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山寨手机的兴起，离不开MTK(联发科)。MTK为手机制造提供了一揽子解决方案，其中既包括硬件，也包括软件。软件方面最重要的，是操作系统。MTK方 案的软件的稳定性非常高，一方面是因为其硬件系统变化不大，另一方面，得益于MTK在系统软件上投入的巨额的资金和大量的人力。MTK采用的操作系统是 Nucleus RTOS。Nucleus的优势主要在于占用CPU时间短，以及占用Memory空间少。随着手机硬件的发展，Nucleus的优势不再那么重要，而日益 突出的问题，是需要功能更强大的手机操作系统。

2007年11月，Google发布Android OS，剑指手机操作系统市场，并开源免费。两年来，Android获得了相当热烈的市场回应。有没有可能用Android取代Nucleus，实现山寨手机的升级换代？

这个问题不容易回答，因为涉及到的方方面面比较多。

1. MTK的下一代硬件[1]，既能支持Android，也能支持Windows Mobile。为什么MTK没有选择人气正旺，而且免费开源的Android，反而选择联姻WinMobile呢[2]？

2. 2009年3月，微软与MTK宣布结盟，共同开发针对中国TD-SCDMA手机市场的芯片[3]。时至今日，8个月过去了，为什么没有实际成果？

3. MTK有没有意愿采用Android，替代Nucleus和WinMobile？

4. MTK下一代软硬件系统，能不能重现今日风光？

5. 其它公司有没有意愿利用Android的强势，为下一代手机制造提供一揽子解决方案，从而取代MTK的市场地位？

6. Google免费提供Android的长远打算是什么？有没有雄心挺进硬件行业，甚至打造自有品牌的手机？

Figure 1. 传说中的Google自有品牌手机，真正的Google手机，Nexus One，于2010年1月正式亮相。
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当然，“有没有意愿”这种问题，只有相关企业的高管才知道答案。我们这里只关注技术方面的可行性，以及利弊分析。

Hardware Engineer是硬件工程师，Software Engineer是软件工程师，那么桌上放着示波器和逻辑分析仪的Software Engineer是什么呢？是Firmware Engineer固件工程师，或者Embedded Engineer嵌入式工程师。最近有幸与一位有过数年市场经验的固件工程师讨论了以上问题，把讨论的内容整理成文，方便大家共同切磋。

【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。
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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]。
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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]
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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,

[1] 联发科MT6516智能手机芯片。(http://www.shanzhaiji.cn/news/20090220/7579.html)
[2] 联发科MT6516为何不支持Android。(http://www.free-voip-china.com/tag/mt6516/)
[3] Microsoft and MediaTek to develop smartphone chipsets. (http://www.cn-c114.net/583/a395734.html)
[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/)

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