采用模塊化架構(gòu)應(yīng)用處理器擴(kuò)展手機(jī)功能

　在下一代多功能手機(jī)中，DSC、MP3、游戲和視頻等應(yīng)用百花齊放。如果只用基帶芯片實(shí)現(xiàn)這些功能，那么將顯著增加CPU的負(fù)荷并影響通信處理性能。應(yīng)用處理器(AP)適合于擴(kuò)展手機(jī)功能，而且采用模塊化架構(gòu)的AP子系統(tǒng)可重復(fù)用在不同移動(dòng)系統(tǒng)制式的手機(jī)。本文將探討對(duì)AP的要求以及AP與現(xiàn)有基帶芯片的整合。
　　
　　大多數(shù)手機(jī)制造商會(huì)采用半導(dǎo)體供應(yīng)商提供的參考設(shè)計(jì)方案。這種方案主要由目標(biāo)代碼和少量源代碼組成。研發(fā)工程師難以對(duì)該方案進(jìn)行修改和加入新功能。此外，基帶芯片有限的資源使它不可能實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷的多媒體應(yīng)用，如DSC、MP3、MPEG-4、游戲和視頻電話等，而這些對(duì)高端移動(dòng)電話來說是必需的。
　　
　　這些制造商在參考方案的硬件和軟件方面都很有經(jīng)驗(yàn)。參考方案的質(zhì)量經(jīng)過驗(yàn)證，并在商業(yè)化產(chǎn)品中得到證明。它最好能在隨后的產(chǎn)品中重復(fù)使用，而不是重新開發(fā)一切功能。為了將現(xiàn)有的手機(jī)設(shè)計(jì)向高端電話升級(jí)，對(duì)制造商來說，應(yīng)用處理器架構(gòu)是一條捷徑?，F(xiàn)有的基帶系統(tǒng)可重復(fù)使用并連接到一個(gè)AP子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)類似于一個(gè)模塊，可連接到基帶系統(tǒng)上。
　　
　　模塊化架構(gòu)
　　
　　擴(kuò)展手機(jī)特性的傳統(tǒng)方法是在基帶芯片上編寫并執(zhí)行新應(yīng)用程序。這種單芯片架構(gòu)需要工程師升級(jí)基帶芯片以獲得更多的CPU能力。為了實(shí)現(xiàn)照相機(jī)功能和SD/MMC的連接就要對(duì)電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。基帶代碼要移植到新的芯片之中?，F(xiàn)有的功能要徹底地重新驗(yàn)證，即使它們以前進(jìn)行過測(cè)試。此外，對(duì)這種單芯片架構(gòu)來說，程序代碼的規(guī)模將非常大而且很復(fù)雜。這導(dǎo)致開發(fā)和調(diào)試的時(shí)間拉長(zhǎng)，并最終增加開發(fā)的成本。
　　
　　通過采用模塊化的AP架構(gòu)，曾經(jīng)占用過多CPU資源的多媒體功能應(yīng)用程序可以在AP上執(zhí)行。現(xiàn)有手機(jī)上的大部分代碼和電路只需稍加修改就可重復(fù)使用。軟件工程師因而可以將精力集中于開發(fā)新的應(yīng)用程序。這些應(yīng)用程序只需在AP上開發(fā)和調(diào)試。
　　
　　這種雙處理器方案把基帶工作和AP工作分開，一個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)基本的電話功能，另一個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)多媒體功能。基帶處理器實(shí)現(xiàn)目前手機(jī)所做的呼叫/接聽等基本的電話功能，AP處理器專用于處理高負(fù)荷的多媒體應(yīng)用。這消除了由新應(yīng)用的軟件缺陷引起基帶失效的風(fēng)險(xiǎn)。例如，新應(yīng)用上一個(gè)不成對(duì)的去能/使能中斷將掛起實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)調(diào)度表，如果它是在單一處理器上執(zhí)行的話，這將終止所有電話功能。
　　
　　基帶和AP處理器之間的通信靠消息傳遞實(shí)現(xiàn)。激活或撤消新應(yīng)用程序的命令以消息的格式從基帶處理器傳送到AP處理器。

　　
　　以模塊化架構(gòu)的形式，AP構(gòu)成一個(gè)子系統(tǒng)并與基帶處理器隔離開來。主LCD和子LCD連接到AP而不是基帶處理器上，以便達(dá)到最佳的多媒體應(yīng)用視覺性能。音頻編碼/解碼器可以連接到基帶或AP處理器上，具體做法取決于所涉及的難度。AP上的視頻I/O硬件專用于照相機(jī)傳感器。它以YUV格式解碼照相機(jī)的輸出并轉(zhuǎn)換成RGB用于顯示。SD/MMC卡連到AP以便在外部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。片上的NAND/AND閃存可用于存儲(chǔ)除引導(dǎo)加載器之外的數(shù)據(jù)和主程序。NOR閃存也可用于存儲(chǔ)主程序和引導(dǎo)加載器，這取決于成本。SDRAM作為運(yùn)行存儲(chǔ)器。對(duì)處理圖像數(shù)據(jù)的多媒體應(yīng)用來說，它應(yīng)該很大。AP子系統(tǒng)如圖1所示。

