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一款手機(jī)的設(shè)計(jì)成功靠的絕不僅僅是外觀、待機(jī)時(shí)間和可靠性，好的設(shè)計(jì)架構(gòu)也必須要能兼容新的應(yīng)用模型，與此同時(shí)，還要接受業(yè)界設(shè)定的標(biāo)桿，除非能超過(guò)它。手機(jī)以及一些其他電子設(shè)備如掌上電腦、便攜式多媒體播放器(PMP)、數(shù)碼相機(jī)的融合。 正如我們所見(jiàn)的那樣迅猛發(fā)展，譬如近期推出的索愛(ài)W950i隨身聽(tīng)和諾基亞N系列手機(jī)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們必須在手機(jī)中加入更多的功能來(lái)提高成功的機(jī)會(huì)。 但是，許多這種“融合”的手機(jī)，常常難以提供良好的用戶(hù)體驗(yàn)。高度集成的手機(jī)的失敗源于許多不同因素，但是可用性差通常是它們無(wú)法吸引其應(yīng)有的眾多用戶(hù)的最可能的原因。可用性并不只是指某種產(chǎn)品的易于使用性，也指其每種功能與市場(chǎng)上其他含這種功能的產(chǎn)品的性能比較。 集成的功能質(zhì)量往往被忽視。舉個(gè)例子，你可以在很多手機(jī)上發(fā)現(xiàn)低質(zhì)的數(shù)碼相機(jī)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要為每種功能仔細(xì)考慮，而不僅是核對(duì)系統(tǒng)的功能表上的項(xiàng)目。要讓集成的功能有所值，就必須關(guān)注其應(yīng)帶來(lái)的用戶(hù)體驗(yàn)。 在消費(fèi)電子領(lǐng)域，支持音樂(lè)、影像播放及帶有數(shù)碼攝相的手機(jī)的分類(lèi)在迅速變化，從高端變到中端，甚至某些時(shí)候是低端。隨時(shí)間推移，多媒體手機(jī)會(huì)繼續(xù)向海量存儲(chǔ)容量發(fā)展，尤其是隨著閃存技術(shù)成本正以驚人的速度下降。更實(shí)用的海量存儲(chǔ)使得設(shè)備能支持更高比特率的多媒體內(nèi)容以及更高相素的照像模塊。在當(dāng)今的市場(chǎng)上，1G容量可被視為海量存儲(chǔ)的增量單位，而多媒體手機(jī)的容量期望在1GB以上。這種趨勢(shì)隨著新近推出的SD2.0規(guī)范而更加明顯，該標(biāo)準(zhǔn)中SD卡的最大容量定為32GB。除了SD/MMC卡，還有其他一些流行的海量存儲(chǔ)設(shè)備，包括NAND和HDD。 有一點(diǎn)對(duì)于多媒體手機(jī)十分重要，那就是其要能提供一種高速的對(duì)外連接來(lái)傳輸大量的多媒體資料，例如音樂(lè)、影像和圖片。這種連接最普遍的是用USB接口來(lái)實(shí)現(xiàn)與PC的連接。當(dāng)今市場(chǎng)上絕大多數(shù)手機(jī)支持的仍是USB1.1連接(FSUSB，12Mbps)，而支持更快的USB2.0連接(HSUSB，480Mbps)將很快成為必需的要求。表一列出了兩種標(biāo)準(zhǔn)的基本比較，以及一些利用USB原始信令速率(不算SW開(kāi)銷(xiāo))計(jì)算出的傳輸時(shí)間的幾個(gè)例子。圖一是典型手機(jī)基帶處理器的架構(gòu)圖。注意這種架構(gòu)只集成了FSUSB SIE(串行接口引擎)，還需要外加一個(gè)FSUSB收發(fā)器。 表一中的數(shù)據(jù)反映了FSUSB和HSUSB傳輸?shù)脑夹帕钏俾剩鼈儾畛隽艘粋�(gè)數(shù)量級(jí)(HSUSB比FSUSB快40倍)。應(yīng)當(dāng)注意，這些數(shù)據(jù)不包括任何軟件開(kāi)銷(xiāo)和硬件限制。所以，實(shí)際系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)率將大大的降低。 乍看起來(lái)，可以認(rèn)為采用HSUSB就可以自動(dòng)增加帶寬從而有效解決PC和大容量設(shè)備間的低傳輸速率問(wèn)題。