基于i.MX6車載音視頻系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)

摘要：隨著汽車產(chǎn)業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展，車載系統(tǒng)的電子化程度越來越高，車載音視頻系統(tǒng)作為汽車人機交互的重要組成部分，正成為研究的新熱點。本文提出了智能手機和車載音視頻系統(tǒng)相結(jié)合的應(yīng)用方案，分析了實現(xiàn)i.MX6車載音視頻系統(tǒng)的硬件模塊和軟件流程圖，驅(qū)動初始化狀態(tài)機實現(xiàn)方法。系統(tǒng)測試結(jié)果表明本文提出的音視頻系統(tǒng)實現(xiàn)了音視頻基本功能，還可實現(xiàn)多屏互動，并提供移動設(shè)備實時充電解決方案。

近年來，隨著汽車用戶的覆蓋普及和電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，人們對汽車性能要求也越來越高，由傳統(tǒng)的交通工具單一功能向多媒體、信息化的多功能交通工具轉(zhuǎn)變;汽車產(chǎn)業(yè)從單純的機械產(chǎn)品向光機電一體化轉(zhuǎn)變。未來的趨勢是電子化比重不斷加強，車載音視頻系統(tǒng)作為汽車人機交互的重要組成部分，成為研究的新熱點。

目前市場上的車載音視頻設(shè)備大都是以完整的音視頻系統(tǒng)的形式出現(xiàn)在車載環(huán)境中。本文提出了一種利用飛思卡爾半導(dǎo)體最新一代處理器i.MX6，并結(jié)合新穎的MHL協(xié)議研究車載音視頻系統(tǒng)的新方案，實現(xiàn)了多屏互動功能，在多系統(tǒng)應(yīng)用中注意防止同頻干擾問題，并能提供移動設(shè)備實時充電解決方案。

1 基于i.MX6的車載音視頻系統(tǒng)架構(gòu)

基于i.MX6車載音視頻系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。本文設(shè)計的車載音視頻系統(tǒng)由原始音視頻數(shù)據(jù)源接收模塊、數(shù)據(jù)處理、視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)輸出組成。

系統(tǒng)在正常工作時，通過集成MHL功能的智能手機向系統(tǒng)的接收模塊輸入音視頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以儲存在手機中的資源，也可以是從2G、GPRS、3G、LTE或WiFi等網(wǎng)絡(luò)中獲取的音視頻數(shù)據(jù)。接收模塊對接收到的MHL格式的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，將數(shù)據(jù)中的視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)分離，并將視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成MIPI格式，音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成I2S格式。

將MIPI格式的視頻數(shù)據(jù)和I2S格式的音頻數(shù)據(jù)同時輸入處理器i.MX6，視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過圖像處理子系統(tǒng)的相關(guān)處理后，轉(zhuǎn)換成LVDS顯示識別的RGB格式視頻數(shù)據(jù)，通過LVDS線纜輸出到顯示設(shè)備。同時，通過處理器的一個I2S接收模塊接收音頻數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)不作處理，直接通過處理器的另外一個I2S發(fā)送模塊送到音頻驅(qū)動器，經(jīng)驅(qū)動后，通過喇叭或者耳機播放與視頻同步的音樂。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

基于i.MX6車載音視頻系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。基于i.MX6的車載音視頻系統(tǒng)硬件部分主要包括ADV7481構(gòu)成的MHL數(shù)據(jù)格式接收模塊、i.MX6處理器模塊、顯示模塊、WM8962音頻驅(qū)動模塊和電源部分。

2.1 電源部分

電源部分由兩部分構(gòu)成，第一部分是輸入過壓保護電路，防止輸入電壓過大或外界干擾進入，損壞電路;第二部分是集成電壓管理電路，集成了開關(guān)型電壓轉(zhuǎn)換電路和線性電壓轉(zhuǎn)換電路。

