3.2 基带模块

基带模块主要包含处理器、电源管理、时钟、存储等部分。CPU和存储器之间通过数据总线、地址总线和控制总线连接，这三类总线都采用并行方式，FLASH和SDRAM共用这三类总线，通过片选信号来区分是对哪个进行操作。FLASH存储手机所有的数据，包括软件代码和资料，掉电后不会丢失。开机后，首先要从FLASH中把程序和需要的资料调入SDRAM，所有的软件都是在SDRAM中运行，掉电后数据不会被保留。外部主时钟的频率一般较低，内核的运行频率一般较高，主时钟进入基带芯片倍频后提供给CPU使用。

1．处理器

处理器是移动智能终端的核心部件。它控制着整台手机的中枢系统，协调指挥手机各个部分的工作。终端处理器的性能直接决定了终端的性能。处理器通常包括重要的中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU），智能终端对处理器的基本要求主要有以下三点：

1）高性能智能终端发展非常迅速，新应用层出不穷，不少应用都要求智能终端有较高的性能，因此，要求智能终端处理器具有较高的性能，才能提供给用户完整的功能和较好的体验。

2）高集成度智能终端对尺寸非常敏感，因此，要求处理器具有较高的集成度，能在比较小的尺寸上集成更多的器件。这样不仅能够使整个终端尺寸得到控制，还能降低设计的复杂程度，提高系统的可靠性。

3）低功耗智能终端大都采用电池供电，系统功耗非常敏感。因此，要求处理器有较低的功耗。以上三点有的是相辅相成的，例如，高集成度往往意味着高性能；而有的则是相互矛盾的，例如，性能的提高往往会造成功耗的增加。这就要求设计人员根据应用场景考虑三者的相互关系进行合理设计，使其达到平衡。

决定手机CPU性能的四大要素是：CPU核数、CPU主频、制造工艺、图形处理器。通常所说的“× × CPU是多少兆赫”的，这个多少兆赫就是CPU的主频，它是CPU内核工作的时钟频率，主频的高低并不直接代表终端的运行速度，但提高主频对提高CPU运算速度却至关重要。CPU核数越高意味着终端处理能力越强，但是CPU核数只是终端CPU参数的一部分，单纯的核数并不是衡量终端CPU的唯一标准。移动芯片需要从移动终端的实际需求出发，考虑计算性能和续航能力的平衡。CPU的性能是核数、架构特性、制造工艺和系统优化能力等多方面的结合，盲目追求核数可能导致发热大、耗电高等问题。

CPU的制造工艺从较早的90纳米已发展到28纳米，下一代CPU的发展目标是14纳米。更小尺寸的制造工艺意味着更低的功耗和散热，在同样面积的芯片上可以集成更多的晶体管。而晶体管的数量是决定处理器性能的关键因素。

图形处理器（GPU）是智能终端更新换代的产物。早期的智能手机是不具备GPU的，伴随着智能终端娱乐性能的增强，各种应用软件，大型游戏的出现，GPU应运而生。图形处理器运行着所有显示处理，并提供视频播放和照相时的辅助处理。其性能由多边形生成能力和像素渲染能力共同决定。

2．存储

终端的存储包括三个部分：运行内存（RAM）、ROM存储和扩展存储卡。

运行内存是在终端中用来暂时保存数据的元件，相当于计算机中的内存条。RAM存储具有高速访问性。在终端系统内存足够的情况下，更大的RAM存储确保终端操作的流畅性。ROM存储器相当于电脑硬盘，分为两个部分：一部分是存放终端固件代码的存储器，比如终端的操作系统，此部分正常情况下不可写入和更改；另一部分相当于一个内置存储卡，可用来存放影音，图片临时缓存文件等，也可以用来存放手机的临时文件。为了系统的升级，通过电脑上的程序改擦写ROM存储器中存放终端系统的部分就是平时说的“刷机”。当上述两种存储都不能满足人们的需求时，可以在终端上加入扩展存储卡来获得更大的存储空间并安装更多的应用和存储更多的音乐、图片、视频等内容。扩展存储卡的类型有：MMC、SD卡、miniSD卡、microSD卡、MS卡、M2卡等，最常见的是SD卡、miniSD卡和microSD卡。miniSD卡大约是SD卡体积的60%，可以通过转接卡当成SD卡用，microSD更小，同样可以通过转接卡当成SD卡使用。

