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手机的一些基本知识&& MTK手机芯片总结

 Taylor 2009-04-21

 

通信终端(手机)的一些基本知识--第一篇(规格参数篇)
规格参数篇

网络频段
       提到手机支持频段,首先应明确频段实质上是硬性划分的,这主要是由于频率资源的有限导致, 目前我国主要由信息产业部负责相关事宜。

       我国手机常用的频段主要有CDMA手机占用的CDMA1X,800MHZ频段;GSM手机占用的900/1800/1900MHZ 频段;近两年的GSM1X双模占用的900/1800MHZ频段;3G占用的900/1800/1900/2100MHz频段。

       GSM频段:我国GSM手机占用频段主要是900MHZ和1800MHZ。实质上1800MHZ也是由于手机用户数量 的激增,造成了手机通信网络系统处于超负荷运转状态,最终导致了手机在通信时很容易出现类似于 掉线、串音、话音质量不好、难以上网等故障现象。为了解决这些故障现象,越来越多的手机运营商 和生产商开始意识到解决这个问题的迫切性,并不断采取相关措施来进一步扩容手机网络系统,于是 GSM1800Mhz便应运而生了,又被称为DCS1800(数字蜂窝系统),它的出现,使基于GSM900、1800的 双频网络变为现实。

       使用GSM900/GSM1800双频手机,用户可以在GSM900与GSM1800之间自由切换,可以有效地避免以 往掉话,通话难和音质差等问题,较以前只使用GSM900网的通话更加方便。
下面我们对GSM900与GSM1800这两个频段进行一下简单的比较:
频段                            GSM900           GSM1800
电波穿透力                   较弱             较强
适合使用地区                郊区             市区
同一面积所需基地站数         少               多
保密性                       佳               佳
 
       为了能进一步扩大手机网络系统的运行容量,提高手机通信时的语音质量,最近在市场上又推出 了一种“三频手机”。

       所谓的“三频”就是包含3个工作频率,这三个工作频率就是GSM900Mhz、DCS1800Mhz以及 PCS1900Mhz,依此类推,所谓的“三频手机”就是指手机可以同时接收GSM900M、DCS1800Mhz以及 PCS1900Mhz这三个频率段的信号,从中做出选择,那一频段的的信号强,就选择那一基站的信号, 如果一方接不通,可以自由转到别一个频段的信号上。它实际上就是扩大了手机的接通率。在一些手 机用户比较集中的地区,尤其合适使用三频手机,因为三频手机能够灵活地在GSM900、DCS1800和 PCS1900之间进行切换,以便始终保持通话不断及通话质量。PCS1900兆网,是北美地区(美国、 加拿大)及欧洲国家通信网络领域普遍使用的网段。

       由于三频手机能同时工作在三个不同频率的网段之中,因此三频手机无疑具有这三种网络的特点。 从技术角度而言,GSM1800因为频段高,使得信号穿透能力强,因此在高楼林立的复杂环境中能带来 良好的通话质量和通信覆盖;而PCS1900频道,在北美地区(美国、加拿大)及欧洲地区有着良好的 通信能力,这无疑为那些频繁来往于洲际间的人士提供了他们所需要的服务。

      对于运营商而言,三频段网络的构筑,则彻底地缓解了GSM900所存在的频段与容量的问题,使得 网络进一步优化,热点地区的话务量高峰得到有效缓解,接通率更高,从而使业务量大大提升。

       对于用户而言,三频手机的出现对其影响将是最为深远的,同时又将是最实际的,因为使用三频 手机,通过三频网络的漫游,掉话现象将大大减少,手机的应用将更加自由。三频手机可以使用户自 由地在五大洲120个国家进行通信。

       CDMA频段:CDMA 1X:CDMA 1X采用扩频速率为SR1,即指前向信道和反向信道均用码片速率 1.2288Mbit/s的单载波直接系列扩频方式。因此它可以方便地与IS-95(A/B)后向兼容,实现平滑 过渡。由于CDMA 1X采用了反向相干解调、快速前向功控、发送分集、Turbo编码等新技术,其容量比 IS-95大为提高。在相同条件下,对普通话音业务而言,容量大致为IS-95系统的两倍。CDMA 1X网络 可以作为话音业务的承载平台,也可以作为无线接入Internet分组数据承载平台,既可以为用户提 供传统的话音业务,也可以为用户提供端对端分组传输模式的数据业务。

        CDMA 800MHZ:联通在初建CDMA网络之时,正逢电信长城移交给联通,使联通轻松获得了800MHz 频段上的双向10M频率资源,而这就使联通具有了宝贵的频率资源。因此,联通就利用其在800MHZ频 段上的资源建立了CDMA网络。

       CDMA网络是由联通统一建设和运营,这一独家运营权所能带来的市场空间也是很明显的。有了 CDMA网的支持,联通可以实现许多新的增值数据业务,由此可能会赢得更多CDMA用户。
手机制式
      
       目前,手机制式主要包括GSM、CDMA、3G三种,手机自问世至今,经历了第一代模拟制式手机(1G) 、第二代GSM、TDMA等数字手机(2G)、第2.5代移动通信技术CDMA和第三代移动通信技术3G。

       模拟网:模拟网的信号以模拟方式进行调制,其模拟级数采用的是频分多址。(移动通信规定的频段 为905—915MHZ,每25KHZ为个信道,支持一对用户通话)。中国的模拟网有A网(Motorola设备)及B网 (Ericsson设备)之分,现在两网己实现互通。

       模拟网信号失真度小,因而音质可与有限电话比美。且由于建设较早,覆盖完善,全国大部分县级 城市均有覆盖。模拟网的缺点是其信道数量相对较少,保密性差。
      
       GSM数字网:GSM:GSM(Global System For Mobile Communication)网即全球移动通信系统,又称 “全球通”,很多公司参与了标准的制定工作。GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和 制造厂家组成的标准化委员会设计出来的,它是在蜂窝系统的基础上发展而成。我国自1994年底开始, 在十多个省市筹建GSM蜂窝移动通信网,其发展势头世人皆叹,到现在GSM数字网已覆盖全国30多个省 (区、市),300多个地区和2000多个县市,并可与40多个国家实现漫游。

