發布日期：2022-07-14 點擊率：24
便攜式多媒體播放器(PMP),也就是通常人們說的MP4,已成為繼MP3以后,消費類產品的一個新熱點。越來越多的公司開始進入這一領域,進行產品的開發,占領市場先機。下面就以TMS320DM270為主處理芯片,介紹PMP的設計以及設計中的注意事項。其中的設計思路也可以應用到其它便攜式設備的設計當中。
圖1:PMP的系統架構
在設計系統框架之前,首先需要確認播放器的具體功能。目前比較常見的功能包括:MPEG4播放、電視節目錄制、MP3/WMA音頻播放、錄音、圖片顯示、游戲和存儲功能(HDD/CF/SD)等。根據這些功能,圖1給出了一個參考的系統架構,主要由五部分組成:主處理模塊、視頻輸入模塊、視頻輸出模塊、音頻輸入輸出模塊、電源模塊和存儲模塊。
作為主處理模塊,DM270是整個系統的核心,系統的其它模塊都由它來協調和控制。DM270支持的多種多媒體的格式,包括視頻(MPEG1/2/4等)、圖像(JPEG/BMP等)和音頻(MP3/WMA等)。
視頻輸入模塊的核心芯片是TVP5150A。它是一款低功耗小體積的視頻解碼器,可以將NTSC、PAL及SECAM視頻信號轉換成數字分量視頻信號。視頻輸出模塊由LCD和電視輸出組成。目前市面上采用2.5寸到3.6寸的LCD模塊,也不乏有采用7寸大屏幕。同時可以加上觸摸屏的功能,只要使用觸摸屏控制器,就能方便的實現。
音頻輸入輸出模塊由音頻codec和DM270的McBSP共同完成?？梢愿鶕枰x擇單聲道、雙聲道、DAC或者ADC+DAC的芯片。如果同時需要觸摸屏控制器和音頻codec,還可以選用集成觸摸屏控制器和音頻codec的產品,可以減小芯片體積,同時降低成本。
電源模塊需要根據系統電源的需要來選擇。圖1系統中的電源較為簡單,可以使用像TPS6501x這樣的集成電源模塊,能為電池提供AC或者USB充電,并且可為系統提供多路電源輸出。存儲模塊可以采用硬盤或各種存儲卡。
硬件設計建議
平臺的可擴展性是選擇主處理芯片的一個重要考量點。DM270是可編程的芯片,具有豐富的外設,有利于適應處于動態變化的市場的需要。除了PMP以外,CCD控制器使得DM270可以應用于數碼照相機,靈活的主機接口也使得DM270可以作為多媒體協處理器應用于多媒體手機等等。
功耗是便攜式多媒體播放器一個敏感的問題,所以在選擇芯片的時候就需要考慮到這一點。選擇低功耗的芯片是最簡單,也是最有效的方法,當然需要與成本進行權衡。例如選擇mobile SDRAM代替普通的SDRAM,或者選擇有節能模式的芯片,如DM270。
芯片的體積,集成度,成本也是選型時不容忽視的要點。DM270就是即節約體積又節約本的好例子。DM270集成了模擬視頻編碼器,需要輸出到電視的功能時,就節約了一顆視頻編碼芯片；DM270可以完成MPEG4的編解碼,就不需要在額外增加MPEG4的編碼芯片。
在設計PMP時,還要周密考慮下面幾個部分的設計。首先是電源部分。電源是整個系統穩定的根源。在設計時很容易考慮到電池單獨供電的情況,但往往忽略了可能出現外部電源AC單獨供電的情況。在這種情況下,如何設計不合理,很可能出現電源無輸出的情況,導致系統無法正常工作。還需要注意的是電池在充電時,系統的供電回路的狀態。要保證在各種可能情況下,系統電源的穩定性。
其次是電視輸出部分,需要考慮輸出阻抗的匹配問題。第三是LCD模塊接口部分。DCLK對于LCD模塊是一個很重要的時鐘信號。如果頻率過低,會導致屏幕顯示抖動。在硬件設計時要充分考慮到這一點。
第四需要注意硬盤防震。硬盤防震可以分為被動型和主動型兩種。被動型硬盤防震利用純機械原理,采取吸收震動能量方式來減輕硬盤傷害的可能性,例如防震氣墊。主動型硬盤防震,可使用加速度傳感器。當傳感器監測到播放器掉落時,系統主動采取措施對硬盤進行保護,防止數據丟失。
圖2 :PMP的軟件框架
軟件設計及建議
PMP的軟件框架如圖2所示?？蛻艨梢愿鶕a品的開發計劃、研發能力等,選擇不同層次的軟件的開發或者利用第三方的支持。
