|
移動市場正在進入一個快速發展的時代，新服務的出現正在推動前所未有的對新應用和新特性的需求。手機用戶所需要的產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。 這是下一代手機設計者和相應的芯片供應商都必須面對的挑戰。隨著開發、測試和驗證軟件的過程成為設計工作的主要部分和手機及時上市的關鍵因素，只在單個處理器內運行所有手機軟件已不可能滿足要求。 采用多個分離的應用處理器的臨時性解決方案在短期內是可行的，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。 采用一個高性能內核、既處理通信協議又實現應用的單一處理器方法也受制于功耗方面的挑戰和所需軟件復雜性帶來的一系列問題。 為這類系統添加新應用或新通信功能，會牽涉到令人頭痛的測試和驗證，開發過程將延長好幾個月，并使得派生產品的開發既耗時又費錢。轉向一個更高性能的內核意味著實際上必須重新編寫和重新測試代碼，從而再次使開發過程大大延長。 軟件是手機開發主要的耗時因素。減少派生產品的開發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。 因此軟件開發和測試對手機供應商來說是個關鍵問題。使盡可能多的代碼得到復用是，定制和修改工作對系統其它部分的影響要盡可能的少，這兩點至關重要。 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系統進行從頭到尾的重新測試和重新驗證。 為系統的不同部分采用多個不同的處理器內核可以克服軟件開發中的這些挑戰，而且可大大降低手機的功耗。一個架構設計良好的軟件和硬件系統將所有的處理和外設功能集成在單一芯片上，可降低手機設計的復雜性，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、可伸縮內核的工業標準處理器架構現在可以使整個架構提供最佳的性能表現，而且在將來可滿足廣泛的設計需要并保持軟件的兼容性。 一旦這種方法同軟件開發的優勢結合起來，就可以給手機開發商和運營商帶來關鍵的益處。 1 硬件架構 杰爾系統公司的Vision手機架構將一個專用的通信引擎與一個獨立的應用處理器結合在單一芯片上，通過共享存儲器實現連接，還集成了若干種外設。該架構的設計構想是既能擴展應用性能又能適應通信承載技術的變化。因而，隨著承載技術從GPRS發展到EDGE再到UMTS直至新出現的高速數據包訪問(HSDPA)協議，其中的通信處理器可以相應升級，同時又不會干擾應用處理器。同樣，應用處理器也可以被改變以應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用成為可能，從而使個人寬帶變為現實。 以2.5G GPRS/EDGE實現為例，此通信引擎把一個ARM處理器同一個DSP16K數字信號處理器緊密結合在一起。DSP引擎處理通信連接方面的各個實時單元，而ARM處理更高級別的協議棧。 這和傳統的單芯片方法有很大不同，因為后者所有的應用任務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提出了很嚴格的要求，而且所有應用軟件都要經過充分驗證，它們一定要完全可靠，避免手機的通信性能受到損害。 例如，應用區的一個緩存器超負荷運行也許不會損害某個特定應用，但它有可能在通信方面引起沖突問題。 反之，在Vision架構中一個獨立的處理器用來運行應用程序，包括高級操作系統。 這種可伸縮的架構可使多種派生產品實現性能優化，以便ARM應用內核能為各種各樣的手機提供高層次的多媒體支持。Vision架構還支持高達每秒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用提供了一個平臺，如MMS多媒體信息發送、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，它由處理器控制單元(PCU)進行判優。PCU處理三個處理器之間的通信，來訪問存儲器并傳輸數據。與通信和應用處理器分開的架構相比，為通信引擎和應用處理器采用共享存儲器可以節省相當多的物料成本， 而分開的架構需要它們各自獨立的存儲器管腳。 2 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用處理器，因而帶來很大的功率節省。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存儲器可以顯著減少功耗。 時鐘發生單元是該器件內部的電源管理主體，它可由通信內核上的電源管理軟件控制，也可以由運行在應用內核上的應用程序控制，以便實現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的結合，Vision架構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。 為了從既實現電話功能又處理新興多媒體應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，結果大大縮短總的電池壽命。漏電流甚至在相應處理器沒被使用時(在手機應用中大概要占80%的時間)也消耗功率。 3 對正在演變的應用的支持 Vision架構還允許其它外設被添加到一個模塊化設計之中，同時不影響應用引擎或通信引擎，因而使得派生手機的開發相對容易一些。該器件的第一代包括USB OTG等外設以及UARTS、GPIO和SSI等標準數據接口。 