TI OMAP3架構(gòu)為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開(kāi)辟新天地

　　目前，個(gè)人通信技術(shù)領(lǐng)域最熱門(mén)的發(fā)展亮點(diǎn)之一就是顯示屏大于智能電話、而便攜性又強(qiáng)過(guò)筆記本電腦的產(chǎn)品。盡管這種新興市場(chǎng)細(xì)分中的產(chǎn)品并未獲得很好的定義，但有一點(diǎn)非常明確，那就是這些系統(tǒng)必須至少能夠通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)或 WLAN 網(wǎng)絡(luò)提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，并可確保持續(xù)工作一整天。

　　我們將該市場(chǎng)領(lǐng)域的產(chǎn)品稱(chēng)作移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（MID），這一稱(chēng)謂恰當(dāng)?shù)胤从沉颂幱诟叨穗娫捙c筆記本電腦之間的定位。MID的主要特性包括：

　　·無(wú)損互聯(lián)網(wǎng)功能，如特性齊全可支持所有插件與字體的瀏覽器；

　　·具備包括WiFi、WiMAX、3G蜂窩以及藍(lán)牙等在內(nèi)的寬帶與個(gè)人連接功能；

　　·高分辨率顯示屏，可顯示整幅Web頁(yè)面；

　　·采用觸摸屏技術(shù)的直觀易用型用戶(hù)界面；

　　·單次電池充電即能工作一整天。

　　眾多制造商將在上述功能基礎(chǔ)上進(jìn)一步集成消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)以及通信等功能。MID常見(jiàn)的其它特性將包括：

　　·蜂窩式語(yǔ)音服務(wù)；

　　·Web 2.0單次點(diǎn)擊式互動(dòng)(one-click interaction)，可為內(nèi)容與服務(wù)提供提供框架；

　　·高清(HD)媒體播放器、攝像頭以及高清數(shù)碼相機(jī)；

　　·可提高工作效率的工具，如電子郵件以及通過(guò)即時(shí)消息、語(yǔ)音與視頻進(jìn)行，并能讀取和編輯標(biāo)準(zhǔn)PC文檔的一體化通信；

　　·支持GPS功能的地圖、交通信息更新以及駕駛導(dǎo)航等導(dǎo)航工具；

　　·支持3D圖形的豐富互動(dòng)游戲。

　　MID終端設(shè)備涵蓋的市場(chǎng)領(lǐng)域與特性集包括移動(dòng)電話、便攜式媒體播放器、便攜式導(dǎo)航工具和電子書(shū)等產(chǎn)品，具備無(wú)損耗互聯(lián)網(wǎng)能力；此外，還包括支持無(wú)線連接功能的網(wǎng)絡(luò)型筆記本電腦 (netbook)、移動(dòng)數(shù)字電視、移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及虛擬世界系統(tǒng)等。由于這種新市場(chǎng)方興未艾，尚未完全定型，因此還會(huì)有眾多其他新式的MID應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。

　　盡管大多數(shù)MID主要針對(duì)個(gè)人消費(fèi)者和企業(yè)用戶(hù)，但這種產(chǎn)品的高度靈活性使其也對(duì)縱向市場(chǎng)極具吸引力，如自動(dòng)零售貨柜、便攜式銷(xiāo)售點(diǎn)、便攜式醫(yī)療設(shè)備、個(gè)人醫(yī)療監(jiān)控應(yīng)用等，能夠適用于教育、商業(yè)、運(yùn)輸、政府以及國(guó)防領(lǐng)域中多種不同的需求。隨著不斷發(fā)展的技術(shù)使 MID 的便攜性不斷提升、功能不斷多樣化，這些產(chǎn)品必將日益改變移動(dòng)消費(fèi)者與商務(wù)人士的生活方式。

三種類(lèi)型的MID

　　通常說(shuō)來(lái)，新興的MID可根據(jù)體積大小、銷(xiāo)售量以及功能性分為三種群組類(lèi)型。產(chǎn)品價(jià)格會(huì)根據(jù)功能的不同而有所差異，但系統(tǒng)價(jià)格一般趨向于在300美元左右。

