在智能手機中采用何種集成程度的器件將對系統的成本、性能、外形尺寸以及開發周期等產生影響。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缺點和適用場合，為設計方案的選擇提供了實用的分析思路。

　　手機設計工程師目前所要面對的關鍵問題之一是：應用處理器和調制解調器要集成到什么程度，才能更好地為市場營銷目標服務。為更有效地滿足OEM的需求，手機系統設計工程師是應該采用分離元件呢，還是采用系統級芯片？

　　對這個問題的回答非常重要，因為在這一層面上對設計方向的選擇將影響很多技術及競爭變數，這些變數決定了在市場上取得成功的關鍵因素-系統成本、硬件外形尺寸、上市時間、對不同無線標準的適應性、功耗以及整體性能。在設計過程的早期選擇最佳的方法有助于使OEM成為市場的領導者，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點和缺點，OEM必須對這些不同方案內在的折衷進行權衡，以選擇一個最能滿足他們設計和營銷目標的集成程度。

　　當前的三種可選方案

　　目前有三種不同集成程度的方案可供手機設計工程師選擇。它們分別是：

　　方案一：應用處理器和調制解調器分離。設計手機的傳統方法是采用獨立的應用處理器和調制解調器，每種器件也許包含若干個處理內核。例如，在應用處理器里面有一個RISC內核（如ARM9或ARM11）用于實現高中斷命令、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、數？？算量大的音頻和視頻處理。同樣，調制解調器可以通過ARM以很高的效率來處理協議棧第二層和第三層，而協議棧第一層則由DSP來處理。

　　無論器件采用什么架構，它們都是完全獨立的，這使系統設計工程師能夠盡量提高系統的靈活性和性能。因為相同應用處理器可以用于不同的調制解調器技術和空中接口標準（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選擇不同的應用處理器和調制解調器供應商。

　　這種方案能獲得最高系統性能是由于應用處理器可以使用專用資源（存儲器和總線），以及在沒有調制解調器帶來的功率約束下采用最新的工藝技術。然而與此同時，這種方法使設計工程師面臨的工作復雜化，因為他們必須集成分離的硬件元件，并且要開發和整合使應用處理器和調制解調器能有效進行通信的電話軟件層。因為應用處理器和調制解調器可能完全來自不同的生產商，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。

　　通常與應用處理器一起提供的軟件開發平臺可加快整合的過程，然而對硬件和軟件的設計、整合及調試可能使整個系統的開發周期增加好幾個星期。

　　方案二：應用處理器和調制解調器集成在同一塊芯片里。集成電路設計技術的最新進展允許芯片制造商將應用處理器和調制解調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用功能，另一個ARM處理器和一個DSP則用來實現調制解調器功能。對于功能豐富而又要求低成本的應用，應用功能和調制解調器功能共用一個ARM內核，而DSP專門用于實現調制解調器功能。

　　為實現更高的系統集成，TI將OMAP器件與電源管理器件、 RF器件捆綁在一個芯片組內。這些器件都經過了優化，可以在一起無縫協同工作。系統設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計，這些參考設計可以被修改，以提供豐富功能或者實現特定設計目標。

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

　　在單芯片中集成應用處理器和調制解調器還可簡化系統設計，并縮短產品上市時間。從硬件角度來看，通過提供原理圖和針對可制造性進行優化的布局布線文件，使手機的PCB設計變得容易。

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

　　方案三：調制解調器連接到分離的多媒體加速器。這個方案是在第一種（分離的應用處理器和調制解調器）的基礎上稍作改變。然而，它并不包括應用處理器，因此不能使用高級操作系統，而是用調制解調器實現基本的命令、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更加容易。

　　對于一個希望進入產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用處理器便宜，而且需要的內存資源較少，所以這種方案通常能使系統成本更低。此外，與復雜的高級操作系統相比，軟件開發可能相對簡單。

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

　　關鍵的設計考慮

　　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期望服務的細分市場，每個細分市場通常由手機的目標功能/應用和目標價格來定義。

