智能手机硬件体系结构样本.doc

智能手机硬件体系结构-06-04本文起源：电子设计信息作者：厦门大学信息科学和技术学院江有财伴随通信产业不停发展，移动终端已经由原来单一通话功效向话音、数据、图像、音乐和多媒体方向综合演变。而对于移动终端，基础上能够分成两种：一个是传统手机(featurephone)；另一个是智能手机(smartphone)。智能手机含有传统手机基础功效，并有以下特点：开放操作系统、硬件和软件可扩充性和支持第三方二次开发。相对于传统手机，智能手机以其强大功效和便捷操作等特点，越来越得到大家青睐，将逐步成为市场一个时尚。然而，作为一个便携式和移动性终端，完全依靠电池来供电，伴随智能手机功效越来越强大，其功率损耗也越来越大。所以，必需提升智能手机使用时间和待机时间。对于这个问题，有两种处理方案：一个是配置更大容量手机电池；另一个是改善系统设计，采取优异技术，降低手机功率损耗。现阶段，手机配置电池以锂离子电池为主，即使锂离子电池能量密度比以往提升了近30％，不过仍不能满足智能手机发展需求。就现在使用锂离子电池材料而言，能量密度只有20％左右提升空间。而另一个被业界普遍看做是未来手机电池发展趋势燃料电池，能使智能手机通话时间超出13h，待机时间长达1个月，不过这种电池技术仍不成熟，离商用还有一段时间[1]。增大手机电池容量总趋势上将会增加整机成本。所以，从智能手机总体设计入手，应用优异技术和器件，进行降低功率损耗方案设计，从而尽可能延长智能手机使用时间和待机时间。实际上，低功耗设计已经成为智能手机设计中一个越来越迫切问题。1智能手机硬件系统架构本文讨论智能手机硬件体系结构是使用双cpu架构，图1所表示。主处理器运行开放式操作系统，负责整个系统控制。从处理器为无线modem部分dbb(数字基带芯片)，关键完成语音信号a／d转换、d／a转换、数字语音信号编解码、信道编解码和无线modem部分时序控制。主从处理器之间经过串口进行通信。主处理器采取xxx企业cpu芯片，它采取cmos工艺，拥有arm926ej-s内核，采取arm企业amba(优异微控制器总线体系结构)，内部含有16kb指令cache、16kb数据cache和mmu(存放器管理单元)。为了实现实时视频会议功效，携带了一个优化mpeg4硬件编解码器。能对大运算量mpeg4编解码和语音压缩解压缩进行硬件处理，从而能缓解arm内核运算压力。主处理器上含有lcd(液晶显示器)控制器、摄像机控制器、sdram和srom控制器、很多通用gpio口、sd卡接口等。这些使它能很出色地应用于智能手机设计中。在智能手机硬件架构中，无线modem部分只要再加一定外围电路，如音频芯片、lcd、摄像机控制器、传声器、扬声器、功率放大器、天线等，就是一个完整一般手机(传统手机)硬件电路。模拟基带(abb)语音信号引脚和音频编解码器芯片进行通信，组成通话过程中语音通道。从这个硬件电路系统架构能够看出，功耗最大部分包含主处理器、无线modem、lcd和键盘背光灯、音频编解码器和功率放大器。所以，在设计中，怎样降低它们功耗，是一个很关键问题。2低功耗设计2.1降低cpu部分供电电压和频率在数字集成电路设计中，cmos电路静态功耗很低，和其动态功耗相比基础能够忽略不计，故暂不考虑。其动态功耗计算公式为：pd="ctv2f"(1)式中：pd为cmos芯片动态功耗；ct为cmos芯片负载电容；v为cmos芯片工作电压；f为cmos芯片工作频率。由式(1)可知，cmos电路中功率消耗和电路开关频率呈线性关系，和供电电压呈二次平方关系。对于cpu来说，vcore电压越高，时钟频率越快，则功率消耗越大，所以，在能够正常满足系统性能前提下，尽可能选择低电压工作cpu。对于已经选定cpu来说，降低供电电压和工作频率，能够在总体功耗上取得很好效果。对于主cpu来说，内核供电电压为1.3v，已经很小，而且其全速运行时主频能够完全依据需要进行设置，其内部所需其它多种频率全部是经过主频分频产生。主cpu主频fcpu计算公式以下：在coms芯片上，为了预防静电造成损坏，不用引脚不能悬空，通常接下拉电阻来降低输入阻抗，提供泄荷通路。需要加上拉电阻来提升输出电平，从而提升芯片输入信号噪声容限来增强抗干扰能力。不过在选择上拉电阻时，必需要考虑以下几点：a)从节省功耗及芯片倒灌电流能力上考虑，上拉电阻应足够大，以减小电流；b)从确保足够驱动电流考虑，上拉电阻应足够小，以增大电流；c)在高速电路中，过大上拉电阻会使信号边缘变得平缓，信号完整性会变差。所以，在考虑能够正常驱动后级情况下(即考虑芯片vih或vil)，尽可能选择更大阻值，以节省系统功耗。对于下拉电阻，情况类似。2.3.2对悬空引脚处理对于系统中cmos器件悬空引脚，必需给重视。因为cmos悬空输入端输