基于OMAP5910的移动媒体播放机设计

1.1.1 存储器设计
    存储器接口通信控制器（TC）管理的存储器可分为片外和片内两种。而TC又有两个独立的访问片外的存储器接口：
    (1)快速片外存储器接口（EMIFF）：与片外SDRAM相连的快速同步接口。在EMIFF接口上，挂载SDRAM用于运行LINUX操作系统。
    (2)慢速片外存储器接口（EMIFS）：与片外FLASH、SRAM等存储器相连的异步接口。在EMIFS接口上，分别挂载SRAM和FLASH。
1.1.2 板上CPLD和FPGA设计
    (1)CPLD。本系统选用XILINX的95144XL-TQ144作为整个系统的配置。它负责系统上电后，对OMAP5910进行复位，对整个板级的器件进行配置，并作地址译码，以给存储器分配存储空间。
    (2)FPGA。本系统扩展FPGA主要是为了扩展CF卡和以太网。
    CF卡有多种连接方式，本设计选择TRUE IDE方式，在FPGA中映射出CF卡内部相应的寄存器。这样，通过控制FPGA内部的寄存器产生相应的时序，写入CF卡的内部控制器，完成相应的操作。
    以太网选用AX88796L芯片，它具有标准的ISA接口和10Mbps/100Mbps的速度，通过FPGA进行控制，完全能满足实际的需求。
1.1.3 音视频及人机接口设计
    (1)LCD显示。OMAP 5910内部集成了一个TFT LCD控制器，有标准的LCD控制信号。LCD电源控制、背光开关控制、亮度控制、触摸屏信号等将由此系统中的CPLD供给。此设计的集成板选择的是NEC LCD：NL2432DR22-12B。
    (2)键盘。出于人机交互的需求，本系统扩展了3×4的键盘。
    (3)音频接口。本系统采用OMAP与TLV320AIC23外部音频解码器完成音频系统的设计。通过OMAP的两根I/O线模仿I2C时序来配置音频芯片，而McBSP1接口用作OMAP对音频芯片传输数据。
1.1.4 扩展接口设计
    (1)存储卡接口设计。多媒体播放机需要大数据量的存储设备，此设计选用SD卡。OMAP 5910内部集成了SD卡控制器，通过对OMAP 5910 SD卡控制器编程，就能完成对SD卡的控制。
    (2)USB接口设计。OMAP 5910内部集成了USB Host和USB Function的控制器和接口，方便了USB接口的扩展。外接PDIUSBP11APW USB收发器，将OMAP 5910 USB控制器的信号转换成USB总线的信号。
1.2 系统软件设计
    软件系统主要包括MP3、MPEG4解码算法，以及使用两个解码算法模块的媒体播放机程序框架。
1.2.1 MP3音频解码算法
    MP3算法是根据人体心理声学模型，利用人耳的掩蔽效应，去除音频信号中低于绝对听阈和掩蔽域的信号，并根据掩蔽域对剩余信号进行动态量化，结合子带编码、变换编码以及哈夫曼编码等技术，达到大幅缩减音频文件的大小，同时保证音质的目的。
    MP3音频解码算法是根据ISO/IEC 11172-3标准编写的，并针对TI DSP55x进行部分优化。
1.2.2 MPEG4视频解码算法
    MPEG4算法基于对象编码，同时更加注重多媒体系统的交互性与灵活性。基于对象编码使得对视频对象的操控成为可能。MPEG4的一个特点是采用新的、高效的压缩算法使压缩比提高，它可以在速率相对较小的情况下，获得高质量的画面效果。线性MPEG4视频没有对象交互的内容，仅仅包含需要解码的视频流。
    MPEG4解码算法依照ISO/IEC 14496-2编写，其中计算过程集中在IDCT、运动补偿和VOP重建，优化的重点也放在这三个过程。针对TIDSP55x的特点，具体优化方案如下：
    (1)使用TI提供的图像视频处理库IMGLIB提高算法性能：获得了IDCT、运动补偿等算法实现的最高性能。
    (2)减少片外存储器的读写：由于DSP对片外存储器的读写速度相对较慢，因此需要在内外部存储器间建立DMA通道，由外部存储器存放解码帧数据，再由DMA通道把待解码宏块传送到内部存储器进行高速处理。
    (3)优化代码组织：在编写代码时，注意循环展开、循环分布以及循环交换等优化技术，并且针对相应处理器选择了最优的数据类型，使代码效率达到最高。
1.2.3 媒体播放机软件设计
    媒体播放机软件设计鉴于OMAP独特的双核结构分成MPU端和DSP端两大部分。播放机程序就是运行在LINUX操作系统下的一个带有图形界面的应用程序。该应用程序通过调用DSP设备的驱动程序，使得MPU与DSP双方配合完成整个播放功能。图2为媒体播放机总体框图。

(1)MPU端软件设计
    作为MPU的ARM核的任务为：建立底层操作系统和上层与用户交互的GUI，完成AVI文件数据读取解析以及控制DSP核音视频解码。因此，可将MPU端软件工作分为以下几部分。
    ①LINUX嵌入式操作系统的移植、设备驱动的编写和移植；
    ②基于FLTK应用程序图形用户界面的设计。FLTK是一套小型化的多平台GUI快速开发工具包，它在LINUX平台上的移植非常简便。使用FLTK开发的播放机图形用户界面如图3所示。

    ③AVI文件读取解析。在用户选择某一AVI文件后，将文件打开，读取文件的属性信息、索引信息及音视频待解码数据等，播放完毕后关闭文件。
    ④DSP音视频解码的控制。应用程序通过DSP设备驱动，启动DSP核，开辟与DSP端交互的数据缓冲区，建立使用MAILBOX进行的通信机制。实现了对DSP端解码进程的控制。
(2)DSP端软件设计
    在处理器的DSP端，主要负责的工作是对音视频数据的解码，并最终完成播放。这部分主要完成的工作是采用DSP/BIOS和Reference Frameworks 5对音视频解码播放进程进行有效组织并完成的同步机制。其中包含的主要模块为：视频解码进程、音频解码进程、视频播放进程、音频播放进程、音视频同步控制等。
1.3 系统关键设计总结
   (1)基于TI OMAP5910的移动媒体播放机硬件平台采用6层PCB设计，模块完整，可扩展性强。
   (2)参照TI TMS320 DSP ALGORITHMS STANDARD（XDAIS）设计了MP3及MPEG4解码算法。
   (3)为TI的OMAP5910处理器移植了嵌入式Linux操作系统及相关驱动程序。
   (4)设计了基于双核OMAP5910平台的媒体播放机软件系统。该系统中的控制型任务由MPU完成，运算型的工作由DSP处理，从而最大限度地发挥了处理器性能。另外，系统有效组织了存储器、DMA通道等资源，并对程序代码应用DSP/BIOS和RF5也进行了组织，使系统的实时性和可靠性得到了保证。
2 测试与结论
    播放机的整体性能选用了四个较有代表性的AVI媒体文件来测试。测试结果如表1所示。