雙核架構(gòu)平臺(tái)在手機(jī)中的應(yīng)用

目前手機(jī)市場(chǎng)正在向兩個(gè)趨勢(shì)發(fā)展：一個(gè)是功能相對(duì)固定，但以價(jià)格為主要優(yōu)勢(shì)的低端手機(jī)；另一個(gè)是集成的功能越來越多的高端多媒體功能手機(jī)和智能手機(jī)。從對(duì)應(yīng)的平臺(tái)供應(yīng)商提供的解決方案看；一方面是以TI和英飛凌，Silicon Laboratories積極推動(dòng)的單芯片方案,適用于只有簡(jiǎn)單語音與基本多媒體功能的低端手機(jī)。另一方面是杰爾系統(tǒng)(AGERE SYSTEM)，TI和高通推出的雙核架構(gòu)的方案；適用于高級(jí)多媒體功能手機(jī)和智能手機(jī)；適合GSM/GPRS/EDGE/WCDMA/HSDPA等制式；且具有良好的可擴(kuò)展性和可升級(jí)性；方便用戶實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化等特點(diǎn)，發(fā)展前景非常良好。杰爾推出的Vision雙核架構(gòu)平臺(tái)及其 OptiVerse軟件框架的解決方案，獨(dú)具特色。本文以Vision平臺(tái)為例，介紹雙核手機(jī)平臺(tái)軟硬件架構(gòu)，以及在手機(jī)中典型應(yīng)用和主要優(yōu)勢(shì)。

