嵌入式處理器解決車(chē)載多媒體系統中的設計難題

汽車(chē)行業(yè)的制造商正面臨著(zhù)挑戰。消費者永遠期望他們的汽車(chē)具有最新的音頻和多媒體系統，以及與MP3播放器等便攜式設備連接的接口。由于消費類(lèi)電子行業(yè)的發(fā)展速度比傳統汽車(chē)行業(yè)快，因此汽車(chē)制造商和一級供應商必須保持與時(shí)俱進(jìn)。

由于媒體格式和通信標準在不斷地變化，因此軟件的靈活性對于汽車(chē)應用非常重要。這意味著(zhù)通用處理器通常就是上好的選擇，因為它們允許簡(jiǎn)單的低成本和高效率變化以適應汽車(chē)多媒體系統。

制造商希望自己的汽車(chē)在競爭廠(chǎng)商中脫穎而出，車(chē)載多媒體系統可為他們提供頗有價(jià)值的方案。本文將講述奧迪(Audi)公司最新A5汽車(chē)中的多媒體方案，并且討論汽車(chē)多媒體的相關(guān)標準和問(wèn)題。

最新奧迪汽車(chē)系統中的奧迪A5是現代車(chē)載多媒體系統的一個(gè)典型實(shí)例。它集成了四顆Blackfin處理器，從而可以提供數字射頻收發(fā)器〔數字音頻廣播(DAB)〕、與MP3兼容的6碟CD自動(dòng)換片裝置和奧迪公司的音樂(lè )接口，這種接口允許用戶(hù)與Apple iPod媒體播放器連接并且可以使用安裝在方向盤(pán)上的多功能控制。它可選的附件是Bang Olufsen(簡(jiǎn)稱(chēng)BO)公司提供的環(huán)繞聲放大器，該放大器基

于SHARC處理器，可完成濾波器算法，使音頻信號能夠適應汽車(chē)內部的音響環(huán)境。

汽車(chē)總線(xiàn)標準和其它難題

從嵌入式系統的角度來(lái)看，汽車(chē)與其它應用的主要不同點(diǎn)之一是所使用的總線(xiàn)標準。通常，汽車(chē)的通信使用控制器局域網(wǎng)(CAN)總線(xiàn)或面向媒體系統傳輸(MOST)總線(xiàn)。CAN總線(xiàn)主要用作控制接口;它的帶寬大約是1Mbit/s，因此不適合用于多媒體數據傳輸。MOST總線(xiàn)用于傳輸帶寬高達 25Mbit/s的數字格式(原始PCM數據)的多媒體數據。通常采用軟件實(shí)現所需的MOST和CAN網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，使用實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)確保滿(mǎn)足實(shí)時(shí)要求。

多媒體系統必須支持標準的通信協(xié)議，例如USB OTG標準、SDIO標準和藍牙標準，它還必須支持滿(mǎn)足專(zhuān)用協(xié)議要求的流行設備，例如Apple iPod播放器和微軟(Microsoft)公司的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主機與系統連接，個(gè)人電腦(PC)也可以作為USB設備連接到系統。通常，USB和SDIO標準的軟件設備以及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)音響本體

為了支持汽車(chē)多媒體應用，嵌入式系統的主要任務(wù)(稱(chēng)為“多媒體網(wǎng)關(guān)”)是適配并且轉換專(zhuān)用和標準的通信協(xié)議，例如藍牙協(xié)議、USB協(xié)議以及數字音頻格式的解碼。多媒體網(wǎng)關(guān)使用對軟件升級開(kāi)放的定制的可編程處理器，因此可以加快開(kāi)發(fā)，并且可使汽車(chē)制造商能夠對消費類(lèi)電子市場(chǎng)的快速變化做出合適的響應。

迄今為止，多媒體網(wǎng)關(guān)一直是汽車(chē)的唯一解決方案。新一代汽車(chē)音響本體(又稱(chēng)音源，head unit)將集成在儀表板內的人機接口(HMI)和網(wǎng)關(guān)的多媒體功能結合在一起。汽車(chē)音響本體也可能集成通信和導航等其它功能。它要求的集成度遠遠高于網(wǎng)關(guān)，因此延長(cháng)了開(kāi)發(fā)時(shí)間，但降低了成本并且提高了效率。

