扫盲贴-智能手机基本架构

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[size=150%]1. 基带(BaseBand)

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基带是传统手机中最重要的功能，它直接与无线网络交互，负责信号的发送和接收。所有编码/解码和网络协议处理都是它负责的，这一部分也是最复杂，涉及专利最多的部分。所幸的是，大部分处理都集成在芯片里了，对于一般手机设计来说，至少在软件方面是不用太关心的。
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我们知道，交变电流在流经导体时会产生无线电波，无线电波可以经过空间传播出去，这就是无线发送的原理。而无线电波又可以让导体产生电流，电流信号可恢复为与发送时的一致信号，这就是无线接收的原理。
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" S  d& h( z! h; V& l0 p在无线电设备中，这里的导体就是天线，天线的长度是有要求的，它一般不能小于波长的一半，像耳朵能听声音频率范围是20Hz～20KHz，最敏感的部分在2500赫兹到3000赫兹之间。因为波长x频率=光速，以3000赫兹的无线电波为例，它对应的波长是100公里，如果直接收/发这种电波，那么天线长度至少要50公里，我们当然不可能在手机上安装一个50公里长的天线，怎么办呢？
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要缩短天线的长度，只能提高电波的频率。发送时，把低频信号调制在高频信号上再发送出去，接收时，先得到高频信号，然后从中解调出低频信号。这里高频信号称为载波，一般GSM手机使用1800M或900M的载波，而CDMA使用800M或1900M的载波。当然这里的频率指的是中心频率，信号本身要占一定的带宽，而且为了避免干扰，发送和接收所用的频率也不一样，以900M的载波来看，接收频率为925M-960M，发送频率为880M-915M。

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# q, |0 g$ ~/ {* F/ |6 [高频信号是真正在空间中传播的无线信号，对高频信号的处理也就是所谓的射频(RF)信号处理，高频信号让天线变短了，这是它的好处，同时也带来了副作用，因为它的波长太短，它可能把印刷板上的导线都当作天线，在上面产生感应电流，原本两根无关的导线，现在变得关系暧昧，加上无线电波的反射互相影响，使其中充满太多不确定因素，导致射频电路设计非常复杂。按照温伯格的《系统化思维导论》里的说法，这是一个典型的中数系统，即不能采用小数系统中那样的简化，又不能采用大数系统中的概率统计。
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手机的功率比较小，它不能直接与卫星建立通信，而是与基站(BS)之间通信，基站呈蜂窝状布置，所以以前称手机为蜂窝电话。


现在的手机都是数字信号，即使音频信号也要进行数字编码之后才能传递，任何通信都有一套通信协议，手机和基站之间的通信当然也不例外，多个手机共享基站，信道的建立，手机在基站之间的切换，如此等等，还有很多复杂的情况，所以整套协议非常复杂。


多个手机共享一个基站，如何共享，这就是所谓的多址问题。常见的有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。在2G中通常使用频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）的组合，而在3G中使用码分多址（CDMA）。

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[size=150%]2. 应用处理器(AP)
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% U' w8 I( V6 A1 O1 p5 O; jAP从逻辑上讲是一个独立的东西，在物理上可以独立于基带处理器，也可以从属于基带处理器。如果使用Marvell的Monahans系列芯片，那么可以肯定AP是独立于基带处理器的。
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( }, i6 Y0 `. j' I( l# }AP的功能是运行应用程序，我们常说的MMI就是在这上面运行，一般手机设计公司的主要工作就是开发这些应用程序。一个典型软件(linux平台)的分层视图如下图所示：

  
在Marvell-linux这个系列中，我们关注的主要是linux kernel中与平台相关的部分。



# |/ H# g: A  l4 r6 C[size=150%]3. BB与AP的桥梁
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; ?, [( Q3 W7 V" P1 Q* ~既然像电话这种通信类应用程序是在AP上跑的，而通信功能又是在BB上实现的，那么就一定会存在一个连接AP和BB的通道。
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最常见的连接方式就是串口，在linux下，也就是tty设备。在AP这边，用AT命令控制BB，来实现打电话和发短信等功能，在3GPP的《ATcommand set for User Equipment(UE)》文档中定义标准的AT命令，各个模组厂家为了增加功能，在上面都做了些扩展，在使用AT时，要参考模组厂家的手册。


AT命令是文本格式的，它经过串口发送到BB。它控制BB来完成打电话和发短信等传统功能没有问题，但是要通过BB无线上网(如GPRS)，就遇到麻烦了，因为上网的数据是二进制的，如果和AT命令混在一起从串口传输，那就会乱成一团了。
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- K# F3 O2 V1 r, v" o1 P3 e7 l为了解决AT命令和二进制数据共享串口的问题，3GPP制定了一个称为多路复用的协议，它把一个物理串口虚拟成多个逻辑上的串口。应用程序使用各自独立的虚拟串口而互不干扰。


有人会问GPRS数据和AT命令是通过多路复用协议经串口在AP和BB之间传递的，那么打电话时的语音数据呢，是不是也是走条通道呢？答案是否，因为那样做效率太低了，所以对于下行语音数据，BB解码后直接送到speaker，对上行的语音数据，从MIC采样/处理后，直接通过BB发送出去。
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# O  t. V/ y8 U0 I( D作者 李先静