基于ADSP-BF561的车载多媒体系统
时间：2007-10-29 10:42:00
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[导读]本文给出了一套新的车载多媒体系统设计方案,该系统是基于美国模拟器件公司(ADI)的ADSP-BF561嵌入式多媒体处理器设计出的支持嵌入式音视频应用、GPS、GPRS、HFCK、网口、USB、CAN总线、I2C控制和海量存储等功能,是功能强大的多媒体系统,尤其适用于车载环境,亦可作为个人数字助理应用。
摘要:本文给出了一套新的车载多媒体系统设计方案,该系统是基于美国模拟器件公司(ADI)的ADSP-BF561嵌入式多媒体处理器设计出的支持嵌入式音视频应用、GPS、GPRS、HFCK、网口、USB、CAN总线、I2C控制和海量存储等功能,是功能强大的多媒体系统,尤其适用于车载环境,亦可作为个人数字助理应用。
关键词:数字信号处理器;多媒体信息处理;汽车电子;嵌入式系统
系统介绍
ADSP-BF561处理器是美国模拟器件公司最新推出的针对多媒体和通信应用方面的一款高性能产品,具有丰富的外设接口,集成了2个Blackfin处理器内核,每个内核包含2个乘/累加器(MAC),2个40位的算术逻辑单元(ALU),4个视频ALU和1个40位移位器。该处理器将双乘法累加器处理引擎,RISC指令集和单指令多数据(SIMD)能力结合起来,形成了一套独特的指令集结构。另外,内部集成了两个并行外部接口(PPI),为同时进行图像采集、处理和显示提供了一个系统级片上解决方案,其结构如图1所示。
图1 ADSP-BF561结构框图
本文提出的系统方案就是以ADSP-BF561处理器为核心,扩展音频、视频处理系统、网口解决方案、CAN总线、GPS、GPRS、HFCK等功能，集通信、娱乐和安全控制于一体的车载多媒体系统。其中音频部分包括了音频采集、处理和播放功能,辅助HFCK完成高质量的车内免提通信;视频部分包括视频监控和视频播放,同时满足人们娱乐和安全控制要求;CAN总线提供对汽车上各控制部分的统一控制;网口和USB接口为系统和外设间提供了高速便利的数据交换能力。系统结构如图2所示。
图2 系统结构
系统方案设计
音频功能的设计
ADI公司的AD1836A是一款高性能,单片实现音频编码和解码的芯片,他提供了4个ADC转换通道,组成2个输入立体声通道;6个DAC转换通道,组成3个输出立体声通道;另外,他还有1个SPI口,处理器可以通他来改写AD1836A的控制寄存器,设置ADC转换采样率,信号增益等参数,满足实际应用要求。AD1836A采样后的数字音频输出和需要播放的数字音频输入通过同步串行口和处理器进行数据交换,这可以和ADSP-BF561的同步串行口无缝连接,ADSP-BF561的同步串行口支持多种串行协议,为处理器和各种同步串行外设提供了无缝连接。ADSP-BF561和AD1836A的连接如图3所示。
图3 音频部分原理图
视频部分的设计
人们在行车中难免会遇到很多紧急情况,比如倒车时后面突然有汽车过来,高速行驶时突然有从侧面过来的人或车辆,此类情况一般都由人来处理,执行紧急刹车等操作,但有较长的延时,易造成交通事故。为此,在一些车载系统中安装有视频采集系统,由处理器监控车身周围一定范围的状态并执行紧急操作,缩短时延,提高行车安全性。但目前大多数此类系统不能将视频监控和视频娱乐系统结合,其根本原因是处理器只有一个PPI接口,不能同时进行车身监控和视频播放。本系统所采用的ADSP-BF561嵌入式多媒体处理器拥有两个独立PPI接口,从而能同时进行图像采集和视频播放。视频部分如图4所示。
图4 视频部分原理图
CAN总线、USB接口和I2C控制的设计
CAN总线控制器设计
CAN控制接口广泛应用于车内各控制部分,为了对各部分进行统一控制,在系统中设计了CAN总线控制器。采用了Philips公司的CAN总线控制器SJA1000芯片,他支持CAN2.0协议。SJA1000控制器采用了地址数据复用方式,在地址期,他通过地址锁存信号ALE控制SJA1000锁存D0～D7上的地址,为避免异步空间2中多个设备间的干扰,用BF561的地址线A2和nAMS2译码后作为地址锁存信号ALE,且用A2和nAMS2通过不同的译码逻辑产生片选信号nCS,用BF561的nARE和A2译码产生nRD信号,nAWE和A2译码产生nWD信号,使他们满足SJA1000的读写时序要求,其读写逻辑真值表见表1。
CAN总线应用于现场控制,干扰较强,数据传输采用差模传输,所以SJA1000的串行收发信号要经过转换接口PCA82C250转换为差模形式,增强抗干扰能力。当处理器要向CAN总线上某一设备发出命令时,将命令数据写入SJA1000控制器的发送缓冲区,其中前两个字节标志命令数据的发送地址和字节数,控制器将该信息转换成串行输出到CAN总线,总线上的设备根据地址信息来判断是否接收和响应命令。