　　如果目標應用是要求豐富特性的市場，其關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，調制解調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備的方向發展，采用應用處理器和高級操作系統的設計將變得更加具有吸引力。那些將手機看成能上網沖浪、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的消費者，將需要只有通過應用處理器才能提供的多功能和高性能特性。

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

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

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

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

　　應用處理器和調制解調器分離的好處

　　靈活性－毫無疑問，將應用處理器和調制解調器分開的最大好處是可提高靈活性。對現有的調制解調器抱有很大信心并已經投入巨資的OEM，可以重復使用這些調制解調器并將它們與最新應用處理器相結合。這樣，在不犧牲應用性能的情況下，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用處理器和調制解調器供應商，更重要的是，它允許應用處理器運行相同的應用軟件環境去與不同的調制解調器結合，以？？持不同的空中接口標準，如GSM/GPRS、 EDGE、WCDMA、UMTS和CDMA。于是，OEM只要開發一個平臺，通過更換調制解調器，就可以服務于對調制解調器技術有不同需求的多個細分市場和多個運營商。應用處理器及其軟件環境將保持不變。

　　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用處理器中使用最新的半導體工藝技術，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制解調器的電源管理提出新的挑戰，在使用獨立應用處理器的情況下，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，只要獨立的應用處理器所使用的工藝技術保持領先于集成器件所用的工藝技術，它的性能就會比高集成度的器件更勝一籌。這種性能優勢是非常重要的。

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

　　集成應用處理器和調制解調器的好處

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

　　基于相同原因，在單芯片中集成應用處理器和調制解調器，還可減少在系統中用于連接不同功能的邏輯電路的數量。最后，采用集成的器件（包括完整的硬件和軟件參考設計）、可直接用于生產的PCB原理圖和布局布線圖以及經過驗證的集成電話軟件，能夠比從頭開始開發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，應用處理器和調制解調器的位置更接近也可降低功耗；最后，集成應用處理器和調制解調器將允許單一的芯片提供商更有效地為整個系統進行軟件優化。

　　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，這樣設計工程師就能夠設計出尺寸更小的無線產品。更重要的是，它還騰出了電路板空間以安裝為無線設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、GPS或者電視接收器，能在不增加設備整體尺寸的條件下很容易地集成在系統中。

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

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

　　在很多情況下，參考設計還通過了真實手機在被批準商用之前必須完成的測試，包括（但不限于）全面型號認證 （FTA）、互操作性測試（IOT）、運營商現場測試、穩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現并改正，否則OEM將不得不去做這些工作。

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

　　調制解調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成本遠遠小于采用應用處理器的系統成本。在芯片層面上，多媒體加速器通常比應用處理器便宜，因為它只是用來執行應用處理器的一部分功能。另外，它需要的內存較少，因而從系統的角度來考慮，其價格也便宜些。

　　多媒體性能-通過將調制解調器與多媒體環境分離，這種方案可以更容易地利用最先進的多媒體技術。新的強大的多媒體技術一旦被開發出來，就可以立即應用到多媒體加速器中，并與現有的調制解調器相結合。這種方案能比采用應用處理器的方案（與調制解調器分開或者集成）更快地將出色的多媒體功能推向市場。采用應用處理器的方案通常將多媒體功能集成在應用處理器中，因此當需要增加新的多媒體技術時，整個應用處理器需要重新設計。

　　靈活性-由于將應用處理器和調制解調器分開，這種方案可以靈活地將任何一種調制解調器與一個給定的多媒體加速器結合起來，因而能滿足采用不同調制解調器技術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境不變。然而，就能？？持的軟件環境和應用來說，它顯然還不夠靈活。

　　本文小結

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

　　隨著消費者的需求不斷發展，終端用戶不斷要求在現有電池壽命條件下，在緊湊的手持設備中實現更豐富的功能，這些方案的相對優勢和劣勢可能會發生改變。例如，現在幾乎可以肯定，基于調制解調器和多媒體加速器的設計（不使用應用處理器），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。

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