       GSM采用的是数字调制技术,其关键技术之一是时分多址(每个用户在某一时隙上选用载频且只能在特 定时间下收信息),GSM系统有几项重要特点:防盗拷能力佳、网络容量大、号码资源丰富、通话清晰、 稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量底等。因此其话音清晰,保密容易,能提 供的数据传输服务较多。GSM网能支持的用户数量为模拟网的1.8-2倍。
      
       由于GSM发展极快,在其900MHZ频段满以后,又开辟了GSMl800频段,手机工作在900MHZ和1.8GHZ频 段以及GSM1900MHz等几个频段。

       GPRS:GPRS是General Packet Radio Service的英文简称,中文为通用无线分组业务,是一种基于 GSM系统的无线分组交换技术,提供端到端的、广域的无线IP连接。相对原来GSM的拨号方式的电路 交换数据传送方式,GPRS是分组交换技术,具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、 “高速传输”、“自如切换”的优点。通俗地讲,GPRS是一项高速数据处理的技术,方法是以“分组” 的形式传送资料到用户手上。虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信过渡的过渡技术,但是 它在许多方面都具有显著的优势。

       由于使用了“分组”技术,用户上网相对稳定,避免了不必要的短线带来的困扰。此外,使用GPRS上 网的方法与WAP并不同,用WAP上网就如在家中上网,先“拨号连接”,而上网后便不能同时使用该电 话线,但GPRS就较为优越,下载资料和通话是可以同时进行。从技术上来说,声音的传送(即通话)继 续使用GSM,而数据的传送便可使用GPRS,这样的话,就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。 而且发展GPRS技术也十分“经济”,因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。GPRS的用途十分广泛, 包括通过手机发送及接收电子邮件,在互联网上浏览等。

       TDMA:TDMA是Time Division Multiple Access的缩写,这是一种用Time-Division Multiplexing (时分多址)来提供无线数字服务的技术,它代表的是一种移动电话系统的数字信号传输技术。TDMA 把一个射频分成多个时隙,再把这些时隙分给多组通话。这样,一个射频可以同时支持多个数据频道, 目前该技术已成为今天的D-AMPS和GSM系统的基础。

GSM数字机和模拟手机话音相比

       GSM数字手机的话音是被数字化之后才在无线信道上传送的,它不像模拟移动电话那样容易被干扰, 因此通话时话音清晰、干扰小。但是,因传送的是数字化的话音,也存在话音有些失真的缺点。机时 模拟手机的话音失真度比GSM数字机要好。现在,有关部门正在研究开发更先进的话音数字化编码技 术,以降低GSM手机的话音失真度。

       CDMA数字网:CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access),它是在数字技术的分 支--扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。它能够满足市场对移动通信容量 和品质的高要求,具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆 盖广等特点,可以大量减少投资和降低运营成本。

业内运营者们正努力在他们的系统中增加用户数量,降低每位用户的费用,创造更大的利润并积极加 强市场渗透。码分多址技术就是解决这一问题的数字通信技术之一。
  其优势为:
  高效的频带利用率和更大的网络容量
  简化网络规化
  提高通话质量
  增强保密性
  提高覆盖特性
  延长用户通话时间
  软音量和“软”切换
  上网速度更快
 
       目前国内采用CDMA技术的“中国长城移动通信网”已在北京,上海,广州,西安等地开通。
      
       CDMA是数字网络技术的最新发展,美国是发源地并且应用最广泛。CDMA手机话音清晰,接近有线电话, 信号覆盖好,不易掉话。

       CDMA手机与GSM手机相比:CDMA手机具有以下优点:
       CDMA手机采用了先进的切换技术:软切换技术 (即切换是先接续好后再中断),使得CDMA手机的通话可以与固定电话媲美;使用CDMA网络,运营商的 投资相对减少,这就为CDMA手机资费的下调预留了空间;因采用以拓频通信为基础的一种调制和多址 通信方式,其容量比模拟技术高10倍,超过GSM网络约4倍;基于宽带技术的CDMA使得移动通信中视频 应用成为可能,从而使手机从只能打电话和发送短信息等狭窄的服务中走向宽带多媒体应用。

       GSM1X:所谓GSM1X就是指支持两种制式网络的双模手机,主要有GSM/PHS与GSM/CDMA两种双模手机, 比GSM/GPRS大大提高了上网的速度,其中GSM/PHS手机目前仅有Sanyo的PDG-G1000(即台湾大众电信销 售的J100与UT的UT818),GSM/CDMA双模手机则主要是国内上市的三星、LG与摩托罗拉三款型号。
       GSM1x可以作为一种技术方案,使中国联通在保留已有的GSM业务层和SIM卡用户特征的基础上,让其 现有的GSM用户享受到增强的CDMA 1X业务的好处。

       GSM1x集中了CDMA 1X 和GSM-MAP的优势,是使用任何频率的GSM运营商均可采用提供CDMA 1X业务的解 决方案。

       GSM1x可以最大限度地利用运营商在现有GSM-MAP网络上的投资,并保留系统中能够提供的所有主要 功能和业务。GSM1x能够提高运营商的话音和数据容量,同时支持在一个GSM网上叠加CDMA 1X网络, 使用基于SIM卡的GSM/CDMA双模手机,以及推动跨GSM和CDMA双网的全球漫游。

       3G:3G是第三代移动通信技术,是下一代移动通信系统的通称。标准主要有GSM/GPRS/WCDMA /EDGE/ TD-SCDMA。3G系统致力于为用户提供更好的语音、文本和数据服务。与现有的技术相比较而言, 3G技术的主要优点是能极大地增加系统容量、提高通信质量和数据传输速率。此外利用在不同网络间 的无缝漫游技术,可将无线通信系统和Internet连接起来,从而可对移动终端用户提供更多更高级的 服务。
      
