Texas Instruments OMAP

OMAP (Open Multimedia Applications Platform) — это семейство систем на кристалле (SoC) и процессоров для мобильных и встраиваемых устройств, разрабатываемых американской компанией Texas Instruments (TI). Архитектура OMAP основана на сочетании процессорного ядра с системой команд ARM (ARM architecture) и одного или нескольких цифровых сигнальных процессоров (DSP) семейства TMS320, что позволяет эффективно обрабатывать как управляющие задачи, так и потоковые мультимедийные данные (аудио, видео, изображения) при низком энергопотреблении. Платформа была широко распространена в смартфонах, планшетах, портативных медиаплеерах и навигаторах в 2000-х — начале 2010-х годов, однако к середине 2010-х годов уступила рынок решениям Qualcomm Snapdragon, Samsung Exynos и MediaTek.

История

Разработка OMAP началась в конце 1990-х годов как ответ Texas Instruments на растущий спрос на процессоры, способные одновременно выполнять функции операционной системы общего назначения и обрабатывать мультимедийные потоки в реальном времени. Первое поколение, OMAP1 (на базе ядра ARM9 и DSP TMS320C55x), появилось в 2002 году и использовалось в таких устройствах, как КПК Palm Tungsten T3 и смартфоны Nokia Eseries.

В 2004—2005 годах вышло семейство OMAP2 (ARM11 + DSP C55x), которое стало основой для многих мультимедийных телефонов Nokia (N95, N82) и первых смартфонов на платформе Maemo (Nokia N800). В 2007 году была представлена архитектура OMAP3 (Cortex-A8 + DSP C64x+), которая обеспечила значительный скачок производительности. Процессоры OMAP3430 и OMAP3530 использовались в таких устройствах, как Nokia N900, Palm Pre, Motorola Droid, а также в первом поколении планшетов Amazon Kindle Fire и Barnes & Noble Nook.

В 2010 году вышло поколение OMAP4 (двухъядерный Cortex-A9 + DSP C64x+), которое конкурировало с NVIDIA Tegra 2 и Qualcomm Snapdragon S3. OMAP4460 устанавливался в планшеты Amazon Kindle Fire HD (2012), смартфоны LG Optimus 2X и Motorola Droid RAZR. В 2011 году Texas Instruments анонсировала OMAP5 (двухъядерный Cortex-A15 + два Cortex-M4), который, однако, не получил широкого коммерческого распространения.

К 2012 году рыночная доля OMAP стала резко сокращаться. Основные заказчики — Nokia и Research In Motion (BlackBerry) — переживали кризис, а новые клиенты (Samsung, HTC) предпочитали интегрированные решения Qualcomm. В сентябре 2012 года Texas Instruments объявила о сворачивании разработок в сегменте мобильных процессоров, сосредоточившись на встраиваемых системах и промышленной электронике. Последним значимым продуктом стал OMAP5432, выпущенный в 2013 году.

Архитектура

Ключевая особенность OMAP — гетерогенная архитектура, объединяющая процессор общего назначения (GPP) на ядре ARM и цифровой сигнальный процессор (DSP).

Процессорное ядро ARM

Ядро ARM отвечает за выполнение операционной системы (Linux, Symbian, Android, Windows Mobile) и пользовательских приложений. В разных поколениях OMAP использовались следующие ядра:

• OMAP1: ARM9 (ARMv5TEJ)
• OMAP2: ARM11 (ARMv6)
• OMAP3: Cortex-A8 (ARMv7-A)
• OMAP4: двухъядерный Cortex-A9 (ARMv7-A)
• OMAP5: двухъядерный Cortex-A15 (ARMv7-A) с дополнительными ядрами Cortex-M4 для энергоэффективных задач

Цифровой сигнальный процессор (DSP)

DSP семейства TMS320C55x (OMAP1/2) или C64x+ (OMAP3/4/5) берёт на себя обработку сигналов в реальном времени: кодирование и декодирование аудио (MP3, AAC), видео (H.264, MPEG-4), обработку изображений с камеры, распознавание речи и шумоподавление. DSP работает под управлением собственной микроядерной операционной системы (DSP/BIOS), что позволяет ему выполнять задачи независимо от ARM, экономя энергию.

