在智能手機中采用何種集成程度的器件將對系統(tǒng)的成本、性能、外形尺寸以及開發(fā)周期等產(chǎn)生影響。本文詳細分析三種不同集成程度的方案，闡述了它們各自的優(yōu)缺點和適用場合，為設(shè)計方案的選擇提供了實用的分析思路。

　　手機設(shè)計工程師目前所要面對的關(guān)鍵問題之一是：應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器要集成到什么程度，才能更好地為市場營銷目標(biāo)服務(wù)。為更有效地滿足OEM的需求，手機系統(tǒng)設(shè)計工程師是應(yīng)該采用分離元件呢，還是采用系統(tǒng)級芯片？

　　對這個問題的回答非常重要，因為在這一層面上對設(shè)計方向的選擇將影響很多技術(shù)及競爭變數(shù)，這些變數(shù)決定了在市場上取得成功的關(guān)鍵因素-系統(tǒng)成本、硬件外形尺寸、上市時間、對不同無線標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性、功耗以及整體性能。在設(shè)計過程的早期選擇最佳的方法有助于使OEM成為市場的領(lǐng)導(dǎo)者，而不是跟隨者。

　　盡管這個問題很重要，但它并沒有一個確切的答案。目前市場上每種集成程度的方案都具有其自身的優(yōu)點和缺點，OEM必須對這些不同方案內(nèi)在的折衷進行權(quán)衡，以選擇一個最能滿足他們設(shè)計和營銷目標(biāo)的集成程度。

　　當(dāng)前的三種可選方案

　　目前有三種不同集成程度的方案可供手機設(shè)計工程師選擇。它們分別是：

　　方案一：應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器分離。設(shè)計手機的傳統(tǒng)方法是采用獨立的應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器，每種器件也許包含若干個處理內(nèi)核。例如，在應(yīng)用處理器里面有一個RISC內(nèi)核（如ARM9或ARM11）用于實現(xiàn)高中斷命令、控制以及用戶接口的功能，還有一個DSP（如TI的TMS320C55 DSP器件）用于進行高度重復(fù)、數(shù)？？算量大的音頻和視頻處理。同樣，調(diào)制解調(diào)器可以通過ARM以很高的效率來處理協(xié)議棧第二層和第三層，而協(xié)議棧第一層則由DSP來處理。

　　無論器件采用什么架構(gòu)，它們都是完全獨立的，這使系統(tǒng)設(shè)計工程師能夠盡量提高系統(tǒng)的靈活性和性能。因為相同應(yīng)用處理器可以用于不同的調(diào)制解調(diào)器技術(shù)和空中接口標(biāo)準(zhǔn)（GSM/GPRS、EDGE、UMTS和CDMA），所以這種配置提供了最大的靈活性。此外，它還允許OEM選擇不同的應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器供應(yīng)商。

　　這種方案能獲得最高系統(tǒng)性能是由于應(yīng)用處理器可以使用專用資源（存儲器和總線），以及在沒有調(diào)制解調(diào)器帶來的功率約束下采用最新的工藝技術(shù)。然而與此同時，這種方法使設(shè)計工程師面臨的工作復(fù)雜化，因為他們必須集成分離的硬件元件，并且要開發(fā)和整合使應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器能有效進行通信的電話軟件層。因為應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器可能完全來自不同的生產(chǎn)商，所以由第三方完成或提供它們之間硬件和軟件的整合的機會很小。

　　通常與應(yīng)用處理器一起提供的軟件開發(fā)平臺可加快整合的過程，然而對硬件和軟件的設(shè)計、整合及調(diào)試可能使整個系統(tǒng)的開發(fā)周期增加好幾個星期。

　　方案二：應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器集成在同一塊芯片里。集成電路設(shè)計技術(shù)的最新進展允許芯片制造商將應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器集成在一個器件里。通常情況下，這個集成的器件使用多個處理內(nèi)核來完成相同的工作，而這些工作在分離器件的配置中是由兩個器件完成的。對于智能電話應(yīng)用，一個強大的ARM處理器可以與專用的硬件加速器配合起來管理應(yīng)用功能，另一個ARM處理器和一個DSP則用來實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器功能。對于功能豐富而又要求低成本的應(yīng)用，應(yīng)用功能和調(diào)制解調(diào)器功能共用一個ARM內(nèi)核，而DSP專門用于實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器功能。