　　我們將第一種類(lèi)型稱(chēng)作袖珍型MID(pocket MID)，其顯示屏約為3~5英寸，重量約四分之一磅（約 100克）。這種系統(tǒng)可提供電話服務(wù)，并能支持全面的 Web 瀏覽、多媒體、攝像功能以及適用于小型設(shè)備的其他功能等。

　　袖珍型MID比智能電話技術(shù)更先進(jìn)，預(yù)計(jì)在電話市場(chǎng)的銷(xiāo)量將達(dá)到數(shù)億部。目前，市場(chǎng)上的絕大多數(shù)智能電話均采用TI的OMAP技術(shù)。該技術(shù)基于低功耗ARM微處理器之上，充分發(fā)揮了TI在數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。袖珍型MID充分利用底層硅芯片技術(shù)的最新開(kāi)發(fā)成果，功能得以不斷增強(qiáng)，并能確保在無(wú)需充電的情況下持續(xù)工作一整天。

　　這種新興市場(chǎng)的高端產(chǎn)品就是縮水版的筆記本電腦，即網(wǎng)絡(luò)筆記本，其市場(chǎng)銷(xiāo)量預(yù)計(jì)可達(dá)數(shù)千萬(wàn)部。這種系統(tǒng)的顯示屏約為 7 英寸或更大，重量達(dá)一磅（約450克），可提供全面的互聯(lián)網(wǎng)與多媒體功能，以及全面的高效率辦公性能。這種系統(tǒng)的功能性并不依賴(lài)于傳統(tǒng)的PC架構(gòu)，可與基于ARM 處理器的袖珍型MID一樣擁有出色的Web 瀏覽與多媒體功能。

　　我們將介于袖珍型MID與網(wǎng)絡(luò)筆記本之間的產(chǎn)品歸為各種不同的平板MID（tablet MID），其顯示屏尺寸約為4到7英寸之間，重量為0.5磅左右（約220克）。許多平板MID都會(huì)將MID的功能性與消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的功能相整合，如相機(jī)、攝像頭、導(dǎo)航系統(tǒng)、媒體播放器以及游戲機(jī)等。

　　與其他兩個(gè)類(lèi)型的產(chǎn)品相比，平板型產(chǎn)品的定義更加不明確，這也為其產(chǎn)品的創(chuàng)新創(chuàng)造了良好的機(jī)會(huì)。平板型產(chǎn)品可充分利用無(wú)線手機(jī)市場(chǎng)上硅芯片解決方案的電源優(yōu)化優(yōu)勢(shì)，能夠在不影響性能或功能的前提下提供高度的移動(dòng)便攜性。圖 1 顯示了三種 MID 產(chǎn)品類(lèi)型各自的主要特性與可選特性。

圖 1  MID的分類(lèi)與特性

MID的系統(tǒng)要求

　　由于MID可提供高度穩(wěn)定的特性集，因此需要確保系統(tǒng)支持高性能。例如，MID可使消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用具備互聯(lián)網(wǎng)連接功能，這不僅需要系統(tǒng)具備基本的通信功能，而且還要滿足消費(fèi)者對(duì)這些應(yīng)用已有的性能預(yù)期。

　　對(duì)數(shù)碼相機(jī) (DSC) 來(lái)說(shuō)，新產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)不僅支持800萬(wàn)~1200萬(wàn)像素的影像技術(shù)，還應(yīng)滿足光學(xué)變焦、自動(dòng)對(duì)焦以及連續(xù)拍攝延遲少于 1 秒等眾多要求。攝像機(jī)則應(yīng)支持影像穩(wěn)定和HD錄制及回放功能。掌上游戲機(jī)應(yīng)當(dāng)具備3D圖形功能。媒體播放器則必須支持各種音頻、視頻格式，并具備高分辨率顯示功能。導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足用戶(hù)對(duì)GPS導(dǎo)航定位和實(shí)時(shí)交通信息更新的需求。Web瀏覽器則必須支持全屏顯示以及各種插件與字體等。上述要求僅是開(kāi)始，以后可能還要滿足其他消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用的需求。