       3G技术的标准:国际电信联盟(ITU)早在2000年5月即确定了W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三个主流 3G标准。

       WCDMA:WCDMA全名是(Wideband Code Division Multiple Access ),中文译名为“宽带分码多工 存取”, WCDMA源于欧洲和日本几种技术的融合。它采用MC FDD双工模式,与GSM网络有良好的兼容 性和互操作性。作为一项新技术,它在技术成熟性方面不及CDMA2000,但其优势在于GSM的广泛采用 能为其升级带来方便。因此,近段时间也倍受各大厂商的青睐。WCDMA采用最新的异步传输模式 (ATM)微信元传输协议,能够允许在一条线路上传送更多的语音呼叫,呼叫数由现在的30个提高到 300个,在人口密集的地区线路将不在容易堵塞。WCDMA采用直扩(MC)模式,载波带宽为5MHz,它 可支持384Kbps到2Mbps不等的数据传输速率,在高速移动的状态,可提供384Kbps的传输速率,在低 速或是室内环境下,则可提供高达2Mbps的传输速率。而GSM系统目前只能传送9.6Kbps,固定线路 Modem也只是56Kbps的速率,由此可见WCDMA是无线的宽带通讯。

       此外,在同一些传输通道中,它还可以提供电路交换和分包交换的服务,因此,消费者可以同 时利用交换方式接听电话,然后以分包交换方式访问因特网,这样的技术可以提高移 动电话的使用 效率,使得我们可以超过越在同一时间只能做语音或数据传输的服务的限制。
       在费用方面,WCDMA因为是借助分包交换的技术,所以,网络使用的费用不是以接入的时间计算, 而是以消费者的数据传输量来定。

       EDGE:EDGE的英文全称为EnhancedDataratefor GSM Evolution,中文含义为“改进数据率GSM服务”, 它是一种基于GSM/GPRS网络的数据增强型移动通信市场的亮点,先后有美国的CingularWireless和 AT&TWireless、智利的TelefonicaMoviles、我国香港特区的CSL和泰国的AIS开通了基于 EDGE的服务。与此同时,一些欧洲的移动运营商对EDGE也开始表现出兴趣,其中TIM和TeliaSonera 都明确表示将采用EDGE技术。该技术主要在于能够使用宽带服务,能够让使用800、900、1800、 1900MHz频段的网络提供第三代移动通信网络的部分功能,并且能大大改进目前在GSM和TDMA/136上 提供的标准化服务。该技术可以提供384kbps的广域数据通信服务和大约2Mbps的局域数据通信服务, 这样可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。

       EDGE的概念是Ericsson公司于1997年第一次向ETSI提出的,同年,ETSI批准了EDGE的可行性研究, 这对以后EDGE的发展铺平了道路。尽管EDGE仍然使用了GSM载波带宽和时隙结构,但它也能够用于其 他的蜂窝通信系统。EDGE可以被视为一个提供高比特率、并且因此促进蜂窝移动系统向第三代功能演 进的、有效的通用无线接口技术。在此基础上,统一无线通信论坛(UWCC)评估了用于TDMA/136的 EDGE技术,并且于1998年1月批准了该技术。

       EDGE提供了一个从GPRS到第三代移动通信的过渡性方案,从而使现有的网络运营商可以最大限度地 利用现有的无线网络设备,在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务。 由于GDGE是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术,因此也有人称它为 “二代半”技术。EDGE同样充分利用了现有的GSM资源,保护了对GSM作出的投资,目前已有的大部 分设备都可以继续在EDGE中使用。EDGE能提供三组业务:EGPRS业务:最大速率≥384kbps48kbps/BP; T-ECSD业务:透明增强型电路交换业务,最高速率≥32kpbs/Bp;NT-ECSD:非透明增强型电路交换 业务,最高速率≥28.8kbps。

从技术角度具体而言,EDGE的技术不同于GSM的优势在于:
  8 PSK 空中接口模式
  增强型的AMR编码方式
  MCS1~9九种信道编码方式
  链路自适应
  递增冗余传输
  RLC窗口大小自动调整
 
       TD-SCDMA: TD-SCDMA全名是Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access (时分 同步的码分多址技术)是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一,它得到了CWTS及 3GPP的全面支持,是中国电信百年来第一个完整的通信技术标准,是可替代UTRA-FDD的方案,是集 CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术, 它采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩 频系统、自适应功率调整等技术。TD-SCDMA传输方向的时域自适应资源分配可取得独立于对称业务 负载关系的频谱分配的最佳利用率。因此,TD-SCDMA通过最佳自适应资源的分配和最佳频谱效率, 可支持速率从8kbps到2Mbps的语音、互联网等所有的3G业务。在最终的版本里,计划让TD―SCDMA 无线网络与INTERNET直接相连。

小灵通
       小灵通又名无线市话PAS(Personal Access Phone System),是一种新型的个人无线接入系统,它 采用先进的PHS微蜂窝技术,将市话传输交换与无线接入技术有机结合在一起,利用市话的交换传输 资源,以无线方式提供给一定范围内具备移动漫游性能的个人通信终端.简言之,“小灵通”就是 通过一定的技术手段,将原来只能固定使用的电话改变成为随身携带和移动使用的无线电话。
手机制式的发展

  1G(first generation)表示第一代移动通讯技术。代表为现已淘汰的模拟移动网。
  2G(second generation)表示第二代移动通讯技术。代表为GSM。以数字语音传输技术为核心。
  2.5G是基于2G与3G之间的过渡类型。比2G在速度、带宽上有所提高。可使现有GSM网络轻易地实 现与高速数据分组的简便接入。

