Marvell单芯片智能手机解决方案分析

    上月底，华硕手机与中国移动联合推出了采用Marvell PXA 920芯片的智能手机。相信不久的将来，市面上将迅速出现大量采用同款芯片的TD智能手机机型。Marvell自三年前开始设计PXA 920芯片，半年后首批流片，于今年1月已经进入量产阶段。

    Marvell PXA 920芯片是一款高度集成的与ARM指令集兼容的系统级芯片，是首创的双模(TD/EDGE)单芯片(Modem&AP)解决方案。PXA 920处理器包含有功能强大的应用处理器和通讯处理器(无线调制解调器)，它与射频器件、智能电源管理芯片、WiFi、蓝牙、调频FM等一起组成TD智能手机通信平台。PXA 920处理器的TD智能手机可以简单说是四片机，即包括基带芯片、无线收发机芯片和智能电源管理芯片, 还可以外加Marvell WiFi/蓝牙/调频FM芯片。如此高度的集成化可以帮助手机做得很薄，时尚美观。

    PXA 920芯片是面向多媒体型智能手机的高集成度3G平台，处理速度高达1GHz。通过高性能低功耗的应用处理器技术，支持3G标准TD-SCDMA制式，高速上传和下载分组接入 (HSxPA)。与2G、2.5G GSM 、EDGE通信功能相结合，提供无缝的无线接入，实现图像、高清视频、3D图形加速，为大众用户带来上网浏览、即时视频聊天、个人音乐访问、网络游戏和其他流行手机应用的最终用户新体验。因些，该单芯片解决方案既是后来居上的一颗新星，却又不失为受众人瞩目的新贵。

    本文主要介绍TD-SCDMA单芯片PXA920智能手机解决方案的特点。

一、性能

    CPU处理器采用Sheeva CPU核心技术，支持800-1000MHz 的处理速度。内置 SRAM和BootROM。 处理器通过安全引导、密钥保护、安全JTAG 重启，来保证移动安全性。

    通信处理器 由ARM9和DSP双核组成，具有数据包处理加速器和 L1/L2 缓存。

    改良的ARM 架构带来了更大的扩展空间，留有余地增添新功能和提升性能。 Marvell 拥有自主知识产权的改良优化的ARM 架构，而且与ARM指令完全兼容，给嵌入式系统的开发者带来了极大的便利性。

    三核硬件体系架构具有专用调制解调器和应用处理器核心。其中采用Marvell Sheeva CPU 技术的应用处理器后向兼容XScale CPU 核。基于这样的架构，平台实现了通用应用处理器软件栈在多种空中接口和手机网络之间的重复利用，并能防止应用处理器 (AP) 和调制解调器分离子系统之间出现有害的干扰。高性能内部存储器架构，可实现外部存储器共享，不会因为闪存和 DDR 各自独立，而带来额外的成本和空间上的开销。在AP 和调制解调器之间使用共享的外部 DDR，具有高性能、高效率处理器内部通信接口，并降低BOM成本。 图1描述PXA 920 通信平台方块图。


图1.PXA 920 通信平台方块图

    终端高速传输数据性能高达HSDPA 2.8 Mbps和HSUPA 2.2 Mbps。手机解决方案集成了 3.5G 调制解调器和协议栈，符合全球领先运营商的标准。3G/WLAN/蓝牙共存，并支持 IMS、VoIP 和运营商的其他高级服务。通过广泛的 IOT 测试、GCF 测试和在中国开展的外场试验测试以及在通信网络中的传输等进行验证。

    终端高速传输数操作系统(OS)软件平台支持所有领先的开放式操作系统(OS)软件平台，包括 Linux、Android 、OMS以及 Windows Mobile。图2是TD智能手机体系结构示意图。


