支持更高速無線接口的手機(jī)處理器間通信方案

手機(jī)架構(gòu)中多處理器間通信有三個(gè)主要方案可選，即利用通用的嵌入式接口、專有方案和多端口存儲(chǔ)器。采用多端口方案，設(shè)計(jì)者可確保足夠的帶寬，不但能支持cdma2000 1xEV-DO等現(xiàn)有3G標(biāo)準(zhǔn)，而且還可支持運(yùn)行速度為10Mbps的HSPDA及54Mbps的802.11g等新一代無線數(shù)據(jù)接口。

新的多媒體功能處理要求在不斷提高，這迫使設(shè)計(jì)工程師轉(zhuǎn)向雙處理器手機(jī)架構(gòu)，以便將大部分多媒體任務(wù)交付給單獨(dú)的應(yīng)用處理器。此外，既可支持3G無線標(biāo)準(zhǔn)也能支持802.11和數(shù)字多媒體廣播(DMB)等高速無線數(shù)據(jù)接口的高性能手機(jī)正在興起，這為采用三個(gè)嵌入式處理器的新一代多模手機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

雖然這些手機(jī)具有當(dāng)今無線應(yīng)用所需要的覆蓋率和計(jì)算性能，但它們也帶來了潛在的性能瓶頸。與非蜂窩無線標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了3G無線系統(tǒng)的性能極限。為了最大可能地利用DMB或802.11等高速無線接口規(guī)范的性能，這些手機(jī)必須提供能夠支持這種高速傳輸率的處理器間通信方案。

使得設(shè)計(jì)決策更加復(fù)雜的是，任何處理器間通信架構(gòu)都必須支持低電壓工作，而且功耗盡可能低，以延遲電池使用壽命。最后，為了增強(qiáng)設(shè)計(jì)靈活性并能采用高度模塊化的系統(tǒng)架構(gòu)，手機(jī)設(shè)計(jì)還必須采用與大多數(shù)供應(yīng)商的應(yīng)用和基帶處理器兼容的接口。這樣，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以利用最小的設(shè)計(jì)資源，采用相同的基本設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)單地更換處理器即可提供針對(duì)不同地區(qū)和市場(chǎng)的手機(jī)方案。

負(fù)責(zé)多處理器手機(jī)架構(gòu)間通信的設(shè)計(jì)工程師有三個(gè)主要方案可選。第一是利用通用的嵌入式接口，比如集成的UART、I2C或USB。這些嵌入式接口可提供高度壓縮的占位尺寸，并有助于降低系統(tǒng)成本，因?yàn)樗鼈儾恍枰~外的邏輯。此外，它們的功耗也很小。盡管如此，這些接口還是有各自的性能局限。

圖：對(duì)于下一代多模手機(jī)，一個(gè)三端口器件可支持基帶處理器
和應(yīng)用處理器之間的高速鏈接。

基于UART的接口具有230kbps的傳輸速率，可支持文本信息及GPRS等基本的2.5G無線接口?；贗2C的設(shè)計(jì)可達(dá)到400kbps的速率，能夠支持Edge實(shí)現(xiàn)。但是，對(duì)于更新一些的網(wǎng)絡(luò)，比如cdma2000 3x、W-CDMA或cdma2000 1xEV-DO，該接口就成為主要的性能瓶頸。

現(xiàn)在很多嵌入式處理器都支持低速USB 1.1接口，在補(bǔ)償重復(fù)和握手等操作之前可提供最大為1.5Mbps的傳輸率。但是，即便這一額外的帶寬在高性能3G網(wǎng)絡(luò)中也是捉襟見肘。當(dāng)手機(jī)接入11Mbps或更高速率的802.11b Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這些局限就會(huì)變得更加明顯。

第二個(gè)可選方案是采用專有方案，從性能的角度看這種方法更加實(shí)際。實(shí)現(xiàn)多處理器通信方案可采用定制ASIC，或者由一些嵌入式處理器供應(yīng)商所提供的專有總線。這樣可為設(shè)計(jì)者提供更好的機(jī)會(huì)支持802.11和DMB等無線標(biāo)準(zhǔn)的高速數(shù)據(jù)流。

然而，很少有手機(jī)設(shè)計(jì)能夠達(dá)到足夠的生產(chǎn)量，以補(bǔ)償設(shè)計(jì)和制造定制ASIC的高成本。基于專有總線架構(gòu)的多處理器方案還限制了設(shè)計(jì)者的器件選擇，因?yàn)樗x器件必須支持這種專有總線。模塊化設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)者可在同一設(shè)計(jì)架構(gòu)上更換模塊以支持不同的3G蜂窩或非蜂窩無線接口。鑒于模塊化設(shè)計(jì)的成本效益，設(shè)計(jì)靈活性方面的任何限制都會(huì)妨礙產(chǎn)品的成功。

第三種選擇是采用多端口存儲(chǔ)器來支持處理器間的通信。這種器件集成了存儲(chǔ)器和控制邏輯，可同時(shí)存取共用的中心存儲(chǔ)器。每個(gè)端口具有獨(dú)立的控制、地址和I/O引腳，因此可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器中任何位置的獨(dú)立、異步讀寫操作。一個(gè)1.8V的三端口器件在滿足手機(jī)嚴(yán)格功耗的同時(shí)，可以提供三個(gè)智能器件間的高速、雙向接口。這些器件的存取時(shí)間短至55納秒，可以支持高達(dá)290Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。

從設(shè)計(jì)者的角度看，這種處理器間通信方法所提供的性能裕量頗吸引人。采用這種多端口的處理器間通信方案，設(shè)計(jì)者可確保足夠的帶寬，不但能支持cdma2000 1xEV-DO等現(xiàn)有3G標(biāo)準(zhǔn)，而且還可支持運(yùn)行速度為10Mbps的HSPDA及54Mbps的802.11g等新一代無線數(shù)據(jù)接口。

此外，這一額外的帶寬對(duì)下一代手機(jī)運(yùn)行新興多媒體應(yīng)用也至關(guān)重要，比如連續(xù)語音識(shí)別、MPEG-4成像和3-D圖形等。大部分新興應(yīng)用所需要的處理能力是當(dāng)前應(yīng)用所需性能的2至5倍。視頻會(huì)議等流行的視頻應(yīng)用要求應(yīng)用和基帶處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸速率至少要達(dá)到2Mbps。

基于多端口器件而構(gòu)建的多處理器通信方案還有另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)，即它們采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)單SRAM接口。目前市面上幾乎所有的嵌入式處理器都支持這種接口，因此設(shè)計(jì)者很容易創(chuàng)建模塊化的系統(tǒng)，從而輕便地更換模塊以滿足不同無線標(biāo)準(zhǔn)或市場(chǎng)的需求。設(shè)計(jì)者不但有廣泛的器件選擇范圍，而且可以降低系統(tǒng)成本，因?yàn)獒槍?duì)不同市場(chǎng)的基本設(shè)計(jì)是相同的。

此外，現(xiàn)今的多端口器件在引腳兼容的封裝內(nèi)可支持不同的工作電壓，因此設(shè)計(jì)者可從模塊化架構(gòu)中獲得多方面的好處。他們可以用新一代的低功耗器件來替換現(xiàn)有的多端口器件和基帶處理器，從而延長(zhǎng)手機(jī)設(shè)計(jì)的電池使用壽命。或者，他們也可以將其產(chǎn)品轉(zhuǎn)移至下一代蜂窩技術(shù)，比如從cdma2000 1x網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向cdma2000 1x EV-DO。