智能手機(jī)的硬件系統(tǒng)架構(gòu)

1、隨著通信產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，移動(dòng)終端已經(jīng)由原來(lái)單一的通話功能向話音、數(shù)據(jù)、圖像、音樂和多媒體方向綜合演變而對(duì)于移動(dòng)終端，基本上可以分成兩種：一種是傳統(tǒng)手機(jī)(feature phone);另一種是智能手機(jī)(smart phone)-智能手機(jī)具有傳統(tǒng)手機(jī)的基本功能，并有以下特點(diǎn)：開放 的操作系統(tǒng)、硬件和軟件的可擴(kuò)充性和支持第三方的二次開發(fā)-相對(duì)于傳統(tǒng)手機(jī)，智能手機(jī)以其強(qiáng)大的功能和便捷的操作等特點(diǎn)，越來(lái)越得到人們的青睞，將逐漸成為市場(chǎng)的一種潮流G!然而，作為一種便攜式和移動(dòng)性的終端，完全依靠電池來(lái)供電，隨著智能手機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，其功率損耗也越來(lái)越大-因此，必須提高智能手機(jī)的使用時(shí)間和待機(jī)時(shí)間卜對(duì)于這

2、個(gè)問題，有兩種解決方案：一種是配備更大容量的手機(jī)電池；另一種是改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采 用先進(jìn)技術(shù)，降低手機(jī)的功率損耗-1現(xiàn)階段，手機(jī)配備的電池以鋰離子電池為主，雖然鋰離子電池的能量密度比以往提升了近30%，但是仍不能滿足智能手機(jī)發(fā)展需求-就目前使用的鋰離子電池材料而言，能量密度只有20%左右的提升空間-而另一種被業(yè)界普遍看做是未來(lái)手機(jī)電池發(fā)展趨勢(shì)的燃料電 池，能使智能手機(jī)的通話時(shí)間超過13 h,待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月，但是這種電池技術(shù)仍不成熟，離商用還有一段時(shí)間1-增大手機(jī)電池容量總的趨勢(shì)上將會(huì)增加整機(jī)的成本因此，從智能手機(jī)的總體設(shè)計(jì)入手， 應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)和器件， 進(jìn)行降低功率損耗的方案 設(shè)計(jì)，從而盡可

3、能延長(zhǎng)智能手機(jī)的使用時(shí)間和待機(jī)時(shí)間。事實(shí)上，低功耗設(shè)計(jì)已經(jīng)成為智能手機(jī)設(shè)計(jì)中一個(gè)越來(lái)越迫切的問題Ml1智能手機(jī)的硬件系統(tǒng)架構(gòu)本文討論的智能手機(jī)的硬件體系結(jié)構(gòu)是使用雙cpu架構(gòu)，如圖1所示-圖圖l智就手機(jī)的曖件架拘智就手機(jī)的曖件架拘主處理器運(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(wú)線modem部分的dbb（數(shù)字基帶芯片），主要完成語(yǔ)音信號(hào)的a/ d轉(zhuǎn)換、d / a轉(zhuǎn)換、數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)的編解碼、信道編解碼和無(wú)線modem部分的時(shí)序控制Z主從處理器之間通過串口進(jìn)行通信-主處理器采用xxx公司的cpu芯片，它采用cmos工藝，擁有arm926ej-s內(nèi)核，采用a rm公司的amba（先進(jìn)的微控制

4、器總線體系結(jié)構(gòu)），內(nèi)部含有16 kb的指令cache、16 kb的數(shù)據(jù)cache和mmu（存儲(chǔ)器管理單元廣為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的視頻會(huì)議功能，攜帶了一個(gè)優(yōu)化的mpeg4硬件編解碼器能對(duì)大運(yùn)算量的mpeg4編解碼和語(yǔ)音壓縮解壓縮進(jìn)行硬件處 理，從而能緩解arm內(nèi)核的運(yùn)算壓力-主處理器上含有l(wèi)cd（液晶顯示器）控制器、攝像機(jī) 控制器、sdram和srom控制器、很多通用的gpio口、sd卡接口等這些使它能很出色 地應(yīng)用于智能手機(jī)的設(shè)計(jì)中在智能手機(jī)的硬件架構(gòu)中，無(wú)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

