便携时代风起云涌，Wi-Fi携手微型硬盘引领潮流

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作者：QuickLogic公司逻辑产品总监 Brian Faith 　
        无线应用和个人数据存储这两个话题，是目前便携式产品市场中最热门的话题。无线应用尤其是无线上网，正在陆续地被便携式产品所采用，有如索尼公司推出的PSP(Play Station Portable)，就增添了802.11b无线上网功能。而其他产品如PDA和智能手机，更是抢得先机将802.11b加入其里面。802.11b不但可以用于无线上网，还可以在便携式产品领域里开拓全新的应用，如VoIP(Voice Over IP)，就是帮助用户通过无线网络来实现通话。

        个人数据存储同样也得到大家的高度关注。从最近几年来微型硬盘的迅速发展，我们就可以看到个人数据存储在便携式产品里的突破。早期的市场主要是采用微型硬盘的MP3，苹果公司的iPOD产品系列所创佳绩有目共睹，紧随其后的PMP(Portable Media Player)、手机、数码相机和GPS等皆陆续采用了微型硬盘，这些都是很好的例子。

无线网络

        802.11从最初的802.11b(11Mbps)，发展至近年的802.11g(54Mbps)，已成为无线网络的标准。也有很多厂商开发了他们自己的标准以提供更高的带宽，如SUPER A/G(108Mbps)。由于无线上网的飞速发展，802.11b提供的带宽已经难以满足用户的需求，而与此同时，802.11a/g在市场倍受关注，很多计算机和笔记本电脑已经改用802.11a/g，802.11a/g大有取代802.11b之势。

        但是目前，尚无任何便携式产品有采用802.11a/g的标准，原因何在？由于无线应用起初都是针对计算机市场，所以目前802.11a/g的接口都是采用CardBus或PCI/miniPCI。因为CardBus和PCI/miniPCI是在计算机里最通用的接口，当需要转换到便携式产品上时，由于嵌入式处理器考虑到低引脚数和低功耗的因素，并没有采用类似的接口，使它们不能连接在一起，设计人员不得不面对接口的兼容性这一难题。QuickLogic公司的解决办法是，通过提供一个经过验证的开发板和软件，得以实现通过miniPCI来增加802.11a/g功能。目前QuickLogic公司拥有两个不同微处理器的参考设计板。第一个是以英特尔PXA嵌入式处理器为主的开发平台，如图1所示。它是一个以英特尔的Mainstone DVK(一个以PXA微处理器为主的开发板)为主的开发子板。此子板的主要接口是PXA处理器的VLIO (Variable Latency I/O)。设计人员可以通过此子板和英特尔的DVK，连接任何以miniPCI为主的Wi-Fi模块来进行演示，并把该设计整合到自己的设计里。QuickLogic公司的该Eclipse II低功耗桥接解决方案的待机电流仅为75μA，在文件传输时也只需12mA左右，而传输时带宽最高可达到30Mbps。

图1 英特尔Mainstone DVK和QuickLogic公司的Wi-Fi子板

        第二个开发板是由QuickLogic公司和瑞萨科技合作开发完成的VoIP参考板，如图2所示。它是一个完整的VoIP参考板，不但支持VoIP的完整功能，如声音的传输，更可以通过彩色LCD板和802.11a/g的带宽来支持影像的传输。它的按键也是以一般电话的取向为主，使用户可以很容易的就把此开发板纳入到自己的PCB板图里以缩短产品上市时间。

图2 瑞萨科技和QuickLogic公司合作开发的VoIP参考板

        以上两个参考设计板均采用了802.11a/g模块，但在具体设计上仍存在不同。如图3，基于英特尔PXA的参考子板采用的设计是边带存储器的方式，其主要好处在于边带存储器能够提供较大的缓冲，从而提高带宽。如图4，瑞萨科技采用的是Bus Master Interface，QuickLogic的器件可以直接在这里存储数据到处理器主存储器里，而处理器无须直接参与数据传输。这种方式的另一个好处是，就是不用在PCB板上增加增加SRAM的前提下，实现了空间节省和成本节约。

图3 使用边带存储器的无线应用

图4 使用Bus Master Interface的无线应用

微型硬盘

          微型硬盘市场正在迅速进入成熟发展期，作为便携式消费电子产品的存储媒介，它已得到市场的普遍认可。在过去几年间，微型硬盘存储容量得到了显著提高，外形规格实现了小型化，其在便携式消费类电子产品中得到了很快应用。尽管如此，微型硬盘依然面临着重大的技术考验，就是它的功耗。目前微型硬盘的功耗在便携式产品里还占据很大的部分，一般1.8英寸的微型硬盘的工作电流就已达到400mA。如何通过降低硬盘的使用量，以延长电池寿命已经成为微型硬盘应用的必要条件，而QuickLogic公司专门为此开发的微型硬盘开发参考子板为开启了突破技术瓶颈的新思路。

         同英特尔MainStone DVK为主的Wi-Fi子板一样，该子板也同样插在VLIO接口上。目前，一般便携式产品的锂电池容量为1000mAh左右，1.8英寸微型硬盘的工作电流为400mA左右，当其应用在便携式产品里的时候，这便成为一个很大的数字，它意味着该硬盘连续操作两个小时后就必须再次充电。为了减少硬盘的运转时间，目前普遍采用的设计方法是加载一个SDRAM，先把数据行下载到SDRAM里，然后在SDRAM里执行命令。以MP3为例来看目前多数设计微型硬盘应用的标准。一个MP3文件大小为4MB左右，播放时间为4分钟。苹果公司的iPOD里有32MB的SDRAM，将32MB的MP3文件(大约8首歌)传到SDRAM来执行时，硬盘可以停止运转32分钟左右，由此节省了功耗。并且，当直接在微盘执行文件时，存在着跳针的可能性，传送至SDRAM来执行就可避免一些跳歌的麻烦。

        上述设计技巧存在两个重要的环节。第一是如何把档案从硬盘传输到SDRAM里，其次是如何提高传输时的带宽。目前多数嵌入式处理器并不支持ATA接口，如同上述Wi-Fi一样，处理器也需要一个桥接。QuickLogic采用的方法是将一个完整的ATA控制器加到QuickLogic的器件里，在QuickLogic器件里的ATA控制器不仅提供所有有关硬盘传输的功能，还带有双向缓冲(内设SRAM)以提高带宽，如图5所示。另外该器件还内置了SDRAM控制器，可以直接将文件传送到SDRAM，从而使处理器通过无须直接参与文件传输过程借以实现降低处理器功耗。该设计已能达到10MB/s的传输带宽，可在不到4s的时间内传输32MB大小的文件，这可以确保达到降低功耗的功能。

图5 QuickLogic器件里有内建ATA控制器和SDRAM控制器来提高系统带宽

总结

        目前，Wi-Fi和微型硬盘在便携式产品市场里尚属起步阶段，相信在不久的将来，随着Wi-Fi模块或微型硬盘和嵌入式处理器的兼容性问题得以解决，微型硬盘的功耗也会不断降低以便更适用于便携式产品。关于微型硬盘的接口，目前CE-ATA的规格已经制定，并有一些公司已经开始开发依此接口为主的产品。CE-ATA提供一个既简单又低功耗的接口，必将成为微型硬盘在便携式市场里的一大突破。客户不仅需要可靠的开发参考板，还需要驱动程序以加快集成和调试，减少产品面市时间，还会需要SDIO、CardBus和其他应用于便携式产品的解决方案。