驅動層是和硬件最相關的軟件,包括硬件的驅動程序和API接口,它主要用于完成對硬件設備的操作。
算法庫建議采用第三方的軟件。因為編寫算法需要投入大量的人力和物力,而且開發周期長。利用第三方的軟件可以縮短開發周期。TI擁有龐大的第三方網絡,可以為客戶提供針對不同應用的算法。同時TI建議的算法接口標準XDAIS已成為事實上的業界標準,這標準協同TI建議的軟件參考框架使得客戶在集成上時間花費最少。
PMP可以沒有操作系統,這時需要注意的就是要建立自己的文件系統,對文件進行管理。使用操作系統,在選擇時需要對可移植性、可擴充性、內核大小和成本等進行權衡。內核較小的操作系統,系統占用資源較少,但集成新的外設時就需要寫驅動。像uClinux這樣的操作系統,集成了較多外設,網上資源豐富,但占用的系統資源較多,對性能有一定的影響。
盡管使用操作系統會消耗一定的系統資源,但它其實也有很多好處。比如操作系統經過多年的開發和應用,穩定性較好。操作系統內嵌了文件管理、線程調度、內存管理等機制,也增加了系統的穩定性。應用軟件的開發與平臺無關,方便了軟件的開發,也利于軟件的移植。一些流行的操作系統有很多現成的代碼可以參考和移植,這也大大減少了開發的難度和節約了開發的時間。而且操作系統還可以根據需要進行裁減,以最少的資源來滿足系統的需要。
應用層是設計者最能發揮特長,也是突出產品的獨特之處、增加產品的附加值的地方。ARCHOS的PMA400就是一個很好的例子。它為最終用戶提供的軟件平臺,讓用戶可以開發基于PMA400的應用軟件。
功耗除了在硬件設計中需要考慮,而且也是在軟件設計中需要攻克的難題。硬件設計好以后,一般來說功耗就定下來了,但是利用芯片的可編程性就可以盡可能的減小系統的功耗,在提供最佳效果的同時,利用軟件調節獲得最長的待機和播放時間。方法之一是在待機時讓芯片進入低功耗模式。DM270除了有低功耗模式外,還可利用軟件關閉不使用的內部模塊,從而達到省電的效果。并且可以動態的調節主頻,在處理較簡單事務時,降低頻率進行省電。硬盤和LCD屏是PMP的用電大戶。對于硬盤,正常工作時的電流有幾百毫安,所以通常是將硬盤上的數據復制到SDRAM上,盡可能的減少硬盤工作的時間。
結束語
目前便攜式多媒體播放器的市場還處于一個緩慢上升的階段,相信隨著MPEG4格式的流行,解決了內容這個問題,加上系統整體成本的降低、播放時間的延長、應用領域的擴大,便攜式多媒體播放器一定有一個輝煌的明天。
TMS320DM270介紹
TI的DM270芯片是一款高集成度的雙核結構的SoC產品,集成了RISC處理核ARM7,以及TI的54系列DSP核。ARM作為的芯片的控制核心,控制絕大部分的外設,處理除多媒體算法以外的工作。54系列DSP核具有低功耗的特點,作為協處理器參與視頻、圖像和音頻處理。為了提高處理視頻的能力,DM270集成了硬件圖像加速器(IMX),并將在視頻算法中經常使用的變長編解碼(VLC/D)用硬件實現。這就使得DM270可以實現VGA分辨率(640*480),每秒30幀的MPEG4視頻。
DM270的外設功能包括:
CCD控制器除了可以和百萬像數的CCD/CMOS模塊連接以外,也可以與視頻解碼芯片TVP5150A無縫連接。
DM270提供了硬件的3A統計。3A也就自動曝光,自動對焦,自動白平衡。獲得這些統計數據后,就可以對閃光燈、鏡頭、圖像數據等進行調整,從而獲得較好的照片效果。
預覽引擎可以提供實時的圖像預覽顯示和縮放,而不用經過DSP的處理。
OSD (on-screen-display)屏顯模塊,能很容易實現菜單和圖標。
內置模擬NTSC/PAL視頻輸出,可以將圖像或視頻方便的輸出到電視上。
靈活的LCD接口,支持眾多公司的LCD模塊,比如SONY、SHARP、AUO、CASIO、Epson,等。
多種存儲卡接口,可以支持市面上流行的存儲卡,例如CF、SM、SD、MMC、MS。
DM270還擁有許多通用接口,例如I2C, UART, SPI等等,有利于和其它器件的連接和配合。
作者:孟海燕
技術應用工程師
德州儀器
