[笔记]手机的一些硬件知识

在VisionMobile:移动平台生态系统冲突报告（十一）Chapter C：BREW MP 中提及Qualcomm的芯片，有必要对手机的硬件知识做一些了解，所以到网上去查了一下，做个笔记。

功能手机和智能手机

功能手机一般只含有基带芯片组，也就是所谓BP。而智能手机，则含有AP和BP两个部分。AP，应用程序处理器（Application Processor），负责大部分应用程序的执行。而BP，基带处理器（Baseband Processor），也称为通信处理器（CP，Communication Processor），负责所有通讯软件的执行。

功能手机例子：LG Electronics Cyon LG-KP4000^[1]

手机支持CDMA 2000，采用高通的芯片，其中包含高通MSM 6100，一般说到CDMA芯片的时候，实际上它基本上分四个部分，第一个部分是MSM芯片，就是一般手机终端用的基站芯片，它有调制解调、多媒体功能等等。另外两个部分是RFR和RFT，RFR指的是射频接收的部分，RFT是指射频传输的部分，他们构成了RF射频芯片。第四个部分是电源管理的部分。一般的不管是CDMA2000还是WCDMA方面，无线终端，那都需要这四种半导体产品，就是MSM，RFR、RFT和电源管理。

智能手机：AP和BP

如果说功能手机的硬件结构，以BP为主体，添加了一些额外的应用程序和相应的硬件外设。那么智能手机作为功能手机的进一步发展，在BP的基础上，增加了AP，专门用于强化对应用程序的支持。

大多数的手智能手机机都含有两个处理器。操作系统、用户界面和应用程序都在ApplicationProcessor(AP)上执行，AP一般采用ARM芯片的CPU。而手机射频通讯控制软件，则运行在另一个分开的CPU上，这个CPU称为 Baseband Processor(BP)。把射频功能放在BP上执行的主要原因是：射频控制函数（信号调制、编码、射频位移等）都是高度时间相关的。最好的办法就是把 这些函数放在一个主CPU上执行，并且这个主CPU是运行实时操作系统的。另外一个使用BP的好处是一旦它被设计和认证为好了的，不管你采用的操作系统和 应用软件怎么变化，它都可以正确的执行功能（它的通讯功能）。另外，操作系统和驱动的bug也不会导致设备发送灾难性的数据到移动网络中。（FCC要求 的）^[5]

下面是智能手机的硬件图^[3]。

主处理器运行开放式操作系统，负责整个系统的控制。从处理器为无线modem部分的dbb(数字基带芯片)，主要完成语音信号的a／d转换、d／a转换、数字语音信号的编解码、信道编解码和无线modem部分的时序控制。主从处理器之间通过串口进行通信。而BP部分的CPU，内存，电源管理，无线收发器，功率放大器等等器件，实际就是原来的功能手机主要结构。

在智能手机的硬件架构中，无线modem部分只要再加一定的外围电路，如音频芯片、lcd、摄像机控制器、传声器、扬声器、功率放大器、天线等，就是一个完整的普通手机(传统手机)的硬件电路。模拟基带(abb)语音信号引脚和音频编解码器芯片进行通信，构成通话过程中的语音通道。

最初，AP部分与BP部分都是分开的，两者之间通过AT命令通信。如下图^[4] 显示的是Moto Droid和iPhone 3GS两款手机的主板实物照片。需要注意的是，实物图中看不到CPU芯片，因为在主板中，CPU和RAM是叠加在一起的。这个做法叫Package on Package（PoP），它的好处主要是节省主板空间。

早期的手机，AP与BP的物理联系，通过串口（UART）来实现，不仅需要串口，而且通常还需要通用输入输出控制线（General Purpose Input/Outpu, GPIO），来协调AP与BP之间的电源管理等等。在手机闲置时，AP和BP部分都处于睡眠状态，以便省电。拨打电话时，AP通过GPIO唤醒BP，然后 通过串口给BP发送AT命令。有来电时，BP也通过GPIO唤醒AP，然后也通过串口发送AT命令，通知AP启动振铃，接换手机界面等等。很显然，用串口（UART），GPIO，加AT命令的方式，来协调AP与BP的工作，效率不太高。虽然后期手机，用USB或SPI取代了UART，效率有所提高，但是总体上来说，AP与BP的协调，仍然是整个手机工作效率的瓶颈。

