嵌入式处理器解决车载多媒体系统中的设计难题 - 文章

嵌入式处理器解决车载多媒体系统中的设计难题

作者：Alexander Sch der

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汽车行业的制造商正面临着挑战。消费者永远期望他们的汽车具有最新的音频和多媒体系统，以及与MP3播放器等便携式设备连接的接口。

由于消费类电子行业的发展速度比传统汽车行业快，因此汽车制造商和一级供应商必须保持与时俱进。

由于媒体格式和通信标准在不断地变化，因此软件的灵活性对于汽车应用非常重要。这意味着通用处理器通常就是上好的选择，因为它们允许简单的低成本和高效率变化以适应汽车多媒体系统。

制造商希望自己的汽车在竞争厂商中脱颖而出，车载多媒体系统可为他们提供颇有价值的方案。本文将讲述奥迪（Audi）公司最新A5汽车中的多媒体方案，并且讨论汽车多媒体的相关标准和问题。

最新奥迪汽车系统中的奥迪A5是现代车载多媒体系统的一个典型实例。它集成了四颗Blackfin处理器，从而可以提供数字射频收发器〔数字音频广播（DAB）〕、与MP3兼容的6碟CD自动换片装置和奥迪公司的音乐接口，这种接口允许用户与Apple iPod媒体播放器连接并且可以使用安装在方向盘上的多功能控制。它可选的附件是Bang & Olufsen（简称B&O）公司提供的环绕声放大器，该放大器基于SHARC处理器，可完成滤波器算法，使音频信号能够适应汽车内部的音响环境。

汽车总线标准和其它难题

从嵌入式系统的角度来看，汽车与其它应用的主要不同点之一是所使用的总线标准。通常，汽车的通信使用控制器局域网（CAN）总线或面向媒体系统传输（MOST）总线。CAN总线主要用作控制接口；它的带宽大约是1Mbit/s，因此不适合用于多媒体数据传输。MOST总线用于传输带宽高达25Mbit/s的数字格式（原始PCM数据）的多媒体数据。通常采用软件实现所需的MOST和CAN网络服务，使用实时操作系统（RTOS）确保满足实时要求。

多媒体系统必须支持标准的通信协议，例如USB OTG标准、SDIO标准和蓝牙标准，它还必须支持满足专用协议要求的流行设备，例如Apple iPod播放器和微软（Microsoft）公司的Zune播放器。USB存储器和许多不同的多媒体设备都可以作为USB主机与系统连接，个人电脑（PC）也可以作为USB设备连接到系统。通常，USB和SDIO标准的软件设备以及各自的文件系统都是操作系统必不可少的部分。

多媒体网关和汽车音响本体

为了支持汽车多媒体应用，嵌入式系统的主要任务（称为“多媒体网关”）是适配并且转换专用和标准的通信协议，例如蓝牙协议、USB协议以及数字音频格式的解码。多媒体网关使用对软件升级开放的定制的可编程处理器，因此可以加快开发，并且可使汽车制造商能够对消费类电子市场的快速变化做出合适的响应。

迄今为止，多媒体网关一直是汽车的唯一解决方案。新一代汽车音响本体（又称音源，head unit）将集成在仪表板内的人机接口（HMI）和网关的多媒体功能结合在一起。汽车音响本体也可能集成通信和导航等其它功能。它要求的集成度远远高于网关，因此延长了开发时间，但降低了成本并且提高了效率。

汽车音响本体的软件和硬件要求高于多媒体网关，因为其处理器必须实现HMI和网关的常见功能，如果有必要还需支持数字射频收发标准。HMI通常由独立的处理器实现，它具有与汽车内显示器直接连接的接口，并且可能包括语音识别和文本语音输出。Blackfin BF549等功能强大的处理器可以完成所需的功能，并且提供一个可扩展的平台。

在最新的奥迪A5中，使用时钟速度高达 533MHz的Black fin ADSP-BF539处理器的并行外围设备接口(PPI)，来控制“ 交响乐”和“音乐会”射频收发设备的多媒体接口(MMI)图形显示器。使用先进的设计图形用户接口的软件工具研发MMI，该工具允许用户生成HMI用户接口的原型，并且仿真其它的定制版本。

图1 多媒体网关提供音频设备和汽车电子设备之间的隔离

仪表板下方问题

Blackfin处理器可以为奥迪汽车提供它所需的性能以及连通性和现场升级的灵活性。其它的处理器体系结构也可以作为考虑，但选用Blackfin处理器是因为它可以提供音频处理、DAB处理以及奥迪的车载娱乐信息系统内MMI控制所需的性能、可测量性和可扩展性。它也能够支持基础设施，以便快速、低风险的开发。ADI公司的高端音频系统经验也有助于影响决策，因为提供了多种特定行业的第三方知识产权（IP）的保护。

ADSP-BF532处理器提供了可选的数字音频广播（DAB）功能。奥迪公司的交响乐和音乐会DAB射频收发设备是一种软件定义无线电（SDR）方案，并且允许奥迪公司使用最新软件实现新的射频收发协议。今后的升级仅需要将新IP的软件闪存下载到处理器的可编程硬件中。