       目前已经进行商业应用的2.5G(Generation)移动通信技术是从2G迈向3G的衔接性技术,突破 了2G电路交换技术对数据传输速率的制约,引入了分组交换技术,从而使数据传输速率有了质 的突破,是一种介于2G与3G之间的过度技术。2.5G的出现主要是由于3G是个相当浩大的工程, 所牵扯的层面较多且复杂,要从目前的2G一下迈向3G是不可能马上实现的。代表为:GPRS, HSCSD、WAP、EDGE、蓝芽(Bluetooth)、EPOC等技术。

       3G是英文3rd Generation的缩写,指第三代移动通信技术。目前我国3G标准还没有颁布。相对 第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、TDMA等数字手机(2G),第三代手机一般是指将无线通 信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够方便、快捷的处理图像、 音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。 为手机融入多媒体元素提供强大的支持。但为了提供这种服务,无线网络必须能够支持不同的 数据传输速度,也就是说在任何环境中能够分别支持至少2Mbps(兆字节/每秒)、384kbps(千 字节/每秒)以及144kbps的传输速度。2G网络提供的带宽是9.6Kpbs。2.5G增加到56Kpbs。 3G将具有更宽的带宽,其传输速度将达到100-300Kbps,不仅能传输话音,还能传输数据, 从而提供快捷、方便的无线应用。

 
MTK手机芯片总结
·目前联发科技已开发出MT6205、MT6217、MT6218、MT6219、MT6226、MT6227、MT6228等系列平台,其中MT6205、MT6217、MT6218、MT6219、MT6226、MT6227、MT6228均为基带芯片,所有芯片均采用ARM7的核。
·MT6305、MT6305B为电源管理芯片。
·MT6129为RF芯片
·RF3146(7×7mm)、RF3146D(双频)、RF3166(6×6mm)为RFMD的PA。
·MT6205为最早的方案,只有GSM的基本功能,不支持GPRS、WAP、MP3等功能。(2003年MP)
·MT6218为在MT6205基础上增加GPRS、WAP、MP3功能。MT6217为MT6218的cost down方案,与MT6128 PIN TO PIN,只是软件不同而已,另外MT6217支持16bit数据。(2004年MP)
·MT6219为MT6218上增加内置AIT的1.3M camera处理IC,增加MP4功能。8bit数据。(2005年MP)
·MT6226为MT6219 cost 升级产品,内置0.3M 摄相处理IC,支持GPRS、WAP、MP3、MP4等,内部配置比MT6219优化及改善,比如配蓝牙是可用很便宜的芯片CSR的BC03模块USD3即可支持数据传输(如听立体声MP3等)功能。
·MT6226M为MT6226高配置设计,内置的是1.3M摄像处理IC。(2006年MP)
·MT6227与MT6226功能基本一样,PIN TO PIN,只是内置的是2.0M 摄像处理IC。(2006年MP)
·MT6228比MT6227增加TV OUT功能,内置3.0M 摄像处理IC,支持支持GPRS、WAP、MP3、MP4。(2006年MP)
·从MT6226后软件均可支持网络摄像头功能,也就是说你的机子可以用于QQ视频。
MTK芯片工作简解
现在最长见的MTK手机芯片组合多是MT6128BT CPU(MT6219CPU)、MT6035电源IC和MT6129射频IC组合,以下是对MT芯片的简单讲解。
一、MT6128BT CPU工作简解
1、基带接收器:用于I/Q信号的基带A/D转换;
2、基带发送器:用于I/Q信号的基带D/A转换以及信号的平滑滤波等;
3、RF控制:两个DAG转换器用于自动功率控制和自动频率控制;
4、转助ADC:一个ADC转换器用于、电池以及其他模拟功能的监视;
5、音频功能块:提供完全的模拟音频信号处理,包括micphone放大,A/D、D/A转换,耳机驱动等等;
6、时钟发生器’:一个时钟方波映射系统时钟,三个锁相环为MCU、DSP、 USB单元提供时钟;
7、32.768KHZ晶振:32.768KHZ晶振回路用于RTC
 
二、MT6219CPU工作简解
MT6219的封装形式是293-Ball、TFBGA(mini-BGA),它是一款先进的低功耗GSM/GPRS基带处理器芯片,功能模块如图5所示。该芯片基于32bit的ARM7EJ-S核,处理速度可达52MHz。MT6219具有摄像头接口,可支持130万像素Sensor,并内置MPEG4编解码功能。在QCIF格式下,拍摄速度可达15frames/s。除此之外,MT6219还可提供外部存储器接口,数字/模拟音频接口,射频接口和其他丰富的用户接口。除了下载功能程序外,所有程序均在芯片外部,所以很容易升级。MT6219支持F14.4、GPRS和HSCSD。
MT6219的内核电压和接口电压得到了分率,为降低耗提供了方便。基核心工作电压是1.2V,同时具有多路独立的2.8VI/O电压。
 
三、MT6305电源IC工作简解
MT6305为中国台湾联发公司的MT系列芯片-电源与充电控制芯片,专门为GSM手机设计的PMIC,使用MT6305B可以节省许多外部器件,有利于减小手机体积,降低整机功耗。所以MT6305电源IC是现在大量MP3、MP4音乐手机常用的芯片。
MT6305电源的7组供电电压输出:
1、 SIM;其输出电压为3V和1.8V
2、 VCORE(CPU核心供电);其输出电压为1.8V
3、 VRTC(时钟供电);其输出电压为1.5V
4、 VDD(逻辑供电);其输出电压为2.8V
5、 VTCXO(13M时钟晶体供电)其输出电压为2.8V
6、 VMEM(存储器供电);其输出电压为1.8V
7、 VIO(逻辑音频供电);其输出电路为2.8V
MT6305可以通过控制PIN NC/DANODE的float与low控制Vcore与Vrtc的输出电压的幅值,以适应对基带芯片的兼容支持。MT6305含有加电控制电路,可以通过PWRKEY引脚拉低(POWER按下);PWRBB引脚拉高(手机启动后被CPU置高);CHRIN超过电池电压(充电器接入)
 
