West Bridge SLIM架構(gòu)多媒體手機設(shè)計

今天在市場熱銷的手機不能只靠外觀、電池壽命和可靠度;其適應(yīng)新使用模式的能力，以及能否符合業(yè)界效能標(biāo)準(zhǔn)也是非常重要的。手機與PDA、PMP、數(shù)字相機等其它消費性電子裝置整合速度非常快速。Sony Ericsson Walkman W950i與Nokia N系列等新手機就是很好的例子。為了要讓新手機在市場上獲得銷售佳績，系統(tǒng)工程師正試圖在手機系統(tǒng)架構(gòu)中加入愈來愈多的功能。然而，這些多方“整合”的手機最大的敗筆，往往是無法提供良好的使用者經(jīng)驗。

　　高度整合反倒是手機失敗的敗筆?

　　高度整合化手機失敗的因素可能有許多，但最可能的原因多半是不好用，使得一些手機對消費者的吸引力不如預(yù)期。對于某些特定的產(chǎn)品而言，使用性不單是指操作要簡易，同時也要看其中各項功能的效能表現(xiàn)，尤其是與市面上其它功能相近的產(chǎn)品比較時。整合后的功能質(zhì)量常常會被忽略。當(dāng)今市場上充斥著各種內(nèi)建低質(zhì)量數(shù)字相機的手機就是最好的例子。系統(tǒng)設(shè)計人員必須更深入思考各項功能，不要只想著系統(tǒng)規(guī)格，而是要花更多心思在每項整合性功能所能帶來的良好消費者使用經(jīng)驗。

　　在消費性電子市場上，支持影音播放與數(shù)字相機的多媒體手機，已經(jīng)很快的從所謂的高階產(chǎn)品變成中階產(chǎn)品，有些甚至已經(jīng)算是低階的手機產(chǎn)品。多媒體手機在閃存的價格持續(xù)迅速滑落的同時，會逐漸演變成支持更大容量的儲存裝置。具備大容量儲存功能的手機能容納更高速率的媒體內(nèi)容，以及更大畫素的相機模塊。在現(xiàn)今市場中，1GB的內(nèi)存容量對于大量儲存密度而言，已經(jīng)可視為一個“增量單位”，而多媒體手機也希望能支持1GB以上的儲存容量。這項趨勢可從最近定案的SD2.0規(guī)格中可看出，其中規(guī)范的SD卡最大容量為32GB。除了SD/MMC卡以外，其它常見的大容量儲存裝置則多半是內(nèi)建的NAND或硬盤機。

　　對于多媒體手機最重要的就是支持快速外部聯(lián)機能力，以傳輸音樂、影片與相片等大量的媒體內(nèi)容。而最常見的聯(lián)機方式就是利用USB與PC連結(jié)。盡管現(xiàn)今市面上多數(shù)的手機都只能支持USB1.1(每秒速率為12Mbps的全速USB模式)，但對于更快的USB2.0聯(lián)機(每秒速率為480Mbps的高速USB模式)的需求也快速增加中。表1所列為兩種規(guī)格的概要，以及一些傳輸時間的例子，其時間計算是以原始USB訊號速率計算(忽略軟件負(fù)擔(dān))。在圖1中則是包含目前基頻處理器的一般手機架構(gòu)。請注意它只有整合FSUSB(全速USB)的SIE，因此還需要外加一組全速USB的收發(fā)器。

　　由表1可以看出全速及高速USB的原始信號傳輸率，而且就如數(shù)據(jù)所示，高速USB比全速USB要快上40倍。然而這些數(shù)據(jù)都沒有考慮任何軟件負(fù)擔(dān)以及硬件上的限制，因此在實際系統(tǒng)中真正持續(xù)有效的傳輸速率(sustained throughput)都會低很多。

　　手機建置高速USB的瓶頸

　　乍看之下，有人可能會認(rèn)為若采用高速USB，頻寬就自動會增加，如此就可有效地解決大容量儲存裝置與計算機之間傳輸速率緩慢的問題。然而問題并不像看起來這么容易。因為系統(tǒng)架構(gòu)決定了軟硬件的負(fù)擔(dān)以及限制，所以實際的數(shù)據(jù)有效傳輸率與系統(tǒng)架構(gòu)在USB連結(jié)中是息息相關(guān)。下圖2為高速USB的建置范例。

