论山寨手机与Android联姻 【1】MTK亮相的历史背景

【1】MTK亮相的历史背景
如果说1960年代是大型机(Mainframe)的时代，1970年代是小型机(Microcomputer)的时代，那么1980年代无疑是个人电脑(PC)的时代，而1990年代则是互联网的时代。2000年以后呢？或许是移动互联网的时代。
与电脑的发展历程类似，移动互联网的发展轨迹，看来也同样是以硬件的改进为先导，软件的繁荣紧随其后，带动整个行业的井喷式的爆发性增长。

Figure 2. 第一代手机，俗称大哥大。Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2711/4149584622_1338223724_o.jpg

1980年代，手机开始商用。第一代手机俗称大哥大，特点是无线网络通讯信道中传输的是模拟信号。传输模拟信号有两个缺点，一是耗电，二是同一频段能够同时容纳的用户数量少。因为耗电，所以手机必须携带大块的电池，导致体积庞大，形如板砖。街头流氓打架时，常常捡起地上的板砖砸人，如果随身携带着大哥大， 情急之时也可以把大哥大当板砖用。

Figure 3. 以DSP为核心的第二代手机的硬件架构 [4]。Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2751/4146507443_9601fd7d08_o.png

为什么传输模拟信号，会有耗电以及频段容量低的缺点？对比一下数字信号就清楚了。如果把语音转换成数字，就可以采取数据压缩的办法，减少传输语音时占用的带宽。同时由于数字信号容易处理，所以在传输数字语音信号时，可以使用复杂的传输协议与控制，以便在同一频段，同时容纳更多用户相互通话。而对于 模拟信号，很难使用类似的协议与控制。

第二代手机的核心，是数字信号处理器，DSP(Digital Signal Processor)。第二代手机的硬件架构，如Figure 3 所示，分为三部分。

1. 射频芯片组 (Radio Subsystem)。它负责调制-发送，以及接收-解调无线信号。无论是发送还是接收，射频芯片组只处理模拟信号。

2. 模拟基带芯片组 (Analog Baseband)。这个芯片组中，主要包括两个功能块，射频接口(RF Interface)，以及音频接口(Audio Interface)。
射频接口负责把从射频芯片组接收来的模拟信号，转换成数字信号，转发给数字信号处理器(DSP)，以及把DSP输出的数字信号，转换成模拟信号，转发给射频芯片组以便发送。
音频接口负责把从麦克风接收来的模拟信号，转换成数字信号，然后转发给DSP做进一步处理。同时，它也负责把DSP输出的数字信号，转换成模拟信号，然后转发给喇叭以便播放。

3. 数字基带芯片组 (Digital Baseband)。这个芯片组主要由两部分构成，数字信号处理器(DSP)，以及微控制器(Microcontroller)。
DSP的主要任务是进行语音处理，例如去除噪音和语音矫正等等。此外DSP还负责，对语音数据流的压缩解压，不同格式之间的编码解码和转换，还有加密解密等等。如果单块DSP芯片的功能不够，还可以借助于其它专用芯片(ASIC)。

　　微处理器负责两个任务，1. 处理无线通信协议，2. 运行手机操作系统。
　　当一位用户拨号呼叫另一位用户时，首先要建立一个通话通道，连接主叫方与被叫方。双方对话的语音数字信号，在这个通话通道里传输。七号信令系统负责建立这个通话通道[5]。为了保证信息安全，以及提高系统效率，采取了分离控制流与数据流的做法，也就是说，七号信令系统是一套独立的系统，游离于承载语音数字信号的通话通道之外。

七号信令由一系列协议组成，与有线网络协议的ISO七层模型大致对应，参见Figure 4。微处理器负责处理七号信令的第一层到第三层协议，MTP1，MTP2，MTP3。

Figure 4. Comparison SS7 Protocol Suite and ISO Protocol Model [6] Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2742/4152165133_959a2cb7a3_o.jpg

手机操作系统，例如Nucleus RTOS，负责处理如何开机/关机/锁机，屏幕显示，音量控制，响铃与震动等等外围动作。此外，还负责手机各个功能模块的运行调度 (Scheduling)，以及不同进程间的数据交换(IPC)。虽然DSP在手机中的地位非常重要，但是DSP仍然接受手机操作系统的控制。

微控制器处理的数据，存放在Flash存储器中。

第二代手机的核心任务是实时通讯，表现为通话与短信两种功能。围绕实时通讯这个核心，操作系统具体协调各部分的工作。与用户的交互手段，依赖于十几个按键，以及一小块单色液晶显示屏。1998年开始销售的Nokia 5165，是第二代手机的一个经典，参见Figure 5。

Figure 5. 第二代手机，Nokia 5165，1998年
Courtesy http://i1.phonearena.com/showimage.php?m=Phones.Images&f=image&id=7252&v=default

Reference,
[4] Trends in Hardware Architecture for Mobile Devices. (http://www.inf.fu-berlin.de/inst/pubs/tr-b-04-17.abstract.html)
[5] Signaling System 7, SS7. (http://en.wikipedia.org/wiki/Signaling_System_7)
[6] Comparison SS7 Protocol Suite and ISO Protocol Model. (http://www.kenneyjacob.com/2007/06/05/ss7-backbone-of-mobile-networks/)