三種不同的智能手機(jī)解決方案

　　在智能手機(jī)中采用何種集成程度的器件將對(duì)系統(tǒng)的成本、性能、外形尺寸以及開發(fā)周期等產(chǎn)生影響。本文詳細(xì)分析三種不同集成程度的方案，闡述了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合，為設(shè)計(jì)方案的選擇提供了實(shí)用的分析思路。

　　手機(jī)設(shè)計(jì)工程師目前所要面對(duì)的關(guān)鍵問題之一是：應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器要集成到什么程度，才能更好地為市場(chǎng)營(yíng)銷目標(biāo)服務(wù)。為更有效地滿足OEM的需求，手機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師是應(yīng)該采用分離元件呢，還是采用系統(tǒng)級(jí)芯片?

　　對(duì)這個(gè)問題的回答非常重要，因?yàn)樵谶@一層面上對(duì)設(shè)計(jì)方向的選擇將影響很多技術(shù)及競(jìng)爭(zhēng)變數(shù)，這些變數(shù)決定了在市場(chǎng)上取得成功的關(guān)鍵因素-系統(tǒng)成本、硬件外形尺寸、上市時(shí)間、對(duì)不同無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性、功耗以及整體性能。在設(shè)計(jì)過程的早期選擇最佳的方法有助于使OEM成為市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，而不是跟隨者。

　　盡管這個(gè)問題很重要，但它并沒有一個(gè)確切的答案。目前市場(chǎng)上每種集成程度的方案都具有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，OEM必須對(duì)這些不同方案內(nèi)在的折衷進(jìn)行權(quán)衡，以選擇一個(gè)最能滿足他們?cè)O(shè)計(jì)和營(yíng)銷目標(biāo)的集成程度。

　　當(dāng)前的三種可選方案

　　目前有三種不同集成程度的方案可供手機(jī)設(shè)計(jì)工程師選擇。它們分別是：

　　方案一：應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器分離。設(shè)計(jì)手機(jī)的傳統(tǒng)方法是采用獨(dú)立的應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器，每種器件也許包含若干個(gè)處理內(nèi)核。例如，在應(yīng)用處理器里面有一個(gè)RISC內(nèi)核(如ARM9或ARM11)用于實(shí)現(xiàn)高中斷命令、控制以及用戶接口的功能，還有一個(gè)DSP(如TI的TMS320C55 DSP器件)用于進(jìn)行高度重復(fù)、數(shù)學(xué)運(yùn)算量大的音頻和視頻處理。同樣，調(diào)制解調(diào)器可以通過ARM以很高的效率來(lái)處理協(xié)議棧第二層和第三層，而協(xié)議棧第一層則由DSP來(lái)處理

　　無(wú)論器件采用什么架構(gòu)，它們都是完全獨(dú)立的，這使系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師能夠盡量提高系統(tǒng)的靈活性和性能。因?yàn)橄嗤瑧?yīng)用處理器可以用于不同的調(diào)制解調(diào)器技術(shù)和空中接口標(biāo)準(zhǔn)(GSM/GPRS、EDGE、UMTS和CDMA)，所以這種配置提供了最大的靈活性。此外，它還允許OEM選擇不同的應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器供應(yīng)商。

　　這種方案能獲得最高系統(tǒng)性能是由于應(yīng)用處理器可以使用專用資源(存儲(chǔ)器和總線)，以及在沒有調(diào)制解調(diào)器帶來(lái)的功率約束下采用最新的工藝技術(shù)。然而與此同時(shí)，這種方法使設(shè)計(jì)工程師面臨的工作復(fù)雜化，因?yàn)樗麄儽仨毤煞蛛x的硬件元件，并且要開發(fā)和整合使應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器能有效進(jìn)行通信的電話軟件層。因?yàn)閼?yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器可能完全來(lái)自不同的生產(chǎn)商，所以由第三方完成或提供它們之間硬件和軟件的整合的機(jī)會(huì)很小。

　　通常與應(yīng)用處理器一起提供的軟件開發(fā)平臺(tái)可加快整合的過程，然而對(duì)硬件和軟件的設(shè)計(jì)、整合及調(diào)試可能使整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)周期增加好幾個(gè)星期。

　　方案二：應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器集成在同一塊芯片里。集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的最新進(jìn)展允許芯片制造商將應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器集成在一個(gè)器件里。通常情況下，這個(gè)集成的器件使用多個(gè)處理內(nèi)核來(lái)完成相同的工作，而這些工作在分離器件的配置中是由兩個(gè)器件完成的。對(duì)于智能電話應(yīng)用，一個(gè)強(qiáng)大的ARM處理器可以與專用的硬件加速器配合起來(lái)管理應(yīng)用功能，另一個(gè)ARM處理器和一個(gè)DSP則用來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器功能。對(duì)于功能豐富而又要求低成本的應(yīng)用，應(yīng)用功能和調(diào)制解調(diào)器功能共用一個(gè)ARM內(nèi)核，而DSP專門用于實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器功能。