Вспомогательные блоки

• IVA (Imaging and Video Accelerator) — аппаратный ускоритель для обработки видео и изображений. В OMAP3 использовался IVA2, в OMAP4 — IVA3 с поддержкой Full HD 1080p.
• SGX — графический ускоритель (GPU) от Imagination Technologies (серия PowerVR). В OMAP3 — SGX530, в OMAP4 — SGX540, в OMAP5 — SGX544.
• DSP — отдельный блок для аудиообработки (например, для работы с голосовыми кодеками в телефонии).
• Контроллеры памяти — поддержка LPDDR, LPDDR2, eMMC, NAND Flash.
• Периферийные интерфейсы — USB 2.0/3.0, HDMI, MIPI DSI (для дисплеев), MIPI CSI (для камер), I2C, SPI, UART.

Классификация

Семейство OMAP традиционно делится на три основные линейки:

• OMAP 1/2/3/4/5 — процессоры для смартфонов, планшетов и мультимедийных устройств.
• OMAP-L1x — встраиваемые процессоры для промышленных и аудиоприложений (например, OMAP-L137 с ядром ARM9 и DSP C674x).
• OMAP-DM — процессоры для цифровых медиаплееров и телевизионных приставок (например, DM3730).

Применение

Смартфоны и планшеты

OMAP был основным процессором для многих моделей Nokia (Nseries, Eseries, Xseries), Palm (Pre, Pixi), Motorola (Droid, Atrix), LG (Optimus 2X, Prada) и BlackBerry (PlayBook, Z10). Планшеты Amazon Kindle Fire (2011—2013) и Barnes & Noble Nook (2010—2012) также использовали OMAP.

Встраиваемые системы

После ухода с мобильного рынка Texas Instruments продолжила выпуск OMAP для промышленных и автомобильных применений. Процессоры OMAP-L1x и AM335x (на базе Cortex-A8) широко используются в одноплатных компьютерах (например, BeagleBone), контроллерах автоматизации, медицинских приборах и автомобильных информационно-развлекательных системах.

Разработка и прототипирование

Платформа OMAP стала популярной среди разработчиков благодаря недорогим отладочным платам, таким как BeagleBoard (OMAP3530), PandaBoard (OMAP4430) и BeagleBone (AM335x). Эти платы активно применялись для обучения, создания прототипов и экспериментов с Linux и Android.

Критика и недостатки

Основным недостатком OMAP в мобильном сегменте стала зависимость от внешних графических ускорителей (PowerVR), что увеличивало сложность интеграции и задержки в выводе новых продуктов. Кроме того, Texas Instruments не смогла обеспечить поддержку LTE-модемов на кристалле, в то время как Qualcomm предлагала полностью интегрированные решения (SoC с модемом). Отсутствие встроенного модема делало OMAP менее привлекательным для производителей смартфонов, вынуждая их добавлять отдельный модемный чип, что увеличивало стоимость и энергопотребление.

Также отмечалась относительно низкая производительность графической подсистемы по сравнению с конкурентами (NVIDIA Tegra, Qualcomm Adreno) в играх и 3D-приложениях.

Наследие

Несмотря на уход с мобильного рынка, архитектурные решения OMAP (гетерогенные вычисления, интеграция DSP) повлияли на последующие разработки Texas Instruments, такие как процессоры Sitara (AM335x, AM437x) и DaVinci (DM). Технология DSP-акселерации, заложенная в OMAP, продолжает использоваться в промышленных и автомобильных чипах TI.

Источники

• Texas Instruments. «OMAP Platform Overview» (техническая документация, 2009—2013).
• Бенджамин Бедерсон. «The Rise and Fall of Texas Instruments' OMAP» (статья на AnandTech, 2012).
• Крис Ширли. «OMAP: The Little Chip That Couldn't» (аналитический обзор, 2013).
• Документация к BeagleBoard и PandaBoard (Texas Instruments, 2008—2011).
• Спецификации процессоров OMAP3, OMAP4, OMAP5 (Texas Instruments, 2007—2013).