智能手机的硬件体系结构2008-06-04本文来源：电子设计信息作者：厦门大学信息科学与技术学院江有财随着通信产业的不断进展，移动终端差不多由 原来单一的通话功能向话音、数据、图像、音乐和多媒体方向综 合演变。而关于移动终端，差不多上能够分成两种：一 种是传统手机(fea ture phone)；另一种是智能手机(smart pho ne)。智能手机具有传统手机的差不多功能，并有以下特点：开 放的操作系统、硬件和软件的可扩充性和支持第三方的二次开 发。相关于传统手机，智能手机以其强大的功能和便捷的操作等 特点，越来越得到人们的青睐，将逐渐成为市场的一种潮流。然而，作为一种便携式和移动性的终端，完全依靠电池来供 电，随着智能手机的功能越来越强大，其功率损耗也越来越大。 因此，必须提髙智能手机的使用时刻和待机时刻。关于那个问 题，有两种解决方案：一种是配备更大容量的手机电池；另一种 是改进系统设计，采纳先进技术，降低手机的功率损耗。现时期，手机配备的电池以锂离子电池为主，尽管锂离子电 池的能量密度比以往提升了近30%，然而仍不能满足智能手机 进展需求。就目前使用的锂离子电池材料而言，能量密度只有2 0%左右的提升空间。而另一种被业界普遍看做是以后手机电池 进展趋势的燃料电池，能使智能手机的通话时刻超过13 h,待 机时刻长达1个月，然而这种电池技术仍不成熟，离商用还有一 段时刻1。增大手机电池容量总的趋势上将会增加整机的成 本。因此，从智能手机的总体设计入手，应用先进的技术和器 件，进行降低功率损耗的方案设计，从而尽可能延长智能手机的 使用时刻和待机时刻。事实上，低功耗设计差不多成为智能手机 设计中一个越来越迫切的问题。1智能手机的硬件系统架构本文讨论的智能手机的硬件体系结构是使用双cpu架构，如 图1所示。LCDfftl沁ZlNAWlj pTH- n -_ LB|桂已丸SCJRaM SfiOM 事岸鼻 換口AMttLeis肚1 1BSl智陡手机的磅杵聚初主处理器运行开放式操作系统，负责整个系统 的操纵。从处理器为无线modem部分的dbb（数字基带芯片），要 紧完成语音信号的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部分的时序操纵。主从处理器之间 通过串口进行通信。主处理器采纳XXX公司的cpu芯片，它采纳 emos工艺，拥有arm926ej-s内核，采纳arm公司的amba（先进 的微操纵器总线体系结构），内部含有16 kb的指令cache、16 kb的数据cache和mmu（存储器治理单元）。为了实现实时的视频 会议功能，携带了一个优化的mpeg4硬件编解码器。能对大运算 量的mpeg4编解码和语音压缩解压缩进行硬件处理，从而能缓解 arm内核的运算压力。主处理器上含有lcd（液晶显示器）操纵器、摄像机操纵器、sdram和srom操纵器、专门多通用的gpio 口、sd卡接口等。这些使它能专门出色地应用于智能手机的设 计中。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、摄像机操纵器、传声器、扬声器、 功率放大器、天线等，确实是一个完整的一般手机(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。从那个硬件电路的系统架构能够看出，功耗最大的部分包括 主处理器、无线modem、lcd和键盘的背光灯、音频编解码器和 功率放大器。因此，在设计中，如何降低它们的功耗，是一个专 门重要的问题。2低功耗设计2.1降低cpu部分的供电电压和频率在数字集成电路设计中，cmos电路的静态功耗专门低，与 其动态功耗相比差不多能够忽略不计，故暂不考虑。其动态功耗 计算公式为：pd=ctv2f(1)式中：pd为emos芯片的动态功耗；ct为emos芯片的负载 电容；v为cmos芯片的工作电压；f为cmos芯片的工作频率。由式（1）可知，cmos电路中的功率消耗与电路的开关频率呈 线性关系，与供电电压呈二次平方关系。关于epu来讲，vcore 电压越髙，时钟频率越快，则功率消耗越大，因此，在能够正常 满足系统性能的前提下，尽可能选择低电压工作的epu。关于差 不多选定的epu来讲，降低供电电压和工作频率，能够在总体功 耗上取得较好的效果。关于主epu来讲，内核供电电压为1.3 v，差不多专门小， 而且其全速运行时的主频能够完全依照需要进行设置，其内部所 需的其他各种频率差不多上通过主频分频产生。主epu主频fcp u计算公式如下：在coms芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的引脚不能 悬空，一般接下拉电阻来降低输入阻抗，提供泄荷通路。需要加 上拉电阻来提髙输出电平，从而提髙芯片输入信号的噪声容限来 增强抗干扰能力。然而在选择上拉电阻时， 必须要考虑以下几点：a）从节约功耗及芯片的倒灌电流能力上考虑，上拉电阻应足 够大，以减小电流；