Vision手機架構(gòu)：可降低功耗簡化設(shè)計的新型架構(gòu)

　　移動市場正在進入一個快速發(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。手機用戶所需要的產(chǎn)品是能在不犧牲手機大小和功耗的前提下，提供真正的移動性能。
　　
　　這是下一代手機設(shè)計者和相應(yīng)的芯片供應(yīng)商都必須面對的挑戰(zhàn)。隨著開發(fā)、測試和驗證軟件的過程成為設(shè)計工作的主要部分和手機及時上市的關(guān)鍵因素，只在單個處理器內(nèi)運行所有手機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)既耗時又費錢。轉(zhuǎn)向一個更高性能的內(nèi)核意味著實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供應(yīng)商能夠滿足運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)進行從頭到尾的重新測試和重新驗證。
　　
　　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的功耗。一個架構(gòu)設(shè)計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，可降低手機設(shè)計的復(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，就可以給手機開發(fā)商和運營商帶來關(guān)鍵的益處。
　　
　　硬件架構(gòu)
　　
　　杰爾系統(tǒng)公司的Vision手機架構(gòu)將一個專用的通信引擎與一個獨立的應(yīng)用處理器結(jié)合在單一芯片上，通過共享存儲器實現(xiàn)連接，還集成了若干種外設(shè)。該架構(gòu)的設(shè)計構(gòu)想是既能擴展應(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。
　　
　　以2.5G GPRS/EDGE實現(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，因為后者所有的應(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)過充分驗證，它們一定要完全可靠，避免手機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)中一個獨立的處理器用來運行應(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提供高層次的多媒體支持。Vision架構(gòu)還支持高達每秒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5M像素的數(shù)碼照相機功能、2D/3D圖形、3D聲音和立體聲話筒。這種強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現(xiàn)，它由處理器控制單元(PCU)進行判優(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)需要它們各自獨立的存儲器管腳。
　　
　　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，也可以由運行在應(yīng)用內(nèi)核上的應(yīng)用程序控制，以便實現(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，就需要一個運行速度超過250MHz的強大處理器。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(在手機應(yīng)用中大概要占80%的時間)也消耗功率。