移动终端处理器构成和基带芯片概述

Posted 2020-06-14

（一）移动终端发展

一部手机要实现最主要的功能—打电话发短信，这个手机就要包含下面几个部分：射频部分、基带部分、电源管理、外设、软件等。回想一下移动手机的发展史：

1，功能手机（Feature Phone）：仅仅用基带芯片。仅仅能用来打电话、发短信。

2，多媒体手机：使用基带芯片+协处理器加速单元。在功能机的基础上，添加了多媒体功能（如视频、音乐）。MTK就是在多媒体手机时代崛起的。当然要归功于广大”山寨机“。MTK基带芯片中除了CPU以外，还集成了非常多外设控制器。Feature Phone的功能，基本上取决于基带芯片所支持的外设功能。

3。智能手机：採用应用处理器AP+基带处理器CP。AP可看做传统计算机。CP可看做无线modem。

AP、CP间的接口技术有SPI、UART、USB、SDIO、shareMemory等等。AP、CP间的通信可通过传统AT命令、MBIM等进行，完毕通话、短消息、移动上网等功能。

功能手机和智能手机的差别在于：功能机相当于不断添加应用功能的无线通信终端。无操作系统；而智能机相当于添加了无线通信功能的掌上电脑，其软件体系类似于PC软件体系--操作系统+应用软件的组合。智能手机的两大最广的操作系统是android和ios系统。

智能机中还会有专门用于图像处理的GPU。且GPU功能会越来越发达，如此我们才干在智能机上看高清电影、玩高画质游戏。

高通的基带芯片有着业界最高的性能。GPU这块nVidia是有率先水平，TI的AP则独领风骚。未来移动芯片的发展是基带、射频、AP甚至GPU通通集成到一颗芯片上--SoC技术，这样才干做出最低的功耗、最小面积的芯片。本文简单描写叙述基带芯片的作用和构成。

（二）什么是基带芯片

移动终端支持何种网络制式是由基带芯片模式所决定，而支持何种频段则由天线和射频模块所决定，基带芯片完毕移动终端的接入功能。眼下基带处理器是一种高度复杂系统芯片（SoC）。它不仅支持几种通信标准（包含GSM、CDMA 1x、CDMA2000、WCDMA、HSPA、LTE等），并且提供多媒体功能以及用于多媒体显示器、图像传感器和音频设备相关的接口、为了进一步简化设计，这些编译电路所须要的电源管理电路也日益集成于当中。

射频部分和基带部分是基带芯片的核心。

眼下的主流是将射频收发器(小信号部分)集成到手机基带中。未来射频前端也有可能集成到手机基带里，而随着模拟基带和数字基带的集成越来越成为必定的趋势，射频可能终于将被全然集成到手机基带芯片中。射频部分通常是信息发送和接收的部分。基带部分通常是信息处理的部分。基带芯片就是用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码。基频是手机中最核心的部分，也是技术含量最高的部分，全球仅仅有极少数厂家拥有此项技术。包含德州仪器、爱立信移动平台、高通、联发科、NXP、飞思卡尔、英飞凌（如今的Intel移动通信事业部）、博通、展讯。

如今，随着实时数字信号处理技术的发展，ARM微处理器、DSP和FPGA体系结构成为移动终端芯片实现的主要方式。

ARM主控模块实现物理层与协议栈的通信。接收高层的指令，运行对应的任务。DSP完毕物理层基带信号处理，包含信道均衡、信道编解码以及电话语音编解码，多模基带中可能存在多颗DSP。当DSP中的一些算法很稳定后，能够用FPGA来实现这些算法，降低DSP的处理负担。

