marvell pxa920_TD智能手機芯片深解 - 全文

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　　電子發(fā)燒友網(wǎng)訊:Marvell PXA920芯片組是2009年由Marvell公司研發(fā)推出的，屬于PXA900系列，是一款面向TD-SCDMA智能手機的廉價芯片組。

　　Marvell PXA920是xscale架構(gòu)，使用65nm制造工藝，默認(rèn)主頻806Mhz，波動頻率為156Mhz到806Mhz，智能降頻級數(shù)為806MHz—624MHz—520MHz—416MHZ—312MHz—156MHz。cpu性能1130 DMIPS，處理器內(nèi)置128kb的二級緩存。支持ARMv5 + 英特爾MMX2 + 馬維爾獨創(chuàng)的Marvell88sv331指令集。

　　xscale架構(gòu)是ARMV5 CPU技術(shù)的擴展優(yōu)化，不是什么Arm v5架構(gòu)更不是普通的ARM9架構(gòu)，同頻下cpu性能遠高于ARM9，接近甚至高于ARM11架構(gòu)。

　　pxa920的1130mips的cpu性能，高于高通msm7227t 800mhz的960mips，msm7227 600mhz的720mips，聯(lián)發(fā)科mt6573 650mhz的700mips，也高于博通bcm2727 680mhz的820mips等處理器soc的cpu性能?！∽罡咧С諰P DDR1的400mhz內(nèi)存，傳輸速率最高400Mbps，最高內(nèi)存帶寬1600mb/s。

　　XSCALE架構(gòu)：

　　xscale架構(gòu)是intel于2002年2月正式發(fā)布的arm架構(gòu)，根據(jù)arm v5te指令集獨立開發(fā)，兼容ARMv5TE ISA指令集(不支持浮點指令集)，支持16位Thumb指令和DSP擴充，第一個突破5級流水線的arm架構(gòu)，達到7級流水線，除了無法直接支持Java解碼和V6 SIMD指令集外，各項性能參數(shù)與ARM11核心非常接近。

　　xsale架構(gòu)支持Intel的無線MMX指令集，該指令集是64位simd指令集，可有效增強視頻、3D圖形、音頻以及其他SIMD元素的處理效率，顯著改善了多媒體處理性能。同時mmx指令集也使xscale架構(gòu)成為第一個支持64bit指令集的arm架構(gòu)，執(zhí)行一條64bit指令相當(dāng)執(zhí)行兩條32bit指令，其他主流arm架構(gòu)要在arm v8指令集之后才支持64bit指令集。該無線MMX與PC上的SSE、SSE2并不兼容，但功能上相當(dāng)類似，程序員不必重新編寫算法或程序指令，只需簡單調(diào)整計算精度和數(shù)據(jù)表示即可讓軟件兼容dxt標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)對無線MMX的優(yōu)化。

　　xscale架構(gòu)對x86的一定兼容性使其被廣泛應(yīng)用于Pocket PC和Palm平臺的PDA產(chǎn)品中，成為該領(lǐng)域的事實主宰者，在前期的wm和wince產(chǎn)品中大展神威。2006年，intel清理通信芯片業(yè)務(wù)，以6億美元的價格轉(zhuǎn)讓xscale架構(gòu)給了Marvell。

　　Marvell PXA920含有應(yīng)用處理器和通訊處理器(無線調(diào)制解調(diào)器)，具有 Marvell 集成電源管理和音頻協(xié)處理芯片、RF 收發(fā)器和 Marvell 802.11nWLAN/BT/FM TX/RX。

　　Marvell PXA920處理器芯片是基于Marvell的PXA9系列三核架構(gòu)(代號Tavor)演變而來的。該處理器目前已經(jīng)支持中國移動OMS系統(tǒng)(即OPhone平臺)，以及Android等業(yè)界目前所有主流的智能手機開放式操作系統(tǒng)。Marvell PXA920采用了一款高性能的兼容ARM指令集的Sheeva專用處理器，并且內(nèi)部集成了基于Release7版本TD-SCDMA/TD-HSDPA/TD-HSUPA基帶處理器，并支持EDGE。

　　· 內(nèi)置 SRAM

　　· 內(nèi)置引導(dǎo) ROM - 安全引導(dǎo) ROM，支持從 NAND 引導(dǎo)

