2.5G和3G多媒体手机软件结构设计方法的变革

下一代无线设备产业的多样化主要体现在设备类型的不同、用户阶层的区别和地理区域的差异，这对移动设备生产商而言是一个很大的挑战，他们不但要针对这种种差异开发出相应的具有差别的产品，而且还要尽量减小这个过程给开发人员带来的额外负担，因而迫切需要一种模块基本相同，可以用于各种不同的产品，只需要开发人员向其中添加一些有附加价值的特性，就可以得到满足每一种终端类型、各个用户阶层和不同地理区域要求的设计平台。本文就探讨基于模块的2.5G和3G多媒体移动终端设计方法。

为了更好地满足2.5G和3G移动通信中存在的这种种需求，需要一种新的无线设备设计平台，这种平台结构必须比传统的手机平台更容易实现功能扩展，也更容易作出设计修改。可扩展平台就能满足这些要求，它支持各种设计要求以及各种不同的波形因数，同时还能为设备生产商节省宝贵的开发时间和开发资源。在可扩展平台解决方案中，设计各种不同的移动设备时可以使用同样的底层处理器，而只需通过不同的接口、操作系统、工具以及不同的性能等级和功用等级来实现多样化的设计。

采用了这种灵活的移动终端结构后，生产商通过选择不同的功能模块便能为某种特定的设备类型或用户阶层提供他们所需的特殊的操作特性和功能。同时，这种方法还方便了移动设备生产商根据下一代多媒体应用的要求来选择具备不同处理能力的处理器，并减小移动设备的功耗，延长其电池寿命。

开放性和可扩展性要求

要使移动设备的结构具备高效特性，系统结构必须为其提供任何一种特殊终端设备所需的所有模块(见图1)。通常，构成终端设备的基本模块可分为以下五类：

图1:OMAP处理器平台。

* 无线调制模块

* 基带处理模块

* RF和模拟模块

* 通信和应用外设驱动模块

* 开放式编程环境模块

1. 无线调制模块

无线调制模块是为2.5G和3G移动设备提供通信处理能力的基本模块之一，支持全世界范围内所有的复杂空中接口标准，包括GSM/GPRS,、EDGE,、cdma2000/1xEV 和WCDMA/UMTS。这些调制组件必须高度模块化，以便有效地加入移动设备的核心处理器，完善其功能。同时，为了达到高数据率和低功耗，还必须对这些模块进行优化。有时，一个终端中必须包含多个调制模块，以支持多模式通信和漫游功能。

2． 基带处理模块

2.5G和3G移动设备的核心通常会涉及各种多媒体应用，借此来吸引新用户。这些具备多媒体功能的无线应用所要求的处理能力比第二代手机高出几个数量级。因此，在许多移动设备中，都会将DSP和通用或基于RISC的CPU这两种处理器组合起来，获得强大的处理能力，以此满足多媒体应用对处理能力的要求。这样，手机或PDA才能够以最低的功耗达到必要的处理性能。DSP不但可以用在这种需求量极大的通信处理应用中，还可用于实现许多新的多媒体应用，例如流媒体、话音识别、交互式游戏以及其他一些对数据处理能力要求较高的应用。而通用型CPU除了可以象DSP一样完成通信信息处理功能之外，还支持在设备中内置操作系统，并能为设备与编程环境之间提供应用编程接口。2.5G和3G无线处理平台应该支持Windows CE、Symbian OS和Palm OS等高级移动操作系统，不但如此，这类平台还应支持大多数2.5G和3G手机中用到的实时操作系统(RTOS)。

3．RF和电源模块

要想迅速完成一个设计，并将设计得到的移动设备投入市场，生产商就应为其开发组提供一套完整的射频(RF)和模拟模块。这些模块必须能够比较容易地组合入设计中去，或者能够方便地与其他必备的组件进行集成。其中，RF模块还应针对系统的基带解决方案进行优化，以便提高设备性能并方便用户使用。采用高级处理技术就能将RF处理功能集成到数字基带处理的芯片上去，从而得到质优价廉并且高度集成的RF解决方案。另外，功耗及电源管理、数据转换和话音编解码等模拟技术模块也必须是现成的，可以马上加入设计中或集成到芯片上去。多数2.5G和3G应用都要求设备具备非常强大的处理能力，因此，保持较低的功耗就很关键。同时，要想支持新的应用，并保证电池的寿命时间足够长，设计组还必须针对不同的应用恰当选择电池管理技术和功耗管理技术。

