車(chē)載多媒體的嵌入式處理方案

汽車(chē)行業(yè)的制造商正面臨著(zhù)挑戰。消費者越來(lái)越期望自己的汽車(chē)配備有最先進(jìn)的音頻與多媒體系統，以及用于MP3播放器等便攜式設備的各種接口。由于消費電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐比傳統的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)更快，因此汽車(chē)制造商和一級供應商必須努力與之齊頭并進(jìn)。

由于媒體格式和通信標準在不斷變化，故軟件的靈活性對于汽車(chē)應用至關(guān)重要。這意味著(zhù)通用處理器往往是一個(gè)很好的選擇，因為它們可以根據汽車(chē)多媒體系統的要求進(jìn)行簡(jiǎn)單、具成本效益的改變。

車(chē)載多媒體還為汽車(chē)制造商在競爭中凸顯自己產(chǎn)品的差異性提供了一種頗有價(jià)值的手段。在本文中，我們將探討(Audi)公司最新A5汽車(chē)中的多媒體方案，并討論汽車(chē)多媒體的相關(guān)標準和問(wèn)題。

奧迪A5中的汽車(chē)系統是現代車(chē)載多媒體系統的一個(gè)典型范例。它集成了多達四個(gè)Blackfin處理器，提供一個(gè)數字音頻廣播(DAB)無(wú)線(xiàn)電接收器、一個(gè)MP3兼容6碟CD換片裝置和可以與Apple iPod等便攜式媒體播放器連接的奧迪音樂(lè )接口，在方向盤(pán)上還安裝有多功能控制。此外，還提供有BangOlufsen(BO)公司的環(huán)繞聲放大器作為選配附件，該放大器基于SHARC處理器，可執行濾波器算法，使音頻信號能夠適應汽車(chē)內部的聲音環(huán)境。

總線(xiàn)標準和其它挑戰

從嵌入式系統的角度來(lái)看，汽車(chē)與其它應用的一個(gè)主要差別在于數據通信總線(xiàn)。一般而言，汽車(chē)通信采用控制器局域網(wǎng)(CAN)總線(xiàn)或面向媒體系統傳輸(MOST)總線(xiàn)。CAN總線(xiàn)主要用于控制接口，其數據傳輸率大約為1Mbps，因此不適合用于多媒體數據傳輸。MOST總線(xiàn)用于傳輸數據率高達25Mbps的數字格式(原始PCM數據)的多媒體數據。必需的MOST和CAN網(wǎng)絡(luò )服務(wù)采用軟件來(lái)實(shí)現，并通過(guò)實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)來(lái)確保滿(mǎn)足實(shí)時(shí)要求。

多媒體系統必須支持標準化的通信協(xié)議，比如USB OTG、SDIO和藍牙標準。它還必須支持帶有必需專(zhuān)有協(xié)議的流行設備，譬如Apple iPod和微軟Zune播放器。USB存儲器和許多不同的多媒體設備都可以作為USB主設備與系統連接，PC機也可以作為USB設備連接到系統。一般情況下，USB和SDIO軟件驅動(dòng)器及其各自的文件系統都是操作系統必不可少的部分。

多媒體網(wǎng)關(guān)和汽車(chē)音響

為了支持汽車(chē)多媒體應用，嵌入式系統的主要任務(wù)(被稱(chēng)為多媒體網(wǎng)關(guān))是對標準化通信協(xié)議(如藍牙、USB，以及數字音頻格式的解碼)進(jìn)行適應性修改和轉換。多媒體網(wǎng)關(guān)采用對軟件更新開(kāi)放的定制可編程處理器，這有助于實(shí)現快速開(kāi)發(fā)，并使汽車(chē)制造商能夠對消費電子市場(chǎng)的快速變化做出恰當的響應。

直到前不久，多媒體網(wǎng)關(guān)都一直是汽車(chē)的唯一解決方案。而新一代汽車(chē)音響將把儀表板上集成的人機接口(HMI)和網(wǎng)關(guān)的多媒體功能結合在一起。這種新的汽車(chē)音響還有可能包含通信和導航等額外功能。它需要的集成度遠遠高于網(wǎng)關(guān)，因此開(kāi)發(fā)時(shí)間較長(cháng)，但成本效益要高得多。

