概述

第三代移动业务正在将宽带接入到每个人的身边，无线通信接入和处理能力正在与日俱增。然而，移动系统有其特定的弱点-电源问题。不管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。

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。摩托罗拉公司基于ARM技术的i.MX系列应用处理器在这方面有其独特的优势。

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系列可以缩短执行所需任务的时间，而与此同时，还有助于延长电池寿命以完成更多的工作。为了取得这种高难度的平衡，i.MX系列产品正在性能和持久性两个最重要的方面进行开发。

i.MX系列的第一个成员MX1在价格、性能和低功率消耗的都有良好表现。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。浮点技术不仅可加强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示。

由于处理器性能的上升，电池寿命的下降，因而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处理器更长的持久性，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。

处理器

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：

■ ARM920TTM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 TM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。

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，V T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，因此待机耗电比希望在便携式电池驱动产品中所包含的要高。过去有两种选择，其一是如果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。目前摩托罗拉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50 MHz的频率，那就无需运行200 MHz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，在运行期间可节约大量的能量。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。

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。当增加CPU时钟频率时，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，但是光靠它还无法解决整个系统总线的局限性。

摩托罗拉利用管理系统总线的经验来获得最优的处理器-在性能和能量消耗之间取得最佳平衡。基于ARM926内核的CPU平台（用于第二代i.MX解决方案）利用了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，不过目前摩托罗拉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。当从GSM转移到非常高级和功能丰富的技术中时，例如GPRS、EDGE和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。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。MXL DragonBall 处理器PDA在使用1000mAH电池可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。

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。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。

这就是为什么要努力在从晶体管到系统的设计中节约能量。性能极限必须不断扩展，但不能在持久性上强调速度。电池技术跟不上发展的步伐，因此必须弥合系统能量要求和可用的电池电量之间的差距。

思考系统

i.MX是摩托罗拉大型无线应用系统的一部分。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，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，摩托罗拉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，摩托罗拉是提供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。摩托罗拉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。