汽車(chē)音響本體的軟件和硬件要求高于多媒體網(wǎng)關(guān)，因為其處理器必須實(shí)現HMI和網(wǎng)關(guān)的常見(jiàn)功能，如果有必要還需支持數字射頻收發(fā)標準。HMI通常由獨立的處理器實(shí)現，它具有與汽車(chē)內顯示器直接連接的接口，并且可能包括語(yǔ)音識別和文本語(yǔ)音輸出。Blackfin BF549等功能強大的處理器可以完成所需的功能，并且提供一個(gè)可擴展的平臺。

在 最新的奧迪A5中，使用時(shí)鐘速度高達 533MHz的Black fin ADSP-BF539處理器的并行外圍設備接口(PPI)，來(lái)控制“ 交響樂(lè )”和“音樂(lè )會(huì )”射頻收發(fā)設備的多媒體接口(MMI)圖形顯示器。使用先進(jìn)的設計圖形用戶(hù)接口的軟件工具研發(fā)MMI，該工具允許用戶(hù)生成HMI用戶(hù)接口的原型，并且仿真其它的定制版本。

圖1 多媒體網(wǎng)關(guān)提供音頻設備和汽車(chē)電子設備之間的隔離

儀表板下方問(wèn)題

Blackfin處理器可以為奧迪汽車(chē)提供它所需的性能以及連通性和現場(chǎng)升級的靈活性。其它的處理器體系結構也可以作為考慮，但選用Blackfin處理器是因為它可以提供音頻處理、DAB處理以及奧迪的車(chē)載娛樂(lè )信息系統內MMI控制所需的性能、可測量性和可擴展性。它也能夠支持基礎設施，以便快速、低風(fēng)險的開(kāi)發(fā)。ADI公司的高端音頻系統經(jīng)驗也有助于影響決策，因為提供了多種特定行業(yè)的第三方知識產(chǎn)權(IP)的保護。

ADSP-BF532處理器提供了可選的數字音頻廣播(DAB)功能。奧迪公司的交響樂(lè )和音樂(lè )會(huì )DAB射頻收發(fā)設備是一種軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SDR)方案，并且允許奧迪公司使用最新軟件實(shí)現新的射頻收發(fā)協(xié)議。今后的升級僅需要將新IP的軟件閃存下載到處理器的可編程硬件中。

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另外一顆與MOST總線(xiàn)連接的Bl ackfin處理器可以驅動(dòng)與MP3兼容的6碟CD自動(dòng)換片裝置。該處理器使用軟件實(shí)現MOST網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。

另一顆Blackfin處理器可以驅動(dòng)奧迪A5汽車(chē)的音樂(lè )接口，該接口集成了Apple iPod等便攜式媒體播放器，可在儀表板顯示器上顯示或者通過(guò)方向盤(pán)控制。該接口也可以復制iPod播放器顯示屏上的音頻顯示，例如音樂(lè )標題。

對于上述應用，400MHz的處理器具有合適的性?xún)r(jià)比。處理器能夠完成控制和信號處理，這也意味著(zhù)它必須完成音頻處理和外部設備的管理。

Blackfin多媒體處理器的內部結構如圖2所示。連通性通過(guò)許多串行接口(3個(gè)SPI、4個(gè)UART、4個(gè)SPORTS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，它具有三個(gè)并行接口用于驅動(dòng)顯示屏、數碼相機和另外一顆用于導航服務(wù)的處理器。兩個(gè) CAN接口和一個(gè)MXVR接口可提供處理器與汽車(chē)內部總線(xiàn)之間的連接。

圖2 Blackfin BF549處理器的框圖

汽車(chē)多媒體應用需要功能強大的處理器。BF549 Blackfin處理器的內部為32bit體系結構并且具有快速的雙

倍數據速率(DDR)存儲器接口，它能夠處理分辨率為WVGA(800×480)的視頻數據。這意味著(zhù)它可以控制要求嚴格的情況，例如處理同步的音頻文件，并同時(shí)完成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)商都使用了ADI公司的VisualDSP++集成開(kāi)發(fā)和調試環(huán)境(IDDE)。該環(huán)境包括原生的C/C++編譯器、高級繪圖工具、統計監測器和VisualDSP++內核(VDK)，該內核允許以結構化的簡(jiǎn)單方式編寫(xiě)代碼。

