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一款手機的設計成功靠的絕不僅僅是外觀、待機時間和可靠性，好的設計架構也必須要能兼容新的應用模型，與此同時，還要接受業界設定的標桿，除非能超過它。手機以及一些其他電子設備如掌上電腦、便攜式多媒體播放器(PMP)、數碼相機的融合。 正如我們所見的那樣迅猛發展，譬如近期推出的索愛W950i隨身聽和諾基亞N系列手機。系統設計師們必須在手機中加入更多的功能來提高成功的機會。 但是，許多這種“融合”的手機，常常難以提供良好的用戶體驗。高度集成的手機的失敗源于許多不同因素，但是可用性差通常是它們無法吸引其應有的眾多用戶的最可能的原因。可用性并不只是指某種產品的易于使用性，也指其每種功能與市場上其他含這種功能的產品的性能比較。 集成的功能質量往往被忽視。舉個例子，你可以在很多手機上發現低質的數碼相機。系統設計者需要為每種功能仔細考慮，而不僅是核對系統的功能表上的項目。要讓集成的功能有所值，就必須關注其應帶來的用戶體驗。 在消費電子領域，支持音樂、影像播放及帶有數碼攝相的手機的分類在迅速變化，從高端變到中端，甚至某些時候是低端。隨時間推移，多媒體手機會繼續向海量存儲容量發展，尤其是隨著閃存技術成本正以驚人的速度下降。更實用的海量存儲使得設備能支持更高比特率的多媒體內容以及更高相素的照像模塊。在當今的市場上，1G容量可被視為海量存儲的增量單位，而多媒體手機的容量期望在1GB以上。這種趨勢隨著新近推出的SD2.0規范而更加明顯，該標準中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設備，包括NAND和HDD。 有一點對于多媒體手機十分重要，那就是其要能提供一種高速的對外連接來傳輸大量的多媒體資料，例如音樂、影像和圖片。這種連接最普遍的是用USB接口來實現與PC的連接。當今市場上絕大多數手機支持的仍是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。表一列出了兩種標準的基本比較，以及一些利用USB原始信令速率(不算SW開銷)計算出的傳輸時間的幾個例子。圖一是典型手機基帶處理器的架構圖。注意這種架構只集成了FSUSB SIE(串行接口引擎)，還需要外加一個FSUSB收發器。 表一中的數據反映了FSUSB和HSUSB傳輸的原始信令速率，它們差出了一個數量級(HSUSB比FSUSB快40倍)。應當注意，這些數據不包括任何軟件開銷和硬件限制。所以，實際系統中的數據率將大大的降低。 乍看起來，可以認為采用HSUSB就可以自動增加帶寬從而有效解決PC和大容量設備間的低傳輸速率問題。可事實是，USB的數據實際吞吐量還取決于系統架構，系統架構決定了軟硬件開銷及限制。 考慮采用圖2中的HSUSB。因為基帶處理器只支持FSUSB，所以要用一個外設HSUSB控制器來支持HSUSB。HSUSB控制器通常與處理器的外部存儲接口相連，這個接口也同樣可為不同的存儲設備共享，例如NAND和SDRAM。在這種價架構下，圖2中的紅箭頭就代表了從PC通過HSUSB到大容量存儲設備間的數據流簡化表示。圖3則是其更貼近實際的表示。 圖1：使用帶有FSUSB的處理器的手機。 圖2：使用外接HSUSB控制器的手機。 圖3：從PC到使用外接HSUSB控制器的海量存儲器的數據流。 在圖3中，數據流不再像圖2那樣簡單直接的表示。從PC發出的數據流首先經過HSUSB，再經緩沖進入基帶處理器上的SDRAM。接下來由處理器讀取SDRAM的數據再將其寫入海量存儲設備，在本例中是一個NAND閃存。但如果沒有對軟件進行仔細的優化設計，這種媒介傳遞的形式不但會阻礙HSUSB的充分利用，也會大大降低整個系統的性能。因此，使用這種架構通常無法得到HSUSB本應有的最佳用戶體驗。 