　　為了帶給各消費(fèi)者最精彩的用戶(hù)體驗(yàn)，MID必須將寬帶連接功能與個(gè)人通信需求進(jìn)行最佳整合。包括Wi-Fi、WiMAX、3G手機(jī)以及藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)等在內(nèi)的各種廣域網(wǎng)和個(gè)人局域網(wǎng)技術(shù)的整合，確保支持多種不同模式的操作，以滿足各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接需求。GPS導(dǎo)航技術(shù)能通過(guò)同步和異步蜂窩式網(wǎng)絡(luò)為我們提供快速而準(zhǔn)確的定位服務(wù)。通過(guò)適當(dāng)?shù)墓δ芙M合，消費(fèi)者可隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)、娛樂(lè)并及時(shí)獲取信息，從而顯著提高工作效率。

　　盡管MID系統(tǒng)在滿足上述性能要求的同時(shí)，還要盡可能滿足小型化、輕型化的要求，而且一次充電還要確保提供長(zhǎng)時(shí)間的操作與待機(jī)。MID面向的是對(duì)價(jià)格非常敏感的消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)，因此制造商還要積極尋求以最低的成本實(shí)施設(shè)計(jì)方案的方法。為了適應(yīng)日新月異的市場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)商必須能夠?qū)⒊跏荚O(shè)計(jì)盡快投放到市場(chǎng)，將令人振奮的產(chǎn)品盡快變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，滿足新的市場(chǎng)需求，并能為未來(lái)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)鋪平道路。

硅芯片對(duì)MID的成功至關(guān)重要

　　底層硅芯片技術(shù)解決方案在滿足MID系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求方面起著至關(guān)重要的作用。該解決方案必須提供專(zhuān)用處理和專(zhuān)用引擎來(lái)滿足用戶(hù)所需的通信和多媒體任務(wù)需求。

　　為了控制電路板的尺寸大小與制造費(fèi)用，處理器必須提供集成多個(gè)處理器內(nèi)核、海量存儲(chǔ)器和所有必需的系統(tǒng)外設(shè)的片上系統(tǒng)(SoC)。制造工藝與電路設(shè)計(jì)必須提高設(shè)備工作過(guò)程中單位功耗所能實(shí)現(xiàn)的最高性能，同時(shí)還應(yīng)最大限度減小待機(jī)期間的漏電流。

　　通過(guò)節(jié)約功耗，制造商可在系統(tǒng)中使用更小型的電池，以實(shí)現(xiàn)體積小而重量輕的設(shè)計(jì)，同時(shí)更小型的系統(tǒng)和電池會(huì)為制造商提供更大的靈活性，使他們能夠設(shè)計(jì)出可吸引消費(fèi)者的時(shí)尚美觀的產(chǎn)品。

　　此外，處理解決方案必須支持可編程功能，而且還要提供必需的系統(tǒng)和應(yīng)用軟件以及簡(jiǎn)單易用的工具，從而加速開(kāi)發(fā)進(jìn)程、簡(jiǎn)化升級(jí)與修改設(shè)計(jì)的工作。

　　最后，硅芯片供應(yīng)商必須為未來(lái)設(shè)備的發(fā)展制定策略，要求設(shè)備在不斷降低功耗的同時(shí)提供更高的性能和集成度以及更豐富的功能，這些都有助于系統(tǒng)制造商在新一代產(chǎn)品系列中充分發(fā)揮現(xiàn)有軟件開(kāi)發(fā)工作所積累的經(jīng)驗(yàn)。

　　此形成對(duì)比的是，PC解決方案的主要設(shè)計(jì)目的并非在于滿足移動(dòng)工作要求，而且PC解決方案供應(yīng)商為了滿足移動(dòng)應(yīng)用需求幾乎必須完全從頭進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)工作。與筆記本電腦相比，MID系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員可充分利用智能電話領(lǐng)域業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的成功解決方案，因?yàn)檫@種解決方案更有助于在降低功耗的同時(shí)提高性能，而且已經(jīng)具備專(zhuān)門(mén)針對(duì)無(wú)線手持設(shè)備的小型化和低成本優(yōu)勢(shì)。但是，上述技術(shù)對(duì)便攜式電腦來(lái)說(shuō)還有待評(píng)估。