另外一颗与MOST总线连接的Blackfin处理器可以驱动与MP3兼容的6碟CD自动换片装置。该处理器使用软件实现MOST网络服务。

另一颗Blackfin处理器可以驱动奥迪A5汽车的音乐接口，该接口集成了Apple iPod等便携式媒体播放器，可在仪表板显示器上显示或者通过方向盘控制。该接口也可以复制iPod播放器显示屏上的音频显示，例如音乐标题。

对于上述应用，400MHz的处理器具有合适的性价比。处理器能够完成控制和信号处理，这也意味着它必须完成音频处理和外部设备的管理。

Blackfin多媒体处理器的内部结构如图2所示。连通性通过许多串行接口（3个SPI、4个UART、4个SPORTS和2个TWI）以及一个USB-OTG接口、一个ATAPI接口和一个SDIO接口提供。此外，它具有三个并行接口用于驱动显示屏、数码相机和另外一颗用于导航服务的处理器。两个CAN接口和一个MXVR接口可提供处理器与汽车内部总线之间的连接。

图2 Blackfin BF549处理器的框图

汽车多媒体应用需要功能强大的处理器。BF549 Blackfin处理器的内部为32bit体系结构并且具有快速的双倍数据速率（DDR）存储器接口，它能够处理分辨率为WVGA（800×480）的视频数据。这意味着它可以控制要求严格的情况，例如处理同步的音频文件，并同时完成MOST网络服务和蓝牙通信。

奥迪A5项目所有设计团队的开发商都使用了ADI公司的VisualDSP++集成开发和调试环境（IDDE）。该环境包括原生的C/C++编译器、高级绘图工具、统计监测器和VisualDSP++内核（VDK），该内核允许以结构化的简单方式编写代码。

DRM问题

购买的任何音频可能都包含受数字版权管理(DRM)保护的文件。为了能够重新播放数字音频，解码器必须支持相应的DRM格式。解码微软公司的DRM(PlayforSure)需要DRM认证，该认证必须永久地保存在网关。存储DRM认证提出了一个特殊问题，因为适当地保护DRM免受非法访问非常重要。

根据通过软件和硬件鉴定的安全概念保护Blackfin处理器。专门开发的Lockbox技术用于处理数字版权管理。DRM认证存储在专用的一次性可编程（OTP）存储器中。在系统启动过程中只有通过鉴定的应用才可以访问OTP。此外，该应用也可部分或者全部编码以防任何秘密窃取或者非法拷贝行为。

在未来无线通信发展中的作用

在未来，无线数据传输将起到特殊的作用，因为这种连接方式非常适合于在便携式设备和汽车之间传输音频和视频数据。除了免提通信应用（免提应用规范，简称HFP）之外，蓝牙协议也支持各种新的规范。这些最新规范之一是A2DP规范，它允许用户通过汽车的音频系统重新生成手机中的音频文件。A2DP是高级音频传输规范的缩写形式，它使用无线蓝牙连接传输压缩的音频数据，例如MP3和AAC。

表1：音频编辑解码器

AVRCP规范扩展了A2DP规范。该规范允许用户重放手机中的音乐。通常包括开始、停止、下一曲、前一曲以及乐曲的快速重放。该规范也可支持原数据，将来它还可能在射频收发设备显示屏上显示标题，从而允许用户选择所喜欢的乐曲或者通过中央用户接口播放乐曲列表。

DUN配置文件(拨号网络配置文件)是另外一种重要的配置文件。该文件可提供基站与移动电话的连接选项，并且允许用户直接访问因特网。其数据传输速度取决于传输标准，这意味着它可以提供许多新的远程信息处理功能。

除了纯粹的通信支持外，多媒体网关还可以处理几路数字格式音频文件的同步编码，这几路音频可以使用数字权利管理（DRM）。在未来，可以支持汽车中两个到三个独立的音频区域以满足所有乘客的要求。下表总结了最重要的音频编解码器。

展望

继音频应用之后，视频应用将会被推出，这会增加硬件要求。音频所需要的数据传输速率大约是几百Kbit/s，而视频的数据传输速率会上升到几个Mbit/s。在这种情况下，视频数据必须分布在汽车内的一个或几个视频源，例如DVD或者硬盘。

在未来，仍然会使用MOST标准(MOST150)，它可以传输高达150Mbit/s 的数据速率。当传输视频数据时，蓝牙标准也接近了传输限制，因为它2Mbit/s的最大数据速率只能用来重放小视频文件。对于短程无线网络，蓝牙标准将被新的无线USB标准代替，这种标准能够传输高达480Mbit/s的数据速率。

在未来，汽车如何与因特网连接这一问题还有待解决，而数据传输速率不断提高的趋势也不会终止。

ADI公司汽车市场经理 Dipl.-Ing. Alexander Sch der(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/26/2008)


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