車載多媒體的嵌入式處理方案

汽車行業(yè)的制造商正面臨著挑戰(zhàn)。消費者越來越期望自己的汽車配備有最先進的音頻與多媒體系統(tǒng)，以及用于MP3播放器等便攜式設(shè)備的各種接口。由于消費電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐比傳統(tǒng)的汽車產(chǎn)業(yè)更快，因此汽車制造商和一級供應(yīng)商必須努力與之齊頭并進。

由于媒體格式和通信標(biāo)準(zhǔn)在不斷變化，故軟件的靈活性對于汽車應(yīng)用至關(guān)重要。這意味著通用處理器往往是一個很好的選擇，因為它們可以根據(jù)汽車多媒體系統(tǒng)的要求進行簡單、具成本效益的改變。

車載多媒體還為汽車制造商在競爭中凸顯自己產(chǎn)品的差異性提供了一種頗有價值的手段。在本文中，我們將探討(Audi)公司最新A5汽車中的多媒體方案，并討論汽車多媒體的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和問題。

奧迪A5中的汽車系統(tǒng)是現(xiàn)代車載多媒體系統(tǒng)的一個典型范例。它集成了多達四個Blackfin處理器，提供一個數(shù)字音頻廣播(DAB)無線電接收器、一個MP3兼容6碟CD換片裝置和可以與Apple iPod等便攜式媒體播放器連接的奧迪音樂接口，在方向盤上還安裝有多功能控制。此外，還提供有BangOlufsen(BO)公司的環(huán)繞聲放大器作為選配附件，該放大器基于SHARC處理器，可執(zhí)行濾波器算法，使音頻信號能夠適應(yīng)汽車內(nèi)部的聲音環(huán)境。

總線標(biāo)準(zhǔn)和其它挑戰(zhàn)

從嵌入式系統(tǒng)的角度來看，汽車與其它應(yīng)用的一個主要差別在于數(shù)據(jù)通信總線。一般而言，汽車通信采用控制器局域網(wǎng)(CAN)總線或面向媒體系統(tǒng)傳輸(MOST)總線。CAN總線主要用于控制接口，其數(shù)據(jù)傳輸率大約為1Mbps，因此不適合用于多媒體數(shù)據(jù)傳輸。MOST總線用于傳輸數(shù)據(jù)率高達25Mbps的數(shù)字格式(原始PCM數(shù)據(jù))的多媒體數(shù)據(jù)。必需的MOST和CAN網(wǎng)絡(luò)服務(wù)采用軟件來實現(xiàn)，并通過實時操作系統(tǒng)(RTOS)來確保滿足實時要求。

多媒體系統(tǒng)必須支持標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議，比如USB OTG、SDIO和藍牙標(biāo)準(zhǔn)。它還必須支持帶有必需專有協(xié)議的流行設(shè)備，譬如Apple iPod和微軟Zune播放器。USB存儲器和許多不同的多媒體設(shè)備都可以作為USB主設(shè)備與系統(tǒng)連接，PC機也可以作為USB設(shè)備連接到系統(tǒng)。一般情況下，USB和SDIO軟件驅(qū)動器及其各自的文件系統(tǒng)都是操作系統(tǒng)必不可少的部分。

多媒體網(wǎng)關(guān)和汽車音響

為了支持汽車多媒體應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的主要任務(wù)(被稱為多媒體網(wǎng)關(guān))是對標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議(如藍牙、USB，以及數(shù)字音頻格式的解碼)進行適應(yīng)性修改和轉(zhuǎn)換。多媒體網(wǎng)關(guān)采用對軟件更新開放的定制可編程處理器，這有助于實現(xiàn)快速開發(fā)，并使汽車制造商能夠?qū)οM電子市場的快速變化做出恰當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。

直到前不久，多媒體網(wǎng)關(guān)都一直是汽車的唯一解決方案。而新一代汽車音響將把儀表板上集成的人機接口(HMI)和網(wǎng)關(guān)的多媒體功能結(jié)合在一起。這種新的汽車音響還有可能包含通信和導(dǎo)航等額外功能。它需要的集成度遠遠高于網(wǎng)關(guān)，因此開發(fā)時間較長，但成本效益要高得多。

