自2013年來，中國移動首先推出了五模十頻手機，即可同時支持TD-LTE、LTE FDD、TD-SCDMA、WCDMA、GSM五種通信模式，支持TD-LTE Band38/39/40，TD-SCDMA Band34/39，WCDMA Band1/2/5，LTE FDD Band7/3，GSM Band2/3/8等10個頻段，部分終端還可支持TD-LTE Band41，LTE FDD Band1/17，GSM Band5等頻段，實現終端全球漫游的手機。這些個“模”在基帶芯片上都是怎么玩的呢？本期小編將給大家科普一下下。
基帶芯片的基本架構
基帶數字處理功能以及手機基本外圍功能都集中到單片片上系統(tǒng)(SOC)中，其基本構架都采用了微處理器+數字信號處理器(DSP)的結構，微處理器和DSP的處理能力一直增強。微處理器是整顆芯片的控制中心，會運行一個實時嵌入式操作系統(tǒng)（如Nucleus PLUS）。DSP子系統(tǒng)是基帶處理的重點，其中包含了許多硬件加速器和基帶專用處理模塊，完成所有物理層功能。現在，隨著實時數字信號處理技術的發(fā)展，ARM微處理器（會采用不同的微系列，如3G芯片多采用ARM9）、DSP和FPGA體系結構成為移動終端芯片實現的主要方式。下圖是典型的基于ARM架構的基帶芯片的邏輯架構，其中3G/4G Baseband Logic指的是DSP運算子系統(tǒng)。
圖1 典型ARM架構上的基帶芯片框架
微處理器通過實時操作系統(tǒng)RTOS（如Nucleus PLUS）完成多任務的調度、任務間通信、外設驅動以及微處理器與DSP子系統(tǒng)及其他模塊的通信等等。功能還包括：
1，對整個移動臺進行控制和管理，包括定時控制、數字系統(tǒng)控制、射頻控制、省電控制等。
2，完成所有的軟件功能，即無線通信協(xié)議的物理層與協(xié)議棧的通信、高層協(xié)議棧（TCP/IP等），若用于功能機則還會包括MMI(人-機交互接口)和應用軟件。
DSP子系統(tǒng)則用于物理層所有算法的處理，包括信息的信道編碼、加密、信道均衡、語音編碼/解碼、調制解調等。DSP子系統(tǒng)和微處理器子系統(tǒng)之間的數據通信手段包括雙端口隨機讀取存儲器(RAM)、多總線共享資源（一些廠商采用了AMBA公司的多層總線協(xié)議）等。多模多頻基帶芯片中可能包含多顆DSP。
在存儲器組織方面，微處理器和DSP子系統(tǒng)可能都有各自獨立的高速緩沖存儲器(Cache)，有共享的片內SRAM和共享的外擴存儲器。擴展存儲器普遍支持同步動態(tài)隨機存儲器(SDRAM)和NAND型Flash RAM等。FLASH ROM可用于存儲Boot Rom、鏈接操作系統(tǒng)和用戶應用程序的CP Rom。ROM接口主要用來連接存儲程序的存儲器FLASH ROM，RAM接口主要用來連接存貯暫存數據的靜態(tài)RAM(SRAM)。片內嵌入大容量靜態(tài)隨機讀取存儲器(SRAM)已非常普遍，有利于降低功耗，減少系統(tǒng)成本。Intel公司還嵌入了大容量的閃速存儲器(Flash RAM)。
外設和接口方面，基帶芯片往往支持多種接口以方便和應用處理器的通信以及增加其他模塊如Wifi、GPS。接口包括UART、多媒體接口(MMI)、通用串行總線(USB）、SPI等。MCU與外部接口的通信可通過DMA進行，若基帶芯片沒有集成RF，則還有RF專用接口。