USB接口和I2C控制的设计
为了支持即插即用设备,方便外设和系统之间进行数据交换,我们在系统中设计了USB接口,选用的控制芯片是CYPRESS公司推出的SL811HS,这是一款支持嵌入式应用,支持主/从模式和全速(12Mb/s),低速(115Mb/s)通信的USB控制芯片,当工作在主设备模式下,支持1.1协议,当工作在从设备模式下,支持2.0协议,但不支持高速传输。I2C控制部分采用了Philips公司的I2C总线PCA9564控制器,他支持主从模式的数据收发,处理器通过读写其内部四个寄存器的内容来控制I2C总线上的设备。
网口的设计
设计中采用了Standard Microsystems Corporation(SMSC)公司的以太网控制器LAN91C111芯片,他主要面向嵌入式应用的网口解决方案,内部有一个内存管理单元,可以有效地动态分配内存,减轻处理器的工作,支持同步和异步传输,系统中我们将其接入处理器异步空间1中。他的主要信号有地址信号A1～A15,数据信号D0～D31,地址使能信号ALE,字节使能信号nBE0～nBE3,复位信号Reset,中断请求信号INTR,读写使能信号nRD和nWR,他支持8位,16位和32位的数据传输,用字节使能信号nBE0～nBE3控制。网口和处理器的连接方案如图5所示。
图5网口原理图
GPS、GPRS、HFCK的设计
GPS、GPRS、HFCK功能是通过在BF561的UART接口上外接西门子最新推出的超紧凑设计GPS/GPRS组合模块实现,他集成了3频(900/1800/1900MHz)GSM/GPRS和GPS卫星导航接收器,其一版化设计(allonboard)使用户在使用GPS进行卫星定位的同时又可以使用GPRS/GSM功能实现GPRS,语音,传真,短信等通信功能。其中GPS部分将接收到的卫星信号通过UART口发送给处理器,再结合地图数据,用户可以得到实时准确的位置信息;系统中的HFCK功能是通过GPRS/GSM部分接收语音信号,经音频采集后进行噪声消除和回声抵消,获得较好的通话效果。其方案如图6所示。
图6GPS/GPRS部分原理图
结语
ADSP-BF561处理器是ADI公司Blackfin系列产品中的最新成员,他在BF531/2/3的基础上扩充了外部寻址空间,实现了32位外部数据交换,提供了更多的可编程管脚,特别是集成了两个内核和PPI视频处理接口,所有这些优点为功能强大的集音、视频处理,安全控制和娱乐于一体的复杂多媒体系统设计提供了优越条件,相信ADSP-BF561处理器的这些优点会很快在其他应用中展现出来。
关键词:数字信号处理器;多媒体信息处理;汽车电子;嵌入式系统
系统介绍
ADSP-BF561处理器是美国模拟器件公司最新推出的针对多媒体和通信应用方面的一款高性能产品,具有丰富的外设接口,集成了2个Blackfin处理器内核,每个内核包含2个乘/累加器(MAC),2个40位的算术逻辑单元(ALU),4个视频ALU和1个40位移位器。该处理器将双乘法累加器处理引擎,RISC指令集和单指令多数据(SIMD)能力结合起来,形成了一套独特的指令集结构。另外,内部集成了两个并行外部接口(PPI),为同时进行图像采集、处理和显示提供了一个系统级片上解决方案,其结构如图1所示。
图1 ADSP-BF561结构框图
本文提出的系统方案就是以ADSP-BF561处理器为核心,扩展音频、视频处理系统、网口解决方案、CAN总线、GPS、GPRS、HFCK等功能，集通信、娱乐和安全控制于一体的车载多媒体系统。其中音频部分包括了音频采集、处理和播放功能,辅助HFCK完成高质量的车内免提通信;视频部分包括视频监控和视频播放,同时满足人们娱乐和安全控制要求;CAN总线提供对汽车上各控制部分的统一控制;网口和USB接口为系统和外设间提供了高速便利的数据交换能力。系统结构如图2所示。
图2 系统结构
系统方案设计
音频功能的设计
ADI公司的AD1836A是一款高性能,单片实现音频编码和解码的芯片,他提供了4个ADC转换通道,组成2个输入立体声通道;6个DAC转换通道,组成3个输出立体声通道;另外,他还有1个SPI口,处理器可以通他来改写AD1836A的控制寄存器,设置ADC转换采样率,信号增益等参数,满足实际应用要求。AD1836A采样后的数字音频输出和需要播放的数字音频输入通过同步串行口和处理器进行数据交换,这可以和ADSP-BF561的同步串行口无缝连接,ADSP-BF561的同步串行口支持多种串行协议,为处理器和各种同步串行外设提供了无缝连接。ADSP-BF561和AD1836A的连接如图3所示。
