智能手机技术的发展与剖析

智能手机技术的发展与剖析

智能手机，即Smartphone，也可称为多媒体手机。从功能上来说，它与传统手机相比增强了多媒体应用功能，在满足传统语音通信的同时还具有PDA、MP3播放、数码照相和摄像、视频播放器和游戏机等功能。随着支持数据传输的3G移动通信网络的不断发展，支持数据、语音和图像服务的智能手机已逐渐成为中国手机市场消费高潮的主力产品。

1智能手机系统架构的发展

随着手机的发展，其应用功能不断翻新，这对手机处理器的要求越来越高。现在市场上智能手机的应用处理器主频已经达到了几百MHz，然而人们对智能手机应用功能翻新速度的要求要远远快于手机应用处理器的发展速度，这就势必引起智能手机处理器架构的革新，传统的架构已经渐渐地失去它的优势。

(1)单一内核处理器系统架构

既处理通信协议又实现应用功能的单一高性能内核处理器的手机架构受制于功耗方面的挑战和所需软件复杂性带来的一系列问题。

采用这种单一内核芯片系统架构的手机，若要增加新的通信功能或新应用功能，需要升级基带芯片以获得更强的CPU能力，并在基带芯片上编写和执行新应用程序。基带部分的代码要移植到新的芯片中，现有的功能需要重新验证。此外，对这种单芯片架构来说，程序代码的规模将非常大而且很复杂。若升级到一个更高性能的内核意味着必须重新编写和测试代码，从而使开发过程大大延长，增加开发成本。软件是手机开发主要的耗时因素，软件开发和测试对手机供应商来说是个关键问题。使尽可能多的代码得到复用，定制和修改工作对系统其它部分的影响要尽可能的少，这两点至关重要。

(2)基带处理器+应用处理器系统架构

基带处理器+应用处理器的系统架构把基带处理器工作和应用处理器工作分开，基带处理器实现目前手机所做的呼叫/接听等基本的电话功能，应用处理器专用于处理高负荷的多媒体应用，二者之间的通信靠消息传递实现。该架构消除了由新应用的软件缺陷引起基带处理器失效的风险。曾经占用过多CPU资源的多媒体功能应用程序可以在应用处理器上执行，现有手机上的大部分代码和电路只需稍加修改就可重复使用，因而开发者可以将精力集中于开发新的应用程序，其应用程序只需在应用处理器上开发和调试。

基带处理器+应用处理器的系统架构在短期内是可行的，但它们会显著增加功耗，而且物料成本也会增加。

(3)多处理器内核系统架构

采用多个不同处理器内核的手机架构一般是将两个不同的处理器内核集成在单一芯片上，一个主要用来处理通信功能，另一个主要用来处理多媒体应用。例如：杰尔系统公司的Vision手机架构将一个专用的通信引擎与一个独立的应用处理器结合在单一芯片上。有的芯片不仅集成了多个处理器内核，还集成了针对专门应用功能的硬件加速器。如TI的O

map1611芯片集成了一个ARM926 处理器、一个TI 55x DSP，还集成了一组视频、Java 和安全专用硬件加速器。该架构既能扩展应用性能又能适应通信技术的变化；将所有的处理和外设功能集成在单一芯片上，可降低手机软、硬件设计的复杂性，而且可大大降低手机的功耗，减少所需物料从而降低制造成本和硬件测试成本。

这种可合成、可伸缩内核的处理器架构现在可以使整个系统提供最佳的性能表现，而且在将来也可满足广泛的设计需求并保持软件的兼容性。随着集成技术的发展和处理器成本的下降，这种架构必将成为一种趋势。

2智能手机应用处理器市场概况

智能终端类应用服务器竞争非常激烈，目前主要有Intel、Motorola、TI、AMD等芯片厂商致力于其中，经过多年的发展在技术层面上已经基本统一到ARM系列。

TI是移动通信终端领域事实上的霸主，Nokia公司每年80%的解决方案都来自TI。T I的OMAP平台提供了语音、数据和多媒体所需的带宽和功能，可以极低的功耗为高端3G 无线设备提供较高的性能。TI的OMAP处理器支持当前流行的多种操作系统，无需任何新的编程技能便可提供无缝访问其高性能DSP算法的能力。

龙珠（DragonBall）系列处理器是Motorola推广的“DigitalDNA”数字产品解决方案的核心,曾经是世界上应用最广泛的PDA微处理器。它具有功耗小、成本低的优势，但其处理器构架限制使得主频和性能无法大幅度提高。为了提高处理器性能，适应PDA在多媒体应用方面的需求，Motorola也转向了ARM架构，推出了具有更高主频的i.MXL系列处理器。

Intel是应用处理器领域的新军，依靠其在PC市场的强大影响力，强力进入智能终端市场，利用其强大的芯片研发和制造实力，大力发展Stack技术，推出更高集成度芯片，并在处理器上堆叠FLASH、DDRSDRAM技术，同时大力发展IPP等MMX指令以提高多媒体能力。目前Intel基于ARM发展出的Xscall系列处理器已经逐渐成为业界主流，是现今厂商采用最多的CPU。Xscale采用了ARM最新的5TE指令集，目前最高频率达到400MHz。由于特殊的使用范围，Intel在Xscale中整合了类似传统计算机中南北桥芯片的功能，并且提供了对MMC/SD和PCMCIA/CF卡的支持，另外整合的802.11b和USB控制功能也让Xscal e成为目前不错的整合处理器。

AMD作为Intel的老对手,当然也不会放过智能手机CPU市场,要不AMD也不会花巨资收购ALCHEMY公司了。Au1100是ALCHEMY公司为AMD开发的首款嵌入式处理器,支持MIPS32指令集,运行频率为333～500MHz,依然保持了ALCHEMY产品功耗低的特点。在40 0MHz频率下，其功耗不超过250mW,工作在500 MHz的时候功耗为500 mW。从整体来看，Au1100确实是目前一款比较出色的嵌入式处理器。

以上几款智能手机处理器，从性能、价格、功耗等各项指标来看，各有所长，有些甚至是不相上下，但从目前的发展趋势看，毋庸置疑IntelXscale在未来几年内仍将占据智能手机处理器的主流，而AMD如果能在市场推广、性能、价格、技术支持等方面表现出色，也可能占据一定的市场份额,延续桌面处理器的神话。

3主流操作系统的特点及其发展趋势