　　· 通過安全引導(dǎo)、根私鑰保護、安全 JTAG 重啟用來保證移動安全性;支持多個生命周期狀態(tài)，在芯片制造、設(shè)備制造、設(shè)備部署和故障分析階段保護處理器秘密

　　集成 3.5G 調(diào)制解調(diào)器和協(xié)議棧，3G/WLAN/BT 共存，能夠支持 IMS、VoIP 和運營商的其他高級服

　　多媒體：

　　· 以 30 fps 播放 H.264、WMV、MPEG-4、H.263 格式的 720p 視頻;以 30 fps 捕捉 H.264、 WMV、MPEG-4、H.263 格式的 D1 分辨率視頻

　　· 最高每秒 1000 萬個三角形(持續(xù)速率)和每秒 2000 萬個三角形(50% 剔除速率)的 3D 圖形能力;集成 2D 加速器;支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) API。

　　· Marvell 獨特的音頻加速器子系統(tǒng)，可通過音頻流技術(shù)實現(xiàn)低功耗音頻播放

　　· 圖像傳感器支持，適合采用 MIPI CSI-2 和并行接口的主要和次要智能圖像傳感器;支持一個 MIPI-CSI2 串 行接口

　　· LCD 控制器通過同步信號支持 8/16/18 位并行智能面板接口或 16/18/24 位并行有源矩陣接口上的并行 LCD 顯示器;主/從顯示器支持最多 4 個顯示器的同時堆疊，可以無變化以及旋轉(zhuǎn)縮放

　　PXA920智能手機解決方案的特點

　　一、性能高

　　CPU 處理器采用Sheeva CPU核心技術(shù)，支持800-1000MHz 的處理速度。內(nèi)置 SRAM和BootROM。 處理器通過安全引導(dǎo)、密鑰保護、安全JTAG 重啟，來保證移動安全性。

　　通信處理器 由ARM9和DSP雙核組成，具有數(shù)據(jù)包處理加速器和 L1/L2 緩存。

　　改良的ARM 架構(gòu)帶來了更大的擴展空間，留有余地增添新功能和提升性能。 Marvell 擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的改良優(yōu)化的ARM 架構(gòu)，而且與ARM指令完全兼容，給嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)者帶來了極大的便利性。

　　三核硬件體系架構(gòu)具有專用調(diào)制解調(diào)器和應(yīng)用處理器核心。其中采用Marvell Sheeva CPU 技術(shù)的應(yīng)用處理器后向兼容XScale CPU 核?；谶@樣的架構(gòu)，平臺實現(xiàn)了通用應(yīng)用處理器軟件棧在多種空中接口和手機網(wǎng)絡(luò)之間的重復(fù)利用，并能防止應(yīng)用處理器 (AP) 和調(diào)制解調(diào)器分離子系統(tǒng)之間出現(xiàn)有害的干擾。高性能內(nèi)部存儲器架構(gòu)，可實現(xiàn)外部存儲器共享，不會因為閃存和 DDR 各自獨立，而帶來額外的成本和空間上的開銷。在AP 和調(diào)制解調(diào)器之間使用共享的外部 DDR，具有高性能、高效率處理器內(nèi)部通信接口，并降低BOM成本。 圖1描述PXA 920 通信平臺方塊圖。

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　　圖1. PXA 920 通信平臺方塊圖

　　終端高速傳輸數(shù)據(jù)性能高達HSDPA 2.8 Mbps和HSUPA 2.2 Mbps。手機解決方案集成了 3.5G 調(diào)制解調(diào)器和協(xié)議棧，符合全球領(lǐng)先運營商的標(biāo)準(zhǔn)。3G/WLAN/藍牙共存，并支持 IMS、VoIP 和運營商的其他高級服務(wù)。通過廣泛的 IOT 測試、GCF 測試和在中國開展的外場試驗測試以及在通信網(wǎng)絡(luò)中的傳輸?shù)冗M行驗證。

　　終端高速傳輸數(shù)操作系統(tǒng)(OS)軟件平臺支持所有領(lǐng)先的開放式操作系統(tǒng)(OS)軟件平臺，包括 Linux、Android 、OMS以及 Windows Mobile。圖2 是TD智能手機體系結(jié)構(gòu)示意圖。

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　　圖2 . TD智能手機體系結(jié)構(gòu)示意圖

