每部无线手机都包含两种基本组件：调制解调器以及应用软件的处理支持系统。调制解调器专门与网络沟通，并透过一个无线界面来传送和接收数据；应用软件组件则提供用户期望多媒体家电功能，例如语音、音乐播放、影像再生与分流视讯、传真、电子邮件、因特网联机、电玩游戏、个人信息理器（personal organizer）等功能。

应用软件组件也处理用户界面功能，例如语音识别（语音命令）、键盘及手写识别；除了用户界面功能之外，其它应用都必须依赖无线通信界面，但它们的带宽却相当有限。语音、音频、影像或视讯应用都必须处理庞大数据量，但要在有限带宽内管理这么多数据，就必须在传送数据前把信号压缩，然后由接收器将数据译码或信号还原。

在许多第二代（2G）无线手机中，调制解调器组件会利用DSP提供无线界面功能，并执行噪声抑制与回音消除等重要算法；另一方面，应用软件组件却必须依赖一颗通用处理器，通常是一颗RISC处理器，由它提供应用系统层级的信号处理、用户界面及整个系统的命令与控制功能，但在2G无线手机中，数据传输能力极为有限。

2.5G与3G家电却大不相同，它们必须提供全动画视讯或高传真音频播放之类的功能，所以目前这种把运算工作分配给两颗处理器的常见做法已不再适用，因为它无法同时提供稳定可靠的工作效能以及令消费者满意的电池使用时间。

下一代家电产品必须支持许多应用功能，它们都需要很高的数据传输速率和实时信号处理能力，因此这些产品仍会使用一颗DSP与一颗通用处理器。DSP的功率消耗极低，又可提供强大的实时信号处理能力，它们将成为调制解调器与应用软件组件的主要处理器，通用处理器则转而扮演一个辅助角色，负责系统的管理、命令、控制与某些用户界面功能。

OMAP架构可以协调这两颗处理器的运算资源，把它们适当分配给无线家电的两个基本组件，让DSP与通用处理器能发挥自己的最大长处。包括诺基亚、易利信、新力与Handspring在内，许多厂商已选择OMAP硬件与软件架构做为他们的无线家电发展平台，第一套采用OMAP芯片组的样品也于2000第四季出现。

《图一 OMAP硬件架构》 - BigPic:709x433

OMAP架构同时结合TI最先进的TMS320C55x DSP核心与高效能的ARM925T中央处理器，类似于ARM925T的RISC架构最适合控制型态的程序代码，例如操作系统、用户界面及操作系统应用软件；DSP则适合信号处理应用，例如MPEG-4视讯、语音识别及音频播放。OMAP架构把这两种处理器组合起来，以便充份发挥二者的最大优点。

根据厂商已公开数据，TI最近进行一项运算效能比较测试，从测试结果可以发现，若在最新RISC机器（StrongARM或ARM9E）上执行典型的信号处理工作，所须频率周期将是C55x DSP执行相同工作的三倍，(表一)详细列出此项测试的结果。在功率消耗方面，若在RISC机器上执行信号处理工作，电力消耗值将是C55x DSP架构执行同样工作的两倍以上；因此若由DSP来执行这类工作，电池使用时间将会大幅延长，这对行动应用产品非常重要。透过对这两种处理器的最佳利用，OMAP架构不但能提供前述的省电优点，DSP也可以获得RISC处理器的支持。

《图二 语音应用程序编程接口的组织架构架构》

架构的工作方式如(图一)所示，OMAP硬件架构(包括C55x DSP核心与ARM925T处理器)的设计目标是让3G终端装置发挥最大系统效能，同时将电力消耗减到最少。这两种处理器都会透过指令快取单元来减少指令内存的平均访问时间，同时避免会消耗大量电力的外部内存存取动作；此外，两种核心也都包含一个「内存管理单元」（MMU；Memory Management Unit），支持虚拟地址到实体地址的转换以及个别工作的内存保护功能。

OMAP核心包含两个外部内存界面和一个内部存储器埠，外部内存界面可直接联机至同步DRAM芯片，其频率频率最高可达100 MHz，另外它们还能搭配标准的异步内存，例如SRAM、闪存或是支持爆发传送模式的闪存，这个界面通常是用来储存程序代码，它的宽度可设定为16或32位。

