The design process of an open source mobile phone

Abstract

This project’s primary aim was to develop an open source based GSM phone by using open source PCB design, and running an open source software on the device to control the hardware. To control the GSM modem and other hardware components, the open source Linux operating system was chosen, and the steps on how to compile the Linux kernel for the specific CPU of this project were described. In addition, this project covered the generation of a simple Linux system image that consists of a set of libraries and binaries for user interfacing with the operating system. Python scripts were developed in order to operate the GSM modem over the UART bus from the CPU, and thereby allow making and answering calls. User interfacing with a keypad and a screen were handled from the Python scripts as well. The proof of concept was executed by physically connecting the hardware development kits of both the CPU and the GSM chipsets, and adding a LED to act as the screen and a button as they keypad. After both boards were powered up by external power supplies, the operating system on the CPU development kit board started running the main Python script. The project also included designing the PCB for the end device. In the spirit of open source, all the development work was saved in a git source tracking repository in the public GitHub service. The proof of concept showed that calls can be made, and can be answered, and that incoming calls were indicated on the screen. However, it was found out that the Python software had design flaws, so extending it for features might be challenging. Also it was discovered that the PCB design did not match the design rules of the fabrication house, and could not be printed. Since the Python scripts and PCB design are publically available online, a basic GSM phone system can be made by anyone, and the concept can be further developed.

Insinöörityön tarkoituksena oli suunnitella avoimen lähdekoodin piirilevy ja avoimen lähdekoodin ohjelmiston suorittaminen laitteella.

GSM-modeemin ja muun laitteiston ohjaukseen valittiin avointen lähdekoodien käyttöjärjestelmä Linux, jonka ydin myös käännettiin valitulle piirisirulle. Sen lisäksi perehdyttiin käyttöjärjestelmäydintä käyttävät kirjastot ja ohjelmat sisältävän Linux-käyttöjärjestelmälevyn muodostamiseen.

Puheluiden soittamista ja vastaanottamista varten kehitettiin Python-skriptejä, jotka ohjasivat GSM-modeemia suorittimelta UART-väylää pitkin. Python-skriptit vastasivat myös näppäimistön ja näytön ohjauksesta.

Proof-of-concept-soveltuvuusselvitys suoritettiin yhdistämällä suoritin- ja GSM-laitteistokehityssarjat toisiinsa käyttäen ulkoista LED-valodiodia näyttönä ja yhtä painiketta näppäimistönä. Kummankin laitteistokehityssarjan saatua virtansa ja suoritinkehityssarjan käynnistyttyä Linux-käyttöjärjestelmä ajoi laitteiston ohjaukseen käytetyt Python-skriptit.

Lopputyössä perehdyttiin myös piirilevyn kehityksen vaiheisiin. Kaikki projektin kehitystyö tallennettiin avointen lähdekoodien hengessä julkisesti saataville git-lähdekoodiversiointijärjestelmää käyttäen tunnettuun GitHub-palveluun.

Soveltuvuusselvitys osoitti, että niin puheluiden soittaminen kuin niihin vastaaminen laitteella onnistui. Python-skriptikokoelmassa todettiin kuitenkin suunnitteluvirheitä, joiden takia ohjelman jatkokehitys nykyisessä muodossa olisi haastavaa. Sen lisäksi paljastui, että piirilevyn kehityksessä käytetyt piirisommittelun rajasäännöt eivät sopineet piirilevyn valmistajalle eikä piirilevyä voitu valmistaa. Koska piirilevysuunnittelu ja Python-skriptit ovat julkisesti saatavilla, kuka tahansa voi vapaasti jatkaa laitteen ja se toiminnan hiomista eteenpäin.