　　為實現(xiàn)更高的系統(tǒng)集成，TI將OMAP器件與電源管理器件、 RF器件捆綁在一個芯片組內(nèi)。這些器件都經(jīng)過了優(yōu)化，可以在一起無縫協(xié)同工作。系統(tǒng)設(shè)計工程師在獲得芯片組的同時，還可得到一個完整的硬件和軟件參考設(shè)計，這些參考設(shè)計可以被修改，以提供豐富功能或者實現(xiàn)特定設(shè)計目標(biāo)。

　　這種方案通過允許應(yīng)用內(nèi)核和調(diào)制解調(diào)器內(nèi)核共用內(nèi)存和電源管理芯片來降低系統(tǒng)成本。另外，連接應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器功能所需的邏輯也更少，這也可降低系統(tǒng)成本。

　　在單芯片中集成應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器還可簡化系統(tǒng)設(shè)計，并縮短產(chǎn)品上市時間。從硬件角度來看，通過提供原理圖和針對可制造性進行優(yōu)化的布局布線文件，使手機的PCB設(shè)計變得容易。

　　從軟件角度來看，這種方案不需要開發(fā)和整合連接操作系統(tǒng)與協(xié)議堆棧的電話軟件層。因為應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器為固定配對，所以半導(dǎo)體制造商能夠開發(fā)并驗證電話軟件以實現(xiàn)內(nèi)核之間的有效通信。而且，半導(dǎo)體制造商還經(jīng)常對其參考設(shè)計進行實際電話必須通過的相同測試（如全面型號認(rèn)證、互操作性測試、運營商現(xiàn)場測試等）。提前完成這些工作可以加快產(chǎn)品上市，然而，這種集成度限制了設(shè)計工程師搭配和匹配應(yīng)用處理器與不同調(diào)制解調(diào)器的能力。

　　方案三：調(diào)制解調(diào)器連接到分離的多媒體加速器。這個方案是在第一種（分離的應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器）的基礎(chǔ)上稍作改變。然而，它并不包括應(yīng)用處理器，因此不能使用高級操作系統(tǒng)，而是用調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)基本的命令、控制及用戶接口功能，用多媒體加速器使視頻、音頻和成像功能的實現(xiàn)更加容易。

　　對于一個希望進入產(chǎn)品功能豐富而價位較低的細分市場的OEM來說，這種方案可能是最好的。因為多媒體加速器通常要比應(yīng)用處理器便宜，而且需要的內(nèi)存資源較少，所以這種方案通常能使系統(tǒng)成本更低。此外，與復(fù)雜的高級操作系統(tǒng)相比，軟件開發(fā)可能相對簡單。

　　當(dāng)然，它的缺點就是由于沒有高級的操作系統(tǒng)，OEM只能提供有限的應(yīng)用，因為這種方案無法利用大量應(yīng)用程序開發(fā)者的成果，這種成果通常與主流高級操作系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。同樣，由于沒有專用的ARM內(nèi)核，未被多媒體加速器加速的應(yīng)用（如游戲、電子郵件和個人信息管理（PIM））將達不到采用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用處理器所能達到的性能。

　　關(guān)鍵的設(shè)計考慮

　　顯然，要在這三種集成方案中進行選擇，首先就要清楚地了解OEM期望服務(wù)的細分市場，每個細分市場通常由手機的目標(biāo)功能/應(yīng)用和目標(biāo)價格來定義。

　　如果目標(biāo)應(yīng)用是要求豐富特性的市場，其關(guān)鍵要求是離散多媒體性能（特別是對相機而言），而且具有很強競爭力的價格，調(diào)制解調(diào)器與一個獨立的多媒體加速器相連接可能是最佳方案。

　　然而，隨著手機不斷地從單一的電話功能向手持多媒體設(shè)備的方向發(fā)展，采用應(yīng)用處理器和高級操作系統(tǒng)的設(shè)計將變得更加具有吸引力。那些將手機看成能上網(wǎng)沖浪、打電話、玩視頻游戲、看電視、聽音樂、看電影，或者同時進行其中幾項的便攜式娛樂系統(tǒng)的消費者，將需要只有通過應(yīng)用處理器才能提供的多功能和高性能特性。

　　如果目標(biāo)應(yīng)用是智能手機市場，其關(guān)鍵要求是能？？持不同的高級操作系統(tǒng)，同時能以中等價位提供良好的多媒體性能，那么把處理器和調(diào)制解調(diào)器集成在同一塊芯片里可能是最佳方案。

　　如果目標(biāo)應(yīng)用是多媒體增強型智能電話市場，其關(guān)鍵要求是能？？持不同的高級操作系統(tǒng)，同時具有出色的多媒體性能，這種產(chǎn)品的終端用戶對價格不敏感，因此將應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器分開可能是最佳方案。

