TI OMAP3架構為移動互聯(lián)網設備開辟新天地

　　目前，個人通信技術領域最熱門的發(fā)展亮點之一就是顯示屏大于智能電話、而便攜性又強過筆記本電腦的產品。盡管這種新興市場細分中的產品并未獲得很好的定義，但有一點非常明確，那就是這些系統(tǒng)必須至少能夠通過蜂窩網絡或 WLAN 網絡提供互聯(lián)網服務，并可確保持續(xù)工作一整天。

　　我們將該市場領域的產品稱作移動互聯(lián)網設備（MID），這一稱謂恰當地反映了處于高端電話與筆記本電腦之間的定位。MID的主要特性包括：

　　·無損互聯(lián)網功能，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蜂窩以及藍牙等在內的寬帶與個人連接功能；

　　·高分辨率顯示屏，可顯示整幅Web頁面；

　　·采用觸摸屏技術的直觀易用型用戶界面；

　　·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上進一步集成消費類電子產品、計算機以及通信等功能。MID常見的其它特性將包括：

　　·蜂窩式語音服務；

　　·Web 2.0單次點擊式互動(one-click interaction)，可為內容與服務提供提供框架；

　　·高清(HD)媒體播放器、攝像頭以及高清數碼相機；

　　·可提高工作效率的工具，如電子郵件以及通過即時消息、語音與視頻進行，并能讀取和編輯標準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航等導航工具；

　　·支持3D圖形的豐富互動游戲。

　　MID終端設備涵蓋的市場領域與特性集包括移動電話、便攜式媒體播放器、便攜式導航工具和電子書等產品，具備無損耗互聯(lián)網能力；此外，還包括支持無線連接功能的網絡型筆記本電腦 (netbook)、移動數字電視、移動社交網絡設備以及虛擬世界系統(tǒng)等。由于這種新市場方興未艾，尚未完全定型，因此還會有眾多其他新式的MID應用不斷涌現。

　　盡管大多數MID主要針對個人消費者和企業(yè)用戶，但這種產品的高度靈活性使其也對縱向市場極具吸引力，如自動零售貨柜、便攜式銷售點、便攜式醫(yī)療設備、個人醫(yī)療監(jiān)控應用等，能夠適用于教育、商業(yè)、運輸、政府以及國防領域中多種不同的需求。隨著不斷發(fā)展的技術使 MID 的便攜性不斷提升、功能不斷多樣化，這些產品必將日益改變移動消費者與商務人士的生活方式。

三種類型的MID

　　通常說來，新興的MID可根據體積大小、銷售量以及功能性分為三種群組類型。產品價格會根據功能的不同而有所差異，但系統(tǒng)價格一般趨向于在300美元左右。

　　我們將第一種類型稱作袖珍型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，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備的其他功能等。

　　袖珍型MID比智能電話技術更先進，預計在電話市場的銷量將達到數億部。目前，市場上的絕大多數智能電話均采用TI的OMAP技術。該技術基于低功耗ARM微處理器之上，充分發(fā)揮了TI在數字信號處理技術領域的領先優(yōu)勢。袖珍型MID充分利用底層硅芯片技術的最新開發(fā)成果，功能得以不斷增強，并能確保在無需充電的情況下持續(xù)工作一整天。

　　這種新興市場的高端產品就是縮水版的筆記本電腦，即網絡筆記本，其市場銷量預計可達數千萬部。這種系統(tǒng)的顯示屏約為 7 英寸或更大，重量達一磅（約450克），可提供全面的互聯(lián)網與多媒體功能，以及全面的高效率辦公性能。這種系統(tǒng)的功能性并不依賴于傳統(tǒng)的PC架構，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與網絡筆記本之間的產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都會將MID的功能性與消費類電子產品的功能相整合，如相機、攝像頭、導航系統(tǒng)、媒體播放器以及游戲機等。

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

圖 1  MID的分類與特性

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可使消費類應用具備互聯(lián)網連接功能，這不僅需要系統(tǒng)具備基本的通信功能，而且還要滿足消費者對這些應用已有的性能預期。

　　對數碼相機 (DSC) 來說，新產品應當不僅支持800萬~1200萬像素的影像技術，還應滿足光學變焦、自動對焦以及連續(xù)拍攝延遲少于 1 秒等眾多要求。攝像機則應支持影像穩(wěn)定和HD錄制及回放功能。掌上游戲機應當具備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。導航系統(tǒng)應當滿足用戶對GPS導航定位和實時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。上述要求僅是開始，以后可能還要滿足其他消費類應用的需求。

　　為了帶給各消費者最精彩的用戶體驗，MID必須將寬帶連接功能與個人通信需求進行最佳整合。包括Wi-Fi、WiMAX、3G手機以及藍牙無線技術等在內的各種廣域網和個人局域網技術的整合，確保支持多種不同模式的操作，以滿足各種無線網絡連接需求。GPS導航技術能通過同步和異步蜂窩式網絡為我們提供快速而準確的定位服務。通過適當的功能組合，消費者可隨時隨地實現互通互聯(lián)、娛樂并及時獲取信息，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，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時間的操作與待機。MID面向的是對價格非常敏感的消費類市場，因此制造商還要積極尋求以最低的成本實施設計方案的方法。為了適應日新月異的市場需求，開發(fā)商必須能夠將初始設計盡快投放到市場，將令人振奮的產品盡快變?yōu)楝F實，滿足新的市場需求，并能為未來的產品開發(fā)鋪平道路。