5、硬件電路-模擬基帶（abb）語(yǔ)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(yǔ)音通道 ）從這個(gè)硬件電路的系統(tǒng)架構(gòu)可以看出，功耗最大的部分包括主處理器、無(wú)線modem、lcd和鍵盤的背光燈、音頻編解碼器和功率放大器因此，在設(shè)計(jì)中，如何降低它們的功耗，是一個(gè)很重要的問題 -音得偏fBM LIAR?UH衰衰I代色表代色表原代碼原代碼指令指令RdKnISAikl R0.HltK2(XXM)00010010SLB K3.R4.R5OOH0100QJOIMl I. R6+H0+R30110noonOflH晌位變化晌位變化435優(yōu)化匝陞收新令新令RdHnREADD R0tR6. R70000011

6、001HSUH RLR2.R5000100100101MLL IU+R0+K100110(X)1曲位變曲位變化化22注成注成d代表目的寄存器代表目的寄存器iKn.Hm代表源操作散代表源操作散根據(jù)表1，從電氣性能上來(lái)看，通過減小連續(xù)指令之間的漢明(hamming)距離，原代碼比優(yōu)化后代碼的比特位變化多6次，而兩組代碼實(shí)現(xiàn)同樣的功能，因此，優(yōu)化后的指令執(zhí)行時(shí)的功耗小于原先指令門因此，系統(tǒng)軟件完成后，在保證軟件功能一致的情況下，通過對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化，可以減小軟件在執(zhí)行時(shí)的功耗工3試驗(yàn)結(jié)果和討論在智能手機(jī)的設(shè)計(jì)中， 通過不斷進(jìn)行硬件優(yōu)化和在軟件上實(shí)現(xiàn)電源的動(dòng)態(tài)管理，測(cè)量智能手機(jī)在空閑模式和睡眠模式下的功

7、率損耗，結(jié)果如表2所示-根據(jù)表1，從電氣性能上來(lái)看，通過減小連續(xù)指令之間的漢明(hamming)距離，原代碼比優(yōu)化后代碼的比特位變化多6次，而兩組代碼實(shí)現(xiàn)同樣的功能，因此，優(yōu)化后的指令執(zhí)行時(shí)的功耗小于原先指令因此，系統(tǒng)軟件完成后，在保證軟件功能一致的情況下，通 過對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化，可以減小軟件在執(zhí)行時(shí)的功耗Z 不同樓式下的功塞冊(cè)舞設(shè)計(jì)找念空困模式* *眠模式眠模式幫機(jī)幫機(jī)部分1州能州能F機(jī)機(jī)PPLMlwlrni耶隊(duì)耶隊(duì)翱?jī)?yōu)化沒汁3.15.W母過優(yōu)化設(shè)計(jì)25.43.4. S2,9從表2可以看出，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，智能手機(jī)在空閑模式下，電流值減小了10.2 ma,在睡眠模式下，電流值減少了1.5 ma。對(duì)于無(wú)線modem,由于自身含有獨(dú)立的電源管理 模塊，基本上在3ma左右，變化不大相比未經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，智能手機(jī)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后， 在睡眠模式下和空閑模式下，功率損耗有了顯著的降低，在相同的電池容量下， 大大提高了智能手機(jī)的待機(jī)時(shí)間和使用時(shí)間-因此，通過上述方法，可以有效地降低智能手機(jī)的功耗 卜隨著手機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 特別在智能手機(jī)設(shè)計(jì)中， 低功耗設(shè)計(jì)會(huì)成為一個(gè)越來(lái)越迫切的問 題。隨著一些新技術(shù)的出現(xiàn)并應(yīng)用于智能手機(jī)