優(yōu)化DBDM手機處理器之間的通信方案

　　當(dāng)前的手機架構(gòu)使用著多種處理器間通信方式。目前流行的接口有SPI、I2C、UART和USB。

　　雖然SPI可能達(dá)到20Mbps以上的數(shù)據(jù)速率，但SPI沒有統(tǒng)一的規(guī)范，完全依賴于所使用的處理器?；鶐?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/處理器">處理器的典型SPI速度約為16Mbps。由于不同的基帶制造商都是生產(chǎn)自己專用的產(chǎn)品，因此不同基帶處理器具有不同的SPI接口，使得設(shè)計師很難成功對接兩個不同的基帶處理器，并獲得最佳的SPI速度。

　　另一方面，雖然最新的I2C規(guī)范要求高速模式下達(dá)到3.4Mbps的吞吐量，但目前的大多數(shù)器件只能支持400kbps到1Mbps的數(shù)據(jù)速率，這樣的速度對目前的電信需求來說顯然太慢了。

　　手機中使用的第三種互連是UART。UART的典型數(shù)據(jù)速率約1.5Mbps，高速UART可達(dá)5Mbps。但這樣的數(shù)據(jù)速率對高寬帶的處理器間通信來說也是不夠的。

　　最流行的互連方法之一是通過USB。大多數(shù)處理器都具有全速USB功能，全速USB的數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)12Mbps。在實際應(yīng)用中，由于USB協(xié)議中必要的包開銷較多，因此最高數(shù)據(jù)速率接近6Mbps。而且大多數(shù)基帶處理器并沒有配備USB解決方案中必需的USB host功能。這樣還必須內(nèi)建另外的USB host。除了不足以達(dá)到目前的HSPA數(shù)據(jù)速率外，還會增加功耗，因為即使在沒有數(shù)據(jù)傳輸USB host也會一直工作。基帶處理器上可用的USB端口數(shù)量通常也非常有限，因為手機實際上也用USB方式連接PC機。

　　以前由于只在慢速網(wǎng)絡(luò)上傳輸文本消息和簡單的數(shù)據(jù)，上述互連方法可能足夠用了。但隨著HSPA功能手機的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)14.4Mbps以上，上述目接口都無法有效地支持必要的吞吐量，并使手機處于最佳工作狀態(tài)。

　　那么設(shè)計師應(yīng)如何滿足手機中不斷增長的數(shù)據(jù)吞吐量要求呢？

　　替代性解決方案及其優(yōu)勢

　　解決處理器間連接問題的潛在方案之一是使用多端口互連，這也是目前許多DBDM架構(gòu)使用的方法。在這種架構(gòu)中，緩存式多端口器件作為兩個CPU之間的互連橋梁，可以在兩者間實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，并有助于在處理器間通信(IPC)時降低功耗。

　　速度

　　使用多端口互連的最明顯好處是速度。由于存取時間快至40ns，雙端口存儲器最高可支持400Mbps。這不僅為HSPA功能手機提供了足夠的支持，而且為未來吞吐量需求的持續(xù)增長(如LTE)奠定了基礎(chǔ)。隨著手機復(fù)雜性的提高，處理器間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量增加是不可避免的。通過多端口互連，手機設(shè)計師將不再面對處理器間通信的瓶頸問題。

　　功耗

　　除了高速外，低功耗是DBDM手機的另一個關(guān)鍵要求。如果在IPC過程中要求兩個基帶處理器一直保持工作(比如在SPI、UART、I2C或USB互連情況下)，電池壽命將大打折扣。除此之外，處理器之間的主動通信需要耗用每個處理器的專門資源，因此會降低它們的性能。

　　多端口解決方案可以實現(xiàn)處理器之間的被動通信。一個處理器可以在需要時寫入到多端口互連，然后進入睡眠模式。另外一個基帶處理器則可以根據(jù)自身情況隨時訪問這些數(shù)據(jù)。由于多端口互連起著緩存的作用，接收處理器可以一直處于睡眠模式，直到從多端口互連收到中斷指令才激活。

　　讓我們通過具體例子比較一下多端口IPC解決方案和基于全速USB的IPC方案。有效吞吐量為6Mbps的全速USB方案需要花80秒的時間傳輸60MB數(shù)據(jù)或10首MP3歌曲。而使用多端口互連方案以100Mbps的速度(假定為有效吞吐量)傳輸同樣大小的數(shù)據(jù)只需要5秒。

　　帶1.2V內(nèi)核的典型基帶處理器正常功耗是120mW，睡眠模式時為0.24mW。如果兩個處理器在80秒傳輸時間內(nèi)都處于工作狀態(tài)，USB方案將消耗5.33mWH的電流。在多端口方案中，數(shù)據(jù)傳輸期間只有一個處理器工作，因此多端口互連耦合(27mW)和處理器一起消耗的總電池能量僅為0.743mWH，相當(dāng)于在單個IPC場合節(jié)省了約85%的功率，這在越來越多的人通過手機下載音樂、照片、收發(fā)電子郵件和瀏覽互聯(lián)網(wǎng)的今天具有極大的價值。

　　靈活性

　　互連緩存的另外一個優(yōu)點是用多端口器件實現(xiàn)IPC不需要軟件驅(qū)動程序。因此手機制造商不需要對總體軟件IPC架構(gòu)作大的改動就能輕松地為不同地區(qū)推出不同型號的手機。這還為制造商帶來了更大的靈活性，他們可以使用在不同處理器上運行的不同操作系統(tǒng)，并根據(jù)系統(tǒng)需要而不是IPC限制來選取處理器。

　　單芯片解決方案

　　最近推出的單芯片解決方案包含了選定的GSM和CDMA頻段，非常值得關(guān)注。在這種方案中，由于單芯片需要適應(yīng)所有必需的功能，因此很多時候都會犧牲一定的特性和性能。而且這些處理器比較新，還沒有經(jīng)過市場的考驗。大多數(shù)制造商仍喜歡使用經(jīng)試驗和測試過的解決方案，而且通常不愿意在性能要求方面作出太大的妥協(xié)。雙處理器架構(gòu)將成為滿足不斷提高的網(wǎng)絡(luò)速度和性能要求的有力競爭者。

　　本文小結(jié)

　　隨著HSPA功能手機的推出以及視頻和數(shù)據(jù)內(nèi)容質(zhì)量的改進，許多處理器間通信架構(gòu)也日趨完美。傳統(tǒng)的互連架構(gòu)已無法支持與基帶處理器功能和未來移動通信標(biāo)準(zhǔn)匹配的數(shù)據(jù)吞吐量。一些手機設(shè)計師已經(jīng)開始意識到這個越來越迫切的問題，并在DBDM手機設(shè)計中開始使用低功率多端口互連方案。多端口互連不僅能夠滿足當(dāng)今手機所需的高帶寬和低功耗要求，而且向設(shè)計師提供了更大的靈活性，可以幫助他們以更低的成本和更快的上市時間推出更高質(zhì)量的手機。

　　表1：“全球手機”制造商和及手機型號。

　　表2：蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)傳輸速率。

　　表3：幾種手機處理器常有的通信接口及其缺點。