雙核平臺(tái)硬件構(gòu)架

當(dāng)前MP3，數(shù)碼相機(jī),視頻錄制與播放以及PDA等功能正廣泛集成到手機(jī)中；手機(jī)正從簡(jiǎn)單語音通訊器轉(zhuǎn)換為多媒體信息平臺(tái)。同時(shí)，3G/3.5G 等無線通信網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，提供了更大的帶寬傳送數(shù)據(jù)和更多的應(yīng)用。這些新功能和新應(yīng)用要求手機(jī)提供更多與更強(qiáng)的處理運(yùn)算能力。傳統(tǒng)的單處理器架構(gòu)通過簡(jiǎn)單提升CPU的頻率和指令執(zhí)行效率，已經(jīng)無法滿足這種需求。新的解決方法可以采用“基帶”+“應(yīng)用”的雙處理器架構(gòu)；基帶處理器由ARM7(或者ARM9)+DSP核組成，應(yīng)用處理器一般由RISC核或者DSP核組成，甚至采用RISC核+DSP核的組合?，F(xiàn)有的方案大多采用基帶和應(yīng)用處理器分別獨(dú)立的兩套系統(tǒng)組合起來的方法，其主要的缺點(diǎn)是元器件多，面積大，成本高，數(shù)據(jù)交換速率不高等。分段平臺(tái)供應(yīng)商(杰爾系統(tǒng)，TI和高通)提出了雙核架構(gòu)這種更有優(yōu)勢(shì)的解決方案。盡管幾家雙核架構(gòu)方案稍有差別，但其最主要特點(diǎn)都是一樣的。1，將所有芯核集成在一個(gè)單芯片中，而且IC至少包含兩個(gè)ARM CPU處理器核心(雙核)，其中ARM7(或ARM9)核負(fù)責(zé)通信協(xié)議，ARM9(或ARM11)主要負(fù)責(zé)多媒體處理，完成用戶界面(UI)，應(yīng)用軟件等。2，具有先進(jìn)時(shí)鐘管理和電源管理系統(tǒng)，可獨(dú)立控制各處理器核心的時(shí)鐘頻率和供電，有效地控制系統(tǒng)功耗；3，系統(tǒng)通過并行總線將各處理器核心連接起來，共享內(nèi)部和外部的MEMORY。外接的MEMORY劃分為基帶和應(yīng)用及共享三個(gè)分區(qū)，MEMROY分區(qū)大小可根據(jù)應(yīng)用需要靈活進(jìn)行。4，整個(gè)雙核架構(gòu)平臺(tái)采用由模擬基帶與數(shù)字基帶組成的雙芯片解決方案；模擬基帶已集成了電源控制、頻率控制、模擬基帶處理、音頻混合與轉(zhuǎn)換、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和電源管理等。以AGERE VISION為例，數(shù)字基帶擁有三個(gè)處理器內(nèi)核——用于執(zhí)行通信功能的ARM926EJ-S內(nèi)核、用于執(zhí)行應(yīng)用處理的ARM926EJ-S內(nèi)核，以及用于物理層與音頻信號(hào)處理的杰爾DSP16Ks內(nèi)核組成。這三部分可以由RCPC(時(shí)鐘電源控制單元)控制,獨(dú)立進(jìn)行時(shí)鐘和電源管理，如圖1所示。兩個(gè)ARM926核工作主頻都為200MHz；具有各自獨(dú)立的16K字節(jié)的高速指令緩沖存儲(chǔ)器、16K字節(jié)的數(shù)據(jù)高速緩沖存儲(chǔ)。核內(nèi)包含有存儲(chǔ)器管理單元；核內(nèi)具有兩個(gè)共享RAM可用于數(shù)據(jù)與信息交換—其中16K字節(jié)高速SRAM由3個(gè)處理器共享；另外的16K字節(jié)高速SRAM僅由兩個(gè)ARM核共享。通過核內(nèi)的PCU(處理器控制單元)和總線裁決器可以對(duì)于內(nèi)部共享RAM進(jìn)行讀寫權(quán)分配和數(shù)據(jù)保護(hù)。通過多口裁決器外接的MEMORY同樣可被由幾個(gè)處理器共享，并在AHB上增加16K字節(jié)高速SRAM作為數(shù)據(jù)BUFFER，以提高M(jìn)EMORY訪問速度和系統(tǒng)性能。DSP16Ks DSP核具有良好的功耗性能比，工作主頻為200MHz。核內(nèi)包含有48K字的data SRAM，48K字的指令SRAM和16K字的patch SRAM；Veterbi協(xié)處理器等。DSP作為L(zhǎng)1處理器和音頻處理固件(firmware)，執(zhí)行協(xié)議物理層處理和音頻處理等功能。VISION芯片還具有豐富的外圍接口，如：專用的液晶控制器和攝像機(jī)接口、帶有充電功能的集成USB2.0 OTG控制器、MMC/SD卡控制器、DIGRF等接口。平臺(tái)可簡(jiǎn)易接入藍(lán)牙、WIFI、GPS等外設(shè)。

雙核平臺(tái)軟件構(gòu)架

仍以VISION平臺(tái)為例，介紹雙核平臺(tái)軟件框架。VISION平臺(tái)融合了各Optiverse軟件框架，這些接口能夠顯著簡(jiǎn)化諸如音頻與視頻等可定制多媒體應(yīng)用的開發(fā)過程。與硬件分區(qū)類似，Optiverse 軟件采用定義精確的接口使通信與應(yīng)用功能分離，從而使手持終端制造商可集中精力進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，完全沒必要擔(dān)心通信軟件會(huì)出現(xiàn)問題。Optiverse架構(gòu)可分為AP(應(yīng)用處理器)和CP(通信處理器)兩個(gè)子系統(tǒng)，AP主要包括多媒體及其他相關(guān)應(yīng)用模塊，嵌入式操作系統(tǒng)(如Symbian、Windows mobile、Linux等)。CP包括協(xié)議棧(GPRS ,EDGE , 3G & HSDPA)通信模塊，AP、CP通過AMI( Advanced Messaging Interface)進(jìn)行交互；具體模塊如圖2所示。通訊 Engine提供通訊協(xié)議； (AMI) 用于兩個(gè)ARM CPU核之間交換信息；通訊Framework 提供一個(gè)與各種應(yīng)用(包括多媒體)的高層接口或者Open OS的接口；系統(tǒng) Framework負(fù)責(zé)提供外部硬件或者內(nèi)部軟件模塊(如多媒體codecs)等系統(tǒng)功能；應(yīng)用Framework提供了一個(gè)完整功能的應(yīng)用環(huán)境以及客戶定制API；應(yīng)用層用于創(chuàng)建個(gè)性化菜單結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用界面；適配層用于支持各種 Open OS的特定需要。

