随着向第三代移动业务耀眼的新世界迈出第一步，我们就正在以革命性的新方式参与业务处理，其流动性不再限制我们的生产力。我们不再束缚在一个电源出口或者限制在办公室几平方米的空间内。我们自认为手中已经掌握了家庭或办公室硬连接方面的所有能力和技巧。然而，我们也知道移动系统有其特定的弱点—那就是移动系统的电源问题。不管我们的移动系统变得多么强大，它们所能执行工作的数量都会受制于所使用电池的寿命。这就是低功率消耗与移动通信设备的速度和效率同样重要的原因，它提供给我们所需的持久性性能。
　　因为我们正在步入一个3G部署的新领域，正在将宽带接入到我们每个人的身边，无线通信接入和处理能力正在与日俱增，而对电池的消耗也正伴随着这些过程逐渐增加。
　　长寿命电池格外重要，因为工作日不是短跑，它是通信领域的马拉松赛。高性能智能电话和无线PDA不应配备微量电池。下一代手持无线通信设备必须在性能与持久性(长寿命电池)之间取得高度平衡，这正是摩托罗拉基于ARM技术的i.MX系列应用处理器特有的优势。
　　i.MX系列嵌入式应用处理器比起早期的DragonBall处理器产品在性能和集成上有着质的飞跃。
　　i.MX系列有助于缩短执行所需任务的时间，而与此同时，还有助于延长您的时间以完成更多的工作。为了取得这种高难度的平衡，i.MX系列产品正在以下两个最重要的方面进行开发：
　　·性能——能够支持移动环境中广泛的条件苛刻的应用。
　　·持久性——延长电池寿命意味着你正从新技术中最大限度地获得更高的生产率，更好的娱乐以及更高的满意度。
　　基于ARM技术的i.MX系列应用处理器是专门为智能电话技术、无线PDA以及其它无线通信应用而设计的。应用于微型手持设备——宽带网接入、视频捕获及现场视频流等--强大的无线新业务的快速出现，迫切要求我们向用户提供能及时处理这些新业务的硬件和软件。扩展能量管理的极限也是我们的责任，因为，正如本文稍后所述，电池技术永远赶不上我们的发展，不能让我们摆脱这种尴尬的困境。
　　基于行业标准ARM处理器内核，i.MX系列的功能集成有何与众不同呢？i.MX系列的第一个成员MX1是价格、性能和低功率消耗的完美结合。其电源和持久性的设计有望达到最新手持设备比以往更加复杂的系统要求，能在长时间内提供快速的数据接入。
未来的i.MX系列将在硬件上加入先进的浮点技术。浮点技术不仅旨在加强诸如MPEG4和3-D制图等高级功能，还致力于提高所有图象显示包括文本字体的外观显现。
　　我们已经知道，由于处理器性能的上升，电池寿命的下降，因而我们必须使用更有效的软件和更高级的半导体处理技术以便提供DragonBall应用处理器产品更长的持久性，并弥补性能和电池寿命之间的差距。像选择性硬件加速、动态频率控制、直接内存存取通道和时钟门控等设计技术都全面提升了i.MX系列的总效率，以更低能耗完成更多的工作。
　　摩托罗拉体系结构许可使我们增强了ARM内核体系结构。但是，我们没有选择增加任何所有权调整，以确保客户维持软件在ARM体系结构之间的兼容性，能够使用标准的开发工具。相反，我们与ARM进行非常密切的合作来帮助他们开发出更有效的处理器内核以便应用于我们的i.MX应用处理器。这意味着购买i.MX的客户知道自己拥有与行业标准的ARM 指令集和体系结构100％兼容的处理器内核，而不必担心代码的兼容性。
　　摩托罗拉已经为无线手持和智能电话产品构建了三个开发平台——应用于2.5G和3G蜂窝的Innovative Convergence平台以及应用于诸如PDA手持计算设备的CPU平台。摩托罗拉平台比任何其它系统都高度集成、经济有效并节约能量，它还不断改进以便新技术和新业务在市场出现就能提供支持。