AP 和BP各自有一块彼此独立的CPU芯片，不仅相互之间的通信效率差，而且购置芯片的成本高，占用手机电路板的面积大，同时还耗电。为了克服这些缺 点，SoC二合一芯片的出现，是大势所趋，困难在于SoC芯片的设计和制造难度较大。例如，在SoC内部，AP和BP分工依然明确，两者之间的通信，通常依靠内存共享（Shared Memory）。但是实现内存共享的技术难度，要比AT命令的方式要复杂得多。

对于一些新近的制作商，例如平板、电子书，使用BP 模块。

智能手机的例子

GPhone Nexus One所使用的Qualcomm的QSD8250，以及G1和G2所使用的Qualcomm的MSM7200芯片，都是AP和BP二合一的SoC芯片。以 MSM7200芯片为例，它的AP部分内置两枚CPU内核，一个是ARM11，另一个是DSP专用内核QDSP5，BP部分也有两个CPU内核，分别是 ARM926和DSP专用内核QDSP4。GPhone Nexus One内置CPU芯片是高通（Qualcomm）的Snapdragon系列QSD 8250芯片。该芯片的内核是ARM Cortex-A8。

Qualcomm的MSM6xxx系列是基带芯片，MSM7xxx系 列AP+BP SoC芯片，于2006年左右陆续上市。

BP的做法有三种方式，1. 分立器件，这是早期智能手机的BP部分的主要实现方式，例如以Intel PXA系列芯片为CPU的手机。眼下iPhone，PalmPe， Moto Droid也沿袭了分立器件的结构。2. BP模块，这个方式使用简单，但是成本较高。非手机类的移动设备，常用这种设计。3. AP+BP二合一SoC芯片，技术难度最大，但利润率也最高，是目前手机最普遍使用的BP实现方式，例如HTC手机既用TI的SoC芯片，使用的是 Qualcomm的SoC芯片，而Nokia智能手机大部分使用TI的SoC。

手机制作流程

手机设计开发流程大约可以分成以下6步。

第1步，Design House从芯片厂商那里拿到参考设计。

芯片厂商提供的参考设计，往往以开发板的形式出现。所谓开发板，也被称为大板，因为尺寸远比手机大得多，有的大板甚至可以媲美报纸的面积。图显示的是Samsung的S3C44BOX芯片开发板。

第2步，确定配件元器件。

1. 主板设计，或者Gerber文件，或者PCB板。

2. 系统软件。

3. 需要组装的全部元器件的清单（BOM List）。

4. 配套的外壳。

第3步，开发调试驱动程序。

第4步，产品级主板设计。确定了微处理芯片以及配件元器件以后，Design House着手把大板改成小板，也就是设计产品级主板。产品级主板设计主要是让主板更紧凑，这包括布局和连线，同时加上紧固件以及绝缘和散热材料，使手机更加坚固耐用。

第5步，进一步调试软硬件，使之达到产品级。

第6步，Design House设计一些参考外壳，然后把从里到外的整套设计演示给制造厂商看。

参考：

1)       http://www.eetindia.co.in/ART_8800499334_1800005_TA_9fa7d80a.HTM

2)       http://tech.163.com/05/0809/15/1QNNM7RG000917L3.html

3)       http://www.eeworld.com.cn/afdz/2008/0623/article_765.html

4)       论山寨手机与Android，http://blog.chinaaet.com/detail/2230.html、http://blog.chinaaet.com/detail/2231.html、http://blog.chinaaet.com/detail/2191.html

5)       http://www.dkdiy.net/article.asp?id=501