四、MT6129射频IC工作简解
MT6129提供了GSM859/E-GSM/900/DCS1800/PCS1900MHz四频段的收发通道,包括接收电路、发射电路、频率合成电路、RF和TX VCO以及相应的控制电路。
接收信号从天线进入到开关,再通过SAW输入;发射信号通PA放大,经开关从天线输出;解调信号从IQ接口输出给基带芯片。
 
 
 
 NOKIA主流手机的CPU解析
OMAP1710:诺基亚6630、6681、E61、N70、N72、N73、N80、N90、N91等 
称TI公司的OMAP1710是我们“最熟悉的陌生人”一点也不为过。虽然早在2004年底诺基亚推出其第一款可以工作在WCDMA网络环境当中的Series60平台智能手机——6630时,我们就已经和它直接发生了“亲密接触”,但却很少有人知道里面的那颗被SPMark04识别为ARM5 220MHz的CPU其实是TI公司的杰作——OMAP1710。而随着诺基亚产品线的不断壮大,OMAP1710也一同走过了无数个春秋。时至今日,诺基亚旗下采用这颗处理器的手机包括:6630、6680、6681、E50、E60、E61、E70、N70、N71(资料 文章 价格 评论)、N72、N73、N80、N90、N91和N92共15款,因此再赋予它一个“诺基亚眼中的大红人”称号也一点不夸张。
OMAP1710是TI公司第一款制程只有0.09微米的处理器,不过它依旧采用了Low-voltage低电压技术,289个触点,面积为12×12平方毫米,并采用常见的m-BGA封装方式。制程的减小也就意味着工作电压的下降,OMAP1710已经可以在1.05—1.3V之间动态调整,而普通待机状态下的耗电量仅为10mAh,可谓节能高手。
OMAP1710当中包含的程序处理器型号依旧为ARM926,不过它的最大工作频率可以达到220MHz,而且绝大部分的诺基亚S60智能手机也都将频率锁定在了这个标准上。与此同时,ARM926的一级缓存已经提升为32KB,达到了原来的2倍,依旧支持JAVA硬件加速,因此TI宣称OMAP1710比前一代处理器又有了40%提升。
而作为TI公司TCS wireless chipsets通讯解决方案当中一个重要的可选处理器,OMAP1710能使手机顺利工作在GSM、
GPRS、EDGE和UMTS这2G、2.5G、2.75G和3G共四种网络环境中,并且兼容目前全系列的智能手机操作系统,如:Linux、Windows Mobile、Nucleus、Palm和Symbian。此外,由于OMAP1710还支持IEEE 802.11a/b/g协议,因此WLAN无线上网功能也成为了家常便饭。而具备了上述这么多高级功能的OMAP1710,又怎能不受到诺基亚的青睐呢?

OMAP2420: 诺基亚N95、6120C
  
在最近的CTIA 无线资讯科技暨娱乐展上,众多公司展出的主题惊人一致:语音、数据应用、音乐和视频,而且全都通过无线方式实现。这让我在坐下来撰写这篇关于德州仪器(TI)的Omap2420应用处理器评论时,稍感轻松,因为这个共同的主题恰好总结了TI在该领域对自己的定位。
  
Omap2420适合基于Linux、Windows和Symbian操作系统(OS)的高端手机应用。它是Omap 2系列产品中的第一款,而Omap2系列最终将会转向“调制解调和应用处理器”的混合领域。或许这款芯片最吸引人的地方就是多处理器内核,它包含了330MHz的ARM 11 RISC、220 MHz的TI C55 DSP、内含ARM7的成像和视频处理器,以及支持166 MHz移动DDR SDRAM的Imagination TECHNOLOGIES公司3-D图形处理器。该芯片还集成了显示和相机控制器、SDRAM和闪存控制器,并附加了60多个外围控制器。Omap 2420能够为高端多媒体应用提供强大支持,这些应用包括30fps通用中间格式(CIF)的视频会议、30fps的VGA编解码、VGA和TV显示,以及300万像素以上的相机。使用该芯片的手机设计已经进行了一段时间,估计马上就会投放市场。
 
2420与TI前几代Omap应用处理器最大的不同,就是设计工艺由130nm缩减为90nm。另外,2420使用的ARM内核性能也有所提高:之前的Omap芯片最高只能支持220MHz,而2420则将速度提高到了330MHz。2420的高速缓存容量和存储器总带宽都有所增加,此外TI还用ARM11 RISC取代了ARM9。
Omap2420的3-D图形性能提高了40到50倍,视频性能也提高了一个数量级。而且通过并行处理,其多任务处理能力更为强大。
F1: TI的多内核应用处理器采用90nm工艺,时钟频率由220MHz提升到330MHz。
  
2420是一款多内核设计的芯片,TI早已明确表示,今后将根据应用需求支持尽可能多的内核。这样看来,并行处理或多内核处理已经成为TI未来在手机应用领域的发展方向。
  
2420独特的版图层容纳了TI的多引擎处理和电源管理功能。在这里,TI转向了一种名为开放内核协议(OCP)的标准化互连方法,OCP属于一个独立的非营利标准组织OCP-IP。
OCP方便了内核复用,而且使内核能够独立于集成子系统。OCP还实现了一组可用于整个芯片的定时规则,以及单独的验证工具组。如果设计过程中有需要,它还允许IP模块在系统内四处移动,这就使系统分析和芯片调试变得更加简单和直接。
  
Omap2420的电源管理技术允许各处理器针对不同应用分别进行功耗优化。在裸片级,TI将多个电源域组合在一起,每个域都能关断电源至零漏电,从而极大地延长了电池寿命。Omap2420中采用的许多电源管理技术都是TI新型SmartReflex技术中的一部分。
 