Optiverse軟件架構(gòu)非常清晰，保證了低耦合、強(qiáng)內(nèi)聚的基本原則；每個(gè)模塊都有明確的功能，模塊之間功能沒有重復(fù)。如OSFApp只負(fù)責(zé)用戶交互相關(guān)的處理(鍵盤、觸摸筆等)；OSFComm只負(fù)責(zé)提供協(xié)議棧相關(guān)的功能；OSF System只負(fù)責(zé)系統(tǒng)相關(guān)功能(驅(qū)動(dòng)、OS接口、功能lib)；應(yīng)用層只負(fù)責(zé)純應(yīng)用開發(fā)。

Optiverse應(yīng)用功能模塊與協(xié)議功能模塊的分割，便于在OSFComm和CP結(jié)構(gòu)之上定制第三方應(yīng)用架構(gòu)，包括采用Open OS。Agere可以實(shí)現(xiàn)對(duì)協(xié)議棧相關(guān)模塊的單獨(dú)升級(jí)，而不影響應(yīng)用模塊。

雙核架構(gòu)手機(jī)平臺(tái)典型應(yīng)用

在雙核架構(gòu)手機(jī)中CP專心處理通信協(xié)議，AP負(fù)責(zé)UI、java虛擬機(jī)、嵌入式瀏覽器、多媒體功能等應(yīng)用。這可以很好的解決單CPU方案多媒體手機(jī)，同時(shí)進(jìn)行通信和娛樂應(yīng)用時(shí)，響應(yīng)速度慢，及部分應(yīng)用無法同步進(jìn)行的問題；比如在進(jìn)行通話和數(shù)據(jù)下載的同時(shí)進(jìn)行視頻或移動(dòng)游戲。可以很好提升了用戶體驗(yàn)；雙核架構(gòu)在高端多媒體手機(jī)應(yīng)用具有明顯優(yōu)勢(shì)。