可事實(shí)是，USB的數(shù)據(jù)實(shí)際吞吐量還取決于系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)架構(gòu)決定了軟硬件開(kāi)銷(xiāo)及限制。 考慮采用圖2中的HSUSB。因?yàn)榛鶐幚砥髦恢С諪SUSB，所以要用一個(gè)外設(shè)HSUSB控制器來(lái)支持HSUSB。HSUSB控制器通常與處理器的外部存儲(chǔ)接口相連，這個(gè)接口也同樣可為不同的存儲(chǔ)設(shè)備共享，例如NAND和SDRAM。在這種價(jià)架構(gòu)下，圖2中的紅箭頭就代表了從PC通過(guò)HSUSB到大容量存儲(chǔ)設(shè)備間的數(shù)據(jù)流簡(jiǎn)化表示。圖3則是其更貼近實(shí)際的表示。 圖1：使用帶有FSUSB的處理器的手機(jī)。 圖2：使用外接HSUSB控制器的手機(jī)。 圖3：從PC到使用外接HSUSB控制器的海量存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)流。 在圖3中，數(shù)據(jù)流不再像圖2那樣簡(jiǎn)單直接的表示。從PC發(fā)出的數(shù)據(jù)流首先經(jīng)過(guò)HSUSB，再經(jīng)緩沖進(jìn)入基帶處理器上的SDRAM。接下來(lái)由處理器讀取SDRAM的數(shù)據(jù)再將其寫(xiě)入海量存儲(chǔ)設(shè)備，在本例中是一個(gè)NAND閃存。但如果沒(méi)有對(duì)軟件進(jìn)行仔細(xì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這種媒介傳遞的形式不但會(huì)阻礙HSUSB的充分利用，也會(huì)大大降低整個(gè)系統(tǒng)的性能。因此，使用這種架構(gòu)通常無(wú)法得到HSUSB本應(yīng)有的最佳用戶(hù)體驗(yàn)。 另外，由于集成了多種功能，就不可避免地需要多任務(wù)處理。手機(jī)架構(gòu)設(shè)計(jì)師面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)就是要求所設(shè)計(jì)的架構(gòu)具有足夠的靈活度，能夠適應(yīng)新的應(yīng)用模型。例如，隨著3G+無(wú)線技術(shù)的演進(jìn)，無(wú)線空中接口帶寬也成指數(shù)增長(zhǎng)，人們可以用一個(gè)3G+手機(jī)作為調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接。這對(duì)于那些在旅途中也需要高速網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的終端用戶(hù)尤為有用。然而，這些新應(yīng)用模型只有在多任務(wù)處理能得到有效支持時(shí)才能發(fā)揮作用。例如，當(dāng)用戶(hù)正以手機(jī)作為存儲(chǔ)設(shè)備(拇指存儲(chǔ)器模式)或者正下載多媒體資料，這時(shí)仍需要其保持接打電話及連接網(wǎng)絡(luò)的功能，否則會(huì)帶來(lái)不便。圖3的手機(jī)設(shè)計(jì)中，當(dāng)USB進(jìn)行傳輸時(shí)，基帶處理器將忙于傳輸數(shù)據(jù)而常常沒(méi)有剩余帶寬來(lái)處理其核心任務(wù)，如語(yǔ)音通話。所以，手機(jī)設(shè)計(jì)者不得不調(diào)整當(dāng)前的手機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)兼容新一代的應(yīng)用模型。 西橋架構(gòu) 為迎接多任務(wù)處理的挑戰(zhàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要新的設(shè)計(jì)架構(gòu)選擇，例如西橋，它消除了幾代處理器的處理瓶頸。就像在PC架構(gòu)中引入北橋和南橋一樣，在嵌入式系統(tǒng)中，西橋?qū)⒇?fù)責(zé)主處理器與外設(shè)的連接。圖4為采用西橋的架構(gòu)。 圖4：西橋架構(gòu)方框圖 在這個(gè)圖例中，西橋有三個(gè)端口：一個(gè)處理器“P”端口，一個(gè)HSUSB“U”端口及一個(gè)海量存儲(chǔ)器“S”端口。其中“P”端口連接嵌入式處理器，同時(shí)支持硬件DMA通道。