（三）现代基带芯片的特点

基带芯片的结构仍然以MCU+DSP双处理器核为基本结构，但MCU和DSP的处理能力一直增强，功耗越来越低、性能越来越强。

1，基带芯片的集成度一直在提高。如将射频RF和数字基带合二为一、集成GPS、WiFi模块、集成很多其它的应用接口(如照相机、USB等应用接口)等。

2，存储器组织方面。为增强性能、降低功耗、降低系统成本。MCU和DSP都有独立的Cache(s)，片内嵌入大容量静态随机读取存储器(SRAM)甚至大容量的闪速存储器(Flash RAM)。扩展存储器普遍支持同步动态随机存储器(SDRAM)和NAND型Flash RAM等。

3，多模移动终端基带芯片成为必定。即终于在一颗基带芯片上支持全部的移动网络和无线网络制式。包含2G、3G、4G和WiFi等。多模移动终端可实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游。

如3G基带芯片大都支持GSM/GPRS和WCDMA两种模式。Qualcomm公司推出有CDMA2000、WCDMA、GPRS/GSM多模基带芯片。而高通MDM9625则是全球惟一一个整合了七种不同射频模式的单芯片基带，包含CDMA2000(1XAdv/EV-DO Rev. A/B)、GSM/GPRS/EDGE、UMTS(WCDMA/TD-SCDMA)、LTE(LTE-FDD/LTE-TDD)。基于它的移动设备无需不论什么修改就可以在全球不论什么地区使用。

（四）基带市场现状

基带芯片的技术门槛高、研发周期长、资金投入大（从開始研发到一次流片动则百万美元为单位）、竞争激烈，因此假设“站错队”或者成品稍晚一步则easy陷入步步皆输的圈。非常多厂商相继放弃基带业务，飞思卡尔、德州仪器、博通、英伟达都相继放弃了基带市场，爱立信则从若即若离到如今又一次挤入阵营。国内展讯势头猛烈，进入国家队后资金扶持必将大幅提升已挤入市场前三名（高通、联发科、展讯、Intel，高通占领大半市场66%、联发科15%，展讯5%）。华为海思自给自足也不容忽视。

注：什么是多模多频？

基带芯片的多模指的就是支持多种移动通信模式，运营商的通信模式包含移动4G-TD-LTE、电信/联通4G-LTE FDD、移动3G-TD-SCDMA、联通3G-WCDMA、移动/联通2G-GSM、电信3G-CDMA2000、电信2G-CDMA 1x、EVDO等以及3G的演进HSPA技术。

多频指的是各网络环境下的工作频率。频率的意思，就是每种网络制式，每一个国家都划分了几个不同的频段。让不同运营商的手机执行在不同的频段上，互相不干扰。通俗点讲，就像收音机一样。调不同的频率就是不同的台。手机网络也执行不同的频段上。

列举部分国内的运营频段：

2G网络

GSM：850/900/1800/1900

3G网络 (WCDMA/TD)

WCDMA：2100MHz/1900MHz/850MHz（中国联通3G）

TD-SCDMA:1880-1920MHz/2010-2025MHz（中国移动3G）

4G网络

TDD-LTE：1900MHz/2300MHz/2600MHz（中国移动4G）

FDD-LTE：1800MHz/2600MHz（未来中国联通和中国电信的4G）

市面上X模X频手机实际有较多的组合，比如双模、我国提得比較多的可能是三模八频、五模十频、五模十三频这三个。中国移动是最早提出五模十三频的，简单来说便是支持五个通信模式和十三个对应频段的移动设备。

五模终端可同一时候支持TD-LTE、LTE FDD、TD-SCDMA、WCDMA、GSM五种通信模式，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个频段，部分终端还可支持TD-LTE Band41，LTE FDD Band1/17。GSM Band5等频段，实现终端全球漫游。

支持五模十三频的手机，就是说能够支持中国移动和中国联通的2G、3G、4G，也就是双4G。这种手机仅仅要插移动卡。就是支持移动的2G、3G、4G网络。假设插联通卡。就支持联通的2G、3G、4G网络。未来中国电信的4G手机上市后，还将会有支持CDMA 1X/CDMA2000的多模4G手机，三网通吃的手机也会越来越多。