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Vision手機架構:可降低功耗簡化設計的新型架構

作者: 時間:2010-01-16 來源:網絡 收藏

  移動市場正在進入一個快速發展的時代,新服務的出現正在推動前所未有的對新應用和新特性的需求。手機用戶所需要的產品是能在不犧牲手機大小和的前提下,提供真正的移動性能。
  
  這是下一代手機者和相應的芯片供應商都必須面對的挑戰。隨著開發、測試和驗證軟件的過程成為工作的主要部分和手機及時上市的關鍵因素,只在單個處理器內運行所有手機軟件已不可能滿足要求。
  
  采用多個分離的應用處理器的臨時性解決方案在短期內是可行的,但它們會顯著增加,使電池壽命變短,而且物料成本也會增加。
  
  采用一個高性能內核、既處理通信協議又實現應用的單一處理器方法也受制于方面的挑戰和所需軟件復雜性帶來的一系列問題。
  
  為這類系統添加新應用或新通信功能,會牽涉到令人頭痛的測試和驗證,開發過程將延長好幾個月,并使得派生產品的開發既耗時又費錢。轉向一個更高性能的內核意味著實際上必須重新編寫和重新測試代碼,從而再次使開發過程大大延長。
  
  軟件是手機開發主要的耗時因素。減少派生產品的開發和測試時間可以急劇縮短上市時間及獲取收益的時間,但是與此同時必須使手機供應商能夠滿足運營商對新功能和新用戶界面的需求。
  
  因此軟件開發和測試對手機供應商來說是個關鍵問題。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,這兩點至關重要。
  
  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不同的處理器內核可以克服軟件開發中的這些挑戰,而且可大大降低手機的功耗。一個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,同時可以加速手機的上市時間。
  
  選擇一個具有可合成、可伸縮內核的工業標準處理器現在可以使整個提供最佳的性能表現,而且在將來可滿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發的優勢結合起來,就可以給手機開發商和運營商帶來關鍵的益處。
  
  硬件架構
  
  杰爾系統公司的手機架構將一個專用的通信引擎與一個獨立的應用處理器結合在單一芯片上,通過共享存儲器實現連接,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的變化。因而,隨著承載技術從GPRS發展到EDGE再到UMTS直至新出現的高速數據包訪問(HSDPA)協議,其中的通信處理器可以相應升級,同時又不會干擾應用處理器。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。這使得很大程度上的復用成為可能,從而使個人寬帶變為現實。
  
  以2.5G GPRS/EDGE實現為例,此通信引擎把一個ARM處理器同一個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實時單元,而ARM處理更高級別的協議棧。
  
  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都由處理通信連接的同一個處理器來處理。這對該單一處理器及其存儲器子系統提出了很嚴格的要求,而且所有應用軟件都要經過充分驗證,它們一定要完全可靠,避免手機的通信性能受到損害。
  
  例如,應用區的一個緩存器超負荷運行也許不會損害某個特定應用,但它有可能在通信方面引起沖突問題。
  
  反之,在架構中一個獨立的處理器用來運行應用程序,包括高級操作系統。
  
  這種可伸縮的架構可使多種派生產品實現性能優化,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。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聲音和立體聲話筒。這種強大的功能組合為很多應用提供了一個平臺,如MMS多媒體信息發送、WAP瀏覽、Java游戲和視頻電話。
  
  處理器之間的接口通過一個共享存儲器實現,它由處理器控制單元(PCU)進行判優。PCU處理三個處理器之間的通信,來訪問存儲器并傳輸數據。與通信和應用處理器分開的架構相比,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,因而帶來很大的功率節省。各個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減少功耗。
  
  時鐘發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,以便實現不同級別的功率控制。
  
  通過這種器件集成、電源管理和工藝技術的結合,Vision架構的功耗只是其它解決方案的一半,從而顯著延長電話的待機和通話時間。

  各自分開的處理器不僅在使用時可以降低供耗,而且這種分開意味著一個高功率效率的處理器用來實現在大部分時間都開著的功能,而不是必須讓一個高性能處理器始終保持“開”,以便處理電話功能。
  
  為了從既實現電話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,就需要一個運行速度超過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被使用時(在手機應用中大概要占80%的時間)也消耗功率。


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