移动终端,不论以何种制式接入网络,本质都是携带移动功能的微电脑。移动场景具有特殊性,基带除了完成复杂的空口数传和控制,还在尺寸、功耗、成本等方面受到诸多严苛限制,与外界物理环境的即时交互使得基带芯片的复杂度远超其余部分,成为移动终端的核心。
广义上,网络设备也有基带处理部分,但往往为整机厂商自用而不独立对外销售,本部分存而不论。
图表1.智能手机包含的主要功能模块

从功能上看,智能手机里通常包括:处理无线电信号发送和接收的射频部分;包括数据和控制信令处理的基带部分;负责电池节电的电源管理部分;外设包括LCD、触屏,摄像头,声卡等;以及配套软件,涵盖系统,驱动,中间件,应用等。
图表2.SoC架构示意图

而从实现方式看,提供功能的不同模块都是整合在SoC上一起提供系统化解决方案的,这些模块就称为IP(IntellectualProperty)核,通常由不同IP供应商销售现成IP核,供整机厂商集成,使得SoC设计相对简单,对于CPU、GPU、MCU和DSP等不同IP进行选型,组合和联调即可完成。
以华为P9为例,其包含了基带处理和应用处理的SoC主要集成了几个部分:CPU为海思的麒麟955,8Cores,4*CortexA722.5Ghz+4*CortexA531.8Ghz;GPU为MaliT880;RAM为Micron4GBLPDDR4;ROM为SamsungKLMCG4JENBB04164GBeMMC5.1,构成整部手机的核心。外设部分,HiFi采用海思Hi6402;电源管理IC采用TiBQ25892;射频部分,放大器:Skyworks77621;海思Hi6362负责RF收发;射频放大器采自Skyworks77360-2。另为应对不同通信制式,WiFi&Bluetooth/FM基于BroadcomBCM4355XKUB;威盛电通CBP8.2D用以处理CDMA基带;CDMA射频源自FCIFC7712A。
其中基带Modem集成在手机主芯片SoC内部,完成移动通信功能。是高通、联发科、展讯等手机芯片厂商最核心的竞争力。相比较其他IP核,基带芯片研制几方面特殊性:一个是完成无线空口的数传和控制需要对相应业务和嵌入式实时系统实践有深厚了解;二是需要与网络设备商、运营商和其他终端厂商在大规模场景下进行实测;三是由于基带芯片领域下游客户集中、供应商能力强大,需要客户、价格、研发和销售策略整体配套才能在激烈的竞争中生存。
图表3.基带芯片和射频芯片是手机中最核心部分

手机中基带部分包括ApplicationProcessor,即应用芯片;BasebandProcessor,即基带芯片。操作系统、用户界面和应用软件,如Android、Windowsphone7等都放在AP的CPU上执行。而手机的通讯及其控制,则运行在BP的CPU上。目前除了苹果的方案是AP和BP分离,其他厂商多是用AP+BP集成高通的方案。因此多核CPU中核的数目会出现两部分,分别指向AP和BP的核数。如果说AP类似于电脑中的中央处理器,BP则类似电脑的modem,与外界进行通信。在固网和wifi等常规连接中,要求进行的处理相对简单,modem处于从属地位。
但在移动场景中,需要利用电磁波介质传递数据,信道复杂瞬变、无线资源稀缺,在完成数据编解码和与基站间通信的同时,还要配合网络进行移动条件下的各种检测判决等一系列协议算法,复杂度骤然提升。部分BP中集成了电源管理模块配合算法对手机通信状态进行激活和休眠。
射频控制过程中的交织、调制、编码、映射等都是高度要求实时的,随着协议定义的帧间隔越来越窄,这些过程通常放在主频更高的CPU上执行,并且配套运行实时操作系统。由于协议处理流程相对固定,通常软件版本会固化在CPU中。AP侧运行的操作系统和应用软件对主频要求偏低,变更频繁,隔离AP和BP不但使射频通信过程不受干扰,操作系统和应用开发更自由,且避免了底层协议的不可知漏洞影响网络设备。