基于i.MX6車(chē)載音視頻系統的設計和實(shí)現

摘要：隨著(zhù)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展，車(chē)載系統的電子化程度越來(lái)越高，車(chē)載音視頻系統作為汽車(chē)人機交互的重要組成部分，正成為研究的新熱點(diǎn)。本文提出了智能手機和車(chē)載音視頻系統相結合的應用方案，分析了實(shí)現i.MX6車(chē)載音視頻系統的硬件模塊和軟件流程圖，驅動(dòng)初始化狀態(tài)機實(shí)現方法。系統測試結果表明本文提出的音視頻系統實(shí)現了音視頻基本功能，還可實(shí)現多屏互動(dòng)，并提供移動(dòng)設備實(shí)時(shí)充電解決方案。

近年來(lái)，隨著(zhù)汽車(chē)用戶(hù)的覆蓋普及和電子技術(shù)的不斷創(chuàng )新發(fā)展，人們對汽車(chē)性能要求也越來(lái)越高，由傳統的交通工具單一功能向多媒體、信息化的多功能交通工具轉變;汽車(chē)產(chǎn)業(yè)從單純的機械產(chǎn)品向光機電一體化轉變。未來(lái)的趨勢是電子化比重不斷加強，車(chē)載音視頻系統作為汽車(chē)人機交互的重要組成部分，成為研究的新熱點(diǎn)。

目前市場(chǎng)上的車(chē)載音視頻設備大都是以完整的音視頻系統的形式出現在車(chē)載環(huán)境中。本文提出了一種利用飛思卡爾半導體最新一代處理器i.MX6，并結合新穎的MHL協(xié)議研究車(chē)載音視頻系統的新方案，實(shí)現了多屏互動(dòng)功能，在多系統應用中注意防止同頻干擾問(wèn)題，并能提供移動(dòng)設備實(shí)時(shí)充電解決方案。

1 基于i.MX6的車(chē)載音視頻系統架構

基于i.MX6車(chē)載音視頻系統的系統架構如圖1所示。本文設計的車(chē)載音視頻系統由原始音視頻數據源接收模塊、數據處理、視頻數據和音頻數據輸出組成。

系統在正常工作時(shí)，通過(guò)集成MHL功能的智能手機向系統的接收模塊輸入音視頻數據，數據可以?xún)Υ嬖谑謾C中的資源，也可以是從2G、GPRS、3G、LTE或WiFi等網(wǎng)絡(luò )中獲取的音視頻數據。接收模塊對接收到的MHL格式的數據進(jìn)行預處理，將數據中的視頻數據和音頻數據分離，并將視頻數據轉換成MIPI格式，音頻數據轉換成I2S格式。

將MIPI格式的視頻數據和I2S格式的音頻數據同時(shí)輸入處理器i.MX6，視頻數據經(jīng)過(guò)圖像處理子系統的相關(guān)處理后，轉換成LVDS顯示識別的RGB格式視頻數據，通過(guò)LVDS線(xiàn)纜輸出到顯示設備。同時(shí)，通過(guò)處理器的一個(gè)I2S接收模塊接收音頻數據，對數據不作處理，直接通過(guò)處理器的另外一個(gè)I2S發(fā)送模塊送到音頻驅動(dòng)器，經(jīng)驅動(dòng)后，通過(guò)喇叭或者耳機播放與視頻同步的音樂(lè )。

2 系統硬件設計

基于i.MX6車(chē)載音視頻系統的系統架構如圖2所示?；趇.MX6的車(chē)載音視頻系統硬件部分主要包括ADV7481構成的MHL數據格式接收模塊、i.MX6處理器模塊、顯示模塊、WM8962音頻驅動(dòng)模塊和電源部分。

2.1 電源部分

電源部分由兩部分構成，第一部分是輸入過(guò)壓保護電路，防止輸入電壓過(guò)大或外界干擾進(jìn)入，損壞電路;第二部分是集成電壓管理電路，集成了開(kāi)關(guān)型電壓轉換電路和線(xiàn)性電壓轉換電路。