　　另一個需要重點考慮的是OEM仍在使用的系統(tǒng)組件的狀況。如果具有豐富？？持軟件的調(diào)制解調(diào)器平臺仍可以很穩(wěn)定地工作，OEM可能愿意采用獨立的應(yīng)用處理器或者一個沒有應(yīng)用處理器的加速器，以避免用內(nèi)置在集成器件中的調(diào)制解調(diào)器替換這個調(diào)制解調(diào)器平臺。

　　盡管如此，在最終決定哪個方案最適合特定應(yīng)用環(huán)境時，設(shè)計工程師必須評估每種方案的優(yōu)點。最后的選擇將會是一種折衷，即設(shè)計工程師為得到一個方案的好處而放棄另一個方案的優(yōu)點。權(quán)衡這種折衷可能需要進行復(fù)雜的考慮，然而一般而言，每種方案都有自己的優(yōu)點。

　　應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器分離的好處

　　靈活性－毫無疑問，將應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器分開的最大好處是可提高靈活性。對現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)器抱有很大信心并已經(jīng)投入巨資的OEM，可以重復(fù)使用這些調(diào)制解調(diào)器并將它們與最新應(yīng)用處理器相結(jié)合。這樣，在不犧牲應(yīng)用性能的情況下，OEM能夠利用以前的投資。這種靈活性也意味著可以選擇不同的應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器供應(yīng)商，更重要的是，它允許應(yīng)用處理器運行相同的應(yīng)用軟件環(huán)境去與不同的調(diào)制解調(diào)器結(jié)合，以？？持不同的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，如GSM/GPRS、 EDGE、WCDMA、UMTS和CDMA。于是，OEM只要開發(fā)一個平臺，通過更換調(diào)制解調(diào)器，就可以服務(wù)于對調(diào)制解調(diào)器技術(shù)有不同需求的多個細分市場和多個運營商。應(yīng)用處理器及其軟件環(huán)境將保持不變。

　　性能－這種方法在性能上還具有明顯的好處。最重要的是，芯片制造商傾向于在獨立的應(yīng)用處理器中使用最新的半導(dǎo)體工藝技術(shù)，可以比在集成器件中采用相同工藝尺寸早一年，甚至更長時間。其原因之一是，更小的工藝尺寸會對調(diào)制解調(diào)器的電源管理提出新的挑戰(zhàn)，在使用獨立應(yīng)用處理器的情況下，電源管理問題比較容易解決。而在使用集成器件的情況下，要想電池使用壽命達到要求，可能要花上幾個月時間來解決這些問題。因此，只要獨立的應(yīng)用處理器所使用的工藝技術(shù)保持領(lǐng)先于集成器件所用的工藝技術(shù)，它的性能就會比高集成度的器件更勝一籌。這種性能優(yōu)勢是非常重要的。

　　此外，使用分離的應(yīng)用處理器還有獨占資源的好處，例如可以獨占內(nèi)存和總線資源，這樣可以提高產(chǎn)品的性能，特別是對于像多媒體和游戲這樣需要較大帶寬的應(yīng)用。

　　集成應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器的好處

　　系統(tǒng)成本-這種方法的最大好處是可獲得較低的系統(tǒng)成本。應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器利用單芯片集成以及一種有效管理和分配內(nèi)存存取優(yōu)先權(quán)的技術(shù)，共享內(nèi)存資源。應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器還共用一個電源管理芯片，而在應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器分離的設(shè)計中，各個器件通常需要專用的電源管理芯片。

　　基于相同原因，在單芯片中集成應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器，還可減少在系統(tǒng)中用于連接不同功能的邏輯電路的數(shù)量。最后，采用集成的器件（包括完整的硬件和軟件參考設(shè)計）、可直接用于生產(chǎn)的PCB原理圖和布局布線圖以及經(jīng)過驗證的集成電話軟件，能夠比從頭開始開發(fā)并集成硬件和軟件更具成本效益。

　　功耗-這種方案所需的器件較少（更少的內(nèi)存、更少的電源管理器件以及更少的外部邏輯），因為額外的器件需要額外的功率，所以采用這種方案能減少功耗；同樣，應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器的位置更接近也可降低功耗；最后，集成應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器將允許單一的芯片提供商更有效地為整個系統(tǒng)進行軟件優(yōu)化。

　　外形尺寸-集成器件包含了原來需要兩個獨立器件提供的功能，所需電路板的空間比較小，這樣設(shè)計工程師就能夠設(shè)計出尺寸更小的無線產(chǎn)品。更重要的是，它還騰出了電路板空間以安裝為無線設(shè)備提供附加功能的元件。這些附加無線電功能，例如藍牙、無線局域網(wǎng)、GPS或者電視接收器，能在不增加設(shè)備整體尺寸的條件下很容易地集成在系統(tǒng)中。