汽車(chē)音響的軟件和硬件要求都高于多媒體網(wǎng)關(guān)的，因為其處理器必須執行HMI，如果有必要還需支持數字無(wú)線(xiàn)電標準和網(wǎng)關(guān)的常見(jiàn)功能。HMI一般由單獨的處理器實(shí)現，該處理器具有一個(gè)可與車(chē)內顯示器直接相連的接口，并且可能包含語(yǔ)音識別和文本語(yǔ)音輸出功能。像Blackfin BF549這樣功能強大的處理器能夠實(shí)現所需功能，同時(shí)提供一個(gè)可擴展的平臺。

在最新奧迪A5中，“交響樂(lè )”和“音樂(lè )會(huì )”無(wú)線(xiàn)電設備的多媒體接口(MMI)圖形顯示器是通過(guò)時(shí)鐘速度為533MHz的Blackfin ADSP-BF539處理器的并行外設接口(PPI)來(lái)控制的。而MMI則是通過(guò)一種用于圖形用戶(hù)接口設計的先進(jìn)軟件工具開(kāi)發(fā)的。用戶(hù)利用這種工具可以獲得HMI用戶(hù)接口的原型，并對其它的定制版本進(jìn)行仿真。

儀表板

Blackfin處理器可以為奧迪汽車(chē)提供所需的性能和連接性，以及現場(chǎng)可升級的靈活性。當然也可以考慮采用其它的處理器架構，Blackfin處理器的優(yōu)勢在于它能夠提供處理音頻解碼、DAB處理和奧迪車(chē)載娛樂(lè )信息系統內部MMI控制所需的性能、可擴展性和連接性。它還能夠支持基礎架構，實(shí)現快速、低風(fēng)險的開(kāi)發(fā)。

可選的數字音頻廣播(DAB)功能是由ADSP-BF532處理器提供的。奧迪的交響樂(lè )/音樂(lè )會(huì )DAB無(wú)線(xiàn)電是一種軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SDR)方案，這讓奧迪可以使用最新軟件來(lái)實(shí)現新的無(wú)線(xiàn)電協(xié)議。未來(lái)升級只需要將新IP的軟件flash下載到處理器的可編程硬件中即可。

另一個(gè)與MOST總線(xiàn)連接的Blackfin處理器用于驅動(dòng)一個(gè)MP3兼容的6碟CD換片裝置。該處理器采用軟件來(lái)實(shí)現MOST網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。

還有一個(gè)Blackfin處理器負責驅動(dòng)奧迪A5的音樂(lè )接口，此接口的作用是集成Apple iPod等便攜式媒體播放器，實(shí)現儀表板顯示和方向盤(pán)控制，另外還可以復制音頻顯示屏上的iPod顯示，例如音樂(lè )標題。

在400MHz左右，該處理器可以為上述應用提供不錯的性?xún)r(jià)比，而處理器能夠同時(shí)進(jìn)行控制和信號處理的能力意味著(zhù)它可以控制音頻處理和外部設備的管理。

圖2所示即為Blackfin多媒體處理器的內部模塊示意圖。其連接性由許多串行接口(3個(gè)SPI、4個(gè)UART、4個(gè)SPORT和2個(gè)TWI)以及一個(gè)USB -OTG接口、一個(gè)ATAPI接口和一個(gè)SDIO接口提供。此外，它還有三個(gè)并行接口，用于驅動(dòng)顯示屏、相機和另外一個(gè)用于導航服務(wù)的處理器。處理器與汽車(chē)內部總線(xiàn)之間的連接由兩個(gè)CAN接口和一個(gè)MXVR接口提供。

汽車(chē)多媒體應用需要一個(gè)功能強大的處理器。BF549 Blackfin處理器內部的32位架構和快速DDR內存接口可處理分辨率高達800480像素(WVGA)的視頻數據。這表明它能夠處理許多要求嚴苛的情況，比如處理同步音頻文件的同時(shí)又進(jìn)行MOST網(wǎng)絡(luò )服務(wù)和藍牙通信。

