優(yōu)化DBDM手機(jī)處理器之間的通信方案

　　當(dāng)前的手機(jī)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(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，完全依賴于所使用的處理器。基帶處理器的典型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(jì)師很難成功對(duì)接兩個(gè)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(duì)目前的電信需求來(lái)說(shuō)顯然太慢了。

　　手機(jī)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(duì)高寬帶的處理器間通信來(lái)說(shuō)也是不夠的。

　　最流行的互連方法之一是通過(guò)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(shí)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(méi)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(huì)增加功耗，因?yàn)榧词乖跊](méi)有數(shù)據(jù)傳輸U(kuò)SB host也會(huì)一直工作?；鶐幚砥魃峡捎玫腢SB端口數(shù)量通常也非常有限，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/手機(jī)">手機(jī)實(shí)際上也用USB方式連接PC機(jī)。

　　以前由于只在慢速網(wǎng)絡(luò)上傳輸文本消息和簡(jiǎn)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(jī)的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)14.4Mbps以上，上述目接口都無(wú)法有效地支持必要的吞吐量，并使手機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。

　　那么設(shè)計(jì)師應(yīng)如何滿足手機(jī)中不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)吞吐量要求呢？

　　替代性解決方案及其優(yōu)勢(shì)

　　解決處理器間連接問(wèn)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(gè)CPU之間的互連橋梁，可以在兩者間實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，并有助于在處理器間通信(IPC)時(shí)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(shí)間快至40ns，雙端口存儲(chǔ)器最高可支持400Mbps。這不僅為HSPA功能手機(jī)提供了足夠的支持，而且為未來(lái)吞吐量需求的持續(xù)增長(zhǎng)(如LTE)奠定了基礎(chǔ)。隨著手機(jī)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(guò)多端口互連，手機(jī)設(shè)計(jì)師將不再面對(duì)處理器間通信的瓶頸問(wèn)題。

　　功耗

　　除了高速外，低功耗是DBDM手機(jī)的另一個(gè)關(guān)鍵要求。如果在IPC過(guò)程中要求兩個(gè)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(dòng)通信需要耗用每個(gè)處理器的專門資源，因此會(huì)降低它們的性能。

　　多端口解決方案可以實(shí)現(xiàn)處理器之間的被動(dòng)通信。一個(gè)處理器可以在需要時(shí)寫入到多端口互連，然后進(jìn)入睡眠模式。另外一個(gè)基帶處理器則可以根據(jù)自身情況隨時(shí)訪問(wèn)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(guò)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(shí)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(shí)為0.24mW。如果兩個(gè)處理器在80秒傳輸時(shí)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(gè)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?jī)H為0.743mWH，相當(dāng)于在單個(gè)IPC場(chǎng)合節(jié)省了約85%的功率，這在越來(lái)越多的人通過(guò)手機(jī)下載音樂(lè)、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(jià)值。

　　靈活性

　　互連緩存的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是用多端口器件實(shí)現(xiàn)IPC不需要軟件驅(qū)動(dòng)程序。因此手機(jī)制造商不需要對(duì)總體軟件IPC架構(gòu)作大的改動(dòng)就能輕松地為不同地區(qū)推出不同型號(hào)的手機(jī)。這還為制造商帶來(lái)了更大的靈活性，他們可以使用在不同處理器上運(yùn)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(lái)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(shí)候都會(huì)犧牲一定的特性和性能。而且這些處理器比較新，還沒(méi)有經(jīng)過(guò)市場(chǎng)的考驗(yàn)。大多數(shù)制造商仍喜歡使用經(jīng)試驗(yàn)和測(cè)試過(guò)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(jìng)爭(zhēng)者。

　　本文小結(jié)

　　隨著HSPA功能手機(jī)的推出以及視頻和數(shù)據(jù)內(nèi)容質(zhì)量的改進(jìn)，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(wú)法支持與基帶處理器功能和未來(lái)移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)匹配的數(shù)據(jù)吞吐量。一些手機(jī)設(shè)計(jì)師已經(jīng)開始意識(shí)到這個(gè)越來(lái)越迫切的問(wèn)題，并在DBDM手機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)所需的高帶寬和低功耗要求，而且向設(shè)計(jì)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(shí)間推出更高質(zhì)量的手機(jī)。

　　表1：“全球手機(jī)”制造商和及手機(jī)型號(hào)。

　　表2：蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)傳輸速率。

　　表3：幾種手機(jī)處理器常有的通信接口及其缺點(diǎn)。