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[导读]功能手机和智能手机功能手机一般只含有基带芯片组,也就是所谓BP。而智能手机,则含有AP和BP两个部分。AP,应用程序处理器(Application Processor),负责大部分应用程序的执行。而BP,基带处理器(Baseband Processo

功能手机和智能手机

本文引用地址: http://www.21ic.com/app/ce/201712/747559.htm

功能手机一般只含有基带芯片组,也就是所谓BP。而智能手机,则含有AP和BP两个部分。AP,应用程序处理器(Application Processor),负责大部分应用程序的执行。而BP,基带处理器(Baseband Processor),也称为通信处理器(CP,Communication Processor),负责所有通讯软件的执行。

功能手机例子:LG Electronics Cyon LG-KP4000[1]

手机支持CDMA 2000,采用高通的芯片,其中包含高通MSM 6100,一般说到CDMA芯片的时候,实际上它基本上分四个部分,第一个部分是MSM芯片,就是一般手机终端用的基站芯片,它有调制解调、多媒体功能等等。另外两个部分是RFR和RFT,RFR指的是射频接收的部分,RFT是指射频传输的部分,他们构成了RF射频芯片。第四个部分是电源管理的部分。一般的不管是CDMA2000还是WCDMA方面,无线终端,那都需要这四种半导体产品,就是MSM,RFR、RFT和电源管理。

智能手机:AP和BP

如果说功能手机的硬件结构,以BP为主体,添加了一些额外的应用程序和相应的硬件外设。那么智能手机作为功能手机的进一步发展,在BP的基础上,增加了AP,专门用于强化对应用程序的支持。

大多数的手智能手机机都含有两个处理器。操作系统、用户界面和应用程序都在ApplicationProcessor(AP)上执行,AP一般采用ARM芯片的CPU。而手机射频通讯控制软件,则运行在另一个分开的CPU上,这个CPU称为 Baseband Processor(BP)。把射频功能放在BP上执行的主要原因是:射频控制函数(信号调制、编码、射频位移等)都是高度时间相关的。最好的办法就是把 这些函数放在一个主CPU上执行,并且这个主CPU是运行实时操作系统的。另外一个使用BP的好处是一旦它被设计和认证为好了的,不管你采用的操作系统和 应用软件怎么变化,它都可以正确的执行功能(它的通讯功能)。另外,操作系统和驱动的bug也不会导致设备发送灾难性的数据到移动网络中。(FCC要求 的)[5]

下面是智能手机的硬件图[3]。

主处理器运行开放式操作系统,负责整个系统的控制。从处理器为无线modem部分的dbb(数字基带芯片),主要完成语音信号的a/d转换、d/a转换、数字语音信号的编解码、信道编解码和无线modem部分的时序控制。主从处理器之间通过串口进行通信。而BP部分的CPU,内存,电源管理,无线收发器,功率放大器等等器件,实际就是原来的功能手机主要结构。

在智能手机的硬件架构中,无线modem部分只要再加一定的外围电路,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,就是一个完整的普通手机(传统手机)的硬件电路。模拟基带(abb)语音信号引脚和音频编解码器芯片进行通信,构成通话过程中的语音通道。

最初,AP部分与BP部分都是分开的,两者之间通过AT命令通信。如下图[4] 显示的是Moto Droid和iPhone 3GS两款手机的主板实物照片。需要注意的是,实物图中看不到CPU芯片,因为在主板中,CPU和RAM是叠加在一起的。这个做法叫Package on Package(PoP),它的好处主要是节省主板空间。

早期的手机,AP与BP的物理联系,通过串口(UART)来实现,不仅需要串口,而且通常还需要通用输入输出控制线(General Purpose Input/Outpu, GPIO),来协调AP与BP之间的电源管理等等。在手机闲置时,AP和BP部分都处于睡眠状态,以便省电。拨打电话时,AP通过GPIO唤醒BP,然后 通过串口给BP发送AT命令。有来电时,BP也通过GPIO唤醒AP,然后也通过串口发送AT命令,通知AP启动振铃,接换手机界面等等。很显然,用串口(UART),GPIO,加AT命令的方式,来协调AP与BP的工作,效率不太高。虽然后期手机,用USB或SPI取代了UART,效率有所提高,但是总体上来说,AP与BP的协调,仍然是整个手机工作效率的瓶颈。

AP 和BP各自有一块彼此独立的CPU芯片,不仅相互之间的通信效率差,而且购置芯片的成本高,占用手机电路板的面积大,同时还耗电。为了克服这些缺 点,SoC二合一芯片的出现,是大势所趋,困难在于SoC芯片的设计和制造难度较大。例如,在SoC内部,AP和BP分工依然明确,两者之间的通信,通常依靠内存共享(Shared Memory)。但是实现内存共享的技术难度,要比AT命令的方式要复杂得多。

对于一些新近的制作商,例如平板、电子书,使用BP 模块。

智能手机的例子

GPhone Nexus One所使用的Qualcomm的QSD8250,以及G1和G2所使用的Qualcomm的MSM7200芯片,都是AP和BP二合一的SoC芯片。以 MSM7200芯片为例,它的AP部分内置两枚CPU内核,一个是ARM11,另一个是DSP专用内核QDSP5,BP部分也有两个CPU内核,分别是 ARM926和DSP专用内核QDSP4。GPhone Nexus One内置CPU芯片是高通(Qualcomm)的Snapdragon系列QSD 8250芯片。该芯片的内核是ARM Cortex-A8。

Qualcomm的MSM6xxx系列是基带芯片,MSM7xxx系 列AP+BP SoC芯片,于2006年左右陆续上市。

BP的做法有三种方式,1. 分立器件,这是早期智能手机的BP部分的主要实现方式,例如以Intel PXA系列芯片为CPU的手机。眼下iPhone,PalmPe, Moto Droid也沿袭了分立器件的结构。2. BP模块,这个方式使用简单,但是成本较高。非手机类的移动设备,常用这种设计。3. AP+BP二合一SoC芯片,技术难度最大,但利润率也最高,是目前手机最普遍使用的BP实现方式,例如HTC手机既用TI的SoC芯片,使用的是 Qualcomm的SoC芯片,而Nokia智能手机大部分使用TI的SoC。

手机制作流程

手机设计开发流程大约可以分成以下6步。

第1步,Design House从芯片厂商那里拿到参考设计。

芯片厂商提供的参考设计,往往以开发板的形式出现。所谓开发板,也被称为大板,因为尺寸远比手机大得多,有的大板甚至可以媲美报纸的面积。图显示的是Samsung的S3C44BOX芯片开发板。

第2步,确定配件元器件。

1. 主板设计,或者Gerber文件,或者PCB板。

2. 系统软件。

3. 需要组装的全部元器件的清单(BOM List)。

4. 配套的外壳。

第3步,开发调试驱动程序。

第4步,产品级主板设计。确定了微处理芯片以及配件元器件以后,Design House着手把大板改成小板,也就是设计产品级主板。产品级主板设计主要是让主板更紧凑,这包括布局和连线,同时加上紧固件以及绝缘和散热材料,使手机更加坚固耐用。

第5步,进一步调试软硬件,使之达到产品级。

第6步,Design House设计一些参考外壳,然后把从里到外的整套设计演示给制造厂商看。

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