранится прошивка модема. RAP3G работает на своей собственной операционной операционной системе реального времени (S40) с полноценным GSM-стеком, но без UI. Точных ТТХ на RAP3G нет, однако учитывая что он также разработан Texas Instruments, можно предположить следующие характеристики:
В качестве ядра выступает либо ARM926EJ-S, работающий на частоте 104-208МГц и поддерживающий ускорение Java-приложений, либо родственное ядро ARM946-E. ARM920T в 2004-2005 уже успел устареть и особо не использовался в новых процессорах.
За низкоуровневую работу с GSM-датаграммами отвечал дополнительный DSP, скорее всего всё тот же TMS320.
В RAP3G была практически та же самая периферия, что и в OMAP'е, за исключением упрощенного SDRAM-контроллера. То есть SPI, I2C, UART, USB, MMC — всё это точно также было реализовано и в модеме.
Помимо стандартных шин, здесь также есть интерфейс к RF-фронтэнду, о котором мы поговорим немного позднее.
Таким образом, в обычных кнопочных телефонах к RAP3G подключают дисплей и кнопки — в этом случае он выполняет роль центрального процессора. Но в Symbian-смартфонах, роль AP-процессора выполняет OMAP, а RAP3G в свою очередь занимается задачами обработки GSM-стека и слушает команды от центрального процессора. Схема стандартная и повсеместно использовалась в коммуникаторах на Windows Mobile и Palm, однако в случае с N70 удивляет то, что Nokia решила не заморачиваться с готовыми дискретными модемами, а просто взяла свою же платформу без изменений и развела на плате «как есть».
Ну а рядом с коннектором шлейфа дисплея можно найти ещё два чипа — LDO, формирующий питание камеры, и преобразователь уровней, который согласует IO-напряжения процессора и модуля камеры. Драйвер подсветки дисплея находится чуть выше RAP3G — его легко можно опознать по соответствующей обвязке.
На этом мы завершили обзор основной аппаратной платформы и можем перейти к радиотракту, благо здесь тоже есть на что посмотреть! Начинаем с усилителей GSM и WCDMA-сигнала. Здесь они расположены отдельно, переключением между полосами частот занимается RF-фронтэнд без внешних свичей.
В роли фронтэнда выступают чипы с забавным названием Hinku и Vinku. Hinku по своей натуре является тем самым «черным ящиком», где происходит вся магия превращения цифровых GSM-датаграмм в аналоговые волны, которые затем уходят на усилитель и в эфир. Справедливо и обратное: когда RF-фронтэнд ловит данные из эфира, он преобразовывает их в цифровой сигнал и отправляет на обработку DSP модема. TDMA/FDM демодуляцией также занимается Hinku, из-за чего именно его часто принимают за модем как единое устройство. В отличии от многих других платформ, Hinku является именно приемником, а не трансивером (могу ошибаться).
Vinku выполняет роль передатчика. В нём находится DAC, VCO для формирования частоты и логика для общения с RAP3G. Почему решили разделить приемник и передатчик — мне непонятно...
Чуть ниже Hinku, Vinku и Tahvo можно найти Bluetooth-радиомодуль, который также выполняет роль FM-приемника. Тут всё по классике — общение через UART чем-то типа AT-команд, плюс выход аудиоприемника.
И... это всё! Да, сейчас мы с вами полностью разобрали всю аппаратную платформу Nokia N70. По началу аппаратная платформа смартфона кажется сложной, особенно по сравнению с современными однокристальными телефонами, однако если вооружиться опытом работы с SBC и ремонтом других устройств, то понимаешь — что здесь всё, в общем-то, стандартно, просто и понятно :)
❯ Включаем
После включения нас встречает лого Nokia и рабочий стол. Как я уже говорил ранее, N70 работает на Symbian 8.1a — последняя версия системы, построенная на базе оригинального ядра EPOC. Начиная с 9.x, Symbian перешла на ядро EKA2, где был введен жесткий механизм разграничения прав и подписей, при этом обратную совместимость софта убрали, из-за чего поломалось куча старого софта. Однако были у EKA2 и плюсы — например, ядро системы научилось работать в режиме реального времени, благодаря чему GSM-стек можно было гонять прямо на AP-процессоре. Но вот использовалась ли где-то эта фишка?