在晶体管和软件级,TI尤其关注如何适应零漏电水平。通过使用预置在裸片上的多个电源开关,该架构能够对不同的域单独断电,从而帮助TI获得需要的间隔尺度(granularity)。此外,芯片中还包含特殊的嵌入式“diode-footed SRAM”开关,用于减小嵌入式存储器的功耗。
  
于终端用户对功率的需求各有不同,所以TI实现了软件可编程功率模式,可以根据不同应用对电压和频率进行调整。例如,通过定义“关断”模式进入最低功耗状态。
  
目前,SEMICONDUCTOR Insights(SI)公司正在对Omap2420进行分析。我们已经确定了TI的双路(two-pass)电源开关控制电路,正在分析该控制电路在自动布线电路中对整个电源管理系统的影响。通过对裸片进行分析,SI还揭示了ARM内核、DSP内核以及图形加速器的具体位置。曾经产生怀疑的存储控制器、TMS320C55x DSP、电源管理模块以及成像视频加速器(IVA)的位置也都得到了确认。
  
2420中包含5种存储器类型,所有嵌入式存储器加起来大概占据了裸片面积的1/4,而Omap1710内4种不同存储器类型大约占裸片的17%。但是,Omap2420的裸片尺寸大概是Omap1710的1.9倍,看来获得更高的集成度需要在裸片面积上做一些牺牲。
  
从软件角度来看,TI让代码从两方面管理电源状态:首先,通过监控工作负荷,软件知道何种应用正在使用;其次,软件收集统计信息来确定工作量情况。这就使芯片能够根据实际使用模式进行基于预测的电源管理。
  
TI正努力使Omap的工艺向65nm转移,在此过程中产生的一些额外工艺问题影响了芯片的漏电。我们都知道,TI拥有多项90nm工艺技术:有些采用高漏电晶体管,有些采用低漏电晶体管;因此可以推断,TI在65nm工艺上会继续延续这一战略。此外,TI也会能在系统级对额外漏电进行补偿,所以我们期待TI为解决65nm漏电问题提出一些独特的电路实现方法。
  
位于电源管理设计外围的TWL92230是一款辅助的电源管理器件。它采用250nm模拟BiCMOS工艺设计,能够提供一些特殊功能,例如板上电压调节和DC/DC转换,用来补充2420的功能。
  
事实上,TWL92230专为与2420配套使用而设计,它包含了一些适用于最新Omap的特殊保护机制,例如裸片发热测温计及过热断电保护。其中过热断电保护允许TWL92230关断其DC/DC转换器,然后向2420发送一个中断信号。由于手持式设备的外形在不断缩小,类似的功能就十分重要。
  
TWL92230的使用还取代了许多外围芯片以及单芯片中的离散元件。
  
在推出2420的整个过程中TI克服了无数困难。据TI的相关人士透露,在获得最终设计审判前,版图的复杂性是2420最大的挑战。但2040最终从艰难中走出,并使用了标准工具的最新测试版进行验证。

存储器部分
TI支持在Omap2040上进行封装叠加(PoP)式存储器堆叠。PoP是指直接将一个封装置于另一个封装之上,二者的封装材料直接相连。然而这样的存储器堆叠会产生一些问题。由于漏电流会产生热量,因此在Omap2420上放置另一块芯片会增加整个系统的发热量。
这里就轮到SmartReflex技术大显身手。为了保证兼容性和稳定性,TI分别以POP和标准裸片堆叠方式,对各存储器厂商推出的适合SRAM或移动DDR器件与Omap2420的耦合情况进行了仿真。
从TI的角度来说,PoP是一种商业模式。因为PoP促使客户与存储器厂商进行谈判,这样TI就不必局限于支持某一种特定的存储器。
三星最新的NAND闪存器件引发了一个问题:能够堆叠接触的存储器总量是否有限。因为NAND闪存和NOR闪存似乎都很盛行,所以有人可能会疑惑,用户到底会采用哪种存储器配置呢?其实这里不必担心,因为TI支持各种闪存配置和类型,包括高达1GB的NAND或NOR,以及高达1GB的移动DDR。即使NAND在高端手机的大容量存储应用中更受欢迎,TI仍将NOR视为其很好的竞争者。
总而言之,TI一直在非常努力地推动利用Omap2420进行设计的范围,来满足一些比较“疯狂”的应用。例如在运行高质量音频应用的同时运行高质量的3-D游戏,还要用OMAP2420来控制一台标准电视进行全屏游戏。按TI的说法,这样的应用将会变得非常普遍。同时,TI还宣称OMAP2420能够在两台显示器上同时运行图形和视频处理,并且能利用同一套存储器件,在一个高级操作系统上并行运行音频、视频和3-D游戏。
虽然Omap2420来势凶猛,但在这个领域它并非没有竞争对手。BROADCOM今年就推出了其BCM2705多媒体处理器,而NVIDIA和ATI科技也在继续设计同类产品与TI竞争。此外,高通也仍然关注如何将高端多媒体功能和基带功能相整合。
但是TI凭借Omap 2420,已经将芯片的整体集成度和功能性又向前推进了一步。希望2420能够帮助TI继续保持其在应用处理器领域的领先地位。
Omap2420将首先用于高端手机,并随市场发展向低端手机渗透。
OMAP2420 处理器是一个单芯片应用处理器,支持所有的移动电话标准,并兼容任何调制解调器或芯片组和任何空中接口。该产品供高产量无线手持终端制造商使用,不通过经销商销售。
OMAP2420 具有 OMAP 2 架构并行处理的优点,使用户在立即运行应用程序和同时使用多个功能的同时,保证服务质量不会下降。OMAP2420 包括一个集成 ARM1136 处理器 (330MHz)、一个 TI TMS320C55x? DSP (220MHz)、2D/3D 图形加速器、图像和视频加速器、高性能系统互联以及行业标准外设。
OMAP2420 的多媒体功能有所增强,包括为获得更高分辨率的静态捕获应用而增加的图像和视频加速器、数百万像素的摄像头和全动态视频编码及解码(VGA 分辨率为每秒 30 帧)。增加的 TV 视频输出功能支持与电视显示屏的连接,以便显示从手持终端捕获的图像和视频。5Mb 内置 SRAM 同样提高了流媒体性能。
通过访问 OMAP 开发者网络,用户还能获得大量程序和媒体组件,制造商可以使用它们来使其产品差异化并加快产品上市时间。

