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移動(dòng)市場(chǎng)正在進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)代，新服務(wù)的出現正在推動(dòng)前所未有的對新應用和新特性的需求。手機用戶(hù)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(dòng)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(zhù)開(kāi)發(fā)、測試和驗證軟件的過(guò)程成為設計工作的主要部分和手機及時(shí)上市的關(guān)鍵因素，只在單個(gè)處理器內運行所有手機軟件已不可能滿(mǎn)足要求。 采用多個(gè)分離的應用處理器的臨時(shí)性解決方案在短期內是可行的，但它們會(huì )顯著(zhù)增加功耗，使電池壽命變短，而且物料成本也會(huì )增加。 采用一個(gè)高性能內核、既處理通信協(xié)議又實(shí)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(lái)的一系列問(wèn)題。 為這類(lèi)系統添加新應用或新通信功能，會(huì )牽涉到令人頭痛的測試和驗證，開(kāi)發(fā)過(guò)程將延長(cháng)好幾個(gè)月，并使得派生產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)既耗時(shí)又費錢(qián)。轉向一個(gè)更高性能的內核意味著(zhù)實(shí)際上必須重新編寫(xiě)和重新測試代碼，從而再次使開(kāi)發(fā)過(guò)程大大延長(cháng)。 軟件是手機開(kāi)發(fā)主要的耗時(shí)因素。減少派生產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和測試時(shí)間可以急劇縮短上市時(shí)間及獲取收益的時(shí)間，但是與此同時(shí)必須使手機供應商能夠滿(mǎn)足運營(yíng)商對新功能和新用戶(hù)界面的需求。 因此軟件開(kāi)發(fā)和測試對手機供應商來(lái)說(shuō)是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(diǎn)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系統進(jìn)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(gè)不同的處理器內核可以克服軟件開(kāi)發(fā)中的這些挑戰，而且可大大降低手機的功耗。一個(gè)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(shí)可以加速手機的上市時(shí)間。 選擇一個(gè)具有可合成、可伸縮內核的工業(yè)標準處理器架構現在可以使整個(gè)架構提供最佳的性能表現，而且在將來(lái)可滿(mǎn)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(kāi)發(fā)的優(yōu)勢結合起來(lái)，就可以給手機開(kāi)發(fā)商和運營(yíng)商帶來(lái)關(guān)鍵的益處。 1 硬件架構 杰爾系統公司的Vision手機架構將一個(gè)專(zhuān)用的通信引擎與一個(gè)獨立的應用處理器結合在單一芯片上，通過(guò)共享存儲器實(shí)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(shù)的變化。因而，隨著(zhù)承載技術(shù)從GPRS發(fā)展到EDGE再到UMTS直至新出現的高速數據包訪(fǎng)問(wèn)(HSDPA)協(xié)議，其中的通信處理器可以相應升級，同時(shí)又不會(huì )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(huà)。這使得很大程度上的復用成為可能，從而使個(gè)人寬帶變?yōu)楝F實(shí)。 以2.5G GPRS/EDGE實(shí)現為例，此通信引擎把一個(gè)ARM處理器同一個(gè)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(gè)實(shí)時(shí)單元，而ARM處理更高級別的協(xié)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(wù)都由處理通信連接的同一個(gè)處理器來(lái)處理。這對該單一處理器及其存儲器子系統提出了很?chē)栏竦囊�，而且所有應用軟件都要�?jīng)過(guò)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(gè)緩存器超負荷運行也許不會(huì )損害某個(gè)特定應用，但它有可能在通信方面引起沖突問(wèn)題。 反之，在Vision架構中一個(gè)獨立的處理器用來(lái)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(chǎn)品實(shí)現性能優(yōu)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(huà)筒。這種強大的功能組合為很多應用提供了一個(gè)平臺，如MMS多媒體信息發(fā)送、WAP瀏覽、Java游戲和視頻電話(huà)。 處理器之間的接口通過(guò)一個(gè)共享存儲器實(shí)現，它由處理器控制單元(PCU)進(jìn)行判優(yōu)。PCU處理三個(gè)處理器之間的通信，來(lái)訪(fǎng)問(wèn)存儲器并傳輸數據。與通信和應用處理器分開(kāi)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(kāi)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(gè)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(lái)很大的功率節省。各個(gè)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(zhù)減少功耗。 時(shí)鐘發(fā)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(shí)現不同級別的功率控制。 通過(guò)這種器件集成、電源管理和工藝技術(shù)的結合，Vision架構的功耗只是其它解決方案的一半，從而顯著(zhù)延長(cháng)電話(huà)的待機和通話(huà)時(shí)間。 各自分開(kāi)的處理器不僅在使用時(shí)可以降低供耗，而且這種分開(kāi)意味著(zhù)一個(gè)高功率效率的處理器用來(lái)實(shí)現在大部分時(shí)間都開(kāi)著(zhù)的功能，而不是必須讓一個(gè)高性能處理器始終保持“開(kāi)”，以便處理電話(huà)功能。 為了從既實(shí)現電話(huà)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(gè)運行速度超過(guò)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(méi)被使用時(shí)(在手機應用中大概要占80%的時(shí)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(gè)模塊化設計之中，同時(shí)不影響應用引擎或通信引擎，因而使得派生手機的開(kāi)發(fā)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(jìn)來(lái)作為應用處理器，為具有更先進(jìn)多媒體應用的特定設備服務(wù)，同時(shí)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(lái)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(xié)議，這是該架構的一個(gè)關(guān)鍵特性。 