在Android系统手机中，大部分是单处理器结构，使用一个应用处理器完成多媒体、通信数据处理与存储功能;iOS系统的手机大部分采用双处理器结构，基带处理器完成通信数据处理，应用处理器完成多媒体信息处理。

为了描述方便，下面以iOS系统双处理器结构手机iPhone为例介绍应用处理器电路的工作原理。

应用处理器电路

1.应用处理器电路结构

目前智能手机中流行的数码相机、高清视频拍摄与播放、MP3播放器、FM广播接收、视频图像播放、高保真音频等功能，基带处理器已无能力完成，只能由应用处理器来完成。

iPhone手机应用处理器最大的好处在于完全独立在手机通信模块之外，可以灵活方便地设计外围电路。从电路结构上来看，iPhone手机应用处理器电路主要由核心处理器、外部电路等组成。

iPhone手机应用处理器电路结构如图7-6所示。

图7-6　iPhone手机应用处理器电路结构

2.应用处理器电路工作原理

手机应用处理器电路是整个手机的控制中心和处理中心，是整个电路的核心部分，其能否正常运行直接决定手机能否正常工作。

应用处理器的基本工作条件有三个：一是供电，一般由电源管理电路提供;二是时钟，一般由24MHz(38.4MHz)或32.kHz时钟电路提供;三是复位信号，一般由电源管理电路提供。应用处理器只有具备以上三个基本条件后，才能正常工作。

手机中的应用处理器一般是32位或64位处理器，它与外围电路的工作流程如下：按下手机开机按键，电池给电源管理电路部分供电，同时电源管理电路供电给应用处理器电路，应用处理器复位后，再输出维持信号给电源管理电路部分，这时即使松开手机按键，手机仍然维持开机。

复位后，应用处理器开始运行其内部的程序存储器，首先从地址0(一般是地址0，也有些厂家中央处理器不是)开始执行，然后顺序执行它的引导程序，同时从外部存储器(FLASH、eMMC、UFS)内读取资料。如果此时读取的资料不对，则应用处理器会内部复位(通过应用处理器内部的“看门狗”或者硬件复位指令)引导程序，顺利执行完成后，应用处理器才从外部存储器读取程序执行，如果读取的程序异常，它也会导致“看门狗”复位，即程序又从地址0开始执行。

基带处理器电路

在双处理器结构的手机中，通常将中央处理器(CPU)、数字处理电路(DSP)集成在一起，组成基带处理器。

1.中央处理器电路

(1)中央处理器电路结构

中央处理器的工作原理其实很简单，它的内部元件主要包括：控制单元、运算逻辑单元、存储单元(高速缓存、寄存器)三大部分，指令由控制单元分配到运算逻辑单元，经过加工处理后，再送到存储单元里等待应用程序的使用。

中央处理器框图如图7-7所示。

图7-7　中央处理器框图

①指令高速缓存是芯片上的指令仓库，这样中央处理器就不必停下来查找外存中的指令，加快了处理速度。

②控制单元负责整个处理过程。根据来自译码单元的指令，它会生成控制信号，告诉运算逻辑单元和寄存器如何运算、对什么进行运算以及怎样对结果进行处理。

③运算逻辑单元是芯片中的智能部件，能够执行加、减、乘、除等各种命令。此外，它还知道如何读取逻辑命令，如或、与、非。来自控制单元的信息将告诉运算逻辑单元应该做些什么，然后运算逻辑单元从寄存器中提取数据，以完成任务。

④寄存器是运算逻辑单元为完成控制单元请求的任务所使用的数据的小型存储区域(数据可以来自高速缓存、内存、控制单元)。

⑤数据高速缓存存储来自译码单元专门标记的数据，以备运算逻辑单元使用。同时还准备了分配到计算机不同部分的最终结果。

(2)中央处理器工作原理

中央处理器是处理数据和执行程序的核心，它的工作原理就像一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料(程序指令)，经过物资分配部门(控制单元)的调度分配，被送往生产线(运算逻辑单元)，生产出成品(处理后的数据)后，再存储在仓库(存储单元)中，最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用)。在这个过程中，我们注意到从控制单元开始，中央处理器就开始了正式的工作，中间的过程是通过运算逻辑单元来进行运算处理，交给存储单元代表工作的结束。

基带处理器中的中央处理器主要执行系统控制、通信控制、身份验证、射频监测、工作模式控制接口控制等功能。

2.数字信号处理电路(DSP)

智能手机基带处理器的DSP由DSP内核加上内建的RAM和加载了软件代码的ROM组成。

DSP通常提供如下功能：射频控制、信道编码、均衡、分间插入与去分间插入、AGC、AFC、SYCN、密码算法、邻近蜂窝监测等。

DSP核心还要处理一些其他的功能，包括双音多频音的产生和一些短时回声的抵消，在GSM电话的DSP中，通常还有突发脉冲(Burst)建立。

数字信号处理电路主要执行语音信号的A/D、D/A转换，PCM编译码，音频路径转换，发射话音的前置放大，接受话音的驱动放大器，双音多频DTMF信号发生等功能。

3.基带处理器工作时序

下面以iPhone8Plus手机为例，分析基带处理器的工作时序，如图7-8所示是iPhone8Plus手机的基带处理器的工作时序，在iPhone8Plus手机中，涉及基带启动电路的芯片主要有应用处理器U、主电源管理芯片U、基带电源管理芯片U_PMIC_E、基带处理器U_MDM_E等几个主要芯片。