輸入過(guò)壓保護電路如圖3所示。在正常輸入5 V電源電壓時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)S1，Q1的源極為5 V，柵極電壓由電阻R2、R4、R5的分壓決定，約為0.26 V，這樣Q1的VGS為-4.74 V，低于開(kāi)啟電壓-2.1 V，Q1的漏極和源極之間導通，主電源5 V流入PSU_5V0供給后級試用。當輸入端輸入非正常的過(guò)壓時(shí)，穩壓二極管D2的反向電壓會(huì )超過(guò)它的反向擊穿電壓限值，使得D2的陰極電位穩定在5.1 V左右，同時(shí)使得三極管Q2的UBE大于0.7 V時(shí)，Q2的集電極和發(fā)射極之間導通，會(huì )有大量電流從其內部流過(guò)，這些電流會(huì )在R4和R5上產(chǎn)生壓降，在Q1的柵極產(chǎn)生一個(gè)電壓，使得Q1的柵源電壓近似相等，高于開(kāi)啟電壓-2.1 V，Q1管截止，阻止過(guò)壓流入后級電路，實(shí)現保護后級電路的功能。

集成電壓管理電路選用了飛思卡爾半導體的MMPF0100解決方案，它主要包括電源管理控制、線(xiàn)性穩壓電源轉換、開(kāi)關(guān)電源轉換3個(gè)部分。電源的管理控制部分可以配置輸出的電壓值，精度，輸出時(shí)序等。開(kāi)關(guān)電源電路的本質(zhì)是一個(gè)串聯(lián)型開(kāi)關(guān)型穩壓電源。線(xiàn)性穩壓電源轉換電路，實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)線(xiàn)性調制器。

2.2 接收模塊

接收模塊兼容MHL和HDMI兩種數據源輸入，其中MHL的差分數據線(xiàn)和HDMI的DATA0+/-共用一對差分線(xiàn)，CBUS與HDMI_HPD_CON共用一根信號線(xiàn)，電源和地共用。

系統靠檢測連接器第2腳的CD_SENSE信號線(xiàn)的電平來(lái)判別是什么數據源輸入。當CD_SENSE為高電平時(shí)，表示是MHL源輸入;當CD_SENSE為低電平時(shí)，表示是HDMI源輸入。

MHL有個(gè)特殊的功能，Sink端可以為Source設備供電，5 V電壓要向外輸出，而兼容HDMI接口檢測時(shí)需要接收Source設備的5 V電壓，這就意味著(zhù)在兩種不同的輸入模式下，5V電源管腳的電流方向截然相反。

為了解決兩種不同的應用造成的困擾，本文設計了一種5 V電源方案，如圖4所示。當系統檢測到MHL輸入時(shí)，CD_SENSE是高電平，Q7管導通，Q7和Q8的柵極約為0 V，由于Q7存在體二極管，使得Q7和Q8源極的電位只比5 V低二極管的導通壓降，仍為高電平，兩個(gè)MOS管的VGS大于開(kāi)啟電壓，都呈現導通狀態(tài)，5 V電源通過(guò)連接器的電源腳為Source設備充電。當系統檢測到HDMI輸入時(shí)，CD_SENSE是低電平，Q6管截止，R15上沒(méi)有電流，Q3和Q4源極和柵極電壓相等，都呈現截止狀態(tài)，5 V不能向外供電，電源管腳只接收Source的電壓實(shí)現檢測功能。

2.3 i.MX6處理器模塊

本文選用飛思卡爾公司的i.MX6處理器，它集成4核ARM Cortex—A9，采用先進(jìn)的納米技術(shù)，且每個(gè)內核運行時(shí)最高速率可以達到1.2 GHz。每個(gè)處理器提供一個(gè)64 bit的存儲器接口，以及一系列外設接口。如MIPI CSI-2接口、I2S接口、無(wú)線(xiàn)接口、顯示接口、攝像傳感器接口等。從這款芯片特性可以看出，它速率高、安全、功耗低，片上集成了多個(gè)外設接口，資源豐富，可以滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的車(chē)載娛樂(lè )、遠程信息訪(fǎng)問(wèn)和處理、人機交互界面、集群顯示的市場(chǎng)需求。