　　由于基頻處理器只支持全速USB模式，因此需要外加一個高速USB控制器以支持高速USB模式。通常高速USB控制器會連至處理器的外部內(nèi)存接口上，并與NAND及SDRAM等其它記憶裝置共享內(nèi)存接口。在此架構(gòu)中，圖2的紅色箭頭簡單代表了從計算機經(jīng)由高速USB連至大容量儲存裝置的數(shù)據(jù)流。相較于圖2，圖3則是一個更實際的版本。

　　在圖3中，數(shù)據(jù)流就不像圖2的那么直接簡單。從計算機來的數(shù)據(jù)首先經(jīng)過高速USB管道，并且暫存在基頻處理器的SDRAM緩沖區(qū)內(nèi)。接著處理器會把緩沖區(qū)中的資料讀出，并且寫到大量儲存裝置中—即圖中的NAND閃存裝置。這一系列的中間傳輸過程不但讓系統(tǒng)無法完全發(fā)揮高速USB的功能，而且還可能因為軟件未經(jīng)過仔細(xì)最佳化，而大幅降低整體系統(tǒng)效能。在某些設(shè)計中，過于簡陋的軟件架構(gòu)設(shè)計會嚴(yán)重癱瘓整個系統(tǒng)效能。因此，采用此一架構(gòu)往往無法達(dá)到高速USB原先設(shè)計上所能提供的最佳使用者經(jīng)驗。

　　此外，若整合的功能越多，就無可避免地需要應(yīng)用程序多任務(wù)化。對此，手機架構(gòu)所需要克服的一項挑戰(zhàn)就是要能夠在設(shè)計架構(gòu)上具備相當(dāng)?shù)膹椥裕匀菁{新的使用模式。例如隨著3G+無線技術(shù)的演進(jìn)，無線接口頻寬也呈指數(shù)型增加，讓使用者可以把3G+手機當(dāng)成筆記型計算機的調(diào)制解調(diào)器，提供高速因特網(wǎng)聯(lián)機功能。這對終端用戶而言特別有用，讓他們隨時隨地能快速存取因特網(wǎng)。

　　然而，這類的新使用模式唯有有效支持多任務(wù)作業(yè)才有用。舉例來說，當(dāng)使用者拿手機當(dāng)成隨身碟等大容量儲存裝置使用時，或正在下載媒體內(nèi)容，它必須要維持原有接聽/撥打電話及上網(wǎng)的功能，否則使用起來就會相當(dāng)不方便。以圖3中的手機架構(gòu)來說，當(dāng)USB在傳送數(shù)據(jù)時，基頻處理器就會忙于移動數(shù)據(jù)，而沒有太多的余力去有效地處理一些像是撥打電話等核心工作。因此，手機設(shè)計人員現(xiàn)在要面對改良既有手機架構(gòu)的挑戰(zhàn)，以因應(yīng)下一世代的使用模式需求。像PC南北橋一樣的West Bridge概念

　　Cypress在2006年12月發(fā)表了革命性的West Bridge概念。就像PC世界中的南橋、北橋一樣，West Bridge系列產(chǎn)品的設(shè)計主要是為了將嵌入式系統(tǒng)的主要處理器與外部周邊連結(jié)。而最早推出的第一款組件為West Bridge Antioch的大容量儲存周邊控制器，適用于手機市場。由于此款組件設(shè)計是針對移動型應(yīng)用裝置，因此不僅尺寸小，耗電量也低。West Bridge Antioch的架構(gòu)區(qū)塊如圖4所示。

