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          個人多媒體進(jìn)入車載應(yīng)用對SoC平臺的技術(shù)要求分析

          作者: 時間:2016-12-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


          實現(xiàn)的方案

          由于汽車OEM的設(shè)計周期較長,因而一種成熟的車載信息娛樂系統(tǒng)不太可能在一個產(chǎn)品周期中突然成為現(xiàn)實,而是必定要從包括標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧器、模擬信號處理器和傳統(tǒng)的光存儲器(CD)的現(xiàn)有系統(tǒng)不斷發(fā)展改進(jìn)。

          下一步將是已在興起的數(shù)碼音頻潮流,但在未來幾年內(nèi),模擬信號處理將完全讓位于DSP、數(shù)字IF調(diào)諧器、為數(shù)字媒體定制的電源系統(tǒng)以及包括大量媒體處理的存儲器。

          接下來將是導(dǎo)航、遠(yuǎn)程通信和視頻——不過目前還難以預(yù)測特定的功能如何實現(xiàn)。最后,信息娛樂系統(tǒng)將包括收音機(jī)和GPS、蜂窩和數(shù)字視頻廣播接收機(jī)。

          汽車電子設(shè)計工程師面臨的問題相當(dāng)有挑戰(zhàn)性:未來十年左右,他們大概還需要創(chuàng)建多少全新的架構(gòu)?

          一種觀點認(rèn)為,將來只存在一種配置性能很強的架構(gòu),而且同樣重要的是——車載信息娛樂系統(tǒng)將沿著與家庭娛樂系統(tǒng)非常相似的道路發(fā)展,家庭娛樂系統(tǒng)在過去三四年一直風(fēng)光無限。

          下一代信息娛樂系統(tǒng)

          下一代車載信息娛樂系統(tǒng)的基本要求已很明確:高性能、配置性能強以及能夠處理多個多媒體數(shù)據(jù)流。

          這些要求顯然指向一組輔助屬性:高性能數(shù)字信號處理、RTOS以及標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程間通信(由保留裕量的軟件架構(gòu)來支持)。

          繼家庭娛樂模式之后,硬件實現(xiàn)很可能是一個雙核心(RISC/DSP)SoC,在上面運行RTOS及專門針對多媒體和流媒體要求而調(diào)整的第二個操作系統(tǒng)環(huán)境。

          首先考慮RTOS,表1列出了雙核心RISC/DSP通信所需的RTOS增強功能。

          當(dāng)然,流式多媒體的軟件環(huán)境必須與RTOS協(xié)同操作——但是其功能卻差異很大,因為軟件環(huán)境是處理流媒體,而流媒體的格式和編解碼器變化異于常規(guī)。

          流媒體軟件架構(gòu)首先是一個組件框架,要求:1.構(gòu)建和連接組件的協(xié)議要統(tǒng)一;2.API一致或相似;3.支持組件同步;4.發(fā)展路徑清晰。架構(gòu)的一項關(guān)鍵特性是每個組件都不應(yīng)該有全局意識。換句話說,I/O可以通過應(yīng)用程序進(jìn)行配置。

          表1:RTOS要求和增強功能。

          其他屬性包括針對所有組件的幾項“由建構(gòu)來校正(correct by construction)”特性,包括可以重新使用每個級別的組件以及每個組件的共享通信和可配置代碼。飛利浦半導(dǎo)體公司的TriMedia Streaming Software Architecture(TSSA)就是具備這些屬性的架構(gòu)范例。

          流媒體也對硬件架構(gòu)有特殊要求,首先是DSP。例如,VLIW架構(gòu)就較理想,因為此架構(gòu)一個時鐘周期內(nèi)可處理多條指令。

          多個多媒體數(shù)據(jù)流需要低延遲方能正常運行,使用此架構(gòu)則有助于獲得更高的工作效率。其他較理想的DSP特征包括:用于計算的硬連接指令、用于快速計算的大寄存器以及額外的特殊內(nèi)存緩存,以增強性能。

          DSP內(nèi)核——需要VLIW

          十幾年前,TriMedia內(nèi)核就將VLIW架構(gòu)引入商用IC世界,從那以后不斷升級。它開始是作為媒體處理器,因此非常適用于汽車信息娛樂計算。

          TriMedia采用37個處理單元和128個32位寄存器,每個時鐘周期可最多處理5條指令。因此,以300MHz的時鐘速度,每秒鐘最多可執(zhí)行100億次操作。

          其集成式內(nèi)存控制器可以操作處理16MB到256MB的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)型DDR SDRAM內(nèi)存系統(tǒng)。以最高400MHz的時鐘速度使用32位寬數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)率最高可達(dá)1.6Gbps。

          如上所述,兼容各種編解碼器和格式標(biāo)準(zhǔn)是必需的。

          TriMedia內(nèi)核可兼容所有主流的音頻和視頻標(biāo)準(zhǔn),包括MPEG-2、MPEG-4、DV、RealNetworks和DivX-5。對于音頻應(yīng)用,它提供八進(jìn)制的數(shù)字音頻輸入及S/PDIF(杜比數(shù)字)輸入和輸出。其他幾項特性包括:

          1. 針對DVD播放功能的32位、33MHz集成式DVD解擾器;