内部存储器埠可直接联机至芯片内建的内存，例如SRAM，也可用来存取使用频率较高的数据，例如重要的操作系统例程或液晶显示器的图框缓冲区；这不但能减少数据访问时间，还可以避免耗时耗电的外部存取动作。这三个界面彼此完全独立，也可以由两颗处理器或DMA单元同时存取。

OMAP核心也包含多个界面，使DSP或通用处理器能联机至外围电路或其它装置，而且为了增加系统效率，这些界面还支持两颗处理器的DMA功能。本地总线接口则是一种高速双向的「多主装置」（multimaster）总线，可用来联机至外部外围或多核心产品内的其它OMAP架构组件；此外，OMAP架构还有一个高速总线，让外部装置得以共享OMAP主系统内存（SDRAM、闪存、内部存储器）。这个界面还提供一个有效的数据通信机制，可减少系统所须的外部内存数目，使设计工程师进一步降低系统成本。

为支持常见的操作系统需求，OMAP架构还包含许多种外围功能，例如定时器、通用输入／输出界面、一个UART端口与监控定时器，这些是系统最起码的外围要求；其它外围可以透过「TI外围总线」（TIPB）增加至系统中。OMAP架构也有一个彩色液晶显示控制器，让系统能够直接联机到液晶显示面板。ARM的DMA引擎则有一个专用信道，可将数据从图框缓冲区送至液晶显示控制器，这个图框缓冲区可位于SDRAM或内部存储器中。

C55x DSP与多媒体延伸功能

C55x DSP不但为无线调制解调器及语音编码应用提供一个高度优化架构，也在系统阶层提供最小的程序代码长度与功率消耗。TI DSP硬件核心架构很有弹性，可扩大核心功能以支持多媒体运算，C55x家族是第一批在核心阶层提供多媒体扩充能力的DSP组件，可满足多媒体市场对分流视讯与音频的低功率实时处理要求。

许多应用可扩大无线终端装置的功能，视讯处理就是其中之一，例如移动估算（motion estimation）、离散余弦转换（Discrete Cosine Transform）与反离散余弦转换以及像素内插计算；若C55x DSP以纯软件方式执行这些运算，必然会用掉绝大部份的处理器频率周期，因此这三种应用就成为C55x DSP首批支持的多媒体延伸功能。(表二)总结了这些延伸功能的特色。

利用多媒体延伸功能，视讯编码与译码的指令周期会比传统软件实作方式快一倍；由于只须更少的频率周期，DSP实时工作频率就可降低，电力消耗也会随之减少。请参考(表三)。

OMAP软件架构

OMAP架构包含一套开放式软件基础设施，可支持应用软件开发，提供软件动态升级能力，让厂商完成包含多颗不同处理器的系统设计。这套基础设施包含一个协助系统设计的软件开发架构，另外还有一组应用程序界面，使应用软件能在目标系统上执行。

2.5G与3G无线系统结合了传统「语音为主」（voice-centric）的电话模型以及个人数字助理的数据功能，因此包括MPEG视讯与MP3音乐在内，非语音多媒体应用未来也可下载至电话平台；这些系统还支持常见的各种操作系统，例如WinCE、EPO或是其它。这类应用都具有动态及多任务的特性，必须由DSP执行某些操作系统功能。

OMAP架构要求软件必须具备充份弹性，才能轻易的调整结构或扩充功能，以支持未来技术的需求；此外，它的输入／输出及运算效能也必须很接近目标架构的工作效能。

还有一项重要的要求，就是把DSP软件架构的实作从通用处理器环境内切割出来；为达成这个目标，OMAP架构特别定义了一种界面机制，使通用处理器可成为系统的主装置，这个界面机制称为DSP/BIOS Bridge，它是由多个应用程序界面组成，包括设备驱动器的界面。

在通用处理器应用软件与DSP工作之间提供一个通信机制，是DSP/BIOS Bridge最重要的功能；DSP/BIOS Bridge的应用程序界面包含一组动态函式库和驱动程序，是由高阶应用软件开发人员规划制订，做为OMAP平台发展工具提供给软件工程师，使他们能顺利发展应用软件，就好像只使用一颗RISC处理器一样。这个发展环境还允许软件设计人员呼叫「本地化」（localized）的视讯、音频、语音或其它函式，并在个人计算机之类平台上采用传统的软件开发技术，高阶应用软件开发人员不必知道DSP或者DSP/BIOS Bridge应用程序界面的技术细节。

