Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 嵌入式技術
 
 
嵌入式技術  

在車載應用中實現個人多媒體功能的SoC平台技術

上網時間: 2006年06月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:汽車  車載資訊娛樂系統  互連標準  通用即插即用  UPnP 

MP3播放器、個人相機、數位錄影機等使數百萬消費者可以製作獨特的個人多媒體內容組合。未來十年最重要的娛樂潮流就是資訊內容的個性化。

個人媒體資料可在各種類型的設備中儲存和播放。所謂可攜式個人媒體,是指消費者可隨身攜帶這種設備。但是可攜並不代表格式和介面始終相容。每種設備在其各自的市場獲得了成功,但各種設備之間通常極少實現標準化。

隨著可攜式媒體從家庭走向汽車,也隨之提出了一個重大的技術挑戰。過去在某種程度上以‘硬連線’方式進入類似傳統格式和介面的車載娛樂系統將如何應對媒體種類激增的現況呢?答案是:它們將無能為力。至少短期內如此。

當消費者嘗試運用高品質音響和視訊顯示器來強化視覺和聽覺體驗時,不相容的格式和介面會帶來許多問題。

圖1:帶協同處理器介面的ARM核心。

在家庭應用中,這些問題已透過採用多媒體網路閘道獲得解決,如支援多個介面和多種多媒體格式的視訊轉換盒。這些多媒體服務平台同時具備靈活性,因此能支援新設備與新格式。而現在,這些系統級平台均採用基於系統單晶片(SoC)的平台,如飛利浦的Nexperia。

但是,構成多媒體網路閘道的不僅僅是硬體和軟體,在消費性電子產品中,至少系統專業技術同樣很重要,使工程師能夠以一種智慧、經濟有效的方式整合硬體和軟體。

消費者有許多時間是在汽車中度過的。如今,要在車載高性能音響系統中播放個人多媒體依然相當不方便,更別說使用正進入汽車主流的車載視訊系統了。目前拙劣的解決方案充其量是特殊解決方案,最糟的是會引發危險:這些裝置不便於駕駛員操作,尤其是駕駛員同時要觀察路況的時候。

實現連接

車載資訊娛樂系統通常搭載了高品質調諧器、放大器和揚聲器。許多車款還提供高性能音響。許多汽車都已配置彩色視訊顯示器,尤其適合乘客使用。另外部份車款還增加了車載導航系統,這意味著汽車中可能有多個視訊顯示器。同時,可應對多媒體數據率的高頻寬車載網路也在部署中。

各方面看起來似乎井然有序。但由於汽車設計週期較長,汽車製造商尚未完全實現或解決個性化多媒體帶來的全部影響。為了向個性化媒體過渡,車載多媒體平台可能必須採用一種類似於家庭平台的方法。

如同硬碟提供所需的大容量儲存空間,Gb級快閃記憶體將用於快速存取,存取數據內容則可透過有線USB鏈接。如此可攜式設備與汽車連接時便可充電,不會透過無線鏈接耗盡電池。

最初,製造商關注的焦點是直接播放可攜式設備中的內容。但是,隨著嵌入式儲存日益普遍以及數位版權管理方案的問世,下載將成為極平常的需求。加上必須支援許多格式和介面,以及多媒體格式的激增,未來這些設備將要求能支援大量互連標準,如通用即插即用(UPnP)、數位生活網路聯盟(DNLA)、開放行動聯盟(OMA)和Windows Media等。

廣播媒體

除了駕駛員帶入汽車的多媒體內容以外,下一代資訊娛樂系統還必須能夠處理常規的地面廣播電台和視訊、導航系統的衛星定位日期以及專用衛星網路提供的數位多媒體資訊。

無線連接也必須發揮作用。目前多數車載系統已整合藍芽功能,使行動電話可以‘免提’連接到資訊娛樂系統,未來當汽車停靠在住宅附近時,利用Wi-Fi就能夠連接到住所。而過去幾年來,製造商已經在汽車內嵌入蜂巢式連接,以支援遠端通訊服務,如發生事故時自動呼叫急救服務,這類連接在未來應該還可以使汽車和駕駛員能夠存取網際網路服務。