1、处理器

　　建立一个新的处理器体系结构并把它推向市场非常昂贵，它不仅包括与设计和开发相关的时间和费用，同时还包括在工具、间接材料、推广程序以及对鼓励新用户具有吸引力的许可体系上的巨大投资。ARM公司已经做了所有这些工作，并且非常出色。ARM处理器已经获得业内广泛的认可，并有一些既定优势，它提供可向上移植的软件兼容性、广泛的处理器内核系列、未来高性能产品的发展计划以及ARM处理器产品的多个供应商网络。
　　为i.MX产品选择ARM处理器内核带有合理的经济性，它使我们可以利用我们的处理器内核资源来开发重要的外部设备，使i.MX系列从其竞争产品中脱颖而出，成为业内无线手持通信设备最有效率的处理器。
　　摩托罗拉已经和ARM公司结成长期而成功的战略联盟，我们目前已经成为基于ARM体系结构设备的一流供应商。作为体系结构许可的受用方，我们还与ARM公司在重要IP（知识产权）领域的界定方面进行合作。由于我们在高端PowerPC系统方面的经验，我们有足够的知识和技能来协助ARM公司开发支持高性能系统所需的其他领域。例如，我们已帮助ARM公司开发出ARM11内核的L2高速缓冲存储控制器。
　　利用ARM内核技术，i.MX下一代提供比以前DragonBall处理器产品高得多的性能和集成DragonBall处理器。i.MX系列第一位成员i.MX1包括以下性能：
·ARM920T内核，将ARM9TDMI处理器内核与16K字节指令相结合。
·彩色LCD控制器。
·128K字节嵌入式SRAM内存以降低外部内存存储来提高系统性能。
·支持外部CMOS传感器视频数据输入无缝对接的视频端口。
·用于触摸屏控制的带A/D转换器的模拟信号处理器模块。
·Bluetooth加速器加上软件栈、外部RF IC以及极少的分散部件一起实施蓝牙节点。
　　此外，i.MX还不只是上表列出的特性和功能。用于设计和构建强大的应用处理器的程序目前仍无法确定是否有足够的能力来支持正在推向市场的新式“永远在线”的便携式设备，以及是否足够经济支持“永远在线”。
　　摩托罗拉在无线通信领域具有70多年建造无线产品以及50年置身于半导体行业的丰富经验。我们是唯一有资格开始高性能处理器内核，并围绕该内核创建高水平的集成和系统优化的公司。这样提供了经济高效地处理低能耗的最新无线业务所必需的功能。我们早就知道，在设计和构建便携式通信设备时低能耗同高性能同样重要。因为高性能（至少是某些高性能）通常都要求高能量及低能耗，解决办法是在特定设计中找到两者之间完美的平衡点。有许多取得经济性能的设计和制造策略，摩托罗拉擅长在系统级、芯片级甚至晶体管级的设计中实施这些策略，以获得具有持久性的性能。
　　Dual VT——半导体设计中的每个晶体管都有其相应的阈值电压（VT），这决定了切换的门在多大电压下开动或关闭。一般来说，VT值更低的晶体管可以提供更高的性能，因为它的电压变化幅度不会很大，不太可能触发该门。但是，由于生产低VT晶体管所需的制造技术往往使其成为更高的能耗设备，因此待机耗电比您希望在便携式电池驱动产品中所包含的要高。过去我们有两种选择，其一是如果我们想要调整高速设备就只有更低的待机耗电，其二是使用更高的VT晶体管来设计，这些晶体管运行虽然不快但却具有更低的备用耗用电流。目前我们已经有能力在同一块芯片上包括高低VT 晶体管，只使用这些关键路径电路所需的低VT晶体管就可以获得我们想要的速度。而在大多数设备里使用更高的VT晶体管以便有利于获得较低的备用电流。
　　合理偏压——从本质上来说，待机耗电是通过晶体管内薄氧化层的门连接“渗漏”出去的。电流量是连接处电压的函数，连接处两端电压差别越大，漏电量也越大――更多的电量被消耗掉(即使在备用模式下)。通过偏置底层电压以便与晶体管另一侧电压更匹配，降低了连接处的电压，因而减少漏电量。这就是合理偏压，它有助于降低晶体管级的耗用电流，尽管Dual VT是一项芯片级技术。可以在同一个设备中使用这两种方法来降低待机耗电。
　　动态电压频率缩放(DVFS)——这仅仅是调整飞行中的时钟速度和电源以便在不需要全速运行时降低耗用电流。例如，如果应用仅需要50MHz的频率，那就无需运行200MHz的时钟。调低时钟频率意味着可以降低运行电压，相应的也降低了对电池能量的要求。
　　动态存储存取（DMA）——以最低的处理器干预方便了数据移动。DMA旨在使外围设备和内存之间的通道绕过处理器。由于其较短的、直接的数据路径，因而提高了效率和性能，并致力于从分配电量和性能到特殊任务中保护处理器。这意味着CPU既可用于执行其它功能，提高系统的性能，还可因其较少的工作任务而放缓速度以便节约能量。
　　时钟门控——这是降低能量消耗并同时保持相同性能和功能的有效策略。基本上，电路在被锁定时也消耗能量，不过在其被门控或者关闭时渗漏较小的电量（以微安计）。通过关闭i.MX未使用部分的时钟，我们已经在运行期间节约了大量的能量。i.MX使时钟根据个人命令处于开或关状态，不仅可应用于ARM内核，还包括其外围设备。
　　分割——嵌入式系统中的许多任务既可能在专用硬件也可能在可编程内核的软件上执行。一般来说，软件更灵活也更经济，而硬件则运行速度更快且耗费更少电流。关键是要在硬件和软件之间分割任务以便充分利用其属性优势来获得最快且最有效的解决方案。实现更好的速度和效率模型可以通过将集中的设备循环任务委托给硬件加速器而不是软件。但是，这必须在保持软件的灵活性的条件下完成，其中灵活性最重要。
　　例如，当灵活性不是主要问题时，可以将重要应用所需的计算机的稳定、集中功能加入硬件以便获得卓越性能。对于不易确定和频繁改变的功能（例如没有统一标准的数字版权管理），软件灵活性的价值就要强于专用硬件优势。这种智能硬件/软件分割策略在高性能、低能耗方面取得重大进步。

