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功能手機(jī)和智能手機(jī)

功能手機(jī)一般只含有基帶芯片組，也就是所謂BP。而智能手機(jī)，則含有AP和BP兩個(gè)部分。AP，應(yīng)用程序處理器(Application Processor)，負(fù)責(zé)大部分應(yīng)用程序的執(zhí)行。而BP，基帶處理器(Baseband Processor)，也稱為通信處理器(CP，Communication Processor)，負(fù)責(zé)所有通訊軟件的執(zhí)行。

功能手機(jī)例子：LG Electronics Cyon LG-KP4000[1]

手機(jī)支持CDMA 2000，采用高通的芯片，其中包含高通MSM 6100，一般說到CDMA芯片的時(shí)候，實(shí)際上它基本上分四個(gè)部分，第一個(gè)部分是MSM芯片，就是一般手機(jī)終端用的基站芯片，它有調(diào)制解調(diào)、多媒體功能等等。另外兩個(gè)部分是RFR和RFT，RFR指的是射頻接收的部分，RFT是指射頻傳輸?shù)牟糠?，他們?gòu)成了RF射頻芯片。第四個(gè)部分是電源管理的部分。一般的不管是CDMA2000還是WCDMA方面，無線終端，那都需要這四種半導(dǎo)體產(chǎn)品，就是MSM，RFR、RFT和電源管理。

智能手機(jī)：AP和BP

如果說功能手機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，以BP為主體，添加了一些額外的應(yīng)用程序和相應(yīng)的硬件外設(shè)。那么智能手機(jī)作為功能手機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，在BP的基礎(chǔ)上，增加了AP，專門用于強(qiáng)化對(duì)應(yīng)用程序的支持。

大多數(shù)的手智能手機(jī)機(jī)都含有兩個(gè)處理器。操作系統(tǒng)、用戶界面和應(yīng)用程序都在ApplicationProcessor(AP)上執(zhí)行，AP一般采用ARM芯片的CPU。而手機(jī)射頻通訊控制軟件，則運(yùn)行在另一個(gè)分開的CPU上，這個(gè)CPU稱為 Baseband Processor(BP)。把射頻功能放在BP上執(zhí)行的主要原因是：射頻控制函數(shù)(信號(hào)調(diào)制、編碼、射頻位移等)都是高度時(shí)間相關(guān)的。最好的辦法就是把 這些函數(shù)放在一個(gè)主CPU上執(zhí)行，并且這個(gè)主CPU是運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的。另外一個(gè)使用BP的好處是一旦它被設(shè)計(jì)和認(rèn)證為好了的，不管你采用的操作系統(tǒng)和 應(yīng)用軟件怎么變化，它都可以正確的執(zhí)行功能(它的通訊功能)。另外，操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)的bug也不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)送災(zāi)難性的數(shù)據(jù)到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中。(FCC要求 的)[5]

下面是智能手機(jī)的硬件圖[3]。

主處理器運(yùn)行開放式操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制。從處理器為無線modem部分的dbb(數(shù)字基帶芯片)，主要完成語音信號(hào)的a/d轉(zhuǎn)換、d/a轉(zhuǎn)換、數(shù)字語音信號(hào)的編解碼、信道編解碼和無線modem部分的時(shí)序控制。主從處理器之間通過串口進(jìn)行通信。而BP部分的CPU，內(nèi)存，電源管理，無線收發(fā)器，功率放大器等等器件，實(shí)際就是原來的功能手機(jī)主要結(jié)構(gòu)。

在智能手機(jī)的硬件架構(gòu)中，無線modem部分只要再加一定的外圍電路，如音頻芯片、lcd、攝像機(jī)控制器、傳聲器、揚(yáng)聲器、功率放大器、天線等，就是一個(gè)完整的普通手機(jī)(傳統(tǒng)手機(jī))的硬件電路。模擬基帶(abb)語音信號(hào)引腳和音頻編解碼器芯片進(jìn)行通信，構(gòu)成通話過程中的語音通道。

最初，AP部分與BP部分都是分開的，兩者之間通過AT命令通信。如下圖[4] 顯示的是Moto Droid和iPhone 3GS兩款手機(jī)的主板實(shí)物照片。需要注意的是，實(shí)物圖中看不到CPU芯片，因?yàn)樵谥靼逯?，CPU和RAM是疊加在一起的。這個(gè)做法叫Package on Package(PoP)，它的好處主要是節(jié)省主板空間。