另外，由于集成了多種功能，就不可避免地需要多任務處理。手機架構設計師面臨的一個挑戰就是要求所設計的架構具有足夠的靈活度，能夠適應新的應用模型。例如，隨著3G+無線技術的演進，無線空中接口帶寬也成指數增長，人們可以用一個3G+手機作為調制解調器實現高速互聯網絡連接。這對于那些在旅途中也需要高速網絡訪問的終端用戶尤為有用。然而，這些新應用模型只有在多任務處理能得到有效支持時才能發揮作用。例如，當用戶正以手機作為存儲設備(拇指存儲器模式)或者正下載多媒體資料，這時仍需要其保持接打電話及連接網絡的功能，否則會帶來不便。圖3的手機設計中，當USB進行傳輸時，基帶處理器將忙于傳輸數據而常常沒有剩余帶寬來處理其核心任務，如語音通話。所以，手機設計者不得不調整當前的手機設計來兼容新一代的應用模型。 西橋架構 為迎接多任務處理的挑戰，系統設計師需要新的設計架構選擇，例如西橋，它消除了幾代處理器的處理瓶頸。就像在PC架構中引入北橋和南橋一樣，在嵌入式系統中，西橋將負責主處理器與外設的連接。圖4為采用西橋的架構。 圖4：西橋架構方框圖 在這個圖例中，西橋有三個端口：一個處理器“P”端口，一個HSUSB“U”端口及一個海量存儲器“S”端口。其中“P”端口連接嵌入式處理器，同時支持硬件DMA通道。在手機設計中，“P”端口連接到基帶處理器的標準外部存儲接口；“U”端口提供USB2.0連接，“S”端口支持各種海量存儲技術，例如8位/16位NAND閃存，SD/miniSD/T-F Flash，MMC/MMC+，甚至新的硬盤驅動(HDD)標準CE-ATA。 圖4中的紅箭頭表示這3個端口中可能的數據通路。注意當這些箭頭都通過西橋時，為了避免堵塞，它們同時而又彼此獨立地被標出。箭頭“1”，即“P”端口和“U”端口間的通路，通過HSUSB接口實現基帶處理器與外部的連接。這個數據通路可實現像前面提到的無線上網這類的新應用模型。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與海量存儲器中的數據上傳和下載到手機上。這個通路尤其適用于傳輸多媒體文件：從PC下載MP3/WMA/Video到手機，或者從手機上傳圖片到PC。與圖3中的手機架構相比，海量存儲器現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據傳輸的負擔，因為它不再作為PC與海量存儲器間的數據通路。這為更多重要的任務釋放出了處理器的工作帶寬。圖5將解釋這種新的架構。注意PC與海量存儲間的數據通路與圖2和圖3中的不同。 圖5：采用Antioch西橋時從PC到海量存儲器的直接通路。 總而言之，PC與海量存儲器間的直接通路極大的提高了吞吐效率。塞普拉斯為當今市場上不同移動設備的USB連接吞吐量設定了標桿。在可控環境下對該標桿進行了測試試驗，表2中列出了測試結果。這些設備的名字因需保密而省略。 如表2所示，PC與海量存儲器間的直接通路極大地提高了吞吐效率。這使得西橋對一些性能關鍵系統十分有吸引力，因為它能大大提升用戶的HSUSB體驗。 表1：USB的理論傳輸速率和傳輸時間。 表2：手機USB傳輸速率標桿測試結果。 重點是，這種架構允許三條數據通路同時開通。這使得任何移動手機設計都可以應用西橋。一款典型的處理器從設計到大規模生產需要大約2年的時間，而海量存儲器接口標準的更新遠快于處理器設計周期，所以市場上的處理器往往很難支持最新的存儲設備。但通過使用西橋，就能夠完美地連接到現今大多數處理器都還無法支持的最新海量存儲設備，例如SD2.0和CE-ATA。 橋架構解決了PC中的很多難題。類似地，在移動手機設計中引入西橋將設計者從平衡其功能與靈活性中解放出來。西橋并不只通過PC與存儲設備間的直接通路帶來最佳HSUSB體驗，它還能實現同時支持不同應用模型的多任務，并滿足當前以及未來的多媒體手機設計中不斷增長的吞吐率需求。 |