　　為實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)集成，TI將OMAP器件與電源管理器件、RF器件捆綁在一個(gè)芯片組內(nèi)。這些器件都經(jīng)過了優(yōu)化，可以在一起無(wú)縫協(xié)同工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師在獲得芯片組的同時(shí)，還可得到一個(gè)完整的硬件和軟件參考設(shè)計(jì)，這些參考設(shè)計(jì)可以被修改，以提供豐富功能或者實(shí)現(xiàn)特定設(shè)計(jì)目標(biāo)。

　　這種方案通過允許應(yīng)用內(nèi)核和調(diào)制解調(diào)器內(nèi)核共用內(nèi)存和電源管理芯片來(lái)降低系統(tǒng)成本。另外，連接應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器功能所需的邏輯也更少，這也可降低系統(tǒng)成本。

　　在單芯片中集成應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器還可簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。從硬件角度來(lái)看，通過提供原理圖和針對(duì)可制造性進(jìn)行優(yōu)化的布局布線文件，使手機(jī)的PCB設(shè)計(jì)變得容易。

　　從軟件角度來(lái)看，這種方案不需要開發(fā)和整合連接操作系統(tǒng)與協(xié)議堆棧的電話軟件層。因?yàn)閼?yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器為固定配對(duì)，所以半導(dǎo)體制造商能夠開發(fā)并驗(yàn)證電話軟件以實(shí)現(xiàn)內(nèi)核之間的有效通信。而且，半導(dǎo)體制造商還經(jīng)常對(duì)其參考設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)際電話必須通過的相同測(cè)試(如全面型號(hào)認(rèn)證、互操作性測(cè)試、運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等)。提前完成這些工作可以加快產(chǎn)品上市，然而，這種集成度限制了設(shè)計(jì)工程師搭配和匹配應(yīng)用處理器與不同調(diào)制解調(diào)器的能力。

　　方案三：調(diào)制解調(diào)器連接到分離的多媒體加速器。這個(gè)方案是在第一種(分離的應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器)的基礎(chǔ)上稍作改變。然而，它并不包括應(yīng)用處理器，因此不能使用高級(jí)操作系統(tǒng)，而是用調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)基本的命令、控制及用戶接口功能，用多媒體加速器使視頻、音頻和成像功能的實(shí)現(xiàn)更加容易。

　　對(duì)于一個(gè)希望進(jìn)入產(chǎn)品功能豐富而價(jià)位較低的細(xì)分市場(chǎng)的OEM來(lái)說，這種方案可能是最好的。因?yàn)槎嗝襟w加速器通常要比應(yīng)用處理器便宜，而且需要的內(nèi)存資源較少，所以這種方案通常能使系統(tǒng)成本更低。此外，與復(fù)雜的高級(jí)操作系統(tǒng)相比，軟件開發(fā)可能相對(duì)簡(jiǎn)單。

　　當(dāng)然，它的缺點(diǎn)就是由于沒有高級(jí)的操作系統(tǒng)，OEM只能提供有限的應(yīng)用，因?yàn)檫@種方案無(wú)法利用大量應(yīng)用程序開發(fā)者的成果，這種成果通常與主流高級(jí)操作系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。同樣，由于沒有專用的ARM內(nèi)核，未被多媒體加速器加速的應(yīng)用(如游戲、電子郵件和個(gè)人信息管理(PIM))將達(dá)不到采用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用處理器所能達(dá)到的性能。

　　關(guān)鍵的設(shè)計(jì)考慮

　　顯然，要在這三種集成方案中進(jìn)行選擇，首先就要清楚地了解OEM期望服務(wù)的細(xì)分市場(chǎng)，每個(gè)細(xì)分市場(chǎng)通常由手機(jī)的目標(biāo)功能/應(yīng)用和目標(biāo)價(jià)格來(lái)定義。

　　如果目標(biāo)應(yīng)用是要求豐富特性的市場(chǎng)，其關(guān)鍵要求是離散多媒體性能(特別是對(duì)相機(jī)而言)，而且具有很強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，調(diào)制解調(diào)器與一個(gè)獨(dú)立的多媒體加速器相連接可能是最佳方案。

　　然而，隨著手機(jī)不斷地從單一的電話功能向手持多媒體設(shè)備的方向發(fā)展，采用應(yīng)用處理器和高級(jí)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將變得更加具有吸引力。那些將手機(jī)看成能上網(wǎng)沖浪、打電話、玩視頻游戲、看電視、聽音樂、看電影，或者同時(shí)進(jìn)行其中幾項(xiàng)的便攜式娛樂系統(tǒng)的消費(fèi)者，將需要只有通過應(yīng)用處理器才能提供的多功能和高性能特性。

　　如果目標(biāo)應(yīng)用是智能手機(jī)市場(chǎng)，其關(guān)鍵要求是能支持不同的高級(jí)操作系統(tǒng)，同時(shí)能以中等價(jià)位提供良好的多媒體性能，那么把處理器和調(diào)制解調(diào)器集成在同一塊芯片里可能是最佳方案。

　　如果目標(biāo)應(yīng)用是多媒體增強(qiáng)型智能電話市場(chǎng)，其關(guān)鍵要求是能支持不同的高級(jí)操作系統(tǒng)，同時(shí)具有出色的多媒體性能，這種產(chǎn)品的終端用戶對(duì)價(jià)格不敏感，因此將應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器分開可能是最佳方案。