桥架构改善平板产品性能

苹果iPad的发布及其在市场上的初步成功引发了一轮推出全新一代类似消费产品的浪潮。这些产品通常被称为平板产品或者移动互联网设备(MID)，屏幕尺寸从5英寸到10英寸不等，它们都在尽最大努力为用户提供最佳的体验。

平板产品市场据认为能够提供更为丰富的多媒体体验。目前，上述平板产品运用最广泛的领域包括：

a) 用于数据处理、表格、电子邮件和网页浏览等用途的移动互联网设备;

b) 大屏幕便携媒体播放器(具备高清播放功能，最高1080p)

c) 电子书阅读器

d) 电子刊物/报纸内容交付渠道

e) 个人游戏机

f) 照片观赏设备

g) 便携数字电视

显而易见，这些产品能够取得成功，关键在于它们能够有效并可靠地交付丰富的多媒体内容。不过，很多平板产品在数据下载速度和功耗方面差强人意。

USB传输(也称为侧载)因其可靠且免费，依然是把大型数据文件传输到这些平板产品上的最普遍方式。由于长时间连接条件下可靠性差，而且平价费率条件下无限制传输数据的天数有限，3G连接和Wi-Fi对大文件传输而言并非最为理想的方式。电信运营商很快意识到数据服务具有很大的经济价值，开始对高数据带宽用户收取更高费用。

传输速度是紧随可靠性的的文件传输特性。例如，如果把高清影片上传到平板产品需要15分钟，则许多用户可能不会经常使用这项功能。这就会打消消费者购买平板产品的一个主要动力。尽管如此，许多平板产品的侧载性能仍然非常差。由于许多平板产品在与PC同步的时候不能充电，侧载速度低下意味着电池消耗速度更快、运行时间更短。

　　消除数据传输瓶颈，实现更快的侧载速度

在典型的平板产品设计中，HS-USB 2.0和存储控制器是集成于系统处理器(SoC)。在这些SoC里，侧载数据往往用SDRAM作缓存(见图1a)。

不过，这样会让侧载进程与已经非常繁忙的SDRAM发生冲突。图形加速器、MP3解码器块以及代码与数据微控制器已经不断访问SDRAM。由于这些总线之间的竞争，可以想见30MBps USB管道和25MBps存储管道之间“内部处理器管道”是瓶颈，因为它只有4MBps的带宽(见图1b)。这是导致低侧载传输速度，乃至较差用户体验的主要原因。

以三端口“西桥”器件(见图2)为例。在PC上，西桥与南桥类似，作用都是桥接处理器、存储和USB端口。

在嵌入式系统的系统架构中包含这样的桥，可以消除许多侧载问题。典型的西桥包括处理器端口、存储器端口和USB端口。此外还支持USB和存储器之间的DMA传输，以避免增加处理器的负担。因此，西桥构成了USB端口和存储器(见图3)之间的大管道。有了西桥，就可以实现USB和存储器之间高达25MBps的传输速率。有多家厂商已经在市场上提供该类产品。

　　减轻处理器的负荷

桥架构不仅在侧载时能够减轻主SoC处理器的负担，还能起到存储端口主控制器的作用，负责管理各种连接协议。例如，如果存储端口支持SDIO扩展和SPI协议，该控制器就能够进一步从主SoC上卸载诸如存储、Wi-Fi、蓝牙控制等功能，从而让处理器提供更出色的用户界面响应。

　　延长电池寿命

西桥架构不仅能够加速侧载，还能够大幅降低能耗。不过，还有一些其它方式可以让西桥进一步降低能耗。西桥一般实施在比主SoC小得多的芯片上。如果所有的Wi-Fi、蓝牙和USB连接都完全交由桥进行控制，耗电最大的主处理器就可以更为频繁地进入休眠模式。处理器不必监控各种连接接口，西桥可以承担该类功能，只在需要的时候唤醒主SoC。由于由一个SoC管理所有连接与由完整的处理器系统进行管理相比，耗电水平要低得多，这对延长电池寿命具有非常重要的意义。

　　延长设计生命周期

西桥还可以帮助满足为支持Raw MLC/TLC NAND闪存而不断增长的ECC位需求。相对于更换处理器，桥自身可以每6个月到8个月更新一次，以跟上最新的ECC发展趋势。这样可以大大延长设计架构的生命周期。

　　桥能够起到什么作用?

从用户体验和能效的角度而言，桥架构是实现平板产品更好用户体验所必需的。下面是系统设计人员在平板产品中使用西桥的时候必须考察的特性列表：

　　USB端口

a) 支持USB 2.0 OTG。这样平板产品既可以与主PC/笔记本电脑同步，又能支持诸如U盘这样的便携存储设备。

b) 支持USB3.0(近期)。这是个实时同步的年代。用户期望能够随时更新设备中的内容。

　　处理器端口

对桥而言，灵活的处理器接口是必须的。每个平板产品的设计都是不同的，这种灵活性可让系统设计人员自由开发各种可行架构，以实现更好的系统级性能。

a) SRAM接口——类似处理器的附加存储器。如果在速度方面有所要求，这是SoC和桥之间最快的连接接口。