智能手机的系统架构及其低功耗设计.pdf

智能手机的系统架构及其低功耗设计 智能手机的系统架构及其低功耗设计 随着通信产业的不断发展，移动终端已经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。而对于移动终端，基本上可以分成两种：一种是传统手机 (feature phone) ；另一种是智能手机 (smart phone) 。智能手机具有传统手机的基本功能，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。 相对于传统手机， 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，必须提高智能手机的使用时间和待机时间。 对于这个 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， 采用先进技 术，降低手机的功率损耗。 现阶段，手机配备的电池以锂离子电池为主，虽然锂离子电池的 能量密度比以往提升了近 30 ％，但是仍不能满足智能手机发展需求。就目前使用的锂离子电池 材料而言，能量密度只有 20 ％左右的提升空间。而另一种被业界普遍看做是未来手机电池发展 趋势的燃料电池，能使智能手机的通话时间超过 13 h ，待机时间长达 1 个月，但是这种电池技 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间和待机时间。 事实上， 低功耗设计已经成为智能手机 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，。 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。主处理器采用 xxx 公司的 cpu 芯片，它采用 cmos 工艺，拥有 arm926ej-s 内核，采用 arm 公司的 amba( 先 进的微控制器总线体系结构 ) ，内部含有 16 kb 的指令 cache 、16 kb 的数据 cache 和 mmu( 存 储器管理单元 )。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 )控制器、摄像机控制器、 sdram 和 srom 控制器、很多通 用的 gpio 口、sd 卡接口等。这些使它能很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。 从这个硬件电路的系统架构可以看出，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，