圖2:飛利浦半導體的Nexperia汽車開發平台架構。

對於地面廣播,則需要用系統專業技術來減緩多徑接收的負擔,同時抑制鄰近訊息通道的訊號。軟硬體內也將大幅採用數位訊號處理功能以達到一定的性能水準。

針對數位無線電廣播,目前接收每個地面和衛星電台通常需要高階的專用晶片組和軟體。而下一步是在通用處理器上用軟體中每個電台的訊號進行處理。軟體無線電是最後階段。借助此技術,整個接收系統是通用的,並可以迅速重新配置以接收不同來源的廣播訊號。

簡而言之,新一化資訊娛樂平台在複雜程度和頻寬性能方面都為汽車電子工程師帶來更高挑戰。

實現方案

由於汽車OEM的設計週期較長,因而一種成熟的車載資訊娛樂系統不太可能在一個產品週期中突然實現,它必須就標準調諧器、類比訊號處理器和傳統CD等現有系統不斷改進。然而,數位音訊潮流正在興起,在可預見的未來,類比訊號處理將完全讓位給DSP、數位IF調諧器、為數位媒體定製的電源系統以及儲存裝置。

繼數位音訊後,緊接著將是導航、遠端通訊和視訊等更先進功能,但這些特色目前還難以預測將如何實現。最後,資訊娛樂系統還將把收音機和GPS、蜂巢式和數位視訊廣播接收機包含在內。

從這些可預測的發展來看,汽車電子設計工程師面臨的問題相當有挑戰性:未來十年左右,他們大概還需要製作多少全新的架構?

一種觀點認為,將來只存在一種配置性能很強的架構,而且同樣重要的是─車載資訊娛樂系統將沿著與家庭娛樂系統非常相似的道路發展,家庭娛樂系統在過去三四年一直風光無限。

下一代資訊娛樂系統

下一代車載資訊娛樂系統的基本要求已很明確:高性能、配置性能強以及能夠處理多個多媒體數據串流。這些要求顯然指向一組輔助屬性:高性能數位訊號處理、RTOS以及標準化的進程間通訊(由保留裕量的軟體架構來支援)。

繼家庭娛樂模式之後,硬體實現很可能是一個雙核心(RISC/DSP)SoC,在上面執行RTOS及專門針對多媒體和串流媒體要求而調整的第二個作業系統環境。因此,首先將考慮RTOS,表1列出了雙核心RISC/DSP通訊所需的RTOS增強功能。

當然,串流式多媒體的軟體環境必須與RTOS協同作業,但其功能卻差異很大,因為軟體環境是處理串流媒體,而串流媒體的格式和編解碼器變化異於常規。

串流媒體軟體架構首先是一個組件框架,其主要要求是:1. 建構和連接組件的協議要統一;2. API一致或相似;3. 支援組件同步;4. 發展路徑清晰。架構的一項關鍵特性是每個組件都不應該有全局意識。換句話說,I/O可以透過應用程式進行配置。

表1:RTOS要求和增強功能。

其他屬性包括針對所有組件的幾項‘由建構來校正(correct by construction)’特性,包括可以重新使用每個等級的組件以及每個組件的共享通訊和可配置程式碼。另外,串流媒體也對硬體架構有特殊要求,首先是DSP。例如,VLIW架構就較理想,因為此架構一個時脈週期內可處理多條指令。

多個多媒體數據串流必須降低延遲才能正常執行,使用此架構則有助於獲得更高的工作效率。其他較理想的DSP特性還包括:用於運算的硬連接指令、用於快速運算的大暫存器以及額外的特殊記憶體快取空間以增強性能。

十多年前,TriMedia核心已將VLIW架構導入商用IC界,此後經過不斷升級,目前已適用於汽車資訊娛樂運算。TriMedia採用37個處理單元和128個32位元暫存器,每個時脈週期可最多處理5條指令。因此,以300MHz的時脈速度,每秒鐘最多可執行100億次作業。

其整合式記憶體控制器可處理16MB到256MB的統一標準型DDR SDRAM記憶體系統。以最高400MHz的時脈速度使用32位元寬數據,數據率最高可達1.6Gbps。但在此同時,相容於各種編解碼器和格式標準仍是必須的。