奧迪A5項目所有設計團隊的開(kāi)發(fā)人員都使用了ADI公司的VisualDSP++集成開(kāi)發(fā)和調試環(huán)境(IDDE)，這種IDDE包括本地C/C++編譯器、高級繪圖工具、統計分析和VisualDSP++內核(VDK)，允許代碼以結構化的、易于擴展的方式來(lái)實(shí)現。

DRM問(wèn)題

購買(mǎi)的任何音樂(lè )都可能包含受數字無(wú)線(xiàn)電廣播標準(DRM)保護的文件。為了能夠播放數字音頻，解碼器必須支持正確的DRM格式。要解碼微軟的DRM(PlayforSure)需要一個(gè)必須永久地保存在網(wǎng)關(guān)中的DRM證書(shū)。不過(guò)，由于必需徹底保護DRM免受非法訪(fǎng)問(wèn)，DRM證書(shū)的存儲也是一個(gè)特殊的挑戰。

Blackfin處理器受到一種基于軟件和硬件認證的安全概念的保護。這種Lockbox技術(shù)專(zhuān)門(mén)被開(kāi)發(fā)來(lái)處理數字版權管理。DRM證書(shū)被存儲在一個(gè)專(zhuān)用的一次性可編程(OTP)存儲器中。只有在系統啟動(dòng)過(guò)程中通過(guò)一個(gè)已獲認證的應用程序才可以訪(fǎng)問(wèn)OTP。此外，還可對這個(gè)應用程序進(jìn)行部分或者全部編碼，以防止任何人秘密竊取或非法拷貝。

對無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展的作用

在未來(lái)，無(wú)線(xiàn)數據傳輸將扮演一種特殊的角色，因為這種連接方式非常適合于在便攜式終端設備和汽車(chē)之間傳輸音頻和視頻數據。除此之外，著(zhù)名的藍牙免提通信規范(免提規范，HFP)也支持各種新的規范，其中之一是先進(jìn)音頻分配規范(即A2DP，它允許用戶(hù)經(jīng)由汽車(chē)的音頻系統復制手機上的音頻文件)。A2DP能夠利用無(wú)線(xiàn)藍牙鏈接傳輸壓縮音頻數據，如MP3和AAC。

AVRCP規范A2DP規范的擴展。該規范允許用戶(hù)播放手機上的音樂(lè )，一般包括開(kāi)始、停止、下一曲、前一曲以及樂(lè )曲的快速播放等功能。這一規范也支持元數據(metadata)，將來(lái)也許還能夠在無(wú)線(xiàn)電顯示屏上顯示標題，讓用戶(hù)可以通過(guò)中央用戶(hù)接口選擇自己喜愛(ài)的樂(lè )曲或播放列表。

撥號網(wǎng)絡(luò )(DUN)規范是另一個(gè)重要規范。它可為移動(dòng)電話(huà)及用戶(hù)直接訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)提供基站連接選項。其數據傳輸率取決于傳輸標準，這意味著(zhù)可以提供大量新的遠程信息處理功能。

除了純粹的通信支持外，多媒體網(wǎng)關(guān)還可以同時(shí)處理好幾種數字格式的音頻文件的解碼，這些音頻文件可能采用了數字版權管理(DRM)。未來(lái)的汽車(chē)可以支持兩個(gè)到三個(gè)獨立的音頻區，以滿(mǎn)足所有乘客的要求。表1總結了最重要的音頻編解碼器。

未來(lái)展望

繼音頻應用之后，下一步將是視頻應用的推出，但這會(huì )增加硬件要求。音頻所需的數據傳輸率僅為幾百Kbps左右，而視頻的數據傳輸速率將高至好幾Mbps。在這種情況下，視頻數據必須分布于車(chē)內一個(gè)或幾個(gè)視頻源，例如DVD或者硬盤(pán)。

鑒于此，未來(lái)定義的MOST150標準將必須能夠處理高達150Mbps的數據速率。在傳輸視頻數據的情況下，藍牙標準將達其傳輸速率上限，因為這時(shí)它的最大數據率2Mbps也僅夠用來(lái)播放小視頻文件而已。對于短距無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，藍牙將被數據率高達480Mps的新的無(wú)線(xiàn)USB標準所取代。

以后剩下的唯一問(wèn)題就是汽車(chē)如何與互聯(lián)網(wǎng)相連接一事了。數據傳輸速率不斷提高的趨勢將持續下去。