在手機(jī)設(shè)計(jì)中，“P”端口連接到基帶處理器的標(biāo)準(zhǔn)外部存儲(chǔ)接口；“U”端口提供USB2.0連接，“S”端口支持各種海量存儲(chǔ)技術(shù)，例如8位/16位NAND閃存，SD/miniSD/T-F Flash，MMC/MMC+，甚至新的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)(HDD)標(biāo)準(zhǔn)CE-ATA。 圖4中的紅箭頭表示這3個(gè)端口中可能的數(shù)據(jù)通路。注意當(dāng)這些箭頭都通過(guò)西橋時(shí)，為了避免堵塞，它們同時(shí)而又彼此獨(dú)立地被標(biāo)出。箭頭“1”，即“P”端口和“U”端口間的通路，通過(guò)HSUSB接口實(shí)現(xiàn)基帶處理器與外部的連接。這個(gè)數(shù)據(jù)通路可實(shí)現(xiàn)像前面提到的無(wú)線上網(wǎng)這類(lèi)的新應(yīng)用模型。箭頭“2”，即“P”端口和“S”端口間的通路，將基帶處理器連到海量存儲(chǔ)器，就像二者直接連接一樣。箭頭“3”，即“U”端口與“S”端口之間的通路，支持將PC與海量存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)上傳和下載到手機(jī)上。這個(gè)通路尤其適用于傳輸多媒體文件：從PC下載MP3/WMA/Video到手機(jī)，或者從手機(jī)上傳圖片到PC。與圖3中的手機(jī)架構(gòu)相比，海量存儲(chǔ)器現(xiàn)在直接連接到西橋和不是處理器本身。這樣，基帶處理器完全擺脫了數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，因?yàn)樗辉僮鳛镻C與海量存儲(chǔ)器間的數(shù)據(jù)通路。這為更多重要的任務(wù)釋放出了處理器的工作帶寬。圖5將解釋這種新的架構(gòu)。注意PC與海量存儲(chǔ)間的數(shù)據(jù)通路與圖2和圖3中的不同。 圖5：采用Antioch西橋時(shí)從PC到海量存儲(chǔ)器的直接通路。 總而言之，PC與海量存儲(chǔ)器間的直接通路極大的提高了吞吐效率。塞普拉斯為當(dāng)今市場(chǎng)上不同移動(dòng)設(shè)備的USB連接吞吐量設(shè)定了標(biāo)桿。在可控環(huán)境下對(duì)該標(biāo)桿進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)，表2中列出了測(cè)試結(jié)果。這些設(shè)備的名字因需保密而省略。 如表2所示，PC與海量存儲(chǔ)器間的直接通路極大地提高了吞吐效率。這使得西橋?qū)σ恍┬阅荜P(guān)鍵系統(tǒng)十分有吸引力，因?yàn)樗艽蟠筇嵘脩?hù)的HSUSB體驗(yàn)。 表1：USB的理論傳輸速率和傳輸時(shí)間。 表2：手機(jī)USB傳輸速率標(biāo)桿測(cè)試結(jié)果。 重點(diǎn)是，這種架構(gòu)允許三條數(shù)據(jù)通路同時(shí)開(kāi)通。這使得任何移動(dòng)手機(jī)設(shè)計(jì)都可以應(yīng)用西橋。一款典型的處理器從設(shè)計(jì)到大規(guī)模生產(chǎn)需要大約2年的時(shí)間，而海量存儲(chǔ)器接口標(biāo)準(zhǔn)的更新遠(yuǎn)快于處理器設(shè)計(jì)周期，所以市場(chǎng)上的處理器往往很難支持最新的存儲(chǔ)設(shè)備。但通過(guò)使用西橋，就能夠完美地連接到現(xiàn)今大多數(shù)處理器都還無(wú)法支持的最新海量存儲(chǔ)設(shè)備，例如SD2.0和CE-ATA。 橋架構(gòu)解決了PC中的很多難題。類(lèi)似地，在移動(dòng)手機(jī)設(shè)計(jì)中引入西橋?qū)⒃O(shè)計(jì)者從平衡其功能與靈活性中解放出來(lái)。西橋并不只通過(guò)PC與存儲(chǔ)設(shè)備間的直接通路帶來(lái)最佳HSUSB體驗(yàn)，它還能實(shí)現(xiàn)同時(shí)支持不同應(yīng)用模型的多任務(wù)，并滿足當(dāng)前以及未來(lái)的多媒體手機(jī)設(shè)計(jì)中不斷增長(zhǎng)的吞吐率需求。 |