　　多媒體應(yīng)用包括視頻、3D、音頻、圖像和顯示功能。支持以 30 fps速率 播放 H.264、WMV、MPEG-4、H.263 格式的 720p 視頻;以 30 fps 捕捉 H.264、WMV、MPEG-4、H.263 格式的 D1 分辨率視頻;具有最高每秒 1200 萬個三角形處理能力(持續(xù)速率)和每秒 2400 萬個三角形(50% 剔除速率)的 3D 圖形能力，集成2D 加速器，支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) API;獨特的音頻加速器子系統(tǒng)，可通過音頻流技術(shù)，實現(xiàn)低功耗音頻播放;支持圖像傳感器，適合采用 MIPI CSI-2 和并行接口的主要和次要智能圖像傳感器，支持一個MIPI-CSI2 串行接口。LCD 顯示控制器通過同步信號支持 8/16/18 位并行智能面板接口或 16/18/24 位并行有源矩陣接口上的并行LCD 顯示器，主/從顯示器支持最多 4 個顯示器同時堆疊，可以無變化以及旋轉(zhuǎn)縮放。

　　單芯片結(jié)構(gòu)，包含CP和AP。整體解決方案的套片結(jié)構(gòu)包括射頻器件、智能電源管理芯片、無線801.11n/WiFi/藍牙/調(diào)頻FM等少數(shù)幾個芯片。精簡的結(jié)構(gòu)使OEM手機廠商能加快設(shè)計進程，縮短開發(fā)周期，提高投放市場的速度。

　　二、功耗小

　　采用先進的半導(dǎo)體工藝?yán)诮档凸摹?5納米工藝帶來節(jié)省約10-20% 的功耗。由此裝備的TD智能手機容易比目前市場上大部分處于65納米芯片的手機做得更緊湊一些。采用內(nèi)置應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)器的終端專用系統(tǒng)芯片SoC，消除了額外開銷，為降低功耗奠定了基礎(chǔ)。印制板上電路數(shù)量少，典型參考設(shè)計可以小到51X51毫米，機身更薄一點。加上電源管理效率高，所以手機功耗低。

　　提高電源管理效率是關(guān)鍵。 電源管理技術(shù)一貫是受重視的焦點，電源管理PM芯片包含有多項專利在內(nèi)。首先是減少元器件數(shù)量，配置的套片少，并注重減小電流量。使用PXA 920的手機，普遍充電間隔時間長，待機時間也會更長，用戶體驗自然更加滿意。

　　芯片體積小。正因為線寬小密度高，PXA 920芯片封裝尺寸僅為12X12毫米。 如此之小的面積，不僅有功耗低的好處，也給終端帶來設(shè)計上的空間。用戶都喜愛薄而時尚的外觀。

　　功耗優(yōu)化。目前從2G、3G話音和高速數(shù)據(jù)下載上傳的測試來看，功耗都相當(dāng)?shù)?。在一系列外場測試以后，在已提交工程樣品再到批量生產(chǎn)的過程中，功耗優(yōu)化達到了精益求精的程度。

　　三、成本低

　　價格合理。瞄準(zhǔn)大眾市場，讓廣大用戶買得起，即花中低檔的價錢，用上中高端的智能手機，是運營商和芯片設(shè)計者的共同心愿。當(dāng)智能終端的成本大幅降低之日，便是互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用走向大眾之時。要想生產(chǎn)出普通百姓用得起的TD智能手機，必須依賴技術(shù)創(chuàng)新。

　　半導(dǎo)體工藝采用55納米技術(shù)。線寬的縮小，涉及從設(shè)計、布線到工藝生產(chǎn)線上一系列的決策。 國內(nèi)新投資的12英寸晶圓片生產(chǎn)線，從90納米一步到位，跨過65納米，走向55納米和40納米，不乏考慮性價比因素。今后的LTE產(chǎn)品將鎖定32納米，28納米。半導(dǎo)體技術(shù)的核心是保持成品率高水準(zhǔn)，這需要豐富的經(jīng)驗和膽略。單位晶圓片的芯片產(chǎn)量相應(yīng)提高，成本也隨之降低。

　　BOM比較低。 在單芯片高度集成后套片結(jié)構(gòu)非常緊湊，整體器件數(shù)量減少。PXA 920處理器本身將通信處理器和應(yīng)用處理器集成到同一系統(tǒng)芯片SoC上, 余下的芯片就不多了。套片主要有射頻器件、電源管理芯片、無線器件包括802.11n、WiFi、藍牙、調(diào)頻FM功能。

　　這樣的結(jié)構(gòu)帶來的是成本的降低。