主要特性:
专用的 2D/3D 图形加速器,每秒 2 百万个多边形
增加的图像和视频加速器实现了高分辨率的静态图像捕获、超大屏幕和高视频帧速率
支持高端特性,包括 4 百万以上像素摄像头、VGA 质量视频、高端交互式游戏功能和模拟/数字 TV 视频输出
5Mb 内置 SRAM 增强了流媒体性能
与先前的 OMAP? 处理器软件兼容
并行处理保证在同时运行多个应用程序时,服务不会中断、质量不会下降
优化的电源管理配套芯片 TWL92230
12mm x 12mm,325 焊球 MicroStar BGA?,0.5mm 间距
OMAP1710 & OMAP2420
6600等机的CPU由于过于古老,在此不讨论
从6630开始使用,在现在N73 N70 N72 N71等机用的是ARM9架构的德州仪器OMAP1710 CPU,频率220MHz,以下称为方案一
   N93 N93i N95 E90等强机使用的是ARM11架构 OMAP2420,频率330MHz,以下称为方案二
   N76 6610N 5700 6120C 6290等新出的NOKIA机子,使用ARM11架构 Freescale MXC300-30,称为方案三
   N93 N93i N95 E90等机不是一般能承受得起,在本文,重点讨论方案一和方案三
   在NOKIA的网站上,我们可以了解到方案一的CPU信息是
   Dual CPU
   CPU Type: ARM 9
   CPU Clock Rate: 220 MHz
   而方案三是
   Single CPU
   CPU Type: ARM 11
   CPU Clock Rate: 369 MHz
   关于这两个CPU的争论相当多,尤其是最近N76 5700等新机的速度相当快,得益于高CPU频率,但看了CPU信息后,大家都会产生疑问:
   方案一是Dual CPU,方案三是Single CPU,从字面理解就是方案一是双核,方案三是单核,刚公布此消息时,不知其中道理的网友甚至还抱怨怎么换成单核的呢?本来已经够慢了,以后还要更慢?
   在官方得到了解释(在GOOGLE找到,由于是E文,这里我给大家大概讲下意思)
   The"dual-CPU" in the case of N71 means that there‘s one applicationprocessor engine running Symbian/S60 and another one, the basebandprocessor engine (cellular modem)
running the cellular software.In addition there might be various DSPs (Digital Signal Processors). Itis not "dual-CPU" like in the case of, e.g., Intel‘s dual-core CPU forPCs.
   N71(等机子)里的dual-CPU意思是有一个处理单元运行Symbian/S60而另外一个是基础应用单元运行电话功能,其实就是说那是个DSP(数字处理芯片),不是像Intel那种给电脑用的双核CPU。
   这不像电脑上的双核和单核的关系,OMAP1710CPU,有一个核心运行在220MHz,用于处理手机的用户界面,多媒体应用,JAVA等等之类的应用(这里相当于电脑的CPU的功能),另外一个核心用于处理网络数据(也就是电话功能,打电话,发短信之内的,上网/3G也应该包括,但肯定不处理WIFI数据)。
   也就是说,OMAP1710是3G时代NOKIA采用的CPU,用此CPU的必有3G版本,以前的旧CPU机是没有3G的。
   这样的好处是无论你运行多大的软件,占用了多少CPU资源,都不会影响到接电话这样的手机最基本功能。
   再来看看 Freescale MXC300-30,方案三,从卖ARM芯片的网站上找到的介绍。
       MXC300-30:3G手机用单核调制解调器处理器,能提供完整UTMS平台的,包括组合了基带和应用处理器,RF,功率放大器和功率管理,高达250MHz StarCore SC140 DSP,高达532MHz的ARM11应用处理器,
四波段GSM850/900/1800/1900MHz,WCDMA三波段850/1900/2100MHz,UTMS数据速率: DL384Kbps,UL384Kbps,HSDPA 为1.8Mbps(DL),GSM EDGE无线电接入网络(GERAN)数据速率(最大): DL236Kbps,UL 118Kbps,GPRS/EGPRS(EDGE)时隙,高达Class12(4d/4u),最适合的开放式操作系统如Linux和Symbian,不需要增加任何的处理器或加速器,用于GMSK的单天线干扰消除,集成了图像处理单元(IPU)视频加速器,无线连接特性包括支持A-GPS接口,蓝牙接口,以及支持无线LAN 802.11a/b/g接口和DVB-H接口,处理器可用在各种手持设备如MP3播放器,手持DVD播放器或数码相机成为全功能的智能移动蜂窝设备
   由此可以看出,FreescaleMXC300-30是一个物美价廉的好U,一个CPU解决大部分问题,且频率高,价格便宜而且相当的省电,比OMAP1710省电得多.而且是相当的多(在另外一份介绍中讲到),这就可以解释为什么N76在369MHz的频率700mA/h在电池下能够正常使用差不多2天,追得上拥有1100mA/h的电池CPU频率只为220MHz的N73.NOKIA用此CPU的目的就是为了降低成本
   看上去MXC300-30一切都美好
   但事实上呢?
   很多人说MXC300-30性能不高,只是跟OMAP1710差不多,又说它单核比不过双核(这个问题前面已经说了,根本不是这样),反正就很多批判的话语.但是,从测试数据来看,N76,5700等机的性能全面超越N73,有些项目超了一倍(具体请看太平洋的评测)因此,单从性能来说,方案三的性能远超方案一毫无悬念
   不过不排除N76,5700等机型用的Symbian 9.2 FP1系统做的优化,但是从测试数据上分析,即使N73搭载Symbian 9.2 FP1,性能与N76还是会有差距
   那究竟方案三有什么不好呢?
   这个问题也困扰了我好久,终于在一个小论坛看到了一个用户对N76的抱怨,让我茅塞顿开
   那个人说:N76好快啊,但是播放MP4视频时很卡,在N73上都不卡,3GP没有此问题
   大家再看看这张图,对比用方案三的6290和方案一的N73
   大家可以看出6290是缺少AAC的硬支持的, 因此可以知道MXC300-30这个CPU是没有AAC的硬解码的,要播放AAC,就要用到CPU去解码,消耗CPU资源,而N73是不需要的!(硬解码的好处是芯片内直接内置解码器,而不需要CPU去解码,就像现在的显卡硬解HDTV一样,CPU资源消耗奇低)
    结合论坛上的教程,很多论坛教大家压缩MP4时都推荐用AAC音频编码,而3GP则多数不用AAC
    因此结论很明显:用AAC作为音频编码的MP4格式在N76上,消耗过多CPU资源,导致播放不流畅!
   这样思路就很清晰了,MXC300-30是频率制胜,少了增加成本的很多解码器,少了专用于电话功能的DSP,因此能在低成本下实现高速度
   而OMAP1710更注重应用,多媒体等方面,为了成本,NOKIA在中端机中使用220MHz频率.事实上可以证明,OMAP1710的通话质量,网络质量,音乐播放效果上是比MXC300-30要好,而MXC300-30在性能上远超OMAP1710,而且更加省电
   不过让MXC300-30的机拥有好音质也不是没有办法,像5700内置一个专用音乐DSP处理音频(我认为是wolfson的),音质会很好因此音质的比较是5700>N73>N76,扩展一下就是 有专用音乐芯片>OMAP1710>MXC300-30