傳統(tǒng)ARM基帶芯片基本框架
單模基帶芯片采用雙核架構，一個ARM處理器和一個DSP，兩者之間的通信通過雙端口靜態(tài)存儲器（Dual port SRAM）進行。同時，ARM還會對DSP子系統(tǒng)做一些直接的控制，通過直接操作寄存器（地址/控制/數據寄存器）完成。 當然，對于一些運算能力比較強的DSP，1個ARM+1個DSP+多個加速器子系統(tǒng)也可實現多模基帶。
如圖2是傳統(tǒng)雙核基帶芯片的架構圖，其中藍色單線表示ARM對DSP子系統(tǒng)的直接控制。
圖2 傳統(tǒng)基帶芯片主架構
采用雙口SRAM進行ARM和DSP子系統(tǒng)的數據交互原因有：（1）兩個子系統(tǒng)的時鐘通常不一致，SRAM則可以做良好的橋接；（2）SRAM數據交互帶寬較大、功耗低。實施過程中要注意讀、寫的同步問題，預防兩個子系統(tǒng)對同一塊數據的同時讀寫。可通過設置一個信號量控制，一方讀（寫）時另一方不得寫（讀）。
多模基帶基本框架
多模移動終端基帶芯片成為必然，即最終在一顆基帶芯片上支持所有的移動網絡和無線網絡制式，包括2G、3G、4G和WiFi等，多模移動終端可實現全球范圍內多個移動網絡和無線網絡間的無縫漫游。多種通信模式匯集在一顆芯片內會大大增加芯片的實現難度，不僅要設計通用的移動通信模式實現平臺，還要在有限的尺寸范圍內為每種通信模式增設特有的加速單元、MCU上和不同模式子系統(tǒng)之間則還要考慮模式切換所必須的通信管理。MCU上的軟件復雜程度變高，不同模式子系統(tǒng)間因為要共享一些數據（如基站信號強度）也需要一些數據的直接交換。
本節(jié)以GSM/EDGE/TD-SCDMA三模基帶芯片的基本架構為例描述了多模基帶芯片的邏輯架構。 該三模芯片又一個ARM9、兩個DSP子系統(tǒng)實現，ARM和倆DSP子系統(tǒng)間的通信依然是雙口SRAM，如圖3所示。
由于GSM/EDGE物理層算法基本一致，兩者的調制方式雖不同（GSM采用GMSK、EDGE采用8PSK）但解調方式一致-都是Viterbi譯碼，因此兩者物理層處理共享一個DSP加上一些額外的硬件支持。TD-SCDMA的物理層算法則與GSM/EDGE有很大差距，有完全不同的實現體系，尤其是TD-SCDMA的聯(lián)合檢測算法需要大量的計算，因此需要獨立的DSP子系統(tǒng)實現。
多模終端的一大技術要點是通信模式的切換，這就需要基帶芯片的支持。若是手動切換模式就比較簡單，不同模式的DSP子系統(tǒng)彼此獨立、簡單的捆綁，MCU中不同模式的協(xié)議棧也獨立創(chuàng)建任務即可。實際商用中手動切換那是會被用戶無情的拋棄的，因此多模終端必須能夠智能探測不同模式的信號強度，自動完成模式切換，這一切最好都要在用戶感覺不到的情況下進行。多模基帶的模式自動切換就需要額外的設計難度了，需要將多種模式的協(xié)議棧緊密糅合、各自的物理層之間還有必要的數據通信。各種通信模式互切換的規(guī)范和算法使得MCU上多種模式協(xié)議棧的糅合稱為可能，物理層信息共享則可通過在不同DSP子系統(tǒng)間建立簡單直連（如寄存器或SPI等）進行。
若是所有的通信模式都封裝在一顆芯片上，由一個主控處理器控制時模式切換相對簡單。能做到單芯片支持全模的只有高通一家。大部分終端基帶方案都兩顆甚至多棵基帶芯片的組合，如CDMA/GSMg基帶+LTE基帶，兩顆基帶芯片間通過SPI，SDIO，USB等通信。