OMAP 3平臺(tái)：適合MID的需求

　　TI 針對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)的最新技術(shù)開(kāi)發(fā)成果是 OMAP 3系列應(yīng)用處理器，旨在滿足MID系統(tǒng)的要求。OMAP 3平臺(tái)是業(yè)界首款基于超標(biāo)量ARM Cortex-A8的應(yīng)用處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)界最高的處理性能與功耗比，比前代 ARM11內(nèi)核提高了4倍之多。

　　ARM Cortex-A8在設(shè)計(jì)過(guò)程中借鑒了 TI 的成功經(jīng)驗(yàn)，旨在實(shí)現(xiàn)眾多優(yōu)異特性，其中包括功能齊備的Web瀏覽、具有筆記本級(jí)效率的應(yīng)用、約五秒鐘的快速啟動(dòng)時(shí)間等等。

　　此外，多內(nèi)核OMAP 3平臺(tái)還集成了TI的TMS320C64xDSP、視頻影像加速功能以及專(zhuān)用的圖形引擎。OMAP 3 處理器的多媒體性能達(dá)到了全新的高度，其圖形功能是前代OMAP平臺(tái)產(chǎn)品系列的四倍，相機(jī)性能翻了一番，視頻功能則翻了兩番，而且還能播放和錄制720p HD視頻。圖2顯示了OMAP3440 處理器的內(nèi)部模塊及其與系統(tǒng)其他部分的連接情況。未來(lái)的OMAP技術(shù)產(chǎn)品將憑借更高級(jí)別的集成，繼續(xù)以更低的功耗實(shí)現(xiàn)更高的性能。事實(shí)上，這些產(chǎn)品有些已經(jīng)投入開(kāi)發(fā)，而其它產(chǎn)品也已被列入計(jì)劃。

圖2  OMAP3440處理器與MID系統(tǒng)連接

　　此外，制造商還能尋求TI的幫助，加快MID系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度。OMAP 3平臺(tái)包括系統(tǒng)軟件與多媒體框架，并支持廣泛使用的Linux、Microsoft Windows Mobile以及Symbian等操作系統(tǒng)。圖3顯示了整個(gè)平臺(tái)的整合情況。

圖3  MID軟硬件參考設(shè)計(jì)

　　在有助于簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程的相關(guān)資源中，包含有 Zoom 移動(dòng)開(kāi)發(fā)套件。該低成本平臺(tái)可用于各種操作系統(tǒng)，并支持各種不斷擴(kuò)展的特性?；?OMAP3430 應(yīng)用處理器的 Zoom移動(dòng)開(kāi)發(fā)套件具有豐富的特性，其中包括 TI 無(wú)線連接技術(shù)、300 萬(wàn)像素?cái)z像頭傳感器、3.7 英寸 TFT 觸摸屏顯示器以及 TV 輸出等。達(dá)到出產(chǎn)質(zhì)量要求的軟件參考設(shè)計(jì)包括 TI 基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)器、TI 多媒體框架與編解碼器以及全套第三方應(yīng)用套件，并針對(duì) Linux、Windows Mobile 以及 Symbian 軟件系統(tǒng)提供 UI。

低成本、高性能與低功耗的結(jié)合

　　同以PC領(lǐng)域?yàn)橹行?、為適用于MID的x86解決方案不同，OMAP 3平臺(tái)在尺寸、價(jià)格以及低功耗方面都有著顯著的優(yōu)勢(shì)。OMAP 3架構(gòu)在同一器件中集成了所有內(nèi)核性能、存儲(chǔ)器及系統(tǒng)外設(shè)，而以PC領(lǐng)域?yàn)橹行牡膞86解決方案則需要將其功能分布到兩顆芯上，即CPU與芯片組上，該芯片組中包含了存儲(chǔ)器控制器、視頻解碼器、圖形引擎及I/O。因此，相對(duì)于最佳x86解決方案而言，OMAP 3平臺(tái)節(jié)約了約四分之三的芯片空間。

