自2013年來(lái)，中國(guó)移動(dòng)首先推出了五模十頻手機(jī)，即可同時(shí)支持TD-LTE、LTE FDD、TD-SCDMA、WCDMA、GSM五種通信模式，支持TD-LTE Band38/39/40，TD-SCDMA Band34/39，WCDMA Band1/2/5，LTE FDD Band7/3，GSM Band2/3/8等10個(gè)頻段，部分終端還可支持TD-LTE Band41，LTE FDD Band1/17，GSM Band5等頻段，實(shí)現(xiàn)終端全球漫游的手機(jī)。這些個(gè)“?！痹诨鶐?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/芯片" title="芯片" target="_blank">芯片上都是怎么玩的呢？本期小編將給大家科普一下下。

　　基帶芯片的基本架構(gòu)

　　基帶數(shù)字處理功能以及手機(jī)基本外圍功能都集中到單片片上系統(tǒng)(SOC)中，其基本構(gòu)架都采用了微處理器+數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的結(jié)構(gòu)，微處理器和DSP的處理能力一直增強(qiáng)。微處理器是整顆芯片的控制中心，會(huì)運(yùn)行一個(gè)實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)（如Nucleus PLUS）。DSP子系統(tǒng)是基帶處理的重點(diǎn)，其中包含了許多硬件加速器和基帶專用處理模塊，完成所有物理層功能?，F(xiàn)在，隨著實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，ARM微處理器（會(huì)采用不同的微系列，如3G芯片多采用ARM9）、DSP和FPGA體系結(jié)構(gòu)成為移動(dòng)終端芯片實(shí)現(xiàn)的主要方式。下圖是典型的基于ARM架構(gòu)的基帶芯片的邏輯架構(gòu)，其中3G/4G Baseband Logic指的是DSP運(yùn)算子系統(tǒng)。

　　圖1 典型ARM架構(gòu)上的基帶芯片框架

　　微處理器通過(guò)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS（如Nucleus PLUS）完成多任務(wù)的調(diào)度、任務(wù)間通信、外設(shè)驅(qū)動(dòng)以及微處理器與DSP子系統(tǒng)及其他模塊的通信等等。功能還包括：

　　1，對(duì)整個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行控制和管理，包括定時(shí)控制、數(shù)字系統(tǒng)控制、射頻控制、省電控制等。

　　2，完成所有的軟件功能，即無(wú)線通信協(xié)議的物理層與協(xié)議棧的通信、高層協(xié)議棧（TCP/IP等），若用于功能機(jī)則還會(huì)包括MMI(人-機(jī)交互接口)和應(yīng)用軟件。

　　DSP子系統(tǒng)則用于物理層所有算法的處理，包括信息的信道編碼、加密、信道均衡、語(yǔ)音編碼/解碼、調(diào)制解調(diào)等。DSP子系統(tǒng)和微處理器子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信手段包括雙端口隨機(jī)讀取存儲(chǔ)器(RAM)、多總線共享資源（一些廠商采用了AMBA公司的多層總線協(xié)議）等。多模多頻基帶芯片中可能包含多顆DSP。

　　在存儲(chǔ)器組織方面，微處理器和DSP子系統(tǒng)可能都有各自獨(dú)立的高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)，有共享的片內(nèi)SRAM和共享的外擴(kuò)存儲(chǔ)器。擴(kuò)展存儲(chǔ)器普遍支持同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SDRAM)和NAND型Flash RAM等。FLASH ROM可用于存儲(chǔ)Boot Rom、鏈接操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序的CP Rom。ROM接口主要用來(lái)連接存儲(chǔ)程序的存儲(chǔ)器FLASH ROM，RAM接口主要用來(lái)連接存貯暫存數(shù)據(jù)的靜態(tài)RAM(SRAM)。片內(nèi)嵌入大容量靜態(tài)隨機(jī)讀取存儲(chǔ)器(SRAM)已非常普遍，有利于降低功耗，減少系統(tǒng)成本。Intel公司還嵌入了大容量的閃速存儲(chǔ)器(Flash RAM)。

　　外設(shè)和接口方面，基帶芯片往往支持多種接口以方便和應(yīng)用處理器的通信以及增加其他模塊如Wifi、GPS。接口包括UART、多媒體接口(MMI)、通用串行總線(USB）、SPI等。MCU與外部接口的通信可通過(guò)DMA進(jìn)行，若基帶芯片沒有集成RF，則還有RF專用接口。

