三種不同的智能手機解決方案

　　在智能手機中采用何種集成程度的器件將對系統的成本、性能、外形尺寸以及開(kāi)發(fā)周期等產(chǎn)生影響。本文詳細分析三種不同集成程度的方案，闡述了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合，為設計方案的選擇提供了實(shí)用的分析思路。

　　手機設計工程師目前所要面對的關(guān)鍵問(wèn)題之一是：應用處理器和調制解調器要集成到什么程度，才能更好地為市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)目標服務(wù)。為更有效地滿(mǎn)足OEM的需求，手機系統設計工程師是應該采用分離元件呢，還是采用系統級芯片?

　　對這個(gè)問(wèn)題的回答非常重要，因為在這一層面上對設計方向的選擇將影響很多技術(shù)及競爭變數，這些變數決定了在市場(chǎng)上取得成功的關(guān)鍵因素-系統成本、硬件外形尺寸、上市時(shí)間、對不同無(wú)線(xiàn)標準的適應性、功耗以及整體性能。在設計過(guò)程的早期選擇最佳的方法有助于使OEM成為市場(chǎng)的領(lǐng)導者，而不是跟隨者。

　　盡管這個(gè)問(wèn)題很重要，但它并沒(méi)有一個(gè)確切的答案。目前市場(chǎng)上每種集成程度的方案都具有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，OEM必須對這些不同方案內在的折衷進(jìn)行權衡，以選擇一個(gè)最能滿(mǎn)足他們設計和營(yíng)銷(xiāo)目標的集成程度。

　　當前的三種可選方案

　　目前有三種不同集成程度的方案可供手機設計工程師選擇。它們分別是：

　　方案一：應用處理器和調制解調器分離。設計手機的傳統方法是采用獨立的應用處理器和調制解調器，每種器件也許包含若干個(gè)處理內核。例如，在應用處理器里面有一個(gè)RISC內核(如ARM9或ARM11)用于實(shí)現高中斷命令、控制以及用戶(hù)接口的功能，還有一個(gè)DSP(如TI的TMS320C55 DSP器件)用于進(jìn)行高度重復、數學(xué)運算量大的音頻和視頻處理。同樣，調制解調器可以通過(guò)ARM以很高的效率來(lái)處理協(xié)議棧第二層和第三層，而協(xié)議棧第一層則由DSP來(lái)處理

　　無(wú)論器件采用什么架構，它們都是完全獨立的，這使系統設計工程師能夠盡量提高系統的靈活性和性能。因為相同應用處理器可以用于不同的調制解調器技術(shù)和空中接口標準(GSM/GPRS、EDGE、UMTS和CDMA)，所以這種配置提供了最大的靈活性。此外，它還允許OEM選擇不同的應用處理器和調制解調器供應商。

　　這種方案能獲得最高系統性能是由于應用處理器可以使用專(zhuān)用資源(存儲器和總線(xiàn))，以及在沒(méi)有調制解調器帶來(lái)的功率約束下采用最新的工藝技術(shù)。然而與此同時(shí)，這種方法使設計工程師面臨的工作復雜化，因為他們必須集成分離的硬件元件，并且要開(kāi)發(fā)和整合使應用處理器和調制解調器能有效進(jìn)行通信的電話(huà)軟件層。因為應用處理器和調制解調器可能完全來(lái)自不同的生產(chǎn)商，所以由第三方完成或提供它們之間硬件和軟件的整合的機會(huì )很小。

　　通常與應用處理器一起提供的軟件開(kāi)發(fā)平臺可加快整合的過(guò)程，然而對硬件和軟件的設計、整合及調試可能使整個(gè)系統的開(kāi)發(fā)周期增加好幾個(gè)星期。

　　方案二：應用處理器和調制解調器集成在同一塊芯片里。集成電路設計技術(shù)的最新進(jìn)展允許芯片制造商將應用處理器和調制解調器集成在一個(gè)器件里。通常情況下，這個(gè)集成的器件使用多個(gè)處理內核來(lái)完成相同的工作，而這些工作在分離器件的配置中是由兩個(gè)器件完成的。對于智能電話(huà)應用，一個(gè)強大的ARM處理器可以與專(zhuān)用的硬件加速器配合起來(lái)管理應用功能，另一個(gè)ARM處理器和一個(gè)DSP則用來(lái)實(shí)現調制解調器功能。對于功能豐富而又要求低成本的應用，應用功能和調制解調器功能共用一個(gè)ARM內核，而DSP專(zhuān)門(mén)用于實(shí)現調制解調器功能。