輸入過壓保護電路如圖3所示。在正常輸入5 V電源電壓時，閉合開關(guān)S1，Q1的源極為5 V，柵極電壓由電阻R2、R4、R5的分壓決定，約為0.26 V，這樣Q1的VGS為-4.74 V，低于開啟電壓-2.1 V，Q1的漏極和源極之間導(dǎo)通，主電源5 V流入PSU_5V0供給后級試用。當(dāng)輸入端輸入非正常的過壓時，穩(wěn)壓二極管D2的反向電壓會超過它的反向擊穿電壓限值，使得D2的陰極電位穩(wěn)定在5.1 V左右，同時使得三極管Q2的UBE大于0.7 V時，Q2的集電極和發(fā)射極之間導(dǎo)通，會有大量電流從其內(nèi)部流過，這些電流會在R4和R5上產(chǎn)生壓降，在Q1的柵極產(chǎn)生一個電壓，使得Q1的柵源電壓近似相等，高于開啟電壓-2.1 V，Q1管截止，阻止過壓流入后級電路，實現(xiàn)保護后級電路的功能。

集成電壓管理電路選用了飛思卡爾半導(dǎo)體的MMPF0100解決方案，它主要包括電源管理控制、線性穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換、開關(guān)電源轉(zhuǎn)換3個部分。電源的管理控制部分可以配置輸出的電壓值，精度，輸出時序等。開關(guān)電源電路的本質(zhì)是一個串聯(lián)型開關(guān)型穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換電路，實質(zhì)上就是一個線性調(diào)制器。

2.2 接收模塊

接收模塊兼容MHL和HDMI兩種數(shù)據(jù)源輸入，其中MHL的差分?jǐn)?shù)據(jù)線和HDMI的DATA0+/-共用一對差分線，CBUS與HDMI_HPD_CON共用一根信號線，電源和地共用。

系統(tǒng)靠檢測連接器第2腳的CD_SENSE信號線的電平來判別是什么數(shù)據(jù)源輸入。當(dāng)CD_SENSE為高電平時，表示是MHL源輸入;當(dāng)CD_SENSE為低電平時，表示是HDMI源輸入。

MHL有個特殊的功能，Sink端可以為Source設(shè)備供電，5 V電壓要向外輸出，而兼容HDMI接口檢測時需要接收Source設(shè)備的5 V電壓，這就意味著在兩種不同的輸入模式下，5V電源管腳的電流方向截然相反。

為了解決兩種不同的應(yīng)用造成的困擾，本文設(shè)計了一種5 V電源方案，如圖4所示。當(dāng)系統(tǒng)檢測到MHL輸入時，CD_SENSE是高電平，Q7管導(dǎo)通，Q7和Q8的柵極約為0 V，由于Q7存在體二極管，使得Q7和Q8源極的電位只比5 V低二極管的導(dǎo)通壓降，仍為高電平，兩個MOS管的VGS大于開啟電壓，都呈現(xiàn)導(dǎo)通狀態(tài)，5 V電源通過連接器的電源腳為Source設(shè)備充電。當(dāng)系統(tǒng)檢測到HDMI輸入時，CD_SENSE是低電平，Q6管截止，R15上沒有電流，Q3和Q4源極和柵極電壓相等，都呈現(xiàn)截止?fàn)顟B(tài)，5 V不能向外供電，電源管腳只接收Source的電壓實現(xiàn)檢測功能。

2.3 i.MX6處理器模塊

本文選用飛思卡爾公司的i.MX6處理器，它集成4核ARM Cortex—A9，采用先進的納米技術(shù)，且每個內(nèi)核運行時最高速率可以達到1.2 GHz。每個處理器提供一個64 bit的存儲器接口，以及一系列外設(shè)接口。如MIPI CSI-2接口、I2S接口、無線接口、顯示接口、攝像傳感器接口等。從這款芯片特性可以看出，它速率高、安全、功耗低，片上集成了多個外設(shè)接口，資源豐富，可以滿足不斷增長的車載娛樂、遠程信息訪問和處理、人機交互界面、集群顯示的市場需求。