　AP子系統(tǒng)的要求
　　
　　1．連接簡(jiǎn)單
　　
　　AP必須易于連接到基帶處理器上。連接的最簡(jiǎn)單方式是采用一個(gè)SRAM接口。它可以靈活地連到8位和16位總線基帶系統(tǒng)。此外，它需要與8086和68000系統(tǒng)總線兼容。該SRAM接口總線與AP系統(tǒng)總線隔離，以便基帶訪問AP總線和AP訪問系統(tǒng)總線可以同時(shí)工作。
　　
　　2．“穿過”(pass through)特性
　　
　　由于LCD連到AP而不是基帶處理器上，因此從基帶提取圖像送往LCD成為間接的動(dòng)作。傳統(tǒng)的取送方法需要兩個(gè)步驟：第一步是從基帶向AP發(fā)送取命令；第二步是從AP向LCD送圖像數(shù)據(jù)。采用這種方法AP要處于加電狀態(tài)，因而增加了功耗。而且已有的基帶代碼要從直接訪問命令的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。工程師需要時(shí)間來開發(fā)、測(cè)試和糾錯(cuò)。
　　
　　AP處理器上的“穿過”特性使得基帶處理器可以訪問LCD，即使該AP處于節(jié)電模式下(見圖2)。在這種模式下，不管是主LCD還是子LCD都可訪問?？梢?ldquo;穿過”的最大器件數(shù)目設(shè)定為4。這為未來的擴(kuò)展預(yù)留了空間。功耗在節(jié)電狀態(tài)下達(dá)到最低。因而手機(jī)的待機(jī)時(shí)間可以最大化。有了這種直接訪問特性，現(xiàn)有代碼無需修改就可重復(fù)使用。它減輕了工程師的工作負(fù)荷并縮短了開發(fā)時(shí)間。
　　
　　3．基帶引導(dǎo)功能
　　
　　通常，NOR閃存用于存儲(chǔ)AP程序。它在AP提供接收引導(dǎo)代碼功能的情況可去除，即AP從基帶處理器接收引導(dǎo)代碼(引導(dǎo)加載器)，隨后運(yùn)行該代碼的情況下。通過利用這種特性，主程序可以存儲(chǔ)在不昂貴的NAND/AND閃存上。引導(dǎo)加載器將主程序從數(shù)據(jù)閃存加載到SDRAM，并最終在該SDRAM上運(yùn)行它。一個(gè)不同的引導(dǎo)加載器可用來重寫/更新主程序。即使在重寫期間發(fā)生異常中斷，對(duì)最終產(chǎn)品也沒有任何損害。這是因?yàn)樵撝貙懸龑?dǎo)加載器存儲(chǔ)在基帶而非AP的閃存上。
　　
　　4．視頻I/O
　　
　　AP上的視頻接口硬件專用于解碼照相機(jī)傳感器的輸出信號(hào)。它無需編寫代碼就可檢測(cè)來自該傳感器的水平和垂直信號(hào)，并且將其加碼解碼成行列數(shù)據(jù)。將YUV轉(zhuǎn)換成RGB或者將RGB轉(zhuǎn)換成YUV是靠硬件實(shí)現(xiàn)，不是靠軟件計(jì)算。這帶來速度和效率。一個(gè)SXGA分辨率照相機(jī)傳感器的輸出YUV格式為4:2:2，每秒15幀，這意味著每秒可處理1,280×1,024×8×15=157,286,400字節(jié)。如果靠軟件來計(jì)算，這會(huì)耗費(fèi)大量的CPU資源。

　　
　　5.集成基帶與AP
　　
　　基帶系統(tǒng)和AP子系統(tǒng)的集成類似于把一個(gè)SRAM加到基帶處理器上?；鶐?yīng)該最多保留7個(gè)I/O端口和一個(gè)中斷來控制AP。除去某些AP功能，如“基帶引導(dǎo)”和“穿過”，可以降低對(duì)I/O的需求。
　　
　　本文小結(jié)
　　
　　手機(jī)上的各種應(yīng)用將使復(fù)雜度增加。讓這些應(yīng)用全由基帶處理器實(shí)現(xiàn)是困難的，甚至是不可能的。應(yīng)用處理器架構(gòu)簡(jiǎn)化了工程師的工作，他們可以把現(xiàn)有的手機(jī)設(shè)計(jì)擴(kuò)展到下一代多媒體電話之中。這種模塊化架構(gòu)對(duì)現(xiàn)有手機(jī)設(shè)計(jì)方案的修改降到最低程度，使得工程師只需集中精力開發(fā)新應(yīng)用。它還允許工程師分別開發(fā)并調(diào)試基帶和AP上的應(yīng)用，顯著縮短了開發(fā)時(shí)間。通過采用不同的基帶，該架構(gòu)使得手機(jī)制造商可以將該AP子系統(tǒng)上的硬件和軟件重復(fù)用于不同的移動(dòng)系統(tǒng)上。