DRM問(wèn)題

購買(mǎi)的任何音頻可能都包含受數字版權管理(DRM)保護的文件。為了能夠重新播放數字音頻，解碼器必須支持相應的DRM格式。解碼微軟公司的DRM (PlayforSure)需要DRM認證，該認證必須永久地保存在網(wǎng)關(guān)。存儲DRM認證提出了一個(gè)特殊問(wèn)題，因為適當地保護DRM免受非法訪(fǎng)問(wèn)非常重要。

根據通過(guò)軟件和硬件鑒定的安全概念保護Blackfin處理器。專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的Lockbox技術(shù)用于處理數字版權管理。DRM認證存儲在專(zhuān)用的一次性可編程(OTP)存儲器中。在系統啟動(dòng)過(guò)程中只有通過(guò)鑒定的應用才可以訪(fǎng)問(wèn)OTP。此外，該應用也可部分或者全部編碼以防任何秘密竊取或者非法拷貝行為。

在未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展中的作用

在未來(lái)，無(wú)線(xiàn)數據傳輸將起到特殊的作用，因為這種連接方式非常適合于在便攜式設備和汽車(chē)之間傳輸音頻和視頻數據。除了免提通信應用(免提應用規范，簡(jiǎn)稱(chēng) HFP)之外，藍牙協(xié)議也支持各種新的規范。這些最新規范之一是A2DP規范，它允許用戶(hù)通過(guò)汽車(chē)的音頻系統重新生成手機中的音頻文件。A2DP是高級音頻傳輸規范的縮寫(xiě)形式，它使用無(wú)線(xiàn)藍牙連接傳輸壓縮的音頻數據，例如MP3和AAC。

表1：音頻編輯解碼器

AVRCP規范擴展了A2DP規范。該規范允許用戶(hù)重放手機中的音樂(lè )。通常包括開(kāi)始、停止、下一曲、前一曲以及樂(lè )曲的快速重放。該規范也可支持原數據，將來(lái)它還可能在射頻收發(fā)設備顯示屏上顯示標題，從而允許用戶(hù)選擇所喜歡的樂(lè )曲或者通過(guò)中央用戶(hù)接口播放樂(lè )曲列表。

DUN配置文件(撥號網(wǎng)絡(luò )配置文件)是另外一種重要的配置文件。該文件可提供基站與移動(dòng)電話(huà)的連接選項，并且允許用戶(hù)直接訪(fǎng)問(wèn)因特網(wǎng)。其數據傳輸速度取決于傳輸標準，這意味著(zhù)它可以提供許多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)還可以處理幾路數字格式音頻文件的同步編碼，這幾路音頻可以使用數字權利管理(DRM)。在未來(lái)，可以支持汽車(chē)中兩個(gè)到三個(gè)獨立的音頻區域以滿(mǎn)足所有乘客的要求。下表總結了最重要的音頻編解碼器。

展望

繼音頻應用之后，視頻應用將會(huì )被推出，這會(huì )增加硬件要求。音頻所需要的數據傳輸速率大約是幾百Kbit/s，而視頻的數據傳輸速率會(huì )上升到幾個(gè)Mbit/s。在這種情況下，視頻數據必須分布在汽車(chē)內的一個(gè)或幾個(gè)視頻源，例如DVD或者硬盤(pán)。

在未來(lái)，仍然會(huì )使用MOST標準(MOST150)，它可以傳輸高達150Mbit/s 的數據速率。當傳輸視頻數據時(shí)，藍牙標準也接近了傳輸限制，因為它2Mbit/s的最大數據速率只能用來(lái)重放小視頻文件。對于短程無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，藍牙標準將被新的無(wú) 線(xiàn)USB標準代替，這種標準能夠傳輸高達480Mbit/s的數據速率。

在未來(lái)，汽車(chē)如何與因特網(wǎng)連接這一問(wèn)題還有待解決，而數據傳輸速率不斷提高的趨勢也不會(huì )終止。