Несмотря на использование полноценной многозадачной системы, смартфон работает весьма шустро. При этом с головой хватает как центрального процессора, который работает на приличной частоте, так и оперативной памяти — можно было без проблем открыть 5-6 не особо ёмких программ или игр и свободно переключаться между ними в диспетчере задач. Лаги конечно были, но чаще всего при навигации по системным менюшкам — из-за прогрузки изображений.
Стандартный функционал N70 был довольно богатым. Тут сразу же был полноценный Web-браузер, функционал мультимедийного комбайна с «всеядным» музыкальным и видео плеером и интернет-радио. При этом фронтальная камера здесь тоже присутствует не просто так — в 2005 году, N70 умел делать видеозвонки! Вот уж реально круто!
Для расширения функционала предлагается устанавливать Java-приложения. Как было принято в нулевых, Java-машины S60-смартфонов были эталоном с точки зрения производительности и поддержки JSR'ок, поэтому многие разработчики стремились к совместимости именно с ними. Поддержка API была на уровне: тут и 3D-графика (M3G), и Bluetooth, и доступ к файловой системе, и СМС с звонками, и проприетарное API NokiaUI для заметного ускорения работы приложений. Ну сказка же!
Однако шарящие пользователи сразу же ставили нативные приложения в формате .sis! И чего только не было среди нативных программ: и root-проводники (X-Plore), и плееры (LCG Jukebox), и браузеры (Opera Mobile), и различный офисный софт, и даже вирусы. В кармане был буквально полноценный компьютер! Ну и куда же без игр — в Symbian 8.0 появилась нативная поддержка OpenGL ES 1.1 с встроенным софтрендером (а кое-где даже с аппаратным ускорением — например в N82 и N95), благодаря чему разработчики смогли писать нативные 3D-игры без особого труда. Посмотрите как выглядит Lock'n'Load 2 — полноценный трехмерный FPS в кармане!
А ещё N70 довольно неплохо фотографировала. На момент 2005 года, качество фотографий было более чем приемлемым, а сейчас эти фотки вызывают ностальгический вайб... Может тоже сейчас опубликовать статью и пойти фотографировать родной Ейский лиман? :)
❯ Заключение
Вот такой была легендарная Nokia N70. Как мы с вами видим, смартфон был крут не только снаружи, но и внутри. Воткнуть не самый хилый OMAP, распаять приличный объём оперативной памяти и развести целый S40-модем — это достойно похвалы! По правде сказать я не знаю, смог ли написать действительно хабратортную статью или ей место в «песочнице», но надеюсь что хоть кому-то такой формат будет интересен...
Ну а я надеюсь, что вам было интересно. Подписывайтесь на блог, чтобы не пропускать новые статьи каждую неделю! А если вам интересна тематика ремонта, моддинга и программирования для гаджетов прошлых лет — подписывайтесь на мой Telegram-канал «Клуб фанатов балдежа», куда я выкладываю бэкстейджи статей, ссылки на новые статьи и видео, а также иногда выкладываю полезные посты и щитпостю. А ролики (не всегда дублирующие статьи) можно найти на моём YouTube канале.
А если вы хотите что-нибудь подарить из железа и увидеть о нём статью — пишите мне в Telegram. Меня очень интересуют самые разные гаджеты: начиная от игровых консолей и любых связанных с геймингом устройств, телефонов, смартфонов, КПК, заканчивая ретро-компьютерами и ноутбуками. Кто знает, может героем следующей подобной статьи окажется ноутбук из 90-х? :)
После обзоров устройства не продаются, а остаются в моей коллекции. Когда-нибудь я хочу сделать музей, где к каждому устройству можно будет приложить QR и почитать мою статью. Кто знает, вдруг на следующей неделе я также подробно расскажу про девайс из вашей юности? :)
Кстати, у меня есть GameBoy Advance SP, под который я очень хочу написать игру. Однако мой экземпляр был залит водой и кофе. Может у кого-то есть донор с дохлой платой, откуда я смог бы взять контроллер питания? У меня AGS-101.
Может быть интересно:
Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram-канале ↩