2、不是为了高频

　　高频处理器能在非常广泛、快速的总线上提供全速运行，将数据平滑地推进导管。但是，在便携式无线系统中，总线往往非常低而窄，一次只能传输一定量的数据。当您增加CPU时钟频率时，您必须输入数据和指令。当这些数据涌向总线并达到其承载极限时，比方说，读取和写入外部主存储器，超频的处理器将由于超频而烧尽额外的能源，并最终耗尽电池。这可通过在系统内使用L2（第2层）高速缓冲存储器来适当缓解，它在与处理器非常接近的SRAM内存储了最关键、最常用的信息。未来的i.MX系列有望采用L2高速缓冲存储器，减少CPU达到外部存储极限的次数，但是光靠它我们还无法解决整个系统总线的局限性。
　　我们利用管理系统总线的丰富经验来获得最优的处理器——在性能和能量消耗之间找到最佳平衡。我们基于ARM926内核的CPU平台（用于第二代i.MX解决方案）利用多主纵横交换机设计，旨在使多个主件（包括CPU）能与多个附属设备（外围设备）同时对话。这类交换机设计已经在大型高速数据网络中使用了一段时间，不过目前我们已经成功地将该技术转移到便携式无线环境。纵横交换机通过让所有引擎输入数据和指令来最大化系统性能，因而几乎没有“停滞时间”并减少了对其它要完成数据传输的“等待”。
　　改进的性能不是为了通过加快时钟来获得更高CPU频率，而是利用现有速度，从整个系统获得更高的效率，不必浪费处理过程中的任何时间或精力。当我们从GSM（全球移动通信系统）转移到非常高级和功能丰富的技术中时，例如分组无线系统（GPRS）、GSM改进的增强数据(EDGE)和通用移动通信系统(UMTS)，这将变得更加重要。智能电话和PDA有望采用综合业务，也可能包括蓝牙技术和802.11 WLAN功能，所有这些都要求增加功能更强大、更有效的处理器。
　　对智能电话而言，在考虑移动通信设备的设计时，低功耗与速度和功能同样重要。设计人员们知道现实世界的性能不能通过时钟频率来精确度量。过分提高处理器时钟对一个慢速存储器是没有用的。i.MX系列旨在以较低的时钟速度来做相同的工作，并将低速时钟落实到重要的能量节约上。这项成功结合不管是现在还是将来都是i.MX的典范。
　　在近来的基准研究中，i.MX在以下几个方面都优于Intel Xscale技术的PXA250处理器和TI的OMAP 1510处理器：
·性能的提高——在yCPU基准方面最高可比Xscale快70％，在基于PalmOS 5.0操作系统的Speedy 2.3基准方面快28％。
·能耗降低——与基于手持PDA的Xscale技术相比，在运行模式下节约23%的能量，而在备用模式下节约60％的能量。
　　这种能量性能意味着MXL DragonBall处理器PDA旨在使用1000mAH电池来支持超过六小时的电影播放，并能提供50至70天的备用时间。对客户来说，这是在MXL处理器PDA上观看大片的两倍或者可以进行一次往返的“环球”商业旅行——而不用反复对PDA设备充电。

