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移動市場正在進(jìn)入一個快速發(fā)展的時代，新服務(wù)的出現(xiàn)正在推動前所未有的對新應(yīng)用和新特性的需求。手機(jī)用戶所需要的產(chǎn)品是能在不犧牲手機(jī)大小和功耗的前提下，提供真正的移動性能。 這是下一代手機(jī)設(shè)計(jì)者和相應(yīng)的芯片供應(yīng)商都必須面對的挑戰(zhàn)。隨著開發(fā)、測試和驗(yàn)證軟件的過程成為設(shè)計(jì)工作的主要部分和手機(jī)及時上市的關(guān)鍵因素，只在單個處理器內(nèi)運(yùn)行所有手機(jī)軟件已不可能滿足要求。 采用多個分離的應(yīng)用處理器的臨時性解決方案在短期內(nèi)是可行的，但它們會顯著增加功耗，使電池壽命變短，而且物料成本也會增加。 采用一個高性能內(nèi)核、既處理通信協(xié)議又實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的單一處理器方法也受制于功耗方面的挑戰(zhàn)和所需軟件復(fù)雜性帶來的一系列問題。 為這類系統(tǒng)添加新應(yīng)用或新通信功能，會牽涉到令人頭痛的測試和驗(yàn)證，開發(fā)過程將延長好幾個月，并使得派生產(chǎn)品的開發(fā)既耗時又費(fèi)錢。轉(zhuǎn)向一個更高性能的內(nèi)核意味著實(shí)際上必須重新編寫和重新測試代碼，從而再次使開發(fā)過程大大延長。 軟件是手機(jī)開發(fā)主要的耗時因素。減少派生產(chǎn)品的開發(fā)和測試時間可以急劇縮短上市時間及獲取收益的時間，但是與此同時必須使手機(jī)供應(yīng)商能夠滿足運(yùn)營商對新功能和新用戶界面的需求。 因此軟件開發(fā)和測試對手機(jī)供應(yīng)商來說是個關(guān)鍵問題。使盡可能多的代碼得到復(fù)用是，定制和修改工作對系統(tǒng)其它部分的影響要盡可能的少，這兩點(diǎn)至關(guān)重要。 改變單一高性能處理器中的任何一行代碼都可能需要對相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行從頭到尾的重新測試和重新驗(yàn)證。 為系統(tǒng)的不同部分采用多個不同的處理器內(nèi)核可以克服軟件開發(fā)中的這些挑戰(zhàn)，而且可大大降低手機(jī)的功耗。一個架構(gòu)設(shè)計(jì)良好的軟件和硬件系統(tǒng)將所有的處理和外設(shè)功能集成在單一芯片上，可降低手機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，從而減少所需物料、制造成本和硬件測試成本，同時可以加速手機(jī)的上市時間。 選擇一個具有可合成、可伸縮內(nèi)核的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)處理器架構(gòu)現(xiàn)在可以使整個架構(gòu)提供最佳的性能表現(xiàn)，而且在將來可滿足廣泛的設(shè)計(jì)需要并保持軟件的兼容性。 一旦這種方法同軟件開發(fā)的優(yōu)勢結(jié)合起來，就可以給手機(jī)開發(fā)商和運(yùn)營商帶來關(guān)鍵的益處。 1 硬件架構(gòu) 杰爾系統(tǒng)公司的Vision手機(jī)架構(gòu)將一個專用的通信引擎與一個獨(dú)立的應(yīng)用處理器結(jié)合在單一芯片上，通過共享存儲器實(shí)現(xiàn)連接，還集成了若干種外設(shè)。該架構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)想是既能擴(kuò)展應(yīng)用性能又能適應(yīng)通信承載技術(shù)的變化。因而，隨著承載技術(shù)從GPRS發(fā)展到EDGE再到UMTS直至新出現(xiàn)的高速數(shù)據(jù)包訪問(HSDPA)協(xié)議，其中的通信處理器可以相應(yīng)升級，同時又不會干擾應(yīng)用處理器。