硅芯片對MID的成功至關重要

　　底層硅芯片技術解決方案在滿足MID系統(tǒng)設計要求方面起著至關重要的作用。該解決方案必須提供專用處理和專用引擎來滿足用戶所需的通信和多媒體任務需求。

　　為了控制電路板的尺寸大小與制造費用，處理器必須提供集成多個處理器內核、海量存儲器和所有必需的系統(tǒng)外設的片上系統(tǒng)(SoC)。制造工藝與電路設計必須提高設備工作過程中單位功耗所能實現的最高性能，同時還應最大限度減小待機期間的漏電流。

　　通過節(jié)約功耗，制造商可在系統(tǒng)中使用更小型的電池，以實現體積小而重量輕的設計，同時更小型的系統(tǒng)和電池會為制造商提供更大的靈活性，使他們能夠設計出可吸引消費者的時尚美觀的產品。

　　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)和應用軟件以及簡單易用的工具，從而加速開發(fā)進程、簡化升級與修改設計的工作。

　　最后，硅芯片供應商必須為未來設備的發(fā)展制定策略，要求設備在不斷降低功耗的同時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)制造商在新一代產品系列中充分發(fā)揮現有軟件開發(fā)工作所積累的經驗。

　　此形成對比的是，PC解決方案的主要設計目的并非在于滿足移動工作要求，而且PC解決方案供應商為了滿足移動應用需求幾乎必須完全從頭進行全新的設計工作。與筆記本電腦相比，MID系統(tǒng)開發(fā)人員可充分利用智能電話領域業(yè)經驗證的成功解決方案，因為這種解決方案更有助于在降低功耗的同時提高性能，而且已經具備專門針對無線手持設備的小型化和低成本優(yōu)勢。但是，上述技術對便攜式電腦來說還有待評估。

OMAP 3平臺：適合MID的需求

　　TI 針對移動系統(tǒng)的最新技術開發(fā)成果是 OMAP 3系列應用處理器，旨在滿足MID系統(tǒng)的要求。OMAP 3平臺是業(yè)界首款基于超標量ARM Cortex-A8的應用處理器，能夠實現業(yè)界最高的處理性能與功耗比，比前代 ARM11內核提高了4倍之多。

　　ARM Cortex-A8在設計過程中借鑒了 TI 的成功經驗，旨在實現眾多優(yōu)異特性，其中包括功能齊備的Web瀏覽、具有筆記本級效率的應用、約五秒鐘的快速啟動時間等等。

　　此外，多內核OMAP 3平臺還集成了TI的TMS320C64xDSP、視頻影像加速功能以及專用的圖形引擎。OMAP 3 處理器的多媒體性能達到了全新的高度，其圖形功能是前代OMAP平臺產品系列的四倍，相機性能翻了一番，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 處理器的內部模塊及其與系統(tǒng)其他部分的連接情況。未來的OMAP技術產品將憑借更高級別的集成，繼續(xù)以更低的功耗實現更高的性能。事實上，這些產品有些已經投入開發(fā)，而其它產品也已被列入計劃。

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)的開發(fā)速度。OMAP 3平臺包括系統(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顯示了整個平臺的整合情況。

圖3  MID軟硬件參考設計

　　在有助于簡化開發(fā)流程的相關資源中，包含有 Zoom 移動開發(fā)套件。該低成本平臺可用于各種操作系統(tǒng)，并支持各種不斷擴展的特性。基于 OMAP3430 應用處理器的 Zoom移動開發(fā)套件具有豐富的特性，其中包括 TI 無線連接技術、300 萬像素攝像頭傳感器、3.7 英寸 TFT 觸摸屏顯示器以及 TV 輸出等。達到出產質量要求的軟件參考設計包括 TI 基礎驅動器、TI 多媒體框架與編解碼器以及全套第三方應用套件，并針對 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合

　　同以PC領域為中心、為適用于MID的x86解決方案不同，OMAP 3平臺在尺寸、價格以及低功耗方面都有著顯著的優(yōu)勢。OMAP 3架構在同一器件中集成了所有內核性能、存儲器及系統(tǒng)外設，而以PC領域為中心的x86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器控制器、視頻解碼器、圖形引擎及I/O。因此，相對于最佳x86解決方案而言，OMAP 3平臺節(jié)約了約四分之三的芯片空間。

　　與基于x86的最佳內核不同，OMAP 3 Cortex-A8內核是一款具有堆棧式存儲器支持的單芯片解決方案，二者相結合可節(jié)約90%的板級空間，這對產品小型化至關重要。

　　盡管最佳的x86解決方案僅針對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。和CPU為了滿足PC市場需求而采用45納米工藝技術不同，TI 65納米的工藝是專為滿足移動無線市場需求而開發(fā)的，因此在性能與功耗比方面，45納米工藝反而不及65納米工藝表現出色。

　　即便采用更高級的工藝技術，x86解決方案所需的裸片尺寸也是OMAP 3處理器的兩倍，且相當的性能需要消耗多得多的功耗。更小的裸片尺寸結合無線市場上產品的高銷量將有助于降低成本。單芯片OMAP 3平臺的成本不到最佳x86解決方案成本的一半，從而導致終端產品的價格也要低得多。

　　OMAP 3平臺可實現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核類似，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間達到原先的三倍。事實上，這可能是TI解決方案的功耗優(yōu)勢較為保守的數據，因為在一般操作情況下，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 160~220mW，也就是說TI解決方案的功耗僅為其11~16%。

　　從一定程度上說，部分功耗方面的優(yōu)勢要得益于OMAP 3平臺的低功耗工作性能，且Cortex-A8每 MHz 能源效率比最佳x86處理器要高出30%。而且，隨著工藝與設計技術的進步，OMAP 3的低功耗模式將會繼續(xù)降低功耗。

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

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

　　不同級別的功耗需要對應于不同的電池。基于x86解決方案的MID參考設計所需的電池尺寸與重量是OMAP 3設計方案的二至三倍，因而其終端設備不可能像OMAP 3設備一樣做到小型化。

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