3、弥合差距

　　现实世界中的电池寿命或者持久性对无线用户来说完全与性能一样重要。请询问所有因电量耗尽而导致移动电话掉线的用户。不幸的是，在处理器性能上的进步及其对电量的要求远远超过在电池寿命上的进步。摩尔定律表明，处理器的性能每18个月就翻一番。与此同时，电池能量密度每10年才翻一番。而且，系统性能遵循另一条法则——Shannon定律。它指出通信系统性能要求每8.5个月就翻一番——大约是处理器性能发展速度的两倍，超过提高电池寿命发展速度的14倍。
　　这就是我们为什么如此努力在从晶体管到系统的设计中节约能量。我们必须不断扩展性能极限，但是我们不能在持久性上强调速度。我们知道电池技术跟不上我们的步伐，因此由我们负责来弥合系统能量要求和可用的电池电量之间的差距。期望是非常高。我们必须提供OEM和ODM能够使用的各种组件和系统，建立用户们的需求——能随时获得的分组化无线通信和商业工具。

4、思考系统

　　i.MX是摩托罗拉大型无线应用系统的一部分，记住这一点很重要。全面集成的innovative Convergence平台提供了最先进的芯片组、软件引擎以及开发环境，该环境对支持蓝牙技术与Java 2 Micro Edition (J2ME)执行的2.5G和3G蜂窝开发不可或缺。智能电话的开发取决于蜂窝功能与手机上应用处理的成功结合。该平台旨在将i.MX与同类蜂窝处理器无缝集成。采用该方法，我们可以改变和提高DragonBall处理器，而不必重新确认载波智能电话的蜂窝功能。
　　摩托罗拉已经利用20多年的蜂窝经验来开发GSM/GPRS手机的i.250平台以及GSM/UMTS手机的i.300平台。同样地，我们已经为掌上电脑应用开发了CPU平台，例如，具备音频和视频回放的多媒体功能以及成像功能的新式PDA。摩托罗拉i.MX平台具有多操作系统和备用的实时操作系统，并包括支持蓝牙无线技术的接口。每个平台都是小型的、高度集成并且非常节能，采用低功率设计和生产，其增强的技术性能如上所述。此外，我们是提供1.8V I/O应用处理器的一流供应商之一，提供与高级1.8V存储产品的有效接口。而且，我们不断扩展这些系统以便新技术和新业务在市场中出现时对其提供支持——新的高级显示技术，包括智能面板、流视频、多操作系统以及个人服务器的强大功能。

5、结论

　　作为小型无线设备的买家，不管现在和将来，我们都希望其方便实用，能平衡其性能和持久性。这特别适用于新兴的3G环境，因为我们希望广泛使用功能更强大、更丰富的3G产品。这就是挑战。高级业务为我们带来了更多价值，但是对电池的要求也更苛刻。我们不能接受因电池电量不足而导致的网络频繁掉线，也不能因为我们没有足够的性能而放弃新的服务。
　　正如我们所看到的，电池技术正在努力跟上处理技术和系统要求。彻底解决这一差距是我们的责任，这意味着为了提供各种所需的电池，我们将在更长的时期内做出更多努力。在这篇简短的文章中，我们已经探讨了向我们的客户提供世界级的手持无线通信解决方案所采用的技术，以及我们采用该技术的原因。不过，不用说这些还不足以描述3G的未来。为了在未来的所有应用中达到性能和持久性兼顾的目标，我们必须不遗余力地鞭策自己，并不断测试我们的性能与持久性。