4． 通信和应用外设驱动模块

2G移动设备的功能往往有限，而且在2G应用中，也不太需要与外界进行连接。但2.5G和3G移动设备则不同，它们能够为用户提供对外围设备的支持，如USB和/或蓝牙端口、触摸屏、各种闪速存储器、数字和视频相机控制器外围设备以及小键盘控制器等等。因此，一个开放式的可扩展结构应该能够提供现成的外围硬件和设备的驱动模块，这样才能快速高效地将外设技术集成到移动设备中去。

5． 开放式编程环境模块

如果能够提供开放式编程环境，并允许灵活选择软件平台，那么设备生产商(甚至是服务提供商)就能将满足终端类型要求的系统级软件组件恰当地组装起来，得到较好的设计。例如，如果系统平台支持所有流行的移动操作系统，如Windows CE、 Palm OS、 Symbian OS、 Linux等等，以及业界领先的高级编程语言如Java等，设备生产商就能针对不同阶层的目标用户，选择不同的系统级软件组件，进行相应的组合，得到满足该阶层用户要求的设计。

另外，移动设备生产商过去的生产模式是在出售前就把设备所应具备的所有功能都事先加载到设备上，这种模式已经成为历史。下一代移动通信设备将是基于开放式软件模型的，在这种模型中，用户可以根据自己的需要随意添加新的应用。实际上，许多新的应用都将通过无线方式下载。这种新的模式所带来的动态软件市场将使各种个性化的用户应用趋于活跃，并对独立软件开发商产生冲击。而支持开放式可扩展平台的开发工具则能为独立软件开发商提供一种编程友好的环境，便于其进行移动设备的软件开发。

同时，这种系统级的软件设计方法还将加速第三方应用软件的开发。过去，PC机的开放式软件环境曾大大促进了PC软件的发展，同样，移动设备的开放式软件环境也会促进基础多媒体引擎软件的发展，如流媒体、话音识别、保密、图象处理以及交互式游戏等等。然后应用软件开发商又可以采用这些现成的软件模块来加速将应用软件推向市场。

处理结构的选择

2.5G和3G手机的核心是高速数字通信和应用处理器。产品的差别大部分是通过上文介绍的方法，即采用不同形式的处理平台来实现的。这种方法不但可以实现各种移动设备结构，还可以用来设计那些主要针对特定市场的专用移动IC。例如，在消费市场的低端，用户对价格非常敏感，而且他们的技术成熟度可能也不如高端用户。这时，一个具备基带调制功能并可实现嵌入式应用的双核、单处理器的结构就能满足该阶层用户的要求。今天的大多数2G处理器就是基于这种结构。同时，要使移动设备的价格能为大多数用户所接受，那么设备所能连接的外设技术种类也只能是最基本的。结果，这样得到的设备通常只具备有限的专门应用功能，就像以话音为主，带有一定数据通信能力的手机。

图2 “双处理器方案”框图

移动设备市场的中层用户可能会频繁地用到话音应用和数据应用，因此这些用户就要求设备具备智能电话功能或者高端无线PDA功能。适合这个市场的移动设备结构应该包含一个集成的专用应用处理MCU和一个双核(DSP+MCU)2.5G/3G调制解调器。其中，专用MCU用来运行一些普通应用并运行设备的高级操作系统，如Windows CE或Symbian OS，而调制解调器(MCU+DSP)核则用来完成大量的通信任务和某些特定的、非常适合用DSP来处理的、需要很强运算能力的多媒体功能,例如流视频或话音识别的媒体引擎。这种结构的集成度很高，因而保证了设备形状因子较小并且功耗较低。为了方便实现新的应用，这类中级智能电话结构还应具备与多种外围设备和技术连接的能力，例如通用串行接口(USB)、蓝牙、全球定位系统(GPS)等等。