　　開發(fā)復(fù)雜性-集成器件大大簡化了手機的全部硬件和軟件開發(fā)，因為它本身就提供完整的系統(tǒng)解決方案。

　　包括電源管理和RF在內(nèi)的所有芯片組元件從一開始就被設(shè)計成能無縫協(xié)同工作，并且在一起進行了測試和調(diào)試。完整的硬件和軟件參考設(shè)計將與芯片組一起交付使用。硬件參考設(shè)計提供可直接用于生產(chǎn)的PCB原理圖和布局布線圖，軟件參考設(shè)計提供完整的高級操作系統(tǒng)基本端口，這個基本端口通過電話軟件與協(xié)議堆棧進行了集成并通過驗證

　　在很多情況下，參考設(shè)計還通過了真實手機在被批準(zhǔn)商用之前必須完成的測試，包括（但不限于）全面型號認(rèn)證 （FTA）、互操作性測試（IOT）、運營商現(xiàn)場測試、穩(wěn)定性測試以及一致性測試。這樣，硬件和軟件上的問題在早期階段就可被發(fā)現(xiàn)并改正，否則OEM將不得不去做這些工作。

　　產(chǎn)品上市時間-因為集成器件通常在芯片組內(nèi)集成了電源管理和RF，并與已經(jīng)過預(yù)測試和預(yù)驗證的硬件和軟件參考設(shè)計一起交付，整個系統(tǒng)的開發(fā)時間可大大縮短。開發(fā)時間的減少有助于OEM早日將有新功能或者最新一代的無線設(shè)備投入市場。

　　調(diào)制解調(diào)器與獨立多媒體加速器組合的好處

　　成本-正如前面所述，采用這種方案的系統(tǒng)成本遠遠小于采用應(yīng)用處理器的系統(tǒng)成本。在芯片層面上，多媒體加速器通常比應(yīng)用處理器便宜，因為它只是用來執(zhí)行應(yīng)用處理器的一部分功能。另外，它需要的內(nèi)存較少，因而從系統(tǒng)的角度來考慮，其價格也便宜些。

　　多媒體性能-通過將調(diào)制解調(diào)器與多媒體環(huán)境分離，這種方案可以更容易地利用最先進的多媒體技術(shù)。新的強大的多媒體技術(shù)一旦被開發(fā)出來，就可以立即應(yīng)用到多媒體加速器中，并與現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)器相結(jié)合。這種方案能比采用應(yīng)用處理器的方案（與調(diào)制解調(diào)器分開或者集成）更快地將出色的多媒體功能推向市場。采用應(yīng)用處理器的方案通常將多媒體功能集成在應(yīng)用處理器中，因此當(dāng)需要增加新的多媒體技術(shù)時，整個應(yīng)用處理器需要重新設(shè)計。

　　靈活性-由于將應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器分開，這種方案可以靈活地將任何一種調(diào)制解調(diào)器與一個給定的多媒體加速器結(jié)合起來，因而能滿足采用不同調(diào)制解調(diào)器技術(shù)的多個細分市場和運營商的需求，同時保持相同的多媒體環(huán)境不變。然而，就能？？持的軟件環(huán)境和應(yīng)用來說，它顯然還不夠靈活。

　　本文小結(jié)

　　無線手持設(shè)備中的每一種集成方案都給設(shè)計工程師和OEM帶來了很多好處，然而它們也有各自的缺點，只有對這些優(yōu)缺點進行權(quán)衡，設(shè)計工程師才能針對特定設(shè)計和市場需求選擇出可能最好的無線設(shè)備解決方案。

　　隨著消費者的需求不斷發(fā)展，終端用戶不斷要求在現(xiàn)有電池壽命條件下，在緊湊的手持設(shè)備中實現(xiàn)更豐富的功能，這些方案的相對優(yōu)勢和劣勢可能會發(fā)生改變。例如，現(xiàn)在幾乎可以肯定，基于調(diào)制解調(diào)器和多媒體加速器的設(shè)計（不使用應(yīng)用處理器），將無法滿足消費者對手持多媒體娛樂中心不斷提高的期望。

　　設(shè)計工程師在制定產(chǎn)品線路圖時應(yīng)仔細考慮需求的變化。但是，目前面臨的挑戰(zhàn)是對所有集成方案的優(yōu)點進行權(quán)衡以解決是采用獨立還是集成的應(yīng)用處理器的問題。但是，這個問題并沒有一個確切的答案。