          2. 帶集成PCI總線仲裁器的MHz PCI 2.2接口,最多4個主接口;

          3. 16個專門的通用I/O針腳,適合用作軟件I/O針腳、外部中斷針腳、用于系統(tǒng)事件計時器/計數(shù)器的時鐘源/門,以及模擬高速串行協(xié)議;

          4. 各種視頻功能。

          RISC內(nèi)核

          RISC內(nèi)核用作控制器使其功能更為通用。但是,因外圍設(shè)備很多而且要求苛刻,其性能并不能縮水。RISC內(nèi)核可運行操作系統(tǒng)、執(zhí)行某種應(yīng)用軟件、監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試情況,通常還會處理圖形用戶界面(GUI)。

          它還控制I/O塊,例如UART、USB內(nèi)核和藍(lán)牙內(nèi)核,并處理所有內(nèi)存管理。

          通常選擇32位內(nèi)核,例如ARM926EJ(時鐘速度為150MHz或更高,并具有多管道和高速緩存相當(dāng)大等架構(gòu)特性),與多數(shù)SoC上的DSP共同分擔(dān)CPU任務(wù)。

          ARM926EJ結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

          集成化平臺

          將DSP和RISC核心以及RTOS與流媒體軟件架構(gòu)集成在一起的平臺策略,似乎是車載信息娛樂系統(tǒng)必然的選擇。不論對每個組件,還是對平臺,娛樂系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)都極為關(guān)鍵。

          例如,SoC平臺(如飛利浦半導(dǎo)體公司的Nexperia汽車平臺)可接收、解碼、后期處理并顯示具有不同格式的多個視頻數(shù)據(jù)流,包括支持無線電、多通道音頻和視頻源。

          為處理流媒體,需進(jìn)行以下架構(gòu)創(chuàng)新:

          1. 采用高級通信和同步技術(shù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存架構(gòu);

          2. 確保系統(tǒng)可預(yù)測性、易于編程、與ISV協(xié)同工作及所承諾的實時行為的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu);

          3. 與硬件架構(gòu)互補的軟件架構(gòu)。

          在Nexperia汽車平臺中,ARM內(nèi)核處理高級OS、控件和應(yīng)用軟件。TriMedia內(nèi)核處理無線電接收所需的音頻和信號處理,以及視頻(如果適用)的壓縮和解壓縮,及其他數(shù)據(jù)密集型處理任務(wù)。兩個CPU都是單一集成系統(tǒng)的一部分。

          共享統(tǒng)一的內(nèi)存使其可以有效地通信,以簡單的方式共享數(shù)據(jù),并可大幅降低內(nèi)存成本——對于非常占用內(nèi)存的應(yīng)用程序效果顯著。

          每個處理器內(nèi)核幾乎可以尋址任何外圍設(shè)備——但每個外圍設(shè)備都分配給其中一個內(nèi)核的任務(wù)域。這樣,通過分離應(yīng)用中的問題(流媒體與控制任務(wù)),可保證汽車應(yīng)用程序?qū)崟r行為的整體系統(tǒng)性能。

          在高層級角度,Nexperia汽車架構(gòu)包括三個任務(wù)域(參見圖2)。主干是基礎(chǔ)架構(gòu),其將外部SDRAM和SoC外圍設(shè)備連接,以實現(xiàn)高處理量和低延遲訪問。

          剩余兩個域是ARM基礎(chǔ)架構(gòu),其將ARM內(nèi)核連接到其域中的外圍設(shè)備。TriMedia內(nèi)核采用相同的方法。這使得處理器無需多余的干預(yù),即可執(zhí)行特定域處理。此外,該基礎(chǔ)架構(gòu)包括連接ARM和TriMedia總線的交叉橋,使每個處理器的內(nèi)存映射I/O訪問能夠控制或觀察到所有外圍設(shè)備的狀態(tài)。

          應(yīng)用圖表中定義了不同CPU之間的通信和流路徑。它由流框架提供支持,并根據(jù)平臺要求的處理類型進(jìn)行配置。根據(jù)當(dāng)時正在處理的數(shù)據(jù)類型,可以動態(tài)創(chuàng)建、連接、配置及破壞專用的信號處理模塊。如此便可實現(xiàn)平臺的輕松編程和模塊的快速集成。

          TriMedia流框架和ARM高級OS與基礎(chǔ)架構(gòu)緊密連接,以確保系統(tǒng)的可預(yù)測性。根據(jù)函數(shù)類型,必須針對計時要求進(jìn)行權(quán)衡折衷,例如無線電和TV接收的硬實時狀況、視頻和媒體支持功能的軟實時狀況,以及“盡力”獲取接入服務(wù)。

          該基礎(chǔ)架構(gòu)還能夠與獨立軟件供應(yīng)商(ISV)協(xié)同工作,并保證實時行為。這種穩(wěn)健性在汽車領(lǐng)域是不可或缺的。

          Nexperia平臺實際上早就參與了下一代DSP/RISC SoC的研究發(fā)展,其將信號處理分派給多個內(nèi)核,每個內(nèi)核都由專門的硬件加速器提供支持,這些加速器均由設(shè)計者使用高級編程語言(如C語言)進(jìn)行軟件配置。

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          關(guān)鍵詞: 汽車娛樂SoC個人多媒

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