论山寨手机与 Android 联姻【1】MTK 亮相的历史背景

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2009-12-02 20:00

【1】MTK 亮相的历史背景

如果说 1960 年代是大型机(Mainframe)的时代,1970 年代是小型机(Microcomputer)的时代,那么 1980 年代无疑是个人电脑(PC)的时代,而 1990 年代则是互联网的时代。2000 年以后呢?或许是移动互联网的时代。

与电脑的发展历程类似,移动互联网的发展轨迹,看来也同样是以硬件的改进为先导,软件的繁荣紧随其后,带动整个行业的井喷式的爆发性增长。

Figure 2. 第一代手机,俗称大哥大。
Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2711/4149584622_1338223724_o.jpg

1980 年代,手机开始商用。第一代手机俗称大哥大,特点是无线网络通讯信道中传输的是模拟信号。传输模拟信号有两个缺点,一是耗电,二是同一频段能够同 时容纳的用户数量少。因为耗电,所以手机必须携带大块的电池,导致体积庞大,形如板砖。街头流氓打架时,常常捡起地上的板砖砸人,如果随身携带着大哥大, 情急之时也可以把大哥大当板砖用。

Figure 3. 以 DSP 为核心的第二代手机的硬件架构 [4]。
Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2751/4146507443_9601fd7d08_o.png

为什么传输模拟信号,会有耗电以及频段容量低的缺点?对比一下数字信号就清楚了。如果把语音转换成数字,就可以采取数据压缩的办法,减少传输语音时占用的 带宽。同时由于数字信号容易处理,所以在传输数字语音信号时,可以使用复杂的传输协议与控制,以便在同一频段,同时容纳更多用户相互通话。而对于 模拟信号,很难使用类似的协议与控制。

第二代手机的核心,是数字信号处理器,DSP(Digital Signal Processor)。第二代手机的硬件架构,如 Figure 3 所示,分为三部分。

1. 射频芯片组(Radio Subsystem)。它负责调制-发送,以及接收-解调无线信号。无论是发送还是接收,射频芯片组只处理模拟信号。

2. 模拟基带芯片组(Analog Baseband)。这个芯片组中,主要包括两个功能块,射频接口(RF Interface),以及音频接口(Audio Interface)。

射频接口负责把从射频芯片组接收来的模拟信号,转换成数字信号,转发给数字信号处理器(DSP),以及把 DSP 输出的数字信号,转换成模拟信号,转发给射频芯片组以便发送。

音频接口负责把从麦克风接收来的模拟信号,转换成数字信号,然后转发给 DSP 做进一步处理。同时,它也负责把 DSP 输出的数字信号,转换成模拟信号,然后转发给喇叭以便播放。

3. 数字基带芯片组(Digital Baseband)。这个芯片组主要由两部分构成,数字信号处理器(DSP),以及微控制器(Microcontroller)。

DSP 的主要任务是进行语音处理,例如去除噪音和语音矫正等等。此外 DSP 还负责,对语音数据流的压缩解压,不同格式之间的编码解码和转换,还有加密解密等等。如果单块 DSP 芯片的功能不够,还可以借助于其它专用芯片(ASIC)。

微处理器负责两个任务,1. 处理无线通信协议,2. 运行手机操作系统。

当一位用户拨号呼叫另一位用户时,首先要建立一个通话 通道,连接主叫方与被叫方。双方对话的语音数字信号,在这个通话通道里传输。七号信令系统负责建立这个通话通道 [5]。为了保证信息安全,以及提高系统效 率,采取了分离控制流与数据流的做法,也就是说,七号信令系统是一套独立的系统,游离于承载语音数字信号的通话通道之外。

七号信令由一系列协议组成,与有线网络协议的 ISO 七层模型大致对应,参见 Figure 4。微处理器负责处理七号信令的第一层到第三层协议,MTP1,MTP2,MTP3。

Figure 4. Comparison SS7 Protocol Suite and ISO Protocol Model [6]
Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2742/4152165133_959a2cb7a3_o.jpg

手机操作系统,例如 Nucleus RTOS,负责处理如何开机/关机/锁机,屏幕显示,音量控制,响铃与震动等等外围动作。此外,还负责手机各个功能模块的运行调度(Scheduling),以及不同进程间的数据交换(IPC)。虽然 DSP 在手机中的地位非常重要,但是 DSP 仍然接受手机操作系统的控制。

微控制器处理的数据,存放在 Flash 存储器中。

第二代手机的核心任务是实时通讯,表现为通话与短信两种功能。围绕实时通讯这个核心,操作系统具体协调各部分的工作。与用户的交互手段,依赖于十几个按键,以及一小块单色液晶显示屏。1998 年开始销售的 Nokia 5165,是第二代手机的一个经典,参见 Figure 5。

Figure 5. 第二代手机,Nokia 5165,1998 年
Courtesy http://i1.phonearena.com/showimage.php?m=Phones.Images&f=image&id=7252&v=default

Reference,

[4] Trends in Hardware Architecture for Mobile Devices. (http://www.inf.fu-berlin.de/inst/pubs/tr-b-04-17.abstract.html)
[5] Signaling System 7, SS7. (http://en.wikipedia.org/wiki/Signaling_System_7)
[6] Comparison SS7 Protocol Suite and ISO Protocol Model. (http://www.kenneyjacob.com/2007/06/05/ss7-backbone-of-mobile-networks/)

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