該單芯片、多內核處理器是個(gè)數字基帶器件，它可以和一個(gè)混合信號器件協(xié)同工作，完成諸如系統電源管理、無(wú)線(xiàn)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(gè)器件選擇合適的工藝，如優(yōu)化的混合信號工藝，對保持該系統功耗盡可能低是至關(guān)重要的。 4 軟件架構 從軟件角度考慮，把經(jīng)過(guò)驗證的專(zhuān)用通信引擎中的各個(gè)通信單元分離出來(lái)可以使大量驗證合格并能用于生產(chǎn)的實(shí)時(shí)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(xié)議棧必須同其它應用程序集成在一起。這可能會(huì )大大增加軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間以及使最終手機通過(guò)測試和驗證的時(shí)間。 在Vision架構的第一次實(shí)現中用作通信引擎的ARM和DSP16K是非常成熟的器件，它們已經(jīng)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(gè)現成的解決方案。Sceptre HPE已經(jīng)在運行GPRS和 EDGE，而且相同的代碼將移植到Vision以加入這個(gè)經(jīng)過(guò)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(yǔ)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(kāi)發(fā)之中。 其中，DSP處理底部的1層協(xié)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(xié)議、無(wú)線(xiàn)電資源管理、移動(dòng)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(gè)特性在多功能手機和智能手機中變得越來(lái)越常見(jiàn)。 于是這開(kāi)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(guò)AT指令和通信子系統進(jìn)行通信。這些是現成的，在今天的手機中也非�？煽亢陀行�。 但是隨著(zhù)對系統性能和功耗的要求日益苛刻，這些指令正變得越來(lái)越不能勝任。其主要缺點(diǎn)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(wèn)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(méi)有任何分組或IP地址的概念，所以需要加入點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議(PPP)以實(shí)現互聯(lián)網(wǎng)連接，但這會(huì )引入延遲。 EDGE和UMTS之類(lèi)的新功能將需要麻煩的新AT指令，它們需要從頭開(kāi)發(fā)一個(gè)新接口，而且不能復用現有技術(shù)，從而延長(cháng)了開(kāi)發(fā)和定制時(shí)間。 實(shí)現處理器之間接口的一種新方式就是先進(jìn)消息發(fā)送接口(AMI)。它利用共享存儲器接口來(lái)實(shí)現GSM棧頂部的一個(gè)信令協(xié)議。指令可以并行處理，用一個(gè)事件驅動(dòng)機制來(lái)通知控制器何時(shí)一條指令已經(jīng)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(gè)部件進(jìn)入睡眠模式直到當前事件完成或直到一個(gè)新事件發(fā)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(gè)包之間處于睡眠狀態(tài)而不是象采用PPP連接那樣必須保持全功率狀態(tài)。 5 應用框架 在應用處理器方面，杰爾提供的一個(gè)應用框架既可作為函數調用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，也可作為一個(gè)庫來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，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(gè)框架還可用于實(shí)現來(lái)自業(yè)內領(lǐng)先供應商的附加環(huán)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(wǎng)絡(luò )以及先進(jìn)音頻編碼(AAC)和MP3音頻。 在該應用框架內，對Java的支持通過(guò)來(lái)自第三方供應商的各種各樣Java引擎來(lái)實(shí)現。有一些公司的引擎，如Esmertec，已經(jīng)預集成進(jìn)該框架，它們采用函數調用通過(guò)AMI來(lái)訪(fǎng)問(wèn)不同處理器內的功能。 這支持最新的無(wú)線(xiàn)工業(yè)Java技術(shù)(JTWI)實(shí)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(fā)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(wú)線(xiàn)消息發(fā)送的JSR120規范，以及給Java游戲和應用一個(gè)多媒體API的JSR135規范。 通過(guò)利用Agere公司在向現有手機廠(chǎng)商供應軟件和硅芯片方面的經(jīng)驗，提供這些操作系統和Java環(huán)境可作為馬上可以生產(chǎn)的預集成解決方案，它們專(zhuān)為應用處理器而優(yōu)化，而不是作為一個(gè)仍必須集成進(jìn)該系統的第三方應用軟件。這使得手機開(kāi)發(fā)商可以集中精力于應用本身及其增值上，而不是把很多開(kāi)發(fā)時(shí)間用在第三方環(huán)境的集成方面。 6 定制設計 定制正在成為手機開(kāi)發(fā)商和運營(yíng)商的一個(gè)共同的關(guān)鍵需求。手機設計人員希望有一個(gè)單一的平臺，它應該可以為世界上不同地區以及同一個(gè)地區內的不同運營(yíng)商進(jìn)行定制，使用戶(hù)界面的外觀(guān)可以改變。 Vision架構提供了一個(gè)“品牌中心”，在那里圖像可以存儲成一個(gè)公共軟件開(kāi)發(fā)商模型里的資源。這使得用戶(hù)界面的邏輯結構可以被編寫(xiě)，只要提取相關(guān)的資源信息，如公司徽標的各個(gè)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(yíng)商的服務(wù)和優(yōu)先考慮的產(chǎn)品相匹配。這類(lèi)定制甚至可以在零售這一級實(shí)現，因而最新的屏�；蛐袖N(xiāo)圖像可以在銷(xiāo)售點(diǎn)加到電話(huà)之中，極大地減輕了運營(yíng)商和零售商的庫存控制和存貨負擔。 所有這些都是用于開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)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(wǎng)絡(luò )級的仿真和定制。 |
