marvell pxa920_TD智能手机芯片深解

 

　　电子发烧友网讯:Marvell PXA920芯片组是2009年由Marvell公司研发推出的，属于PXA900系列，是一款面向TD-SCDMA智能手机的廉价芯片组。

　　Marvell PXA920是xscale架构，使用65nm制造工艺，默认主频806Mhz，波动频率为156Mhz到806Mhz，智能降频级数为806MHz—624MHz—520MHz—416MHZ—312MHz—156MHz。cpu性能1130 DMIPS，处理器内置128kb的二级缓存。支持ARMv5 + 英特尔MMX2 + 马维尔独创的Marvell88sv331指令集。

　　xscale架构是ARMV5 CPU技术的扩展优化，不是什么Arm v5架构更不是普通的ARM9架构，同频下cpu性能远高于ARM9，接近甚至高于ARM11架构。

　　pxa920的1130mips的cpu性能，高于高通msm7227t 800mhz的960mips，msm7227 600mhz的720mips，联发科mt6573 650mhz的700mips，也高于博通bcm2727 680mhz的820mips等处理器soc的cpu性能。　最高支持LP DDR1的400mhz内存，传输速率最高400Mbps，最高内存带宽1600mb/s。

　　XSCALE架构：

　　xscale架构是intel于2002年2月正式发布的arm架构，根据arm v5te指令集独立开发，兼容ARMv5TE ISA指令集(不支持浮点指令集)，支持16位Thumb指令和DSP扩充，第一个突破5级流水线的arm架构，达到7级流水线，除了无法直接支持Java解码和V6 SIMD指令集外，各项性能参数与ARM11核心非常接近。

　　xsale架构支持Intel的无线MMX指令集，该指令集是64位simd指令集，可有效增强视频、3D图形、音频以及其他SIMD元素的处理效率，显著改善了多媒体处理性能。同时mmx指令集也使xscale架构成为第一个支持64bit指令集的arm架构，执行一条64bit指令相当执行两条32bit指令，其他主流arm架构要在arm v8指令集之后才支持64bit指令集。该无线MMX与PC上的SSE、SSE2并不兼容，但功能上相当类似，程序员不必重新编写算法或程序指令，只需简单调整计算精度和数据表示即可让软件兼容dxt标准，实现对无线MMX的优化。

　　xscale架构对x86的一定兼容性使其被广泛应用于Pocket PC和Palm平台的PDA产品中，成为该领域的事实主宰者，在前期的wm和wince产品中大展神威。2006年，intel清理通信芯片业务，以6亿美元的价格转让xscale架构给了Marvell。

　　Marvell PXA920含有应用处理器和通讯处理器(无线调制解调器)，具有 Marvell 集成电源管理和音频协处理芯片、RF 收发器和 Marvell 802.11nWLAN/BT/FM TX/RX。

　　Marvell PXA920处理器芯片是基于Marvell的PXA9系列三核架构(代号Tavor)演变而来的。该处理器目前已经支持中国移动OMS系统(即OPhone平台)，以及Android等业界目前所有主流的智能手机开放式操作系统。Marvell PXA920采用了一款高性能的兼容ARM指令集的Sheeva专用处理器，并且内部集成了基于Release7版本TD-SCDMA/TD-HSDPA/TD-HSUPA基带处理器，并支持EDGE。

　　· 内置 SRAM

　　· 内置引导 ROM - 安全引导 ROM，支持从 NAND 引导

　　· 通过安全引导、根私钥保护、安全 JTAG 重启用来保证移动安全性;支持多个生命周期状态，在芯片制造、设备制造、设备部署和故障分析阶段保护处理器秘密

　　集成 3.5G 调制解调器和协议栈，3G/WLAN/BT 共存，能够支持 IMS、VoIP 和运营商的其他高级服

　　多媒体：

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

　　· 最高每秒 1000 万个三角形(持续速率)和每秒 2000 万个三角形(50% 剔除速率)的 3D 图形能力;集成 2D 加速器;支持行业标准 API。

　　· Marvell 独特的音频加速器子系统，可通过音频流技术实现低功耗音频播放

　　· 图像传感器支持，适合采用 MIPI CSI-2 和并行接口的主要和次要智能图像传感器;支持一个 MIPI-CSI2 串 行接口

　　· LCD 控制器通过同步信号支持 8/16/18 位并行智能面板接口或 16/18/24 位并行有源矩阵接口上的并行 LCD 显示器;主/从显示器支持最多 4 个显示器的同时堆叠，可以无变化以及旋转缩放

　　PXA920智能手机解决方案的特点

　　一、性能高

　　CPU 处理器采用Sheeva CPU核心技术，支持800-1000MHz 的处理速度。内置 SRAM和BootROM。 处理器通过安全引导、密钥保护、安全JTAG 重启，来保证移动安全性。

　　通信处理器 由ARM9和DSP双核组成，具有数据包处理加速器和 L1/L2 缓存。

　　改良的ARM 架构带来了更大的扩展空间，留有余地增添新功能和提升性能。 Marvell 拥有自主知识产权的改良优化的ARM 架构，而且与ARM指令完全兼容，给嵌入式系统的开发者带来了极大的便利性。

