該系統是基于美國模擬器件公司(ADI)的ADSP-BF561嵌入式多媒體處理器設計出的支持嵌入式音視頻應用、GPS、GPRS、HFCK、網口、USB、CAN總線、I2C控制和海量存儲等功能,是功能強大的多媒體系統,尤其適用于車載環境,亦可作為個人數字助理應用。
系統介紹
ADSP-BF561處理器是美國模擬器件公司最新推出的針對多媒體和通信應用方面的一款高性能產品,具有豐富的外設接口,集成了2個Blackfin處理器內核,每個內核包含2個乘/累加器(MAC),2個40位的算術邏輯單元(ALU),4個視頻ALU和1個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據(SIMD)能力結合起來,形成了一套獨特的指令集結構。另外,內部集成了兩個并行外部接口(PPI),為同時進行圖像采集、處理和顯示提供了一個系統級片上解決方案,其結構如圖1所示。
圖1 ADSP-BF561結構框圖
本文提出的系統方案就是以ADSP-BF561處理器為核心,擴展音頻、視頻處理系統、網口解決方案、CAN總線、GPS、GPRS、HFCK等功能，集通信、娛樂和安全控制于一體的車載多媒體系統。
其中音頻部分包括了音頻采集、處理和播放功能,輔助HFCK完成高質量的車內免提通信;視頻部分包括視頻監控和視頻播放,同時滿足人們娛樂和安全控制要求;CAN總線提供對汽車上各控制部分的統一控制;網口和USB接口為系統和外設間提供了高速便利的數據交換能力。系統結構如圖2所示。
圖2 系統結構
系統方案設計
音頻功能的設計
ADI公司的AD1836A是一款高性能,單片實現音頻編碼和解碼的芯片,他提供了4個ADC轉換通道,組成2個輸入立體聲通道;6個DAC轉換通道,組成3個輸出立體聲通道;另外,他還有1個SPI口,處理器可以通他來改寫AD1836A的控制寄存器,設置ADC轉換采樣率,信號增益等參數,滿足實際應用要求。
AD1836A采樣后的數字音頻輸出和需要播放的數字音頻輸入通過同步串行口和處理器進行數據交換,這可以和ADSP-BF561的同步串行口無縫連接,ADSP-BF561的同步串行口支持多種串行協議,為處理器和各種同步串行外設提供了無縫連接。ADSP-BF561和AD1836A的連接如圖3所示。
圖3 音頻部分原理圖
視頻部分的設計
人們在行車中難免會遇到很多緊急情況,比如倒車時后面突然有汽車過來,高速行駛時突然有從側面過來的人或車輛,此類情況一般都由人來處理,執行緊急剎車等操作,但有較長的延時,易造成交通事故。
為此,在一些車載系統中安裝有視頻采集系統,由處理器監控車身周圍一定范圍的狀態并執行緊急操作,縮短時延,提高行車安全性。但目前大多數此類系統不能將視頻監控和視頻娛樂系統結合,其根本原因是處理器只有一個PPI接口,不能同時進行車身監控和視頻播放。本系統所采用的ADSP-BF561嵌入式多媒體處理器擁有兩個獨立PPI接口,從而能同時進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控制的設計
CAN總線控制器設計
CAN控制接口廣泛應用于車內各控制部分,為了對各部分進行統一控制,在系統中設計了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協議。
SJA1000控制器采用了地址數據復用方式,在地址期,他通過地址鎖存信號ALE控制SJA1000鎖存D0～D7上的地址,為避免異步空間2中多個設備間的干擾,用BF561的地址線A2和nAMS2譯碼后作為地址鎖存信號ALE,且用A2和nAMS2通過不同的譯碼邏輯產生片選信號nCS,用BF561的nARE和A2譯碼產生nRD信號,nAWE和A2譯碼產生nWD信號,使他們滿足SJA1000的讀寫時序要求,其讀寫邏輯真值表見表1。
CAN總線應用于現場控制,干擾較強,數據傳輸采用差模傳輸,所以SJA1000的串行收發信號要經過轉換接口PCA82C250轉換為差模形式,增強抗干擾能力。當處理器要向CAN總線上某一設備發出命令時,將命令數據寫入SJA1000控制器的發送緩沖區,其中前兩個字節標志命令數據的發送地址和字節數,控制器將該信息轉換成串行輸出到CAN總線,總線上的設備根據地址信息來判斷是否接收和響應命令。
USB接口和I2C控制的設計
為了支持即插即用設備,方便外設和系統之間進行數據交換,我們在系統中設計了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,當工作在主設備模式下,支持1.1協議,當工作在從設備模式下,支持2.0協議,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據收發,處理器通過讀寫其內部四個寄存器的內容來控制I2C總線上的設備。
網口的設計
設計中采用了Standard Microsystems Corporation(SMSC)公司的以太網控制器LAN91C111芯片,他主要面向嵌入式應用的網口解決方案,內部有一個內存管理單元,可以有效地動態分配內存,減輕處理器的工作,支持同步和異步傳輸,系統中我們將其接入處理器異步空間1中。
他的主要信號有地址信號A1～A15,數據信號D0～D31,地址使能信號ALE,字節使能信號nBE0～nBE3,復位信號Reset,中斷請求信號INTR,讀寫使能信號nRD和nWR,他支持8位,16位和32位的數據傳輸,用字節使能信號nBE0～nBE3控制。網口和處理器的連接方案如圖5所示。
圖5網口原理圖
GPS、GPRS、HFCK的設計
GPS、GPRS、HFCK功能是通過在BF561的UART接口上外接西門子最新推出的超緊湊設計GPS/GPRS組合模塊實現,他集成了3頻(900/1800/1900MHz)GSM/GPRS和GPS衛星導航接收器,其一版化設計(allonboard)使用戶在使用GPS進行衛星定位的同時又可以使用GPRS/GSM功能實現GPRS,語音,傳真,短信等通信功能。
其中GPS部分將接收到的衛星信號通過UART口發送給處理器,再結合地圖數據,用戶可以得到實時準確的位置信息;系統中的HFCK功能是通過GPRS/GSM部分接收語音信號,經音頻采集后進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
結語
ADSP-BF561處理器是ADI公司Blackfin系列產品中的最新成員,他在BF531/2/3的基礎上擴充了外部尋址空間,實現了32位外部數據交換,提供了更多的可編程管腳,特別是集成了兩個內核和PPI視頻處理接口,所有這些優點為功能強大的集音、視頻處理,安全控制和娛樂于一體的復雜多媒體系統設計提供了優越條件,相信ADSP-BF561處理器的這些優點會很快在其他應用中展現出來。