同樣，應(yīng)用處理器也可以被改變以應(yīng)對日益增多的多媒體要求，從MP3到視頻播放再到視頻電話。這使得很大程度上的復(fù)用成為可能，從而使個人寬帶變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 以2.5G GPRS/EDGE實(shí)現(xiàn)為例，此通信引擎把一個ARM處理器同一個DSP16K數(shù)字信號處理器緊密結(jié)合在一起。DSP引擎處理通信連接方面的各個實(shí)時單元，而ARM處理更高級別的協(xié)議棧。 這和傳統(tǒng)的單芯片方法有很大不同，因?yàn)楹笳咚械膽?yīng)用任務(wù)都由處理通信連接的同一個處理器來處理。這對該單一處理器及其存儲器子系統(tǒng)提出了很嚴(yán)格的要求，而且所有應(yīng)用軟件都要經(jīng)過充分驗(yàn)證，它們一定要完全可靠，避免手機(jī)的通信性能受到損害。 例如，應(yīng)用區(qū)的一個緩存器超負(fù)荷運(yùn)行也許不會損害某個特定應(yīng)用，但它有可能在通信方面引起沖突問題。 反之，在Vision架構(gòu)中一個獨(dú)立的處理器用來運(yùn)行應(yīng)用程序，包括高級操作系統(tǒng)。 這種可伸縮的架構(gòu)可使多種派生產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化，以便ARM應(yīng)用內(nèi)核能為各種各樣的手機(jī)提供高層次的多媒體支持。Vision架構(gòu)還支持高達(dá)每秒30幀的VGA解碼和MPEG-4及H.263視頻編碼、VGA彩色顯示、Q-VGA輔助顯示以及多達(dá)5M像素的數(shù)碼照相機(jī)功能、2D/3D圖形、3D聲音和立體聲話筒。這種強(qiáng)大的功能組合為很多應(yīng)用提供了一個平臺，如MMS多媒體信息發(fā)送、WAP瀏覽、Java游戲和視頻電話。 處理器之間的接口通過一個共享存儲器實(shí)現(xiàn)，它由處理器控制單元(PCU)進(jìn)行判優(yōu)。PCU處理三個處理器之間的通信，來訪問存儲器并傳輸數(shù)據(jù)。與通信和應(yīng)用處理器分開的架構(gòu)相比，為通信引擎和應(yīng)用處理器采用共享存儲器可以節(jié)省相當(dāng)多的物料成本， 而分開的架構(gòu)需要它們各自獨(dú)立的存儲器管腳。 2 電源管理 使所有處理器集成在一個芯片上非常有利于電源管理。首先，由于不必從片外連接到應(yīng)用處理器，因而帶來很大的功率節(jié)省。各個I/O模塊是功率的主要消耗單元，所以避免片外連接并采用片內(nèi)存儲器可以顯著減少功耗。 時鐘發(fā)生單元是該器件內(nèi)部的電源管理主體，它可由通信內(nèi)核上的電源管理軟件控制，也可以由運(yùn)行在應(yīng)用內(nèi)核上的應(yīng)用程序控制，以便實(shí)現(xiàn)不同級別的功率控制。 通過這種器件集成、電源管理和工藝技術(shù)的結(jié)合，Vision架構(gòu)的功耗只是其它解決方案的一半，從而顯著延長電話的待機(jī)和通話時間。 各自分開的處理器不僅在使用時可以降低供耗，而且這種分開意味著一個高功率效率的處理器用來實(shí)現(xiàn)在大部分時間都開著的功能，而不是必須讓一個高性能處理器始終保持“開”，以便處理電話功能。 為了從既實(shí)現(xiàn)電話功能又處理新興多媒體應(yīng)用的單一處理器那里獲得同等的性能，就需要一個運(yùn)行速度超過250MHz的強(qiáng)大處理器。這還需要轉(zhuǎn)向采用一種高漏電流的硅工藝，這樣在待機(jī)模式下也要消耗更多的電流，結(jié)果大大縮短總的電池壽命。漏電流甚至在相應(yīng)處理器沒被使用時(在手機(jī)應(yīng)用中大概要占80%的時間)也消耗功率。 3 對正在演變的應(yīng)用的支持 Vision架構(gòu)還允許其它外設(shè)被添加到一個模塊化設(shè)計(jì)之中，同時不影響應(yīng)用引擎或通信引擎，因而使得派生手機(jī)的開發(fā)相對容易一些。