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(tǒng)的成本、性能、外形尺寸以及開發(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)缺點和適用場合，為設(shè)計方案的選擇提供了實用的分析思路。

　　手機設(shè)計工程師目前所要面對的關(guān)鍵問題之一是：應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器要集成到什么程度，才能更好地為市場營銷目標服務(wù)。為更有效地滿足OEM的需求，手機系統(tǒng)設(shè)計工程師是應(yīng)該采用分離元件呢，還是采用系統(tǒng)級芯片?

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

　　盡管這個問題很重要，但它并沒有一個確切的答案。目前市場上每種集成程度的方案都具有其自身的優(yōu)點和缺點，OEM必須對這些不同方案內(nèi)在的折衷進行權(quán)衡，以選擇一個最能滿足他們設(shè)計和營銷目標的集成程度。

　　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(shè)計工程師選擇。它們分別是：

　　方案一：應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器分離。設(shè)計手機的傳統(tǒng)方法是采用獨立的應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器，每種器件也許包含若干個處理內(nèi)核。例如，在應(yīng)用處理器里面有一個RISC內(nèi)核(如ARM9或ARM11)用于實現(xiàn)高中斷命令、控制以及用戶接口的功能，還有一個DSP(如TI的TMS320C55 DSP器件)用于進行高度重復(fù)、數(shù)學運算量大的音頻和視頻處理。同樣，調(diào)制解調(diào)器可以通過ARM以很高的效率來處理協(xié)議棧第二層和第三層，而協(xié)議棧第一層則由DSP來處理

　　無論器件采用什么架構(gòu)，它們都是完全獨立的，這使系統(tǒng)設(shè)計工程師能夠盡量提高系統(tǒng)的靈活性和性能。因為相同應(yīng)用處理器可以用于不同的調(diào)制解調(diào)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(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器供應(yīng)商。

　　這種方案能獲得最高系統(tǒng)性能是由于應(yīng)用處理器可以使用專用資源(存儲器和總線)，以及在沒有調(diào)制解調(diào)器帶來的功率約束下采用最新的工藝技術(shù)。然而與此同時，這種方法使設(shè)計工程師面臨的工作復(fù)雜化，因為他們必須集成分離的硬件元件，并且要開發(fā)和整合使應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器能有效進行通信的電話軟件層。因為應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器可能完全來自不同的生產(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很小。

　　通常與應(yīng)用處理器一起提供的軟件開發(fā)平臺可加快整合的過程，然而對硬件和軟件的設(shè)計、整合及調(diào)試可能使整個系統(tǒng)的開發(fā)周期增加好幾個星期。

　　方案二：應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器集成在同一塊芯片里。集成電路設(shè)計技術(shù)的最新進展允許芯片制造商將應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器集成在一個器件里。通常情況下，這個集成的器件使用多個處理內(nèi)核來完成相同的工作，而這些工作在分離器件的配置中是由兩個器件完成的。對于智能電話應(yīng)用，一個強大的ARM處理器可以與專用的硬件加速器配合起來管理應(yīng)用功能，另一個ARM處理器和一個DSP則用來實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器功能。對于功能豐富而又要求低成本的應(yīng)用，應(yīng)用功能和調(diào)制解調(diào)器功能共用一個ARM內(nèi)核，而DSP專門用于實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器功能。

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

　　這種方案通過允許應(yīng)用內(nèi)核和調(diào)制解調(diào)器內(nèi)核共用內(nèi)存和電源管理芯片來降低系統(tǒng)成本。另外，連接應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器功能所需的邏輯也更少，這也可降低系統(tǒng)成本。

　　在單芯片中集成應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器還可簡化系統(tǒng)設(shè)計，并縮短產(chǎn)品上市時間。從硬件角度來看，通過提供原理圖和針對可制造性進行優(yōu)化的布局布線文件，使手機的PCB設(shè)計變得容易。

　　從軟件角度來看，這種方案不需要開發(fā)和整合連接操作系統(tǒng)與協(xié)議堆棧的電話軟件層。因為應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器為固定配對，所以半導體制造商能夠開發(fā)并驗證電話軟件以實現(xiàn)內(nèi)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(shè)計進行實際電話必須通過的相同測試(如全面型號認證、互操作性測試、運營商現(xiàn)場測試等)。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(shè)計工程師搭配和匹配應(yīng)用處理器與不同調(diào)制解調(diào)器的能力。

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

　　對于一個希望進入產(chǎn)品功能豐富而價位較低的細分市場的OEM來說，這種方案可能是最好的。因為多媒體加速器通常要比應(yīng)用處理器便宜，而且需要的內(nèi)存資源較少，所以這種方案通常能使系統(tǒng)成本更低。此外，與復(fù)雜的高級操作系統(tǒng)相比，軟件開發(fā)可能相對簡單。

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

　　關(guān)鍵的設(shè)計考慮

　　顯然，要在這三種集成方案中進行選擇，首先就要清楚地了解OEM期望服務(wù)的細分市場，每個細分市場通常由手機的目標功能/應(yīng)用和目標價格來定義。

　　如果目標應(yīng)用是要求豐富特性的市場，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格，調(diào)制解調(diào)器與一個獨立的多媒體加速器相連接可能是最佳方案。

　　然而，隨著手機不斷地從單一的電話功能向手持多媒體設(shè)備的方向發(fā)展，采用應(yīng)用處理器和高級操作系統(tǒng)的設(shè)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、玩視頻游戲、看電視、聽音樂、看電影，或者同時進行其中幾項的便攜式娛樂系統(tǒng)的消費者，將需要只有通過應(yīng)用處理器才能提供的多功能和高性能特性。

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

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