移动设备市场的高端用户与前两种用户又有不同，他们通常都要求设备具备高级功能。这些用户不但希望处理器具备强大的处理能力，以应付频繁的多媒体应用，还要求处理器具备很高的灵活度，以便他们根据自己的偏好来配置系统。双处理器结构(见图2)可以满足这些用户的要求。在双处理器结构中，一个处理器用来实现包括基带调制解调在内的通信功能，另一个则用于应用处理以及管理外围技术。当然，随着无线产业向高度集成的方向发展，双处理器结构不久后应该会演变为在单芯片上集成双核或三核的形式。但首先有一点非常明确，即单处理器结构最终一定会发展为双核DSP/MCU结构。

优化无线和多媒体设计

无线设备市场呈动态飞速增长，设备生产商们的产品策略必须具备灵活性和适应性才能跟上市场的发展。开放式可扩展结构恰恰能够满足他们这种需要。这种结构非常注重将对功能模块进行快速集成，使之成为一种独特的配置，以满足不同用户市场阶层、不同地理区域以及不同设备类型的需要。在当今这个竞争异常激烈的无线设备市场上，产品从开发到推向市场的时间是决定生产商是否能够成功的一个非常关键的因素，因而整个产品系统必须及时、快速、高效地完成集成。

生产商们一旦在2.5G和3G移动设备中采用了开放式的系统级结构，就必须必须分析模块组合到一起之后性能会怎样，以及系统集成的难易程度如何。设计者总希望这些功能模块能以一种无缝的结构组合在一起，并协调工作，因为这样能够优化整个产品的系统级性能，从而保证让用户满意。但如果必须在设计过程中付出很大的努力才能达到这个目标，那么产品从设计到推向市场的时间就会延长。

另外，如果为生产商提供功能模块的厂商能给出参考设计，说明这个功能模块怎样才能形成无缝的结构，那么对生产商的设计工作将有很大帮助。但这些参考设计不应只有电路图和布线图，而应是一些已经由软硬件实现了的设计，以便生产商验证这些模块构成系统后的整体性能。

要想快速高效地将移动设备的设计推向市场，模块供应厂商还应该在无线设计方面具备一些专有技术并能提供硬件支持。有些厂商提供的支持覆盖了产品设计的整个过程：从项目定义的最初阶段开始直到设计小组将产品交付生产。有些厂商具备的无线设计方面的经验和专门技术，能够在设计小组工作的整个过程中为其提供支持，包括基带和RF系统的电路图开发、元件选择、电路板布线、平台验证、无线协议集成、全面型号认证(FTA)和现场测试等。

但硬件支持并不是设计组所关心的全部。除了硬件支持以外，根据目标市场的范围不同，产品结构还必须支持一个到多个高级移动操作环境(例如Windows CE、Palm OS、Symbian OS、Linux、Java等)以及可以用于这些软件平台的强大的编程工具。

开放式应用编程接口(API)是一种方便的软件接口，设计组通过采用API，可以快速有效地向产品中添加各种高级特性，从而使移动设备进入市场时在众多同类产品中脱颖而出。要达到这个目的，软件开发和集成就很关键。如果生产商拥有一个模块库，里面包含各种可立即使用的软件I/O驱动器和外设驱动程序，那么也会帮助其设计组快速组合起设计所需的各个部分，并缩短移动设备的上市时间。

本文小结

随着无线通信产业迈向第2.5G和3G，人们开始需要移动设备具备开放式可扩展的结构。新一代的无线通信设备市场的多样性可以体现在以下几个方面：不同的用户群偏好不同，各种移动设备的技术功能不同，不同地理区域使用的通信标准也会有巨大差异。如今的移动设备生产商已不再象过去一样，只用一种或几种基本的结构来满足所有这些不同的市场段要求，他们开始利用开放式可扩展的方法，快速进行开发，并根据目标市场对产品进行配置，这样他们就能最好地满足几年后无线通信市场即将出现的各种需求。

作者：Tom Pollard

无线芯片业务组全球市场总监

德州仪器公司