DVD录像机无法正常进行影像处理

作者：白石软件进程改善研究组 白石 肇    来源：日经BP社

欢迎访问e展厅 展厅 1 电视机/机顶盒/投影机展厅 数字电视/智能电视, 机顶盒, 广告播放机... 大型电子厂商A公司的G君负责家电产品的硬件设计，多年来使用单芯片微控制器开发出了多种热销商品。这种微控制器以处理器为核心，配备了ROM/RAM、定时器、DMA（直接存取访问）控制器和液晶显示器控制器等。G君的这些业绩获得了认可，最近已被提拔为DVD录像机电子电路设计的负责人。 这一领域的竞争厂商众多，开发竞争一直非常激烈。为最大限度地发挥已有的经验，G君决定与此前合作关系非常好的半导体厂商微控制器应用技术负责人共同进行开发。G君通过与这位负责人一起探讨，决定将DVD录像机需要的专用功能电路模块配备到单芯片微控制器上。而微控制器的样品也按照日程做出来了。 然而，接下来的开发却陷入了困境。因为在芯片评测阶段，诸多问题相继出现。比如，芯片内的PLL（锁相环电路）因噪声而无法锁定，出现误动作。更为致命的是无法顺利播放影像。 【原因与对策】 经分析，无法顺利播放影像的原因是，通过芯片内系统总线传送的影像区块的传送量等不足。此次使用的单芯片微控制器，其系统总线吞吐量达不到DVD录像机所必需的数据传送负荷峰值的要求。而且，用于缓解各种数据之间对系统资源竞争的总线接口的功能也不完善。 这是因为，G君等在设计时直接沿用了单芯片微控制器原来的系统总线。而原系统对于影像这样的高速数据传送并没有进行必要的处理。 G君等此前对于单芯片微控制器的需求和规格方面的研究并不充分。而且，设计上也漏洞百出，由于作为临时性的解决方案而添加电路块，因此系统总线和电源/接地线等的线路遍布整个芯片表面。这样，就形成了各种各样的噪声，对PLL造成了不良影响。G君以前没有开发过像这样性能要求高的设备，就是说不懂得开发SoC（系统级芯片）的方法。 结果，G君等的新高性能单芯片微控制器的开发不得不中断。之后，G君找了有这方面开发经验的半导体厂商的SoC开发部门，使用正规的SoC开发方法重新进行了开发。 重新开发注意了以下8点（图1）。在进入详细设计之前，首先要进行系统架构和总线的设计、注意芯片内“主干”的通路设计。 （1）把握系统的需求和对这些需求进行分析。比如，业务要求事项（流程和活跃性：这里指的是用户的操作和设备的工作流程）、用户要求事项（主要是操作和显示方面的规格）等是其中的重点。当然，影像等的实时性能是必需的规格。 （2）SoC标准开发流程的适用。利用了半导体厂商SoC开发部门和EDA销售商推荐的有实际应用案例的SoC标准开发流程。方式设计和验证/妥当性评价最为重要。 （3）系统架构的设计和SoC的功能分配。具体而言，此次的DVD录像机为了充分发挥性能，给SoC芯片分配了如下功能：图片和影像的压缩/解压缩；DVD、CD和录像带的复制控制；硬盘记录；向显示器传送数据；与外部交换数字视频信号等的串行通信功能（IEEE1394）；复杂遥控操作的解读部分；各种器件的控制功能。 （4）各电路块的设计、芯片整体的设计。（3）完成之后，在SoC功能分配的基础上，进行芯片内部的方式设计。即作为芯片整体的构成，决定（I）各电路块；（II）块间接口；（III）面向芯片外部的接口。作为这些电路块间的接口，选择具体的总线形式、构建下面的总线架构。 （5）总线架构的确定。这里的总线架构确定指的是选择能够满足嵌入设备的功能和性能的处理器和内存间的专用总线、高速块传送总线、系统总线等的多层总线结构。 （6）总线功能和性能的实现。特别注意下面3点。（a）面向总线的宏的选择。使用支持半导体厂商SoC开发部门、EDA开发商的总线架构的总线宏。不过，有时也需开发的新总线。（b）布局规划(Floor Plan) 。布局规划是指用于满足所需的功能/性能、成本以及质量而制定的大概的配置战略。比如，确定处理器、内存、各种再利用宏以及机器厂商开发的专用功能电路块的配置战略。（c）详细配置/布线。以SoC掩膜设计所必须的物理精度为基准，进行子块级别的具体配置和其间的信号线、电源/设置线路、各种总线·线路的布线。而且，关于总线的延迟时间、总线带宽（传送速度）、噪声、驱动能力、阻抗、反射衰减量等重要性能的各种因素不可或缺。单芯片微控制器的处理器、内存和周边块由各半导体厂商自主优化。特别是连接上述部件的内部总线均为半导体厂商独有的设计。系统总线的控制规格也因厂商而不同。在开发的早期就明确了这些，并将设计方针形成了文件。具体来说，准备了电子电路、SoC标准开发生命周期过程（Life Cycle Process）的流程文件、包含开发/设计方法和提示的指南手册。 （7）总线的功能/性能的验证。比如，认真地对可以直接再利用的总线、设计/验证工具进行了事前的调查和讨论。事前调查EDA销售商推荐的IP宏库、半导体厂商推荐的总线构造的应用情况，选择并使用了开发过程中所需要的、适于验证总线功能/性能的评测工具。另外，对布局规划和具体的配置/布线的质量好坏的实际应用调查往往容易被忽略掉，这一点请注意。 （8）总线驱动器的性能改善和依据数据模型的噪声改善。没有经验的话，这一点很困难，因此利用半导体厂商的推荐案例和对故障案例集的咨询非常有效。不明白之处坦率地向半导体厂商和外部顾问进行了咨询。因为已经知道如果不完全理解囫囵吞枣的话，就有可能再次导致问题的出现，所以做到了对其性能充分理解之后再行动。在坚持以上这些重要原则的基础上，第二次开发终于获得了成功。 【必修的基本知识】 大部分技术人员和G君一样，均习惯于以自己能够做的和以前曾经做过的事情为标准进行思考。要想踏实的地去开发产品，这种做法也是可以理解的。 不过，当开发此前没有涉及过的产品时，首先需要从零开始重新考虑产品设计和开发流程，这一点必不可少。尽管这是理所应当的，但很遗憾，目前实际情况是有很多企业/部门并没有确立相关的设计方法和开发流程。因此，正是由于不能根据需求依次确定系统的功能和性能、价格、供货日期、质量，所以最终出了问题。无论对于公司还是技术人员个人而言，这都是一种不幸。 其实，设计方法和开发流程目前都有现成的。当然，方式设计等外行是不可能胜任的，不过如果严格按流程实施的话，新产品的开发并不可怕。开发周期也可以因此而缩短。如果考虑周到一些的话，把芯片和电路块做得耐用一些，还可以多次重复利用。这里虽然说的是芯片内的系统总线设计，但如果自己能够制订技术和组织方面的标准来进行开发的话，就可以稳步高效地制造出新产品。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/30/2009)