　　傳統(tǒng)ARM基帶芯片基本框架

　　單模基帶芯片采用雙核架構(gòu)，一個(gè)ARM處理器和一個(gè)DSP，兩者之間的通信通過(guò)雙端口靜態(tài)存儲(chǔ)器（Dual port SRAM）進(jìn)行。同時(shí)，ARM還會(huì)對(duì)DSP子系統(tǒng)做一些直接的控制，通過(guò)直接操作寄存器（地址/控制/數(shù)據(jù)寄存器）完成。 當(dāng)然，對(duì)于一些運(yùn)算能力比較強(qiáng)的DSP，1個(gè)ARM+1個(gè)DSP+多個(gè)加速器子系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)多?；鶐А?/p>

　　如圖2是傳統(tǒng)雙核基帶芯片的架構(gòu)圖，其中藍(lán)色單線表示ARM對(duì)DSP子系統(tǒng)的直接控制。

　　圖2 傳統(tǒng)基帶芯片主架構(gòu)

　　采用雙口SRAM進(jìn)行ARM和DSP子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互原因有：（1）兩個(gè)子系統(tǒng)的時(shí)鐘通常不一致，SRAM則可以做良好的橋接；（2）SRAM數(shù)據(jù)交互帶寬較大、功耗低。實(shí)施過(guò)程中要注意讀、寫的同步問(wèn)題，預(yù)防兩個(gè)子系統(tǒng)對(duì)同一塊數(shù)據(jù)的同時(shí)讀寫?？赏ㄟ^(guò)設(shè)置一個(gè)信號(hào)量控制，一方讀（寫）時(shí)另一方不得寫（讀）。

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　　多模移動(dòng)終端基帶芯片成為必然，即最終在一顆基帶芯片上支持所有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)制式，包括2G、3G、4G和WiFi等，多模移動(dòng)終端可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)間的無(wú)縫漫游。多種通信模式匯集在一顆芯片內(nèi)會(huì)大大增加芯片的實(shí)現(xiàn)難度，不僅要設(shè)計(jì)通用的移動(dòng)通信模式實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，還要在有限的尺寸范圍內(nèi)為每種通信模式增設(shè)特有的加速單元、MCU上和不同模式子系統(tǒng)之間則還要考慮模式切換所必須的通信管理。MCU上的軟件復(fù)雜程度變高，不同模式子系統(tǒng)間因?yàn)橐蚕硪恍?shù)據(jù)（如基站信號(hào)強(qiáng)度）也需要一些數(shù)據(jù)的直接交換。

　　本節(jié)以GSM/EDGE/TD-SCDMA三模基帶芯片的基本架構(gòu)為例描述了多?；鶐酒倪壿嫾軜?gòu)。 該三模芯片又一個(gè)ARM9、兩個(gè)DSP子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，ARM和倆DSP子系統(tǒng)間的通信依然是雙口SRAM，如圖3所示。

　　由于GSM/EDGE物理層算法基本一致，兩者的調(diào)制方式雖不同（GSM采用GMSK、EDGE采用8PSK）但解調(diào)方式一致-都是Viterbi譯碼，因此兩者物理層處理共享一個(gè)DSP加上一些額外的硬件支持。TD-SCDMA的物理層算法則與GSM/EDGE有很大差距，有完全不同的實(shí)現(xiàn)體系，尤其是TD-SCDMA的聯(lián)合檢測(cè)算法需要大量的計(jì)算，因此需要獨(dú)立的DSP子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

　　多模終端的一大技術(shù)要點(diǎn)是通信模式的切換，這就需要基帶芯片的支持。若是手動(dòng)切換模式就比較簡(jiǎn)單，不同模式的DSP子系統(tǒng)彼此獨(dú)立、簡(jiǎn)單的捆綁，MCU中不同模式的協(xié)議棧也獨(dú)立創(chuàng)建任務(wù)即可。實(shí)際商用中手動(dòng)切換那是會(huì)被用戶無(wú)情的拋棄的，因此多模終端必須能夠智能探測(cè)不同模式的信號(hào)強(qiáng)度，自動(dòng)完成模式切換，這一切最好都要在用戶感覺不到的情況下進(jìn)行。多?；鶐У哪Ｊ阶詣?dòng)切換就需要額外的設(shè)計(jì)難度了，需要將多種模式的協(xié)議棧緊密糅合、各自的物理層之間還有必要的數(shù)據(jù)通信。各種通信模式互切換的規(guī)范和算法使得MCU上多種模式協(xié)議棧的糅合稱為可能，物理層信息共享則可通過(guò)在不同DSP子系統(tǒng)間建立簡(jiǎn)單直連（如寄存器或SPI等）進(jìn)行。

　　若是所有的通信模式都封裝在一顆芯片上，由一個(gè)主控處理器控制時(shí)模式切換相對(duì)簡(jiǎn)單。能做到單芯片支持全模的只有高通一家。大部分終端基帶方案都兩顆甚至多棵基帶芯片的組合，如CDMA/GSMg基帶+LTE基帶，兩顆基帶芯片間通過(guò)SPI，SDIO，USB等通信。