該器件的第一代包括USB OTG等外設(shè)以及UARTS、GPIO和SSI等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口。 由于該架構(gòu)固有的可伸縮性，因此一旦有需要，更高性能的內(nèi)核就可以集成進(jìn)來作為應(yīng)用處理器，為具有更先進(jìn)多媒體應(yīng)用的特定設(shè)備服務(wù)，同時保持基本的通信引擎不變。 圖1：Vision手機(jī)架構(gòu) 將通信引擎升級的能力可用來提供更高性能的通信功能，如WCDMA和GSM(支持GPRS及EDGE)雙模，以及新的HSDPA協(xié)議，這是該架構(gòu)的一個關(guān)鍵特性。 該單芯片、多內(nèi)核處理器是個數(shù)字基帶器件，它可以和一個混合信號器件協(xié)同工作，完成諸如系統(tǒng)電源管理、無線電子系統(tǒng)接口、LCD和揚(yáng)聲器控制以及其它混合信號模塊等功能。此外，為這個器件選擇合適的工藝，如優(yōu)化的混合信號工藝，對保持該系統(tǒng)功耗盡可能低是至關(guān)重要的。 4 軟件架構(gòu) 從軟件角度考慮，把經(jīng)過驗(yàn)證的專用通信引擎中的各個通信單元分離出來可以使大量驗(yàn)證合格并能用于生產(chǎn)的實(shí)時代碼直接復(fù)用。 這和單處理器方法非常不同，在單處理器方法中通信協(xié)議棧必須同其它應(yīng)用程序集成在一起。這可能會大大增加軟件開發(fā)時間以及使最終手機(jī)通過測試和驗(yàn)證的時間。 在Vision架構(gòu)的第一次實(shí)現(xiàn)中用作通信引擎的ARM和DSP16K是非常成熟的器件，它們已經(jīng)用在以前的許多芯片之中，包括Sceptre、LF、TC、HP 和HPE，從而使它成為一個現(xiàn)成的解決方案。Sceptre HPE已經(jīng)在運(yùn)行GPRS和 EDGE，而且相同的代碼將移植到Vision以加入這個經(jīng)過驗(yàn)證的功能。 此代碼提供對四頻帶(800/900/1800/1900) GSM系統(tǒng)和全部四種語音編解碼器的支持，包括半速率、全速率、增強(qiáng)全速率(EFR)和自適應(yīng)多速率(AMR)。這使得一種單一的手機(jī)設(shè)計(jì)就可在世界各地通用。針對下一代W-CDMA 3G手機(jī)的新的編碼解碼器，如寬帶AMR，正在開發(fā)之中。 其中，DSP處理底部的1層協(xié)議棧，負(fù)責(zé)完成設(shè)置、分解、編碼呼叫的具體工作。ARM內(nèi)核處理2層和3層協(xié)議、無線電資源管理、移動和呼叫管理以及一小層附加軟件以控制到該應(yīng)用處理器的接口。 盡管通信功能主要是靠鈴聲提示，但該DSP也可用于其它功能，最重要的是音頻。該架構(gòu)允許DSP16K處理音頻功能，如用于44Kbps高保真立體聲的兩通道音頻解碼，這個特性在多功能手機(jī)和智能手機(jī)中變得越來越常見。 于是這開辟了處理器之間采用一種新的通信方式的可能性。從傳統(tǒng)上看，應(yīng)用處理器通過AT指令和通信子系統(tǒng)進(jìn)行通信。這些是現(xiàn)成的，在今天的手機(jī)中也非常可靠和有效。 但是隨著對系統(tǒng)性能和功耗的要求日益苛刻，這些指令正變得越來越不能勝任。其主要缺點(diǎn)之一就是AT指令只能順序執(zhí)行，而且每條指令必須在下一條指令執(zhí)行之前完成。這使得應(yīng)用處理器留有大量的空閑周期。這些指令還存在一些固有問題，例如，從數(shù)據(jù)模式變到指令模式是采用+++序列，如果這存在于數(shù)據(jù)流中，系統(tǒng)則切換回指令模式，終止該數(shù)據(jù)流。 AT指令也沒有任何分組或IP地址的概念，所以需要加入點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議(PPP)以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)連接，但這會引入延遲。 EDGE和UMTS之類的新功能將需要麻煩的新AT指令，它們需要從頭開發(fā)一個新接口，而且不能復(fù)用現(xiàn)有技術(shù)，從而延長了開發(fā)和定制時間。 