　　三核硬件体系架构具有专用调制解调器和应用处理器核心。其中采用Marvell Sheeva CPU 技术的应用处理器后向兼容XScale CPU 核。基于这样的架构，平台实现了通用应用处理器软件栈在多种空中接口和手机网络之间的重复利用，并能防止应用处理器 (AP) 和调制解调器分离子系统之间出现有害的干扰。高性能内部存储器架构，可实现外部存储器共享，不会因为闪存和 DDR 各自独立，而带来额外的成本和空间上的开销。在AP 和调制解调器之间使用共享的外部 DDR，具有高性能、高效率处理器内部通信接口，并降低BOM成本。 图1描述PXA 920 通信平台方块图。

　　

 

　　图1. PXA 920 通信平台方块图

　　终端高速传输数据性能高达HSDPA 2.8 Mbps和HSUPA 2.2 Mbps。手机解决方案集成了 3.5G 调制解调器和协议栈，符合全球领先运营商的标准。3G/WLAN/蓝牙共存，并支持 IMS、VoIP 和运营商的其他高级服务。通过广泛的 IOT 测试、GCF 测试和在中国开展的外场试验测试以及在通信网络中的传输等进行验证。

　　终端高速传输数操作系统(OS)软件平台支持所有领先的开放式操作系统(OS)软件平台，包括 Linux、Android 、OMS以及 Windows Mobile。图2 是TD智能手机体系结构示意图。

　　

 

　　图2 . TD智能手机体系结构示意图

　　多媒体应用包括视频、3D、音频、图像和显示功能。支持以 30 fps速率 播放 H.264、WMV、MPEG-4、H.263 格式的 720p 视频;以 30 fps 捕捉 H.264、WMV、MPEG-4、H.263 格式的 D1 分辨率视频;具有最高每秒 1200 万个三角形处理能力(持续速率)和每秒 2400 万个三角形(50% 剔除速率)的 3D 图形能力，集成2D 加速器，支持行业标准 API;独特的音频加速器子系统，可通过音频流技术，实现低功耗音频播放;支持图像传感器，适合采用 MIPI CSI-2 和并行接口的主要和次要智能图像传感器，支持一个MIPI-CSI2 串行接口。LCD 显示控制器通过同步信号支持 8/16/18 位并行智能面板接口或 16/18/24 位并行有源矩阵接口上的并行LCD 显示器，主/从显示器支持最多 4 个显示器同时堆叠，可以无变化以及旋转缩放。

　　单芯片结构，包含CP和AP。整体解决方案的套片结构包括射频器件、智能电源管理芯片、无线801.11n/WiFi/蓝牙/调频FM等少数几个芯片。精简的结构使OEM手机厂商能加快设计进程，缩短开发周期，提高投放市场的速度。

　　二、功耗小

　　采用先进的半导体工艺利于降低功耗。55纳米工艺带来节省约10-20% 的功耗。由此装备的TD智能手机容易比目前市场上大部分处于65纳米芯片的手机做得更紧凑一些。采用内置应用处理器和调制解调器的终端专用系统芯片SoC，消除了额外开销，为降低功耗奠定了基础。印制板上电路数量少，典型参考设计可以小到51X51毫米，机身更薄一点。加上电源管理效率高，所以手机功耗低。

　　提高电源管理效率是关键。 电源管理技术一贯是受重视的焦点，电源管理PM芯片包含有多项专利在内。首先是减少元器件数量，配置的套片少，并注重减小电流量。使用PXA 920的手机，普遍充电间隔时间长，待机时间也会更长，用户体验自然更加满意。

　　芯片体积小。正因为线宽小密度高，PXA 920芯片封装尺寸仅为12X12毫米。 如此之小的面积，不仅有功耗低的好处，也给终端带来设计上的空间。用户都喜爱薄而时尚的外观。

　　功耗优化。目前从2G、3G话音和高速数据下载上传的测试来看，功耗都相当低。在一系列外场测试以后，在已提交工程样品再到批量生产的过程中，功耗优化达到了精益求精的程度。

　　三、成本低

　　价格合理。瞄准大众市场，让广大用户买得起，即花中低档的价钱，用上中高端的智能手机，是运营商和芯片设计者的共同心愿。当智能终端的成本大幅降低之日，便是互联网数据应用走向大众之时。要想生产出普通百姓用得起的TD智能手机，必须依赖技术创新。

　　半导体工艺采用55纳米技术。线宽的缩小，涉及从设计、布线到工艺生产线上一系列的决策。 国内新投资的12英寸晶圆片生产线，从90纳米一步到位，跨过65纳米，走向55纳米和40纳米，不乏考虑性价比因素。今后的LTE产品将锁定32纳米，28纳米。半导体技术的核心是保持成品率高水准，这需要丰富的经验和胆略。单位晶圆片的芯片产量相应提高，成本也随之降低。

　　BOM比较低。 在单芯片高度集成后套片结构非常紧凑，整体器件数量减少。PXA 920处理器本身将通信处理器和应用处理器集成到同一系统芯片SoC上, 余下的芯片就不多了。套片主要有射频器件、电源管理芯片、无线器件包括802.11n、WiFi、蓝牙、调频FM功能。

　　这样的结构带来的是成本的降低。