加速實現手機高速USB傳輸功能 橋接器方案重要性日顯

2007-06-21
由於消費者期盼手機具備多元化功能,讓手機從單純的通訊裝置搖身一變成為多媒體中心,因此手機須同時支援不同型式的媒體資源顯然而見;當手機維持其原有的通訊功能外,也必須能夠擔任高階音樂播放器、數位相機,甚至是連接電腦上網的數據機。為了滿足這些應用所衍生的需求,手機必須具備最有效率的資料傳輸功能。  

現有的手機架構中有個較特殊的瓶頸,就是如何有效率地從個人電腦與手機之間互相傳輸大量的音樂、圖片與視訊檔案等。目前,針對大型檔案傳輸,手機仍然使用全速USB(FS-USB)傳輸的方法,透過基頻處理器(Baseband Processor)的主處理器進行這類資料密集型的傳輸作業。在這種情況下,由於這些大量資料的傳輸會占用到基頻處理器的資源,再加上採用較慢的全速 USB而非高速USB(HS-USB)時,現有手機的設計就會出現一種窘境--基頻處理器無法處理通訊工作,而且從電腦下載資料到手機的傳輸速度也很慢。  

高速USB介面決定接腳數  

從多個不同消費者報告中的使用實例顯示,在這樣的架構下,要下載一百個MP3檔案約需一小時,對於期待高階可攜式媒體播放器等級下載速度的消費者而言,這樣的效能實在難以接受。為了解決該問題,最直接的改善方法就是使用高速USB控制器。全速USB技術可提供的原始傳輸速度是12Mbit/s,而高速 USB則可達480Mbit/s,傳輸速度足足提升四十倍。  

在任何系統中,一個全速或高速USB元件都包含多個標準元件,包括儲存USB資料的緩衝器,一般稱為端點緩衝器(Endpoint Buffer)、序列介面引擎(Serial Interface Engine, SIE)、USB收發器(PHY)、配置/狀態/控制暫存器以及儲存多種USB軟體的程式記憶體等。  

端點緩衝器儲存所有的USB資料,而且會用先進先出(First-in First-out, FIFO)的架構。序列介面引擎的功能則是傳送和接收來自端點緩衝器的資料。  

序列介面引擎會偵測並建立標準USB封包訊號,同時會為負責與收發器通訊的並列匯流排上的USB資料進行編碼和解碼。而收發器則是一個類比轉換器,它是置於序列介面引擎的並列匯流排和USB連接器的序列式D+/D-資料列之間的硬體介面。  

由於某些技術上的限制,手機中屬於類比式的USB收發器絕不會整合到數位基頻處理器中(圖1)。大部分的基頻處理器皆整合數位全速USB元件,然而只有少數基頻處理器支援高速USB。對於支援高速USB的基頻處理器而言,有兩種高速USB收發器的型式可選用,但視基頻處理器採用的高速USB介面而定。第一種介面是UTMI(Universal Serial Bus Transceiver Macrocell Interface),所需的接腳數量最少要二十二個、最多可高達四十六個。第二種介面則是ULPI(UTMI Low Pin Interface),它可將數位基頻與類比式收發器之間的接腳數縮減到六~八個,並且可藉由減少收發器的接腳數目來縮小其尺寸(圖2)。  

對於那些不支援高速USB的基頻處理器,則可透過完整的USB控制器解決方案將這項功能加入手機中,這個解決方案主要是將類比與數位USB模組整合在單一晶片內(圖3)。  

在圖2及圖3的解決方案中,藉由在手機上新增高速USB的支援功能,即可解決手機從電腦下載檔案速度緩慢的問題,以下載一百首歌曲為例,這兩種架構都可將傳輸時間由原先的一小時縮短到五分鐘以內。  

橋接器減輕基頻負擔  

從電腦傳輸高度資料密集的檔案到手機儲存元件時,這些架構仍須占用基頻處理器及其頻寬,由於基頻處理器要負責通訊、作業系統和其他作業項目等,所以資料從電腦傳輸到手機時的速度也因此變慢,這個問題可利用周邊控制器等高速USB/大容量儲存(Mass Storage)橋接器裝置得以解決(圖4)。  

從圖4所展示的架構中,可清楚看到基頻處理器已不再須要處理資料密集型的傳輸工作,不但節省手機中的寶貴資源,同時也縮短手機從電腦下載資料所需的時間。圖2與圖3展示的架構中,資料從電腦到手機中大容量儲存元件的兩階段處理步驟,在這個解決方案中也被精簡為單一步驟,從電腦下載一百個MP3檔案到手機的時間也由五分鐘縮短為三十秒。由於手機消費者已開始產生儲存大量資料的需求,因此當然會有傳輸高達五百個MP3檔案的需求出現,而能進一步縮短傳輸時間的設計就更具必要性。  

圖4中的架構就是運用橋接器解決方案達到同步處理的模式,這對於多媒體多工作業而言更是不可或缺。隨著行動通訊從CDMA、GSM、GPRS與EDGE等 2G/2.5G技術演進到CDMA2000 EV-DO、WCDMA、HSDPA和HSUPA等3G/3.5G技術時,所支援的資料傳輸速度也高達14Mbit/s,手機可以隨時連接到電腦上作為網路連線之用。另外,手機相機的解析度也發展到三百一十萬畫素或更高,因此從手機傳送至電腦的圖片資料量也跟著大幅增加。而隨著電子郵件和傳送檔案的容量日益增加,更快的電腦同步作業也是必需的。運用具備十六個USB端點的橋接器解決方案,這些處理模式即能同步進行,在橋接器解決方案中端點緩衝器的數量足以控制應用在手機中的多工作業。  

縮短設計週期 支援多儲存裝置  

手機基頻處理器的設計與使用週期都比其他元件晶片長,橋接式解決方案提供另一項價值是較短的設計週期,因而可在手機中加入原本基頻處理器沒有的大容量儲存支援功能。舉例來說,某家廠商開發的周邊控制器包括支援多種最新的手機儲存裝置,例如Secure Digital(SD)、MultiMedia Card(MMC)、硬碟機(HDD)及NAND Flash等,不但增加最新儲存裝置的連結功能,同時也能提升效能。  

如同所有手機解決方案一樣,封裝(Package)、價格(Price)、效能(Performance)及功耗(Power)等「4P」標準仍是最重要的考量。然而,在手機變成媒體處理中樞的情況下,橋接式解決方案將顯得更為重要,除能提升手機整體價值外,還可提供多工處理能力。  

(本文作者任職於賽普拉斯半導體)  

(詳細圖表請見新通訊元件雜誌76期6月號)  

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