由于該架構固有的可伸縮性，因此一旦有需要，更高性能的內核就可以集成進來作為應用處理器，為具有更先進多媒體應用的特定設備服務，同時保持基本的通信引擎不變。 圖1：Vision手機架構 將通信引擎升級的能力可用來提供更高性能的通信功能，如WCDMA和GSM(支持GPRS及EDGE)雙模，以及新的HSDPA協議，這是該架構的一個關鍵特性。 該單芯片、多內核處理器是個數字基帶器件，它可以和一個混合信號器件協同工作，完成諸如系統電源管理、無線電子系統接口、LCD和揚聲器控制以及其它混合信號模塊等功能。此外，為這個器件選擇合適的工藝，如優化的混合信號工藝，對保持該系統功耗盡可能低是至關重要的。 4 軟件架構 從軟件角度考慮，把經過驗證的專用通信引擎中的各個通信單元分離出來可以使大量驗證合格并能用于生產的實時代碼直接復用。 這和單處理器方法非常不同，在單處理器方法中通信協議棧必須同其它應用程序集成在一起。這可能會大大增加軟件開發時間以及使最終手機通過測試和驗證的時間。 在Vision架構的第一次實現中用作通信引擎的ARM和DSP16K是非常成熟的器件，它們已經用在以前的許多芯片之中，包括Sceptre、LF、TC、HP 和HPE，從而使它成為一個現成的解決方案。Sceptre HPE已經在運行GPRS和 EDGE，而且相同的代碼將移植到Vision以加入這個經過驗證的功能。 此代碼提供對四頻帶(800/900/1800/1900) GSM系統和全部四種語音編解碼器的支持，包括半速率、全速率、增強全速率(EFR)和自適應多速率(AMR)。這使得一種單一的手機設計就可在世界各地通用。針對下一代W-CDMA 3G手機的新的編碼解碼器，如寬帶AMR，正在開發之中。 其中，DSP處理底部的1層協議棧，負責完成設置、分解、編碼呼叫的具體工作。ARM內核處理2層和3層協議、無線電資源管理、移動和呼叫管理以及一小層附加軟件以控制到該應用處理器的接口。 盡管通信功能主要是靠鈴聲提示，但該DSP也可用于其它功能，最重要的是音頻。該架構允許DSP16K處理音頻功能，如用于44Kbps高保真立體聲的兩通道音頻解碼，這個特性在多功能手機和智能手機中變得越來越常見。 于是這開辟了處理器之間采用一種新的通信方式的可能性。從傳統上看，應用處理器通過AT指令和通信子系統進行通信。這些是現成的，在今天的手機中也非常可靠和有效。 但是隨著對系統性能和功耗的要求日益苛刻，這些指令正變得越來越不能勝任。其主要缺點之一就是AT指令只能順序執行，而且每條指令必須在下一條指令執行之前完成。這使得應用處理器留有大量的空閑周期。這些指令還存在一些固有問題，例如，從數據模式變到指令模式是采用+++序列，如果這存在于數據流中，系統則切換回指令模式，終止該數據流。 AT指令也沒有任何分組或IP地址的概念，所以需要加入點對點協議(PPP)以實現互聯網連接，但這會引入延遲。 EDGE和UMTS之類的新功能將需要麻煩的新AT指令，它們需要從頭開發一個新接口，而且不能復用現有技術，從而延長了開發和定制時間。 實現處理器之間接口的一種新方式就是先進消息發送接口(AMI)。它利用共享存儲器接口來實現GSM棧頂部的一個信令協議。指令可以并行處理，用一個事件驅動機制來通知控制器何時一條指令已經完成。 這種方式速度更快而且功率效率也更高，它允許系統的各個部件進入睡眠模式直到當前事件完成或直到一個新事件發生。這對于基于分組的連接尤其有用，因為可以使系統在各個包之間處于睡眠狀態而不是象采用PPP連接那樣必須保持全功率狀態。 5 應用框架 在應用處理器方面，杰爾提供的一個應用框架既可作為函數調用來訪問，也可作為一個庫來訪問，以便支持各種高級操作系統，如Symbian、Windows Mobile、PalmOS以及嵌入式Linux。這個框架還可用于實現來自業內領先供應商的附加環境，如OpenWave、Esmertec和Savaje。該內核還可處理的應用包括GPS衛星定位、3D圖形、MPEG-4視頻、藍牙網絡以及先進音頻編碼(AAC)和MP3音頻。 在該應用框架內，對Java的支持通過來自第三方供應商的各種各樣Java引擎來實現。有一些公司的引擎，如Esmertec，已經預集成進該框架，它們采用函數調用通過AMI來訪問不同處理器內的功能。 這支持最新的無線工業Java技術(JTWI)實施方案，從當前的MIDP2和連接有限器件配置(CLDC)1.1規范向前發展，目前的手機正在逐步淘汰那些原有的規范。JTWI包括針對無線消息發送的JSR120規范，以及給Java游戲和應用一個多媒體API的JSR135規范。 通過利用Agere公司在向現有手機廠商供應軟件和硅芯片方面的經驗，提供這些操作系統和Java環境可作為馬上可以生產的預集成解決方案，它們專為應用處理器而優化，而不是作為一個仍必須集成進該系統的第三方應用軟件。這使得手機開發商可以集中精力于應用本身及其增值上，而不是把很多開發時間用在第三方環境的集成方面。 6 定制設計 定制正在成為手機開發商和運營商的一個共同的關鍵需求。手機設計人員希望有一個單一的平臺，它應該可以為世界上不同地區以及同一個地區內的不同運營商進行定制，使用戶界面的外觀可以改變。 Vision架構提供了一個“品牌中心”，在那里圖像可以存儲成一個公共軟件開發商模型里的資源。這使得用戶界面的邏輯結構可以被編寫，只要提取相關的資源信息，如公司徽標的各個位圖。 除了可以改變界面顏色和文字符號之外，這還使得菜單結構很容易改變，從而可以與運營商的服務和優先考慮的產品相匹配。這類定制甚至可以在零售這一級實現，因而最新的屏保或行銷圖像可以在銷售點加到電話之中，極大地減輕了運營商和零售商的庫存控制和存貨負擔。 所有這些都是用于開發、生產和測試的OptiSuite設計工具的一部分。這些工具可廣泛用于各種各樣的設計和支持硬件之中，完成網絡級的仿真和定制。 |