雙核架構(gòu)平臺(tái)另一典型應(yīng)用是智能手機(jī)。目前市場(chǎng)上智能手機(jī)主要采用分離式雙CPU方案；一個(gè)通訊基帶處理器和一個(gè)多媒體功能應(yīng)用處理器。通常，手機(jī)平臺(tái)供應(yīng)商提供的基帶處理器和無線通信協(xié)議軟件，作為無線MODEM用，實(shí)現(xiàn)空中接口，執(zhí)行通訊相關(guān)功能。而應(yīng)用處理器作為主控制器，具有非常強(qiáng)的處理運(yùn)算能力；其運(yùn)行UI和多媒體功能等應(yīng)用軟件及WindowsMobile、Symbian、嵌入式Linux等(OPEN)操作系統(tǒng)。采用分離式雙CPU方案，兩個(gè)處理器需要各自獨(dú)立的完整的電源管理系統(tǒng)和各自的外接MEMORY；需要各自的軟件升級(jí)接口。兩者之間一般需要多路模擬開關(guān)來切換音頻通路；AP端一般需要外加音頻CODEC。此外，兩個(gè)處理器之間通信方案在需要支持高速無線接口時(shí)，比較復(fù)雜。經(jīng)常使用的通信方案是利用IC集成的通用的嵌入式接口 UART或USB。UART一般傳輸速率為115k~230kbps，僅適合GPRS；使用時(shí)需要考慮不同供應(yīng)商的應(yīng)用和基帶處理器的接口兼容問題。低速USB 1.1接口在可提供最大為1.5Mbps的傳輸率(無補(bǔ)償重復(fù)和握手等操作)，可支持Edge實(shí)現(xiàn)；此方案要求基帶處理器必須具有USB接口，而應(yīng)用處理器能夠支持USB HOST或者USB OTG設(shè)備；軟件處理相對(duì)比較復(fù)雜。對(duì)于更高速無線接口如WCDMA、HSPDA(10Mbps)等應(yīng)用，比如視頻會(huì)議等流行的視頻應(yīng)用要求兩個(gè)處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸速率至少為2Mbps；UART與USB不能滿足速率傳輸要求；需要采用專有ASIC方案或者多端口存儲(chǔ)器。ASIC由于高成本和設(shè)計(jì)局限性，很少被采用。多端口存儲(chǔ)器接口存在著IC尺寸較大，增加系統(tǒng)成本和功耗的問題。采用分離式雙CPU方案設(shè)計(jì)的智能手機(jī)基本存在元器件多，面積大，成本高，響應(yīng)速度慢，軟件升級(jí)麻煩等問題。雙核架構(gòu)平臺(tái)采用的是共享 Memory (ROM and RAM)；雙處理器的通訊效率很高，數(shù)據(jù)傳輸速率很高，對(duì)大數(shù)據(jù)傳輸有很大的優(yōu)勢(shì)；很好得解決了處理器之間通信(數(shù)據(jù)交換)的問題。AP與CP信息的交互通過SHARE RAM有效快速的進(jìn)行；可以很好地解決UI操作速度慢等問題。電源管理和音頻處理等電路集成在一個(gè)ABB芯片。整個(gè)方案采用高度模塊化的系統(tǒng)架構(gòu)，非常簡(jiǎn)潔，產(chǎn)品化設(shè)計(jì)容易靈活，設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的尺寸小，系統(tǒng)成本低。平臺(tái)供應(yīng)商很容易進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)；可以保持整個(gè)架構(gòu)不變，通過簡(jiǎn)單地更換AP處理器(從ARM9換成ARM11，主頻從200MHZ提升到450MHZ或者更高)來增強(qiáng)處理運(yùn)算能力，對(duì)于移動(dòng)通訊設(shè)備市場(chǎng)發(fā)展的新趨勢(shì)和新應(yīng)用具備良好的適應(yīng)性。對(duì)于手機(jī)制造商進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，則可以利用最小的設(shè)計(jì)資源，最大程度重復(fù)利用基本設(shè)計(jì)，針對(duì)不同細(xì)分市場(chǎng)快速將產(chǎn)品市場(chǎng)化；產(chǎn)品系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。

目前高端手機(jī)正集成越來越多的功能(藍(lán)牙，手持式GPS功能，WLAN，手機(jī)電視等)。新功能的需求對(duì)于成本，功耗和產(chǎn)品體積提出了更大挑戰(zhàn)。超薄、輕巧、功能加強(qiáng)、低成本是手機(jī)未來發(fā)展的趨勢(shì)。雙核架構(gòu)方案從根本上解決很好滿足高端手機(jī)發(fā)展的需要，表現(xiàn)出良好的發(fā)展前景和巨大的潛力。

結(jié)語

雙核架構(gòu)手機(jī)平臺(tái)顯著優(yōu)勢(shì)，吸引許多手機(jī)平臺(tái)供應(yīng)商參與為實(shí)施雙核(多核)解決方案而不斷努力。杰爾，TI和高通都已經(jīng)提出各自的解決方案。AGERE VISION平臺(tái)已經(jīng)有AMOI和SAMSUNG等廠家所采用；AMOI的6款智能與功能手機(jī)已經(jīng)上市；SAMSUNG也將在近期推出產(chǎn)品。TI雙核平臺(tái)也已經(jīng)被廣泛采用并成功產(chǎn)品化。高通的MSM7K雙核平臺(tái)面對(duì)HSDPA高端智能手機(jī)，全球諸多廠家正在此平臺(tái)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)；產(chǎn)品將在2007年Q2前后推向市場(chǎng)。雙核架構(gòu)手機(jī)平臺(tái)必將在高端手機(jī)占據(jù)越來越大的市場(chǎng)份額，并逐漸成為市場(chǎng)的主流。

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