Vision手機(jī)架構(gòu)：可降低功耗簡化設(shè)計(jì)的新型架構(gòu)

　　移動(dòng)市場正在進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)代，新服務(wù)的出現(xiàn)正在推動(dòng)前所未有的對(duì)新應(yīng)用和新特性的需求。手機(jī)用戶所需要的產(chǎn)品是能在不犧牲手機(jī)大小和功耗的前提下，提供真正的移動(dòng)性能。
　　
　　這是下一代手機(jī)設(shè)計(jì)者和相應(yīng)的芯片供應(yīng)商都必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。隨著開發(fā)、測試和驗(yàn)證軟件的過程成為設(shè)計(jì)工作的主要部分和手機(jī)及時(shí)上市的關(guān)鍵因素，只在單個(gè)處理器內(nèi)運(yùn)行所有手機(jī)軟件已不可能滿足要求。
　　
　　采用多個(gè)分離的應(yīng)用處理器的臨時(shí)性解決方案在短期內(nèi)是可行的，但它們會(huì)顯著增加功耗，使電池壽命變短，而且物料成本也會(huì)增加。
　　
　　采用一個(gè)高性能內(nèi)核、既處理通信協(xié)議又實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的單一處理器方法也受制于功耗方面的挑戰(zhàn)和所需軟件復(fù)雜性帶來的一系列問題。
　　
　　為這類系統(tǒng)添加新應(yīng)用或新通信功能，會(huì)牽涉到令人頭痛的測試和驗(yàn)證，開發(fā)過程將延長好幾個(gè)月，并使得派生產(chǎn)品的開發(fā)既耗時(shí)又費(fèi)錢。轉(zhuǎn)向一個(gè)更高性能的內(nèi)核意味著實(shí)際上必須重新編寫和重新測試代碼，從而再次使開發(fā)過程大大延長。
　　
　　軟件是手機(jī)開發(fā)主要的耗時(shí)因素。減少派生產(chǎn)品的開發(fā)和測試時(shí)間可以急劇縮短上市時(shí)間及獲取收益的時(shí)間，但是與此同時(shí)必須使手機(jī)供應(yīng)商能夠滿足運(yùn)營商對(duì)新功能和新用戶界面的需求。
　　
　　因此軟件開發(fā)和測試對(duì)手機(jī)供應(yīng)商來說是個(gè)關(guān)鍵問題。使盡可能多的代碼得到復(fù)用是，定制和修改工作對(duì)系統(tǒng)其它部分的影響要盡可能的少，這兩點(diǎn)至關(guān)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(duì)相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行從頭到尾的重新測試和重新驗(yàn)證。
　　
　　為系統(tǒng)的不同部分采用多個(gè)不同的處理器內(nèi)核可以克服軟件開發(fā)中的這些挑戰(zhàn)，而且可大大降低手機(jī)的功耗。一個(gè)架構(gòu)設(shè)計(jì)良好的軟件和硬件系統(tǒng)將所有的處理和外設(shè)功能集成在單一芯片上，可降低手機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，從而減少所需物料、制造成本和硬件測試成本，同時(shí)可以加速手機(jī)的上市時(shí)間。
　　
　　選擇一個(gè)具有可合成、可伸縮內(nèi)核的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)處理器架構(gòu)現(xiàn)在可以使整個(gè)架構(gòu)提供最佳的性能表現(xiàn)，而且在將來可滿足廣泛的設(shè)計(jì)需要并保持軟件的兼容性。
　　
　　一旦這種方法同軟件開發(fā)的優(yōu)勢結(jié)合起來，就可以給手機(jī)開發(fā)商和運(yùn)營商帶來關(guān)鍵的益處。
　　
　　硬件架構(gòu)
　　
　　杰爾系統(tǒng)公司的Vision手機(jī)架構(gòu)將一個(gè)專用的通信引擎與一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用處理器結(jié)合在單一芯片上，通過共享存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)連接，還集成了若干種外設(shè)。該架構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)想是既能擴(kuò)展應(yīng)用性能又能適應(yīng)通信承載技術(shù)的變化。因而，隨著承載技術(shù)從GPRS發(fā)展到EDGE再到UMTS直至新出現(xiàn)的高速數(shù)據(jù)包訪問(HSDPA)協(xié)議，其中的通信處理器可以相應(yīng)升級(jí)，同時(shí)又不會(huì)干擾應(yīng)用處理器。同樣，應(yīng)用處理器也可以被改變以應(yīng)對(duì)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(fù)用成為可能，從而使個(gè)人寬帶變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
