Vision手机架构：可降低功耗简化设计的新型架构

移动市场正在进入一个快速发展的时代，新服务的出现正在推动前所未有的对新应用和新特性的需求。手机用户所需要的产品是能在不牺牲手机大小和功耗的前提下，提供真正的移动性能。

这是下一代手机设计者和相应的芯片供应商都必须面对的挑战。随着开发、测试和验证软件的过程成为设计工作的主要部分和手机及时上市的关键因素，只在单个处理器内运行所有手机软件已不可能满足要求。

采用多个分离的应用处理器的临时性解决方案在短期内是可行的，但它们会显著增加功耗，使电池寿命变短，而且物料成本也会增加。

采用一个高性能内核、既处理通信协议又实现应用的单一处理器方法也受制于功耗方面的挑战和所需软件复杂性带来的一系列问题。

为这类系统添加新应用或新通信功能，会牵涉到令人头痛的测试和验证，开发过程将延长好几个月，并使得派生产品的开发既耗时又费钱。转向一个更高性能的内核意味着实际上必须重新编写和重新测试代码，从而再次使开发过程大大延长。

软件是手机开发主要的耗时因素。减少派生产品的开发和测试时间可以急剧缩短上市时间及获取收益的时间，但是与此同时必须使手机供应商能够满足运营商对新功能和新用户界面的需求。

因此软件开发和测试对手机供应商来说是个关键问题。使尽可能多的代码得到复用是，定制和修改工作对系统其它部分的影响要尽可能的少，这两点至关重要。

改变单一高性能处理器中的任何一行代码都可能需要对相应系统进行从头到尾的重新测试和重新验证。

为系统的不同部分采用多个不同的处理器内核可以克服软件开发中的这些挑战，而且可大大降低手机的功耗。一个架构设计良好的软件和硬件系统将所有的处理和外设功能集成在单一芯片上，可降低手机设计的复杂性，从而减少所需物料、制造成本和硬件测试成本，同时可以加速手机的上市时间。

选择一个具有可合成、可伸缩内核的工业标准处理器架构现在可以使整个架构提供最佳的性能表现，而且在将来可满足广泛的设计需要并保持软件的兼容性。

一旦这种方法同软件开发的优势结合起来，就可以给手机开发商和运营商带来关键的益处。

1 硬件架构

杰尔系统公司的Vision手机架构将一个专用的通信引擎与一个独立的应用处理器结合在单一芯片上，通过共享存储器实现连接，还集成了若干种外设。该架构的设计构想是既能扩展应用性能又能适应通信承载技术的变化。因而，随着承载技术从GPRS发展到EDGE再到UMTS直至新出现的高速数据包访问(HSDPA)协议，其中的通信处理器可以相应升级，同时又不会干扰应用处理器。同样，应用处理器也可以被改变以应对日益增多的多媒体要求，从MP3到视频播放再到视频电话。这使得很大程度上的复用成为可能，从而使个人宽带变为现实。

以2.5G GPRS/EDGE实现为例，此通信引擎把一个ARM处理器同一个DSP16K数字信号处理器紧密结合在一起。DSP引擎处理通信连接方面的各个实时单元，而ARM处理更高级别的协议栈。

这和传统的单芯片方法有很大不同，因为后者所有的应用任务都由处理通信连接的同一个处理器来处理。这对该单一处理器及其存储器子系统提出了很严格的要求，而且所有应用软件都要经过充分验证，它们一定要完全可靠，避免手机的通信性能受到损害。

例如，应用区的一个缓存器超负荷运行也许不会损害某个特定应用，但它有可能在通信方面引起冲突问题。

反之，在Vision架构中一个独立的处理器用来运行应用程序，包括高级操作系统。

这种可伸缩的架构可使多种派生产品实现性能优化，以便ARM应用内核能为各种各样的手机提供高层次的多媒体支持。Vision架构还支持高达每秒30帧的VGA解码和MPEG-4及H.263视频编码、VGA彩色显示、Q-VGA辅助显示以及多达5M像素的数码照相机功能、2D/3D图形、3D声音和立体声话筒。这种强大的功能组合为很多应用提供了一个平台，如MMS多媒体信息发送、WAP浏览、Java游戏和视频电话。

处理器之间的接口通过一个共享存储器实现，它由处理器控制单元(PCU)进行判优。PCU处理三个处理器之间的通信，来访问存储器并传输数据。与通信和应用处理器分开的架构相比，为通信引擎和应用处理器采用共享存储器可以节省相当多的物料成本， 而分开的架构需要它们各自独立的存储器管脚。

2 电源管理

使所有处理器集成在一个芯片上非常有利于电源管理。首先，由于不必从片外连接到应用处理器，因而带来很大的功率节省。各个I/O模块是功率的主要消耗单元，所以避免片外连接并采用片内存储器可以显著减少功耗。

时钟发生单元是该器件内部的电源管理主体，它可由通信内核上的电源管理软件控制，也可以由运行在应用内核上的应用程序控制，以便实现不同级别的功率控制。

通过这种器件集成、电源管理和工艺技术的结合，Vision架构的功耗只是其它解决方案的一半，从而显著延长电话的待机和通话时间。

各自分开的处理器不仅在使用时可以降低供耗，而且这种分开意味着一个高功率效率的处理器用来实现在大部分时间都开着的功能，而不是必须让一个高性能处理器始终保持“开”，以便处理电话功能。

为了从既实现电话功能又处理新兴多媒体应用的单一处理器那里获得同等的性能，就需要一个运行速度超过250MHz的强大处理器。这还需要转向采用一种高漏电流的硅工艺，这样在待机模式下也要消耗更多的电流，结果大大缩短总的电池寿命。漏电流甚至在相应处理器没被使用时(在手机应用中大概要占80%的时间)也消耗功率。