早期的手機(jī)，AP與BP的物理聯(lián)系，通過串口(UART)來實(shí)現(xiàn)，不僅需要串口，而且通常還需要通用輸入輸出控制線(General Purpose Input/Outpu, GPIO)，來協(xié)調(diào)AP與BP之間的電源管理等等。在手機(jī)閑置時(shí)，AP和BP部分都處于睡眠狀態(tài)，以便省電。撥打電話時(shí)，AP通過GPIO喚醒BP，然后 通過串口給BP發(fā)送AT命令。有來電時(shí)，BP也通過GPIO喚醒AP，然后也通過串口發(fā)送AT命令，通知AP啟動(dòng)振鈴，接換手機(jī)界面等等。很顯然，用串口(UART)，GPIO，加AT命令的方式，來協(xié)調(diào)AP與BP的工作，效率不太高。雖然后期手機(jī)，用USB或SPI取代了UART，效率有所提高，但是總體上來說，AP與BP的協(xié)調(diào)，仍然是整個(gè)手機(jī)工作效率的瓶頸。

AP 和BP各自有一塊彼此獨(dú)立的CPU芯片，不僅相互之間的通信效率差，而且購置芯片的成本高，占用手機(jī)電路板的面積大，同時(shí)還耗電。為了克服這些缺 點(diǎn)，SoC二合一芯片的出現(xiàn)，是大勢(shì)所趨，困難在于SoC芯片的設(shè)計(jì)和制造難度較大。例如，在SoC內(nèi)部，AP和BP分工依然明確，兩者之間的通信，通常依靠?jī)?nèi)存共享(Shared Memory)。但是實(shí)現(xiàn)內(nèi)存共享的技術(shù)難度，要比AT命令的方式要復(fù)雜得多。

對(duì)于一些新近的制作商，例如平板、電子書，使用BP 模塊。

智能手機(jī)的例子

GPhone Nexus One所使用的Qualcomm的QSD8250，以及G1和G2所使用的Qualcomm的MSM7200芯片，都是AP和BP二合一的SoC芯片。以 MSM7200芯片為例，它的AP部分內(nèi)置兩枚CPU內(nèi)核，一個(gè)是ARM11，另一個(gè)是DSP專用內(nèi)核QDSP5，BP部分也有兩個(gè)CPU內(nèi)核，分別是 ARM926和DSP專用內(nèi)核QDSP4。GPhone Nexus One內(nèi)置CPU芯片是高通(Qualcomm)的Snapdragon系列QSD 8250芯片。該芯片的內(nèi)核是ARM Cortex-A8。

Qualcomm的MSM6xxx系列是基帶芯片，MSM7xxx系 列AP+BP SoC芯片，于2006年左右陸續(xù)上市。

BP的做法有三種方式，1. 分立器件，這是早期智能手機(jī)的BP部分的主要實(shí)現(xiàn)方式，例如以Intel PXA系列芯片為CPU的手機(jī)。眼下iPhone，PalmPe， Moto Droid也沿襲了分立器件的結(jié)構(gòu)。2. BP模塊，這個(gè)方式使用簡(jiǎn)單，但是成本較高。非手機(jī)類的移動(dòng)設(shè)備，常用這種設(shè)計(jì)。3. AP+BP二合一SoC芯片，技術(shù)難度最大，但利潤(rùn)率也最高，是目前手機(jī)最普遍使用的BP實(shí)現(xiàn)方式，例如HTC手機(jī)既用TI的SoC芯片，使用的是 Qualcomm的SoC芯片，而Nokia智能手機(jī)大部分使用TI的SoC。

手機(jī)制作流程

手機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)流程大約可以分成以下6步。

第1步，Design House從芯片廠商那里拿到參考設(shè)計(jì)。

芯片廠商提供的參考設(shè)計(jì)，往往以開發(fā)板的形式出現(xiàn)。所謂開發(fā)板，也被稱為大板，因?yàn)槌叽邕h(yuǎn)比手機(jī)大得多，有的大板甚至可以媲美報(bào)紙的面積。圖顯示的是Samsung的S3C44BOX芯片開發(fā)板。

第2步，確定配件元器件。

1. 主板設(shè)計(jì)，或者Gerber文件，或者PCB板。

2. 系統(tǒng)軟件。

3. 需要組裝的全部元器件的清單(BOM List)。

4. 配套的外殼。

第3步，開發(fā)調(diào)試驅(qū)動(dòng)程序。

第4步，產(chǎn)品級(jí)主板設(shè)計(jì)。確定了微處理芯片以及配件元器件以后，Design House著手把大板改成小板，也就是設(shè)計(jì)產(chǎn)品級(jí)主板。產(chǎn)品級(jí)主板設(shè)計(jì)主要是讓主板更緊湊，這包括布局和連線，同時(shí)加上緊固件以及絕緣和散熱材料，使手機(jī)更加堅(jiān)固耐用。

第5步，進(jìn)一步調(diào)試軟硬件，使之達(dá)到產(chǎn)品級(jí)。

第6步，Design House設(shè)計(jì)一些參考外殼，然后把從里到外的整套設(shè)計(jì)演示給制造廠商看。