汽車音響的軟件和硬件要求都高于多媒體網(wǎng)關(guān)的，因為其處理器必須執(zhí)行HMI，如果有必要還需支持?jǐn)?shù)字無線電標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)關(guān)的常見功能。HMI一般由單獨的處理器實現(xiàn)，該處理器具有一個可與車內(nèi)顯示器直接相連的接口，并且可能包含語音識別和文本語音輸出功能。像Blackfin BF549這樣功能強大的處理器能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能，同時提供一個可擴展的平臺。

在最新奧迪A5中，“交響樂”和“音樂會”無線電設(shè)備的多媒體接口(MMI)圖形顯示器是通過時鐘速度為533MHz的Blackfin ADSP-BF539處理器的并行外設(shè)接口(PPI)來控制的。而MMI則是通過一種用于圖形用戶接口設(shè)計的先進軟件工具開發(fā)的。用戶利用這種工具可以獲得HMI用戶接口的原型，并對其它的定制版本進行仿真。

儀表板

Blackfin處理器可以為奧迪汽車提供所需的性能和連接性，以及現(xiàn)場可升級的靈活性。當(dāng)然也可以考慮采用其它的處理器架構(gòu)，Blackfin處理器的優(yōu)勢在于它能夠提供處理音頻解碼、DAB處理和奧迪車載娛樂信息系統(tǒng)內(nèi)部MMI控制所需的性能、可擴展性和連接性。它還能夠支持基礎(chǔ)架構(gòu)，實現(xiàn)快速、低風(fēng)險的開發(fā)。

可選的數(shù)字音頻廣播(DAB)功能是由ADSP-BF532處理器提供的。奧迪的交響樂/音樂會DAB無線電是一種軟件定義無線電(SDR)方案，這讓奧迪可以使用最新軟件來實現(xiàn)新的無線電協(xié)議。未來升級只需要將新IP的軟件flash下載到處理器的可編程硬件中即可。

另一個與MOST總線連接的Blackfin處理器用于驅(qū)動一個MP3兼容的6碟CD換片裝置。該處理器采用軟件來實現(xiàn)MOST網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

還有一個Blackfin處理器負(fù)責(zé)驅(qū)動奧迪A5的音樂接口，此接口的作用是集成Apple iPod等便攜式媒體播放器，實現(xiàn)儀表板顯示和方向盤控制，另外還可以復(fù)制音頻顯示屏上的iPod顯示，例如音樂標(biāo)題。

在400MHz左右，該處理器可以為上述應(yīng)用提供不錯的性價比，而處理器能夠同時進行控制和信號處理的能力意味著它可以控制音頻處理和外部設(shè)備的管理。

圖2所示即為Blackfin多媒體處理器的內(nèi)部模塊示意圖。其連接性由許多串行接口(3個SPI、4個UART、4個SPORT和2個TWI)以及一個USB -OTG接口、一個ATAPI接口和一個SDIO接口提供。此外，它還有三個并行接口，用于驅(qū)動顯示屏、相機和另外一個用于導(dǎo)航服務(wù)的處理器。處理器與汽車內(nèi)部總線之間的連接由兩個CAN接口和一個MXVR接口提供。

汽車多媒體應(yīng)用需要一個功能強大的處理器。BF549 Blackfin處理器內(nèi)部的32位架構(gòu)和快速DDR內(nèi)存接口可處理分辨率高達800480像素(WVGA)的視頻數(shù)據(jù)。這表明它能夠處理許多要求嚴(yán)苛的情況，比如處理同步音頻文件的同時又進行MOST網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和藍牙通信。

奧迪A5項目所有設(shè)計團隊的開發(fā)人員都使用了ADI公司的VisualDSP++集成開發(fā)和調(diào)試環(huán)境(IDDE)，這種IDDE包括本地C/C++編譯器、高級繪圖工具、統(tǒng)計分析和VisualDSP++內(nèi)核(VDK)，允許代碼以結(jié)構(gòu)化的、易于擴展的方式來實現(xiàn)。