實(shí)現(xiàn)處理器之間接口的一種新方式就是先進(jìn)消息發(fā)送接口(AMI)。它利用共享存儲器接口來實(shí)現(xiàn)GSM棧頂部的一個信令協(xié)議。指令可以并行處理，用一個事件驅(qū)動機(jī)制來通知控制器何時一條指令已經(jīng)完成。 這種方式速度更快而且功率效率也更高，它允許系統(tǒng)的各個部件進(jìn)入睡眠模式直到當(dāng)前事件完成或直到一個新事件發(fā)生。這對于基于分組的連接尤其有用，因?yàn)榭梢允瓜到y(tǒng)在各個包之間處于睡眠狀態(tài)而不是象采用PPP連接那樣必須保持全功率狀態(tài)。 5 應(yīng)用框架 在應(yīng)用處理器方面，杰爾提供的一個應(yīng)用框架既可作為函數(shù)調(diào)用來訪問，也可作為一個庫來訪問，以便支持各種高級操作系統(tǒng)，如Symbian、Windows Mobile、PalmOS以及嵌入式Linux。這個框架還可用于實(shí)現(xiàn)來自業(yè)內(nèi)領(lǐng)先供應(yīng)商的附加環(huán)境，如OpenWave、Esmertec和Savaje。該內(nèi)核還可處理的應(yīng)用包括GPS衛(wèi)星定位、3D圖形、MPEG-4視頻、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)以及先進(jìn)音頻編碼(AAC)和MP3音頻。 在該應(yīng)用框架內(nèi)，對Java的支持通過來自第三方供應(yīng)商的各種各樣Java引擎來實(shí)現(xiàn)。有一些公司的引擎，如Esmertec，已經(jīng)預(yù)集成進(jìn)該框架，它們采用函數(shù)調(diào)用通過AMI來訪問不同處理器內(nèi)的功能。 這支持最新的無線工業(yè)Java技術(shù)(JTWI)實(shí)施方案，從當(dāng)前的MIDP2和連接有限器件配置(CLDC)1.1規(guī)范向前發(fā)展，目前的手機(jī)正在逐步淘汰那些原有的規(guī)范。JTWI包括針對無線消息發(fā)送的JSR120規(guī)范，以及給Java游戲和應(yīng)用一個多媒體API的JSR135規(guī)范。 通過利用Agere公司在向現(xiàn)有手機(jī)廠商供應(yīng)軟件和硅芯片方面的經(jīng)驗(yàn)，提供這些操作系統(tǒng)和Java環(huán)境可作為馬上可以生產(chǎn)的預(yù)集成解決方案，它們專為應(yīng)用處理器而優(yōu)化，而不是作為一個仍必須集成進(jìn)該系統(tǒng)的第三方應(yīng)用軟件。這使得手機(jī)開發(fā)商可以集中精力于應(yīng)用本身及其增值上，而不是把很多開發(fā)時間用在第三方環(huán)境的集成方面。 6 定制設(shè)計(jì) 定制正在成為手機(jī)開發(fā)商和運(yùn)營商的一個共同的關(guān)鍵需求。手機(jī)設(shè)計(jì)人員希望有一個單一的平臺，它應(yīng)該可以為世界上不同地區(qū)以及同一個地區(qū)內(nèi)的不同運(yùn)營商進(jìn)行定制，使用戶界面的外觀可以改變。 Vision架構(gòu)提供了一個“品牌中心”，在那里圖像可以存儲成一個公共軟件開發(fā)商模型里的資源。這使得用戶界面的邏輯結(jié)構(gòu)可以被編寫，只要提取相關(guān)的資源信息，如公司徽標(biāo)的各個位圖。 除了可以改變界面顏色和文字符號之外，這還使得菜單結(jié)構(gòu)很容易改變，從而可以與運(yùn)營商的服務(wù)和優(yōu)先考慮的產(chǎn)品相匹配。這類定制甚至可以在零售這一級實(shí)現(xiàn)，因而最新的屏保或行銷圖像可以在銷售點(diǎn)加到電話之中，極大地減輕了運(yùn)營商和零售商的庫存控制和存貨負(fù)擔(dān)。 所有這些都是用于開發(fā)、生產(chǎn)和測試的OptiSuite設(shè)計(jì)工具的一部分。這些工具可廣泛用于各種各樣的設(shè)計(jì)和支持硬件之中，完成網(wǎng)絡(luò)級的仿真和定制。 |