OMAP多媒体应用

1. 视讯

视讯应用包括双向视讯电话通信以及单向编码与译码，可用于娱乐、保全监控或是含有视讯内容的讯息传送。第二代通信产品仅支持语音应用，数据传输速率也只有8到13 kbps；另一方面，就算是动作变化不大的视讯，而且只显示在一个小屏幕上，所须的数据速率至少也为20 kbps。为支持更复杂的视讯应用，需要3G无线标准提供的更高比特率。

TI为OMAP架构开发的MPEG-4视讯软件是以一套C语言参考软件为基础，它先被转换使用ETSI C函式库，然后再移植为C55x DSP汇编程序码。ETSI C函式库包含许多例程，代表所有常见的DSP指令，这些例程会执行设计人员所要的功能，同时评估运算过程的频率周期、进行「数值饱和」（saturation）的检查以及其它工作；因此虽然ETSI C常被用于语音编码与译码的测试，但也可做为程序执行效能的量测工具，协助将C语言程序移植为汇编语言。

视讯软件在OMAP架构上的执行很有效率，能在每秒15个图框的速度下，同时对QCIF（176 ( 144像素）影像进行编码与译码；此外，就算同时执行编码与译码工作，中央处理器负担也只占DSP总效能的15%，这表示还有85%的中央处理器运算能力可用于其它工作，例如图形强化、音频播放（MP3）或是语音识别。

OMAP架构不仅提供运算资源，还包括视讯应用所须的数据传输能力；举例来说，若把色差讯号的取样降低为4:2:0格式，再将未压缩数据从摄影机送出或是送至显示器，那么一个QCIF图框就需要38,016字节。视讯译码器与编码器必须同时存取目前的图框以及前一个已译码图框，才能执行移动补偿及估算；此外，无线应用的支持速率也必须达到每秒10至15个图框。

利用第三代无线通信标准，再加上最新的MPEG-4视讯标准以及OMAP架构之类的省电型平台，许多新视讯应用才可能付诸实现。

2. 语音应用

典型的嵌入式系统会受到许多限制，例如电力消耗很少、内存容量很小、磁盘储存容量也很小或完全没有，因此为无线电话之类的嵌入式系统设计语音识别算法时，不但必须提供客户所能接受的辨识能力，系统资源的使用量也必须减到最少。

TI提供一种动态字汇语音识别器，将运算工作分配给C55x DSP及ARM处理器，其中数据量很小而运算量很大的语音识别引擎会在DSP上执行，运算量不多但数据量庞大的文法、字典及语音模型产生工作则交给ARM处理器。如(图二)所示，模型产生与辨识模块之间的互动会减到最少，其执行则是透过一组阶层式的应用程序界面，此架构优点在于应用系统可处理多个（理论上可达无限多个）辨识情境的新字汇，不必预先编译或储存文法及语音模型。

针对每一个新辨识情境，ARM处理器会动态产生文法及语音模型，然后送给DSP执行的辨识器；对于资源有限的无线装置，语音识别器的动态字汇产生能力非常重要。举例来说，若一部电话提供语音操作的网络浏灠器，就可处理数个不同网站，而且每个网站都拥有一组不同字汇，不必事先编译或储存字汇及语音文法；同样的，如果一套股票报价与查询系统也采用语音操作方式，公司名称也可动态的加入或删除。在特定的时间点上，使用中的字汇数目会受到DSP资源的限制，例如辨识搜寻功能可以使用的内存容量；另一方面，随着辨识情境的改变，不同字汇可随时加载或载出，于是就能对应用系统做特别设计，让用户觉得系统可辨识无限多个字汇。

同样的，无线装置的语音合成系统也可分配给ARM处理器及DSP，例如把文字分析和语言处理模块以及「音素数据库」（phonetic database）交给ARM处理器，单元选择和波形产生模块则由DSP负责；和语音识别器一样，ARM处理器与DSP模块之间的互动会减到最少，其执行也是透过一组阶层式的应用程序界面。

结论

本文说明OMAP硬件与软件架构如何把多媒体应用带给3G无线终端装置，它的多处理器架构也经过优化设计，支持运算负担沉重的多媒体应用，例如3G终端装置的视讯及语音功能。虽然这个架构非常复杂，包括两颗完全不同的处理器（RISC与DSP）、多种操作系统以及在DSP与ARM上执行的应用软件，但透过DSP/BIOS Bridge的协助，应用系统发展人员仍能轻易使用它的所有功能特色；此外，无论在产品成本或是电力消耗方面，这种双处理器架构都优于一般的单处理器解决方案。