图3 音频部分原理图
视频部分的设计
人们在行车中难免会遇到很多紧急情况,比如倒车时后面突然有汽车过来,高速行驶时突然有从侧面过来的人或车辆,此类情况一般都由人来处理,执行紧急刹车等操作,但有较长的延时,易造成交通事故。为此,在一些车载系统中安装有视频采集系统,由处理器监控车身周围一定范围的状态并执行紧急操作,缩短时延,提高行车安全性。但目前大多数此类系统不能将视频监控和视频娱乐系统结合,其根本原因是处理器只有一个PPI接口,不能同时进行车身监控和视频播放。本系统所采用的ADSP-BF561嵌入式多媒体处理器拥有两个独立PPI接口,从而能同时进行图像采集和视频播放。视频部分如图4所示。
图4 视频部分原理图
CAN总线、USB接口和I2C控制的设计
CAN总线控制器设计
CAN控制接口广泛应用于车内各控制部分,为了对各部分进行统一控制,在系统中设计了CAN总线控制器。采用了Philips公司的CAN总线控制器SJA1000芯片,他支持CAN2.0协议。SJA1000控制器采用了地址数据复用方式,在地址期,他通过地址锁存信号ALE控制SJA1000锁存D0～D7上的地址,为避免异步空间2中多个设备间的干扰,用BF561的地址线A2和nAMS2译码后作为地址锁存信号ALE,且用A2和nAMS2通过不同的译码逻辑产生片选信号nCS,用BF561的nARE和A2译码产生nRD信号,nAWE和A2译码产生nWD信号,使他们满足SJA1000的读写时序要求,其读写逻辑真值表见表1。
CAN总线应用于现场控制,干扰较强,数据传输采用差模传输,所以SJA1000的串行收发信号要经过转换接口PCA82C250转换为差模形式,增强抗干扰能力。当处理器要向CAN总线上某一设备发出命令时,将命令数据写入SJA1000控制器的发送缓冲区,其中前两个字节标志命令数据的发送地址和字节数,控制器将该信息转换成串行输出到CAN总线,总线上的设备根据地址信息来判断是否接收和响应命令。
USB接口和I2C控制的设计
为了支持即插即用设备,方便外设和系统之间进行数据交换,我们在系统中设计了USB接口,选用的控制芯片是CYPRESS公司推出的SL811HS,这是一款支持嵌入式应用,支持主/从模式和全速(12Mb/s),低速(115Mb/s)通信的USB控制芯片,当工作在主设备模式下,支持1.1协议,当工作在从设备模式下,支持2.0协议,但不支持高速传输。I2C控制部分采用了Philips公司的I2C总线PCA9564控制器,他支持主从模式的数据收发,处理器通过读写其内部四个寄存器的内容来控制I2C总线上的设备。
网口的设计
设计中采用了Standard Microsystems Corporation(SMSC)公司的以太网控制器LAN91C111芯片,他主要面向嵌入式应用的网口解决方案,内部有一个内存管理单元,可以有效地动态分配内存,减轻处理器的工作,支持同步和异步传输,系统中我们将其接入处理器异步空间1中。他的主要信号有地址信号A1～A15,数据信号D0～D31,地址使能信号ALE,字节使能信号nBE0～nBE3,复位信号Reset,中断请求信号INTR,读写使能信号nRD和nWR,他支持8位,16位和32位的数据传输,用字节使能信号nBE0～nBE3控制。网口和处理器的连接方案如图5所示。
图5网口原理图
GPS、GPRS、HFCK的设计
GPS、GPRS、HFCK功能是通过在BF561的UART接口上外接西门子最新推出的超紧凑设计GPS/GPRS组合模块实现,他集成了3频(900/1800/1900MHz)GSM/GPRS和GPS卫星导航接收器,其一版化设计(allonboard)使用户在使用GPS进行卫星定位的同时又可以使用GPRS/GSM功能实现GPRS,语音,传真,短信等通信功能。其中GPS部分将接收到的卫星信号通过UART口发送给处理器,再结合地图数据,用户可以得到实时准确的位置信息;系统中的HFCK功能是通过GPRS/GSM部分接收语音信号,经音频采集后进行噪声消除和回声抵消,获得较好的通话效果。其方案如图6所示。
图6GPS/GPRS部分原理图
结语
ADSP-BF561处理器是ADI公司Blackfin系列产品中的最新成员,他在BF531/2/3的基础上扩充了外部寻址空间,实现了32位外部数据交换,提供了更多的可编程管脚,特别是集成了两个内核和PPI视频处理接口,所有这些优点为功能强大的集音、视频处理,安全控制和娱乐于一体的复杂多媒体系统设计提供了优越条件,相信ADSP-BF561处理器的这些优点会很快在其他应用中展现出来。
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