TriMedia核心可相容所有主流的音訊和視訊標準,包括MPEG-2、MPEG-4、DV、RealNetworks和DivX-5。對於音訊應用,它提供八進制的數位音訊輸入及S/PDIF(杜比數位)輸入和輸出。其他幾項特性包括:1. 針對DVD播放功能的32位元、33MHz整合式DVD解擾器;2. 帶整合PCI匯流排仲裁器的MHz PCI 2.2介面,最多4個主介面;3. 16個專門的通用I/O接腳,適合作為軟體I/O接腳、外部中斷接腳、用於系統事件計時器/計數器的時脈源/閘,以及模擬高速串列協議;4. 各種視訊功能。

另一種是RISC核心,它可作為控制器使用。RISC核心可執行作業系統、執行某種應用軟體、監控系統除錯情況,通常還會處理圖形用戶介面(GUI)。它還控制I/O區塊,如UART、USB核心和藍芽核心,並處理所有記憶體管理。

通常工程師會選擇32位元核心,如ARM926EJ,該核心時脈速度為150MHz或更高,並具有多管道和快取記憶體相當大等架構特性,能夠與多數SoC上的DSP共同分擔CPU任務。圖1為ARM926EJ結構圖。

整合化平台

將DSP和RISC核心以及RTOS與串流媒體軟體架構整合在一起的平台策略,似乎是車載資訊娛樂系統必然的選擇。不論對每個組件,還是對平台,娛樂系統專業技術都極為關鍵。

例如,SoC平台可接收、解碼、後期處理並顯示具有不同格式的多個視訊數據串流,包括支援無線電、多通道音訊和視訊源。而為處理串流媒體,工程師還需進行數種架構創新:1. 採用高階通訊和同步技術的統一標準記憶體架構;2. 確保系統可預測性、易於編程、與ISV協同工作及所承諾的即時行為的基礎設備架構;3. 與硬體架構互補的軟體架構。

以飛利浦的Nexperia汽車平台為例,該平台中的ARM核心處理高階OS、控制和應用軟體。TriMedia核心處理無線電接收所需的音訊和訊號處理,以及視訊(如果適用)的壓縮和解壓縮,及其他數據密集型處理任務。兩個CPU都是單一整合系統的一部份。

共享統一的記憶體使其可以有效地通訊,以簡單的方式共享數據,並可大幅降低記憶體成本,這對非常佔用記憶體的應用程式效果顯著。

每個處理器核心幾乎可以尋址任何週邊設備,但每個週邊設備都分配給其中一個核心的任務域。如此,透過分離應用中的問題(串流媒體與控制任務),可保證汽車應用程式即時行為的整體系統性能。

以高層級角度來看,Nexperia汽車架構包括三個任務域(參見圖2)。主幹是基礎架構,其將外部SDRAM和SoC週邊設備連接,以實現高處理量和低延遲存取。

剩餘的兩個域是ARM基礎架構,其將ARM核心連接到其域中的週邊設備。TriMedia核心採用相同的方法。這使得處理器無需多餘的干預,即可執行特定域處理。此外,該基礎架構包括連接ARM和TriMedia匯流排的交叉橋,使每個處理器的記憶體映射I/O存取能夠控制或觀察到所有週邊設備的狀態。

不同CPU之間的通訊和串流路徑由串流框架提供支援,並根據平台要求的處理類型進行配置。根據當時正處理的數據類型,可以動態製作、連接、配置及破壞專用的訊號處理模組。如此便可實現平台的輕鬆編程和模組的快速整合。

TriMedia串流框架和ARM高階OS與基礎架構緊密連接,以確保系統的可預測性。根據函數類型,必須針對計時要求進行權衡折衷,例如無線電和TV接收的硬即時狀況、視訊和媒體支援功能的軟即時狀況,以及‘盡力’獲取接取服務。

該基礎架構還能夠與獨立軟體供應商(ISV)協同工作,並保證即時行為。這種穩健性在汽車領域是不可或缺的。

Nexperia平台實際上早就參與了下一代DSP/RISC SoC的研究發展,其將訊號處理分派給多個核心,每個核心都由專門的硬體加速器提供支援,這些加速器均由設計者使用高級程式語言(如C語言)進行軟體配置。

作者:Joep Thomassen

汽車娛樂系統市場及策略總監

Pierre Mehn

汽車娛樂系統產品市場經理

飛利浦半導體




投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 在車載應用中實現個人多媒體功能的SoC...
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首