　　為實(shí)現更高的系統集成，TI將OMAP器件與電源管理器件、RF器件捆綁在一個(gè)芯片組內。這些器件都經(jīng)過(guò)了優(yōu)化，可以在一起無(wú)縫協(xié)同工作。系統設計工程師在獲得芯片組的同時(shí)，還可得到一個(gè)完整的硬件和軟件參考設計，這些參考設計可以被修改，以提供豐富功能或者實(shí)現特定設計目標。

　　這種方案通過(guò)允許應用內核和調制解調器內核共用內存和電源管理芯片來(lái)降低系統成本。另外，連接應用處理器和調制解調器功能所需的邏輯也更少，這也可降低系統成本。

　　在單芯片中集成應用處理器和調制解調器還可簡(jiǎn)化系統設計，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。從硬件角度來(lái)看，通過(guò)提供原理圖和針對可制造性進(jìn)行優(yōu)化的布局布線(xiàn)文件，使手機的PCB設計變得容易。

　　從軟件角度來(lái)看，這種方案不需要開(kāi)發(fā)和整合連接操作系統與協(xié)議堆棧的電話(huà)軟件層。因為應用處理器和調制解調器為固定配對，所以半導體制造商能夠開(kāi)發(fā)并驗證電話(huà)軟件以實(shí)現內核之間的有效通信。而且，半導體制造商還經(jīng)常對其參考設計進(jìn)行實(shí)際電話(huà)必須通過(guò)的相同測試(如全面型號認證、互操作性測試、運營(yíng)商現場(chǎng)測試等)。提前完成這些工作可以加快產(chǎn)品上市，然而，這種集成度限制了設計工程師搭配和匹配應用處理器與不同調制解調器的能力。

　　方案三：調制解調器連接到分離的多媒體加速器。這個(gè)方案是在第一種(分離的應用處理器和調制解調器)的基礎上稍作改變。然而，它并不包括應用處理器，因此不能使用高級操作系統，而是用調制解調器實(shí)現基本的命令、控制及用戶(hù)接口功能，用多媒體加速器使視頻、音頻和成像功能的實(shí)現更加容易。

　　對于一個(gè)希望進(jìn)入產(chǎn)品功能豐富而價(jià)位較低的細分市場(chǎng)的OEM來(lái)說(shuō)，這種方案可能是最好的。因為多媒體加速器通常要比應用處理器便宜，而且需要的內存資源較少，所以這種方案通常能使系統成本更低。此外，與復雜的高級操作系統相比，軟件開(kāi)發(fā)可能相對簡(jiǎn)單。

　　當然，它的缺點(diǎn)就是由于沒(méi)有高級的操作系統，OEM只能提供有限的應用，因為這種方案無(wú)法利用大量應用程序開(kāi)發(fā)者的成果，這種成果通常與主流高級操作系統相關(guān)聯(lián)。同樣，由于沒(méi)有專(zhuān)用的ARM內核，未被多媒體加速器加速的應用(如游戲、電子郵件和個(gè)人信息管理(PIM))將達不到采用標準應用處理器所能達到的性能。

　　關(guān)鍵的設計考慮

　　顯然，要在這三種集成方案中進(jìn)行選擇，首先就要清楚地了解OEM期望服務(wù)的細分市場(chǎng)，每個(gè)細分市場(chǎng)通常由手機的目標功能/應用和目標價(jià)格來(lái)定義。

　　如果目標應用是要求豐富特性的市場(chǎng)，其關(guān)鍵要求是離散多媒體性能(特別是對相機而言)，而且具有很強競爭力的價(jià)格，調制解調器與一個(gè)獨立的多媒體加速器相連接可能是最佳方案。

　　然而，隨著(zhù)手機不斷地從單一的電話(huà)功能向手持多媒體設備的方向發(fā)展，采用應用處理器和高級操作系統的設計將變得更加具有吸引力。那些將手機看成能上網(wǎng)沖浪、打電話(huà)、玩視頻游戲、看電視、聽(tīng)音樂(lè )、看電影，或者同時(shí)進(jìn)行其中幾項的便攜式娛樂(lè )系統的消費者，將需要只有通過(guò)應用處理器才能提供的多功能和高性能特性。

　　如果目標應用是智能手機市場(chǎng)，其關(guān)鍵要求是能支持不同的高級操作系統，同時(shí)能以中等價(jià)位提供良好的多媒體性能，那么把處理器和調制解調器集成在同一塊芯片里可能是最佳方案。

　　如果目標應用是多媒體增強型智能電話(huà)市場(chǎng)，其關(guān)鍵要求是能支持不同的高級操作系統，同時(shí)具有出色的多媒體性能，這種產(chǎn)品的終端用戶(hù)對價(jià)格不敏感，因此將應用處理器和調制解調器分開(kāi)可能是最佳方案。