智能手机、平板机的存储介质由于设计本身的局限使得其未来提升速度会很困难，于是出现了新一代闪存存储规格UFS 2.0。UFS 2.0的闪存规格则采用了新的标准，它使用的是串行界面。并且它支持全双工运行，可同时读写操作，还支持指令队列。相比之下，eMMC是半双工，读写必须分开执行，指令也是打包的。UFS芯片不仅传输速度快，功耗也要比eMMC 5.0低一半，可以说是日后旗舰手机闪存的理想搭配。根据国外专家预计，UFS 2.0在移动设备中尤其是在智能手机上，首先将征服高端市场，目前三星Galaxy S6/S6 Edge就已经采用了UFS 2.0，未来再逐渐向中低端市场扩张。其他品牌智能手机都有可能使用上UFS 2.0技术。

3．信号处理部分

基带的信号处理主要是完成从模拟语音信号到数字调制信号的整个过程，比如音频编解码、信道编解码、加密解密、调制解调、多天线处理等，如图3-15所示。

在数字通信系统中，信息的传输都是以数字信号的形式进行的，因而在通信发送端先将模拟信号转换为数字信号，再将数字信号通过信源编码进行压缩，形成待发送数据。这部分工作一般由音频编解码器或者A/D、D/A转换器完成，形成数字信号后再通过基带模块进行处理。基带模块首先是对信号进行信道编码，通过引入比特信号间的关联和增加冗余提高接收端判断误码和纠正误码的能力，保证系统在大尺度衰落和多径信道条件下的性能；其次是进行加密，保证信号在传输过程中不会被侦听；接下来通过调制将信号加载到载波上，以载波的幅度、相位或频率的形式在信道中传输；最后是通过多天线处理，获取传输时的分集增益或复用增益，提高传输的质量或效率。多天线处理并不是每个通信制式或传输过程都包含的环节，但是多天线在提高通信性能方面的显著作用，在整个通信关键技术中的比重越来越高，天线数量越来越多，模式越来越丰富，也对终端芯片的处理能力和多天线算法提出了更高的要求。信号经过接收机的射频处理后成为基带信号，再通过多个相反的处理环节，到达信宿。

4．时钟部分

主时钟为手机工作提供基准的频率源，在开机过程中起振，在关机后停振。它供向CPU，产生数据传输和控制时序所需的时钟。

睡眠时钟为手机提供计时的基准频率，不论是否开机，只要电池有电就可起振。它供向电源管理芯片和CPU，以维持手机的时间准确，并提供关机后的计时功能，从而支持关机闹钟。

5．电源管理部分

由于电池电压的不稳定和器件对电压、电流要求的精确性与多样性，最重要的是出于降低功耗的考虑，终端需要专门的电源管理单元。内核电压：电压较低，要求精确度高，稳定性好；音频电压：模拟电压，要求电源比较干净，纹波小；I/O电压：要求在不需要时可以关闭或降低电压，以减少功耗；功放电压：由于电流要求较大，直接由电池供电。

DPM（动态电源管理）是在系统运行期间通过对系统的时钟或电压的动态控制来达到节省功率的目的，这种动态控制与系统的运行状态密切相关，该工作往往通过软件来实现。

在硬件架构中智能手机的工作模式与主CPU的工作模式密切相关。为了降低功耗，主CPU定义了4种工作模式：general clock gating mode; idle mode; sleep mode;stop mode。在主CPU主频确定的情况下，智能手机中定义了对应的4种工作模式：正常工作模式（normal）；空闲模式（idle）；睡眠模式（sleep）；关机模式（off）。各种模式说明如下：

（a）正常工作模式：主CPU工作模式为general clock gating mode；主CPU全速运行；时钟频率为204MHz。智能手机在这种状态下功耗最大，根据不同的运行状态，如播放mp3、打电话、实际测量，这种模式下智能手机工作电流为200mA左右。

（b）空闲模式：主CPU工作模式为idle mode，主CPU主时钟停止；时钟频率为204MHz。在空闲状态下，键盘背关灯和lcd背光灯关闭，lcd上有待机画面，特定的事件可以使智能手机空闲模式进入正常工作模式，如点击触摸屏、定时唤醒、按键、来电等。

（c）睡眠模式：主CPU工作模式为sleep mode，除了主CPU内部的唤醒逻辑打开外，其余全关闭；主CPU时钟为使用36.768kHz的慢时钟。除了modem以外，外设全部关闭，定义短时按开机键，使智能手机从睡眠模式下唤醒进入正常工作状态。

（d）关机模式：主CPU工作模式为stop mode，除了主CPU泄漏电流外，不消耗功率；主CPU关闭。智能手机必须重新开机之后，才能进入正常工作模式，实际测量，手机在这种模式下电流为100μA。

从以上看出，智能终端在正常工作模式下的功率比空闲模式、睡眠模式下大得多。因此，当用户没有对手机进行操作时，通过软件设置，使终端尽快进入空闲模式或睡眠模式；当用户对终端进行操作时，通过相应的中断唤醒主CPU，使终端恢复正常工作模式，处理完响应的事件后迅速进入空闲模式或睡眠模式。