图7-8　基带处理器工作时序

应用处理器U输出基带启动信号AP_TO_BBPMU_RADIO_ON_L经过R_E给基带电源管理芯片U_PMIC_E，启动基带处理器。

主电源管理芯片U输出复位信号PMU_TO_BBPMU_RESET_L送到基带电源原理芯片U_PMIC_E内部。

基带电源原理芯片U_PMIC_E输出复位信号PMIC_RESOUT_L_E送到基带处理器U_MDM_E。

基带处理器U_MDM_E开始工作，调用U_EEPROM_E内部运行程序。正常工作以后，基带处理器U_MDM_E给基带电源原理芯片U_PMIC_E一个维持信号PS_HOLD，完成基带启动过程。

应用处理器U通过PCIE总线完成基带处理器U_MDM_E的检测工作，然后从硬盘调取文件至FLASH中，再开始引导激活基带，包含主引导加载程序和次引导加载程序分别存于ROM和SDRAM中。

时钟电路

众所周知，所有的实时系统都需要在每一个时钟周期去执行程序代码，而这个时钟周期就由晶振产生。在手机中一般至少有两个晶振，一个是32.kHz的RTC晶振;另一个是13MHz/26MHz基准时钟晶振，在智能手机中会使用多个晶振。

1.实时时钟电路

在所有的手机中，实时时钟电路的晶振都是32.kHz，这是一个标准的时钟晶体，为什么要采用32.kHz的晶振呢?32.kHz的晶振产生的振荡信号，经过电路内部分频器进行15次分频后得到1Hz秒信号，即秒针每秒钟走一下。电路内部分频器只能进行15次分频，要是换成别的频率的晶振，15次分频后就不是1Hz的秒信号，时钟就不准了。

(1)实时时钟电路结构

32.kHz实时时钟电路一般由32.kHz时钟晶体和电源管理芯片内部或与CPU内部共同产生振荡信号，也有一部分由32.kHz晶体和专用的集成电路构成振荡信号。

实时时钟电路结构如图7-9所示。

图7-9　实时时钟电路结构

(2)实时时钟在手机中的作用

实时时钟在手机中最常见的作用是计时，手机显示的时间日期就是由实时时钟电路负责提供;在待机状态下，实时时钟还作为应用处理器电路或基带处理器电路休眠时钟使用，实时时钟电路还在继续工作。

(3)实时时钟信号波形

实时时钟的波形是正弦波，频率为32.kHz，如图7-10所示。

图7-10　实时时钟信号波形

2.系统时钟电路

系统时钟是保证应用处理器、射频处理器正常工作的条件之一，使电路按时序进行有规律的工作。

(1)系统时钟电路结构

系统时钟电路一般由系统时钟晶体和射频处理器电路或电源管理芯片内部共同产生振荡信号。根据用途不同，有些功能电路或接口电路使用单独的系统时钟。

系统时钟电路结构如图7-11所示。

图7-11　系统时钟电路结构

(2)系统时钟在手机中的作用

系统时钟作为应用处理器电路的主时钟，是应用处理器电路工作的必要条件，开机时需要有足够的幅度就可以，对频率的准确性要求不高。

开机后，系统时钟作为射频处理器电路的基准频率时钟，完成射频系统共用收发本振频率合成、PLL锁相以及倍频，射频处理器电路对系统频率要求精度较高(±误差不超过Hz)，只有系统时钟基准频率精确，才能保证收发频率准确，使手机与基站保持正常的通信，完成基本的收发功能。

GSM手机系统时钟频率有13MHz、26MHz或19.5MHz。CDMA手机通常使用的频率是19.68MHz，也有的使用频率是19.2MHz、19.8MHz;WCDMA手机使用的频率是19.2MHz，有的使用频率为38.4MHz、13MHz;LTE手机、5G手机一般使用频率为38.4MHz。

(3)系统时钟信号波形

38.4MHz系统时钟波形为正弦波，如图7-12所示。

图7-12　38.4MHz系统时钟波形

复位电路

1.复位信号

复位信号是手机应用处理器、基带处理器部分工作的必要条件之一，应用处理器刚供上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，不能正常运行程序，因此，应用处理器、基带处理器必须有复位信号进行复位。手机中的应用处理器的复位端一般是低电平复位，即在一定时钟周期后使应用处理器内部各种寄存器清零，而后此处电压再升为高电平，从而使应用处理器从头开始运行程序。

复位信号英文符号是RESET，简写为RST。

2.复位电路

在电路中复位信号是/RESET，RESET前面的斜杠表示低电平复位，复位电路如图7-13所示。该电路利用R和C组成了延时复位电路。

图7-13　复位电路

3.复位信号波形

复位信号在开机瞬间存在，开机后变为高电平。如果需要正确测量复位信号波形，应使用双踪示波器，一路测微电源管理芯片的输出电压，一路测量复位信号。

用数字示波器来测量复位信号时，CH1信道测量的是VDD电压，CH2信道测量的是复位信号，复位信号延时时候大约为ms。

复位信号波形如图7-14所示。

图7-14　复位信号波形

存储器电路

下面分别以目前常见的eMMC闪存、UFS闪存为例，分析存储器电路的工作原理。

1.eMMC电路原理

eMMC闪存电路原理如图7-15所示。

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