DRM問題

購買的任何音樂都可能包含受數(shù)字無線電廣播標(biāo)準(zhǔn)(DRM)保護的文件。為了能夠播放數(shù)字音頻，解碼器必須支持正確的DRM格式。要解碼微軟的DRM(PlayforSure)需要一個必須永久地保存在網(wǎng)關(guān)中的DRM證書。不過，由于必需徹底保護DRM免受非法訪問，DRM證書的存儲也是一個特殊的挑戰(zhàn)。

Blackfin處理器受到一種基于軟件和硬件認(rèn)證的安全概念的保護。這種Lockbox技術(shù)專門被開發(fā)來處理數(shù)字版權(quán)管理。DRM證書被存儲在一個專用的一次性可編程(OTP)存儲器中。只有在系統(tǒng)啟動過程中通過一個已獲認(rèn)證的應(yīng)用程序才可以訪問OTP。此外，還可對這個應(yīng)用程序進行部分或者全部編碼，以防止任何人秘密竊取或非法拷貝。

對無線通信發(fā)展的作用

在未來，無線數(shù)據(jù)傳輸將扮演一種特殊的角色，因為這種連接方式非常適合于在便攜式終端設(shè)備和汽車之間傳輸音頻和視頻數(shù)據(jù)。除此之外，著名的藍牙免提通信規(guī)范(免提規(guī)范，HFP)也支持各種新的規(guī)范，其中之一是先進音頻分配規(guī)范(即A2DP，它允許用戶經(jīng)由汽車的音頻系統(tǒng)復(fù)制手機上的音頻文件)。A2DP能夠利用無線藍牙鏈接傳輸壓縮音頻數(shù)據(jù)，如MP3和AAC。

AVRCP規(guī)范A2DP規(guī)范的擴展。該規(guī)范允許用戶播放手機上的音樂，一般包括開始、停止、下一曲、前一曲以及樂曲的快速播放等功能。這一規(guī)范也支持元數(shù)據(jù)(metadata)，將來也許還能夠在無線電顯示屏上顯示標(biāo)題，讓用戶可以通過中央用戶接口選擇自己喜愛的樂曲或播放列表。

撥號網(wǎng)絡(luò)(DUN)規(guī)范是另一個重要規(guī)范。它可為移動電話及用戶直接訪問互聯(lián)網(wǎng)提供基站連接選項。其數(shù)據(jù)傳輸率取決于傳輸標(biāo)準(zhǔn)，這意味著可以提供大量新的遠程信息處理功能。

除了純粹的通信支持外，多媒體網(wǎng)關(guān)還可以同時處理好幾種數(shù)字格式的音頻文件的解碼，這些音頻文件可能采用了數(shù)字版權(quán)管理(DRM)。未來的汽車可以支持兩個到三個獨立的音頻區(qū)，以滿足所有乘客的要求。表1總結(jié)了最重要的音頻編解碼器。

未來展望

繼音頻應(yīng)用之后，下一步將是視頻應(yīng)用的推出，但這會增加硬件要求。音頻所需的數(shù)據(jù)傳輸率僅為幾百Kbps左右，而視頻的數(shù)據(jù)傳輸速率將高至好幾Mbps。在這種情況下，視頻數(shù)據(jù)必須分布于車內(nèi)一個或幾個視頻源，例如DVD或者硬盤。

鑒于此，未來定義的MOST150標(biāo)準(zhǔn)將必須能夠處理高達150Mbps的數(shù)據(jù)速率。在傳輸視頻數(shù)據(jù)的情況下，藍牙標(biāo)準(zhǔn)將達其傳輸速率上限，因為這時它的最大數(shù)據(jù)率2Mbps也僅夠用來播放小視頻文件而已。對于短距無線網(wǎng)絡(luò)，藍牙將被數(shù)據(jù)率高達480Mps的新的無線USB標(biāo)準(zhǔn)所取代。

以后剩下的唯一問題就是汽車如何與互聯(lián)網(wǎng)相連接一事了。數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提高的趨勢將持續(xù)下去。