摘要:本文給出了一套新的車載多媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,該系統(tǒng)是基于美國(guó)模擬器件公司(ADI)的ADSP-BF561嵌入式多媒體處理器設(shè)計(jì)出的支持嵌入式音視頻應(yīng)用、GPS、GPRS、HFCK、網(wǎng)口、USB、CAN總線、I2C控制和海量存儲(chǔ)等功能,是功能強(qiáng)大的多媒體系統(tǒng),尤其適用于車載環(huán)境,亦可作為個(gè)人數(shù)字助理應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:數(shù)字信號(hào)處理器;多媒體信息處理;汽車電子;嵌入式系統(tǒng)

系統(tǒng)介紹

ADSP-BF561處理器是美國(guó)模擬器件公司最新推出的針對(duì)多媒體和通信應(yīng)用方面的一款高性能產(chǎn)品,具有豐富的外設(shè)接口,集成了2個(gè)Blackfin處理器內(nèi)核,每個(gè)內(nèi)核包含2個(gè)乘/累加器(MAC),2個(gè)40位的算術(shù)邏輯單元(ALU),4個(gè)視頻ALU和1個(gè)40位移位器。該處理器將雙乘法累加器處理引擎,RISC指令集和單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)能力結(jié)合起來(lái),形成了一套獨(dú)特的指令集結(jié)構(gòu)。另外,內(nèi)部集成了兩個(gè)并行外部接口(PPI),為同時(shí)進(jìn)行圖像采集、處理和顯示提供了一個(gè)系統(tǒng)級(jí)片上解決方案,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ADSP-BF561結(jié)構(gòu)框圖

本文提出的系統(tǒng)方案就是以ADSP-BF561處理器為核心,擴(kuò)展音頻、視頻處理系統(tǒng)、網(wǎng)口解決方案、CAN總線、GPS、GPRS、HFCK等功能，集通信、娛樂(lè)和安全控制于一體的車載多媒體系統(tǒng)。其中音頻部分包括了音頻采集、處理和播放功能,輔助HFCK完成高質(zhì)量的車內(nèi)免提通信;視頻部分包括視頻監(jiān)控和視頻播放,同時(shí)滿足人們娛樂(lè)和安全控制要求;CAN總線提供對(duì)汽車上各控制部分的統(tǒng)一控制;網(wǎng)口和USB接口為系統(tǒng)和外設(shè)間提供了高速便利的數(shù)據(jù)交換能力。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

音頻功能的設(shè)計(jì)
ADI公司的AD1836A是一款高性能,單片實(shí)現(xiàn)音頻編碼和解碼的芯片,他提供了4個(gè)ADC轉(zhuǎn)換通道,組成2個(gè)輸入立體聲通道;6個(gè)DAC轉(zhuǎn)換通道,組成3個(gè)輸出立體聲通道;另外,他還有1個(gè)SPI口,處理器可以通他來(lái)改寫AD1836A的控制寄存器,設(shè)置ADC轉(zhuǎn)換采樣率,信號(hào)增益等參數(shù),滿足實(shí)際應(yīng)用要求。AD1836A采樣后的數(shù)字音頻輸出和需要播放的數(shù)字音頻輸入通過(guò)同步串行口和處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,這可以和ADSP-BF561的同步串行口無(wú)縫連接,ADSP-BF561的同步串行口支持多種串行協(xié)議,為處理器和各種同步串行外設(shè)提供了無(wú)縫連接。ADSP-BF561和AD1836A的連接如圖3所示。

圖3  音頻部分原理圖

視頻部分的設(shè)計(jì)

人們?cè)谛熊囍须y免會(huì)遇到很多緊急情況,比如倒車時(shí)后面突然有汽車過(guò)來(lái),高速行駛時(shí)突然有從側(cè)面過(guò)來(lái)的人或車輛,此類情況一般都由人來(lái)處理,執(zhí)行緊急剎車等操作,但有較長(zhǎng)的延時(shí),易造成交通事故。為此,在一些車載系統(tǒng)中安裝有視頻采集系統(tǒng),由處理器監(jiān)控車身周圍一定范圍的狀態(tài)并執(zhí)行緊急操作,縮短時(shí)延,提高行車安全性。但目前大多數(shù)此類系統(tǒng)不能將視頻監(jiān)控和視頻娛樂(lè)系統(tǒng)結(jié)合,其根本原因是處理器只有一個(gè)PPI接口,不能同時(shí)進(jìn)行車身監(jiān)控和視頻播放。本系統(tǒng)所采用的ADSP-BF561嵌入式多媒體處理器擁有兩個(gè)獨(dú)立PPI接口,從而能同時(shí)進(jìn)行圖像采集和視頻播放。視頻部分如圖4所示。

圖4  視頻部分原理圖

CAN總線、USB接口和I²C控制的設(shè)計(jì)

