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Omap1611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。TI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“Digital DNA”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、DDR SDRAM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400 MHz。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Xscale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333-500 MHz，依然保持了ALCHEMY产品功耗低的特点。在400 MHz频率下，其功耗不超过250 mW，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Intel Xscale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

　　目前，智能手机的操作系统市场被Symbian、Windows Mobile、Palm以及Linux四大操作系统瓜分，处于多足鼎立的状态。它们的共同特点是开放性较好，便于第三方软件的移植。

　　（1）Windows Mobile系列操作系统

　　Windows Mobile系列操作系统是在Windows操作系统上变化而来的。Windows Mobile系列操作系统具有功能更强大，多数具备了音频、视频文件播放、上网冲浪、MSN聊天、电子邮件收发等功能。支持该操作系统的智能手机多数都采 用了Intel嵌入式处理器，主频比较高，处理能力强。另外，采用该操作系统的智能手机在其它硬件配置（如内存、存储卡容量等）上也比采用其它操作系统的 智能手机要高出许多，因此性能比较强劲，操作起来速度较快。但是，此系列手机也有一些缺点，如因配置高、功能多而耗电量大、电池续航时间短、硬件成本高 等。

　　（2）Symbian开放式操作系统

　　Symbian操作系统提供了灵活的应用界面框架，不但使开发者得以快速掌握必要的技术，同时还使手机制造商能够推出不同界面的产品。 Symbian系统手机可以采用多种应用界面形式：通过键盘进行输入类手机，使用手写笔进行操作类手机，既有键盘又有触摸屏的手机。不同的输入方式和外观 设计会对各款手机的主要用途产生很大的影响。

　　（3）Palm手机操作系统

　　Palm一直遵循“Less is More”这一理念去设计，其与微软所推出的操作系统要占有大量的系统资源和存储容量不同，它本身所占内存极小。基于Palm操作系统编写的应用程序所占 的空间也很小，通常只有几十KB，所以基于Palm操作系统的掌上电脑虽然只有几兆内存却可以运行众多的应用程序，但其功能就没那么多。最近Palm也似 乎越来越倾向提供丰富的功能，“少就是多”的设计理念逐步削弱。另外，对于中国用户而言，它有一个不足之处，起初在中国销售的产品要使用中文外挂平台，有 相当部分依然是以英文界面为主，在一定程度上影响了基于Palm操作系统的产品在中国市场的大面积推广。目前，基于Palm操作系统的手机有三星SPH- i330、Handspring Treo 650系列等。

　　（4）Linux手机操作系统

　　与Windows Mobile系列操作系统一样，Linux手机操作系统由计算机Linux操作系统变化而来。Linux是一套免费使用和自由传播的操作系统，它支持32 位和64位处理器，在计算机领域中，主要用于配备Intel x86系列CPU的计算机，在手机领域中，较具代表性的产品有摩托罗拉A768。

　　Linux具有稳定、可靠、安全等优点，具有强大的网络功能。在相关软件的支持下，可实现WWW、FTP、DNS、DHCP、E-mail等服 务。Linux源代码开放，这一特点有利于独立软件开发商（ISV）开发出硬件利用效率高、功能更强大的应用软件；也方便行业用户开发自己的安全、可控认 证系统。特别是当智能手机大量用作行业应用的移动终端时，Linux在手机操作系统市场中也异军突起，成为一股不容忽视的力量。

　　各大主流智能手机操作系统的发展趋势可由其近几年所占的市场份额得出结论，具体情况如表1所示。

表1　近几年国内智能手机操作系统的市场份额

	2003年	2004年	2005年	2006年
微软	18.9%	21.4%	23.3%	27.0%
Linux	12.8%	13.0%	13.6%	15.2%
Symbian	63.5%	61.0%	58.7%	53.5%
Palm OS	3.4%	2.8%	2.4%	2.1%
HOPEN	1.1%	1.3%	1.4%	1.6%
DOEAS	0.3%	0.5%	0.6%	0.6%

• 虽然Symbian操作系统的市场份额较最初有所下降，但仍基本保持在50%以上；
• Linux操作系统依靠自身较强的开放性，市场份额在短期内有较大增长；
• 终端厂商已经开始尝试选择多种操作系统，对于不同市场定位的智能手机产品，手机厂商所选择的操作系统也有所不同；
• 虽然国内操作系统只是刚刚起步，也只有少数的厂商尝试采用。但在国家政策的扶持倾斜下，未来国内操作系统也将会有较大的发展空间。

　　4、我国自主的智能手机技术的发展、市场前景及思考

　　CPU主频越来越高。目前市面上智能手机的应用处理器的主频已达200 MHz甚至更高。CPU处理能力的大大增强，也必将带来越来越强大的智能手机多媒体应用功能，从而满足人们对手机功能多样化的要求。

　　操作系统方面，国内已经具有自己的操作系统HOPEN、DOEASY，并且在最近几年内已陆续得到一些厂商的支持，取得了一定的市场份额。

　　（1）针对我国自主研发智能手机技术的几点思考

　　手机技术在迅速发展的同时。也面临着功耗的问题。智能手机中包含了很多耗能设备，诸如MP3、MPEG-4、数码相机、3D游戏等，在手机电池容量还没有实现质的飞跃的前提下，我们不得不考虑手机电源节能的问题。

　　智能手机的应用功能已越来越多样化，而手机的体积却必须限制在一定的范围内，这就提出了手机集成度的问题。例如对于CPU，当前手机的基带处理 器和应用处理器分开已经成为一个趋势，而将二者集成在一块芯片上又成为了双处理器架构必然的发展趋势，这就要求我们必须在集成技术上花些精力了。

　　成立智能手机开发联盟，统一技术标准。如果没有很好的内容服务平台，没有比较多的应用，智能手机的价值也就体现不出来。这是因为，没有足够多的厂商应用，操作系统将不可能得到很大的发展，一拥而上，各自开发不同的操作系统，会加速中国手机厂商在这一未来市场的衰亡。

　　（2）我国智能手机的市场前景

　　在市场稳定快速增长的同时，中国智能手机市场将呈现五大发展趋势：多媒体和移动应用需求的上升，将成为市场发展的主要动力；PDA功能类和开放 程度高的操作系统产品，将是手机产品的发展趋势；产品持续大幅度降价和价格竞争趋于激烈，将是产品价格发展的趋势；渠道形式多样化和手机渠道仍占主流，将 是产品渠道发展的主要趋势；差异化售后服务和个性化增值服务，将成为产品服务发展的趋势。