   在总结之前,这里多说两句:
   1.很多人去测N76,5700的CPU频率时,有的人测到369,有的人测到420多,其实MXC300-30这个CPU是可以变频的,当初发布时就已经说了此CPU在工艺上的进展能使它的频率达到1GHz(现在当然不可能啦),更深入的现在无法了解,反正大家先知道MXC300-30是可以变频的
   2.还有大家如果看了评测,可以发现N76在拥有40多M运行内存的情况下性能比只有10多M内存的5700高不了多少(在以前内存增大对S60机的效果是很明显的),这又是为什么呢?
   在NOKIA那里,我们找到了答案
   (E61用OMAP1710,E62用未知的CPU,虽然不是MXC300-30,但是从数据上看跟MXC300-30相当类似,应该也是Freescale的产品,而且XIP(以下讲到)的好处显而易见,MXC300-30应该也有XIP,虽然现在没有直接证据)
   In the Nokia E61 the applications must be loaded tothe RAM for execution, whereas in the Nokia   E62 they can be directlyexecuted from their permanent locetion in Flash memory. Also the memorytypes are different between the two. So even though the Nokia E61 andthe Nokia E62 look the same, the internal HW is different, whichaffects the performance and characteristics.
   Nokia E62 (and Nokia E50): Single chip design /ARM9 235Mhz / 32MB SDRAM / 32 NOR + 128 NAND Flash / with XIP (eXecuteIn Place) support (execution from Flash)
   Nokia E61 (and Nokia E60, Nokia E70): Dual chip design (with separate chip for cellular modem)
   Details of the application side chip: ARM9 220Mhz / 64 DDR SDRAM / 128 NAND Flash / without XIP (must be loaded to RAM) 
   以上内容总结一下,就是E62有XIP,而OMAP1710没有XIP,XIP的用途就是让CPU能够直接从储存卡中读取数据,而不用将数据先复制到运行内存,再由CPU处理,因此OMAP1710对内存依赖大,经常可以听到有人说N73会提示内存不足,而新CPU的机型还没有人说试过内存不足
   结合N76跟5700的性能差距不大的事实,我们有理由相信MXC300-30是有XIP的,因此N76的大内存主要目的应该是能同时运行更多的程序
   3.在MXC300-30的介绍文章中提到,MXC300-30最多能支持200象素的摄像头,这就可以理解为什么6290,N76,6110N,5700,6120C等机都是200象素的摄像头而不是更高了,当然,你说加个什么东西能够让它支持更高象素我不敢肯定,但是这样就不太符合NOKIA采用MXC300-30的初衷(降低成本)

  总结:
   方案一优点在于多媒体能力强,对于手机的基本功能:电话功能做得更好,虽然是dualcore,但是实际用起来就是单核,跟方案三一样,能够支持高象素得摄像头,基本除了慢没什么缺点.方案三优点在于速度快,相当的快,成本低,省电(很省电),缺点就是多媒体能力差,不能支持高象素摄像头。

   PS:N95等机型所用的OMAP2420跟OMAP1710是一个系列的,除了以下几点都跟OMAP1710差不多,好处相当明显
   1.频率为330MHz,很快,但是没有MXC300-30快,也不能变频,不知道有没有XIP
   2.内置3D加速器,在JAVA 3D的测试中能拿到900多分,N76只拿到200多,N73只有100多,因此N76虽然2D性能比N95好,但是3D性能差一大截,就在于这个,而且支持OpenGL特效(天啊)
   3.支持更高的分辨率,更高的摄像头象素(还没有体现)
   4.等等之类的
   因此我估计,以后NOKIA高端机会继续用OMAP2420甚至以后更高的型号,中低端则用MXC300-30,这样S60在全面迈进Symbian 9.2 FP1后就全部都变快了,S60开始进入黄金时期
另外,最新发布的N81也是用方案三的,因为NOKIA要把N-Gage推广到全N系列(包括以前),用方案二很难推广,而且方案二成本高,部部都4000多以上
 
 

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