Vision手機架構：可降低功耗簡(jiǎn)化設計的新型架構

　　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。
　　
　　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。
　　
　　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。