　　West Bridge Antioch包含三個連接埠：一個處理器連接埠“P”、一個高速USB連接埠“U”、以及一個大容量儲存裝置連接端口“S”。“P”端口提供嵌入式處理器的連結(jié)功能，并支持硬件DMA的存取。在手機設(shè)計中，“P”埠一般會連接到基頻處理器的標(biāo)準(zhǔn)外部內(nèi)存接口上。“U”端口提供USB2.0高速USB連結(jié)功能，而“S”端口則支持各種大容量儲存裝置。在Antioch中，“S”端口支持8位/16位NAND、SD/miniSD/microSD/T-Flash、MMC/MMC+、以及新的硬盤標(biāo)準(zhǔn)CE-ATA。Antioch亦能同時支持一個8位NAND以及一個SD/MMC/CE-ATA裝置，或是單一個16位NAND。

　　圖4中紅色箭頭所標(biāo)示的是在這三個連接端口中可能的數(shù)據(jù)路徑，其中所采用的技術(shù)是West Bridge Antioch創(chuàng)新的Simultaneous Link to Independent Multi-Media (SLIMTM)架構(gòu)。箭頭“1”，也就是“P”埠與“U”端口之間的路徑，是基頻處理器透過高速USB與外界連結(jié)的路徑。此數(shù)據(jù)路徑即可用于先前提過的無線調(diào)制解調(diào)器等新的使用模式。箭頭“2”，也就是“P”埠與“S”端口之間的路徑，則允許基頻處理器直接存取大容量儲存裝置，就像是大量儲存裝置直接連到處理器一樣。箭頭“3”，也就是“U”埠與“S”端口之間的路徑，讓PC與手機上的大容量儲存裝置之間得以上傳或下載數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)路徑一般是用來傳輸媒體檔案，例如從PC下載MP3/WMA/Video到手機上，或是將手機上的照片傳到PC上。相對于圖3中的手機架構(gòu)來看，此處的大容量儲存裝置連結(jié)到West Bridge Antioch，而不是基頻處理器。因為處理器不再位于PC與大容量儲存裝置之間的路徑上，因此基頻處理器可以完全不用介入數(shù)據(jù)傳輸作業(yè)。如此一來，基頻處理器就有更多的頻寬資源來處理更重要的工作。圖5所示即為此一新架構(gòu)，其中要注意的是，PC與大容量儲存裝置之間的路徑跟圖2與圖3中的路徑是不一樣的。

　　最終，從PC到大容量儲存裝置的直接路徑的傳輸速率可有效的大幅提升。Cypress也量測了市面上幾種不同移動裝置的USB有效傳輸速率。量測是在受到控制的環(huán)境下完成，結(jié)果如表2所示。這些裝置名稱則基于機密保護(hù)而不予以公開。

　　在下面表2中可以發(fā)現(xiàn)，直接路徑大幅提升了PC與大容量儲存裝置之間的有效傳輸速率。對于講究效能的系統(tǒng)而言，這也是West Bridge Antioch會如此受歡迎的原因。

　　SLIMTM架構(gòu)的優(yōu)點

　　更重要的是，SLIMTM架構(gòu)允許這三條路徑可同時啟用，也就是說采用West Bridge Antioch作為大容量儲存外圍控制器時，手機設(shè)計便可具備多任務(wù)能力。一般而言處理器從設(shè)計到量產(chǎn)大約需要兩年的時間，這也表示處理器常常不能支持市面上最新的大容量儲存裝置，因為儲存標(biāo)準(zhǔn)的變化速度要比處理器設(shè)計周期快得多。當(dāng)市面上多數(shù)的處理器無法支持某些業(yè)界最新的大容量儲存裝置時，West Bridge的裝置系列產(chǎn)品就能用來做為兩者之間的完美橋梁。例如Antioch兼容于SD2.0的規(guī)范，支持最大容量可達(dá)32GB的SD卡以及專為消費性市場設(shè)計的CE-ATA規(guī)格小型硬盤。

　　有了West Bridge Antioch，手機設(shè)計工程師就不再需要受限于效能與彈性之間的取舍。新的SLIMTM架構(gòu)提供的不只是大容量儲存裝置與PC間的直接路徑所帶來的最佳高速USB使用體驗，而且還提供了多任務(wù)能力，可同時支持多種使用模式，并維持一致的有效傳輸率。簡言之，無論在今日或明日的多媒體手機設(shè)計中，West Bridge Antioch都是大容量儲存周邊最理想的連結(jié)解決方案。