　　
　　以2.5G GPRS/EDGE實(shí)現(xiàn)為例，此通信引擎把一個(gè)ARM處理器同一個(gè)DSP16K數(shù)字信號(hào)處理器緊密結(jié)合在一起。DSP引擎處理通信連接方面的各個(gè)實(shí)時(shí)單元，而ARM處理更高級(jí)別的協(xié)議棧。
　　
　　這和傳統(tǒng)的單芯片方法有很大不同，因?yàn)楹笳咚械膽?yīng)用任務(wù)都由處理通信連接的同一個(gè)處理器來處理。這對(duì)該單一處理器及其存儲(chǔ)器子系統(tǒng)提出了很嚴(yán)格的要求，而且所有應(yīng)用軟件都要經(jīng)過充分驗(yàn)證，它們一定要完全可靠，避免手機(jī)的通信性能受到損害。
　　
　　例如，應(yīng)用區(qū)的一個(gè)緩存器超負(fù)荷運(yùn)行也許不會(huì)損害某個(gè)特定應(yīng)用，但它有可能在通信方面引起沖突問題。
　　
　　反之，在Vision架構(gòu)中一個(gè)獨(dú)立的處理器用來運(yùn)行應(yīng)用程序，包括高級(jí)操作系統(tǒng)。
　　
　　這種可伸縮的架構(gòu)可使多種派生產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化，以便ARM應(yīng)用內(nèi)核能為各種各樣的手機(jī)提供高層次的多媒體支持。Vision架構(gòu)還支持高達(dá)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(dá)5M像素的數(shù)碼照相機(jī)功能、2D/3D圖形、3D聲音和立體聲話筒。這種強(qiáng)大的功能組合為很多應(yīng)用提供了一個(gè)平臺(tái)，如MMS多媒體信息發(fā)送、WAP瀏覽、Java游戲和視頻電話。
　　
　　處理器之間的接口通過一個(gè)共享存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)，它由處理器控制單元(PCU)進(jìn)行判優(yōu)。PCU處理三個(gè)處理器之間的通信，來訪問存儲(chǔ)器并傳輸數(shù)據(jù)。與通信和應(yīng)用處理器分開的架構(gòu)相比，為通信引擎和應(yīng)用處理器采用共享存儲(chǔ)器可以節(jié)省相當(dāng)多的物料成本， 而分開的架構(gòu)需要它們各自獨(dú)立的存儲(chǔ)器管腳。
　　
　　電源管理
　　
　　使所有處理器集成在一個(gè)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(yīng)用處理器，因而帶來很大的功率節(jié)省。各個(gè)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(nèi)存儲(chǔ)器可以顯著減少功耗。
　　
　　時(shí)鐘發(fā)生單元是該器件內(nèi)部的電源管理主體，它可由通信內(nèi)核上的電源管理軟件控制，也可以由運(yùn)行在應(yīng)用內(nèi)核上的應(yīng)用程序控制，以便實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的功率控制。
　　
　　通過這種器件集成、電源管理和工藝技術(shù)的結(jié)合，Vision架構(gòu)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(jī)和通話時(shí)間。

　　各自分開的處理器不僅在使用時(shí)可以降低供耗，而且這種分開意味著一個(gè)高功率效率的處理器用來實(shí)現(xiàn)在大部分時(shí)間都開著的功能，而不是必須讓一個(gè)高性能處理器始終保持“開”，以便處理電話功能。
　　
　　為了從既實(shí)現(xiàn)電話功能又處理新興多媒體應(yīng)用的單一處理器那里獲得同等的性能，就需要一個(gè)運(yùn)行速度超過250MHz的強(qiáng)大處理器。這還需要轉(zhuǎn)向采用一種高漏電流的硅工藝，這樣在待機(jī)模式下也要消耗更多的電流，結(jié)果大大縮短總的電池壽命。漏電流甚至在相應(yīng)處理器沒被使用時(shí)(在手機(jī)應(yīng)用中大概要占80%的時(shí)間)也消耗功率。