图2.TD智能手机体系结构示意图
    多媒体应用包括视频、3D、音频、图像和显示功能。支持以 30 fps速率 播放 H.264、WMV、MPEG-4、H.263 格式的 720p 视频；以 30 fps 捕捉 H.264、WMV、MPEG-4、H.263 格式的 D1 分辨率视频；具有最高每秒 1200 万个三角形处理能力(持续速率)和每秒 2400 万个三角形(50% 剔除速率)的 3D 图形能力，集成2D 加速器，支持行业标准 API；独特的音频加速器子系统，可通过音频流技术，实现低功耗音频播放；支持图像传感器，适合采用 MIPI CSI-2 和并行接口的主要和次要智能图像传感器，支持一个MIPI-CSI2 串行接口。LCD 显示控制器通过同步信号支持 8/16/18 位并行智能面板接口或 16/18/24 位并行有源矩阵接口上的并行LCD 显示器，主/从显示器支持最多 4 个显示器同时堆叠，可以无变化以及旋转缩放。

    单芯片结构，包含CP和AP。整体解决方案的套片结构包括射频器件、智能电源管理芯片、无线801.11n/WiFi/蓝牙/调频FM等少数几个芯片。精简的结构使OEM手机厂商能加快设计进程，缩短开发周期，提高投放市场的速度。

二、功耗

    采用先进的半导体工艺利于降低功耗。55纳米工艺带来节省约10-20% 的功耗。由此装备的TD智能手机容易比目前市场上大部分处于65纳米芯片的手机做得更紧凑一些。采用内置应用处理器和调制解调器的终端专用系统芯片SoC，消除了额外开销，为降低功耗奠定了基础。印制板上电路数量少，典型参考设计可以小到51X51毫米，机身更薄一点。加上电源管理效率高，所以手机功耗低。

    提高电源管理效率是关键。 电源管理技术一贯是受重视的焦点，电源管理PM芯片包含有多项专利在内。首先是减少元器件数量，配置的套片少，并注重减小电流量。使用PXA 920的手机，普遍充电间隔时间长，待机时间也会更长，用户体验自然更加满意。

    芯片体积小。正因为线宽小密度高，PXA 920芯片封装尺寸仅为12X12毫米。 如此之小的面积，不仅有功耗低的好处，也给终端带来设计上的空间。用户都喜爱薄而时尚的外观。

    功耗优化。目前从2G、3G话音和高速数据下载上传的测试来看，功耗都相当低。在一系列外场测试以后，在已提交工程样品再到批量生产的过程中，功耗优化达到了精益求精的程度。

三、成本

    价格合理。瞄准大众市场，让广大用户买得起，即花中低档的价钱，用上中高端的智能手机，是运营商和芯片设计者的共同心愿。当智能终端的成本大幅降低之日，便是互联网数据应用走向大众之时。要想生产出普通百姓用得起的TD智能手机，必须依赖技术创新。

    半导体工艺采用55纳米技术。线宽的缩小，涉及从设计、布线到工艺生产线上一系列的决策。 国内新投资的12英寸晶圆片生产线，从90纳米一步到位，跨过65纳米，走向55纳米和40纳米，不乏考虑性价比因素。今后的LTE产品将锁定32纳米，28纳米。半导体技术的核心是保持成品率高水准，这需要丰富的经验和胆略。单位晶圆片的芯片产量相应提高，成本也随之降低。

    BOM比较低。 在单芯片高度集成后套片结构非常紧凑，整体器件数量减少。PXA 920处理器本身将通信处理器和应用处理器集成到同一系统芯片SoC上, 余下的芯片就不多了。套片主要有射频器件、电源管理芯片、无线器件包括802.11n、WiFi、蓝牙、调频FM功能。

    这样的结构带来的是成本的降低。

结语

    总之，实力是硬道理。TD智能手机厂家之所以乐意采用Marvell PXA 920作为核心处理器，正是看中它的竞争力，因为它带来了用户首选的三个特点，外观更薄、效能更高、价格更优。经过多城市一系列严格的外场测试验证，PXA 920受到国内外业界多家手机厂商的青睐。尤其是，能通过品牌厂商的测试，产品性能稳定性和普适性可望高于目前市场上的TD终端产品。PXA 920平台让广大移动用户在能承受的经济条件下全方位享受TD智能手机带来的愉悦生活方式。