　　與基于x86的最佳內(nèi)核不同，OMAP 3 Cortex-A8內(nèi)核是一款具有堆棧式存儲(chǔ)器支持的單芯片解決方案，二者相結(jié)合可節(jié)約90%的板級(jí)空間，這對(duì)產(chǎn)品小型化至關(guān)重要。

　　盡管最佳的x86解決方案僅針對(duì)CPU采用45納米的CMOS工藝，但其所需的協(xié)系統(tǒng)控制器集線器則采用130納米的工藝技術(shù)。和CPU為了滿足PC市場(chǎng)需求而采用45納米工藝技術(shù)不同，TI 65納米的工藝是專(zhuān)為滿足移動(dòng)無(wú)線市場(chǎng)需求而開(kāi)發(fā)的，因此在性能與功耗比方面，45納米工藝反而不及65納米工藝表現(xiàn)出色。

　　即便采用更高級(jí)的工藝技術(shù)，x86解決方案所需的裸片尺寸也是OMAP 3處理器的兩倍，且相當(dāng)?shù)男阅苄枰亩嗟枚嗟墓?。更小的裸片尺寸結(jié)合無(wú)線市場(chǎng)上產(chǎn)品的高銷(xiāo)量將有助于降低成本。單芯片OMAP 3平臺(tái)的成本不到最佳x86解決方案成本的一半，從而導(dǎo)致終端產(chǎn)品的價(jià)格也要低得多。

　　OMAP 3平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)低功耗與高性能兩大目的，從而能夠充分利用TI創(chuàng)新型制造工藝與專(zhuān)有的 SmartReflex電源與性能軟件。頻率為800MHz的集成型OMAP 3處理器在最差情況下的功耗僅為750mW，而雙芯片x86解決方案處理器則要消耗 大約3至5W（是OMAP 3處理器的4~6倍多）。

　　系統(tǒng)其他部分的功耗也與內(nèi)核類(lèi)似，因此TI解決方案就Web瀏覽與視頻回放而言可使電池工作時(shí)間達(dá)到原先的三倍。事實(shí)上，這可能是TI解決方案的功耗優(yōu)勢(shì)較為保守的數(shù)據(jù)，因?yàn)樵谝话悴僮髑闆r下，OMAP 3處理器的功耗僅為25.6mW，而在相似情況下最佳x86解決方案的功耗則高達(dá) 160~220mW，也就是說(shuō)TI解決方案的功耗僅為其11~16%。

　　從一定程度上說(shuō)，部分功耗方面的優(yōu)勢(shì)要得益于OMAP 3平臺(tái)的低功耗工作性能，且Cortex-A8每 MHz 能源效率比最佳x86處理器要高出30%。而且，隨著工藝與設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步，OMAP 3的低功耗模式將會(huì)繼續(xù)降低功耗。

　　事實(shí)上，當(dāng)OMAP 3處理器處于深度睡眠模式下時(shí)幾乎不會(huì)消耗任何電流，但卻能夠立即被喚醒，響應(yīng)用戶(hù)指令。與此形成對(duì)比的是，最佳x86解決方案在省電模式下功耗約為80至100mW，因此在大多數(shù)使用情況下，OMAP 3器件完全工作時(shí)的功耗僅是 x86 解決方案在睡眠模式下所需的功耗。

　　就工作時(shí)間而言，基于OMAP 3平臺(tái)的系統(tǒng)在一整天無(wú)需再充電的情況下，完全可執(zhí)行Web瀏覽、多媒體以及其它密集型任務(wù)，而基于最佳x86解決方案的系統(tǒng)卻只能持續(xù)工作幾個(gè)小時(shí)。在待機(jī)模式下，基于最佳x86解決方案的系統(tǒng)一天需充電數(shù)次，而OMAP 3處理器只需充電一次便可工作一個(gè)星期乃至更長(zhǎng)時(shí)間。

　　不同級(jí)別的功耗需要對(duì)應(yīng)于不同的電池?；趚86解決方案的MID參考設(shè)計(jì)所需的電池尺寸與重量是OMAP 3設(shè)計(jì)方案的二至三倍，因而其終端設(shè)備不可能像OMAP 3設(shè)備一樣做到小型化。

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