CAN總線控制器設(shè)計(jì)
CAN控制接口廣泛應(yīng)用于車內(nèi)各控制部分,為了對(duì)各部分進(jìn)行統(tǒng)一控制,在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了CAN總線控制器。采用了Philips公司的CAN總線控制器SJA1000芯片,他支持CAN2.0協(xié)議。SJA1000控制器采用了地址數(shù)據(jù)復(fù)用方式,在地址期,他通過(guò)地址鎖存信號(hào)ALE控制SJA1000鎖存D0～D7上的地址,為避免異步空間2中多個(gè)設(shè)備間的干擾,用BF561的地址線A2和nAMS2譯碼后作為地址鎖存信號(hào)ALE,且用A2和nAMS2通過(guò)不同的譯碼邏輯產(chǎn)生片選信號(hào)nCS,用BF561的nARE和A2譯碼產(chǎn)生nRD信號(hào),nAWE和A2譯碼產(chǎn)生nWD信號(hào),使他們滿足SJA1000的讀寫時(shí)序要求,其讀寫邏輯真值表見表1。

CAN總線應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)控制,干擾較強(qiáng),數(shù)據(jù)傳輸采用差模傳輸,所以SJA1000的串行收發(fā)信號(hào)要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換接口PCA82C250轉(zhuǎn)換為差模形式,增強(qiáng)抗干擾能力。當(dāng)處理器要向CAN總線上某一設(shè)備發(fā)出命令時(shí),將命令數(shù)據(jù)寫入SJA1000控制器的發(fā)送緩沖區(qū),其中前兩個(gè)字節(jié)標(biāo)志命令數(shù)據(jù)的發(fā)送地址和字節(jié)數(shù),控制器將該信息轉(zhuǎn)換成串行輸出到CAN總線,總線上的設(shè)備根據(jù)地址信息來(lái)判斷是否接收和響應(yīng)命令。

USB接口和I²C控制的設(shè)計(jì)
為了支持即插即用設(shè)備,方便外設(shè)和系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)計(jì)了USB接口,選用的控制芯片是CYPRESS公司推出的SL811HS,這是一款支持嵌入式應(yīng)用,支持主/從模式和全速(12Mb/s),低速(115Mb/s)通信的USB控制芯片,當(dāng)工作在主設(shè)備模式下,支持1.1協(xié)議,當(dāng)工作在從設(shè)備模式下,支持2.0協(xié)議,但不支持高速傳輸。I²C控制部分采用了Philips公司的I²C總線PCA9564控制器,他支持主從模式的數(shù)據(jù)收發(fā),處理器通過(guò)讀寫其內(nèi)部四個(gè)寄存器的內(nèi)容來(lái)控制I²C總線上的設(shè)備。

網(wǎng)口的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中采用了Standard Microsystems Corporation(SMSC)公司的以太網(wǎng)控制器LAN91C111芯片,他主要面向嵌入式應(yīng)用的網(wǎng)口解決方案,內(nèi)部有一個(gè)內(nèi)存管理單元,可以有效地動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存,減輕處理器的工作,支持同步和異步傳輸,系統(tǒng)中我們將其接入處理器異步空間1中。他的主要信號(hào)有地址信號(hào)A1～A15,數(shù)據(jù)信號(hào)D0～D31,地址使能信號(hào)ALE,字節(jié)使能信號(hào)nBE0～nBE3,復(fù)位信號(hào)Reset,中斷請(qǐng)求信號(hào)INTR,讀寫使能信號(hào)nRD和nWR,他支持8位,16位和32位的數(shù)據(jù)傳輸,用字節(jié)使能信號(hào)nBE0～nBE3控制。網(wǎng)口和處理器的連接方案如圖5所示。

圖5網(wǎng)口原理圖

GPS、GPRS、HFCK的設(shè)計(jì)
GPS、GPRS、HFCK功能是通過(guò)在BF561的UART接口上外接西門子最新推出的超緊湊設(shè)計(jì)GPS/GPRS組合模塊實(shí)現(xiàn),他集成了3頻(900/1800/1900MHz)GSM/GPRS和GPS衛(wèi)星導(dǎo)航接收器,其一版化設(shè)計(jì)(allonboard)使用戶在使用GPS進(jìn)行衛(wèi)星定位的同時(shí)又可以使用GPRS/GSM功能實(shí)現(xiàn)GPRS,語(yǔ)音,傳真,短信等通信功能。其中GPS部分將接收到的衛(wèi)星信號(hào)通過(guò)UART口發(fā)送給處理器,再結(jié)合地圖數(shù)據(jù),用戶可以得到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的位置信息;系統(tǒng)中的HFCK功能是通過(guò)GPRS/GSM部分接收語(yǔ)音信號(hào),經(jīng)音頻采集后進(jìn)行噪聲消除和回聲抵消,獲得較好的通話效果。其方案如圖6所示。

圖6GPS/GPRS部分原理圖

結(jié)語(yǔ)

ADSP-BF561處理器是ADI公司Blackfin系列產(chǎn)品中的最新成員,他在BF531/2/3的基礎(chǔ)上擴(kuò)充了外部尋址空間,實(shí)現(xiàn)了32位外部數(shù)據(jù)交換,提供了更多的可編程管腳,特別是集成了兩個(gè)內(nèi)核和PPI視頻處理接口,所有這些優(yōu)點(diǎn)為功能強(qiáng)大的集音、視頻處理,安全控制和娛樂(lè)于一體的復(fù)雜多媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了優(yōu)越條件,相信ADSP-BF561處理器的這些優(yōu)點(diǎn)會(huì)很快在其他應(yīng)用中展現(xiàn)出來(lái)。