基于RK3288的智能魔鏡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

智能魔鏡由鏡子、顯示屏和主機(jī)組成，主機(jī)內(nèi)置智能系統(tǒng)，智能系統(tǒng)接入云平臺(tái)，然后通過云平臺(tái)和智能系統(tǒng)可以讓“魔鏡”與人互動(dòng)，用戶通過觸控、人體感應(yīng)或語音識(shí)別可以喚醒魔鏡系統(tǒng)及控制智能家居設(shè)備。智能魔鏡系統(tǒng)如圖1。

1 硬件系統(tǒng)方案

智能魔鏡主控采用瑞芯微RK3288，遠(yuǎn)場(chǎng)語音采用順芯ES7210，WiFi 藍(lán)牙模塊使用正基AP6256。硬件系統(tǒng)如圖2。其中，電源給整個(gè)系統(tǒng)供電；時(shí)鐘電路保證系統(tǒng)中的各模塊同步；復(fù)位電路確保主控可靠的工作；DDR是隨機(jī)存儲(chǔ)器，同步需要時(shí)鐘；FLASH用來程序存儲(chǔ)；WIFI可以用來無線傳輸；遠(yuǎn)場(chǎng)語音用來人機(jī)交互。

瑞芯微RK3288 采用ARM 全新架構(gòu)內(nèi)核芯片，內(nèi)置最新Mali-T76x 系列GPU 的芯片，支持4K×2K 硬解，支持H.265，顯示支持4K@60Hz。遠(yuǎn)場(chǎng)語音芯片ES7210 具有4 路通道，2 路用于遠(yuǎn)場(chǎng)語音，2 路用于消音回采。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 電源設(shè)計(jì)

電源給整個(gè)系統(tǒng)供電，電源芯片供電能力大于2 A，電感值大于2.2 μH，飽和電流大于3 A。Hi3559內(nèi)核電壓0.8 V，IO 電壓18 V，DDR4 接口電壓1.2 V，LPDDR4 接口電壓1.2 V；內(nèi)核電源，DDR 電源和IO電源上電時(shí)序?yàn)椋篒O 電源＞ DDR 電源＞內(nèi)核電源；下電時(shí)IO 先下電，內(nèi)核最后下電。DDR PLL 電源與IO電源連接時(shí)，必須使用磁珠隔離，紋波小于800 mV，不能有固定頻點(diǎn)噪聲。FLASH 接口的IO 電源實(shí)際連接的時(shí)要與對(duì)接芯片的接口電平一致。

2.2 時(shí)鐘電路

外部24MHz 時(shí)鐘電路和芯片內(nèi)部的反饋電路形成了系統(tǒng)時(shí)鐘電路。外部晶體振蕩電路采用4P 貼片晶振，其中2 個(gè)GND 要充分接地，增加系統(tǒng)時(shí)鐘抗ESD 干擾能力；外圍電容采用NPO，為防止電磁干擾，時(shí)鐘到主控的輸入端串聯(lián)22R 的端接電阻。

2.3 復(fù)位電路

系統(tǒng)上電后由主控內(nèi)部POR電路對(duì)芯片進(jìn)行復(fù)位，Hi3559 硬件復(fù)位通過RESET 引進(jìn)來實(shí)現(xiàn)，低電平有效，最短復(fù)位周期為100 個(gè)24 MHz 的時(shí)鐘周期，也就是說至少需要4 ms。系統(tǒng)復(fù)位電平一定要與FLASH 電平保持一致，否則系統(tǒng)無法啟動(dòng)。

2.1 DDR電路

DDR 電路采用2*DDR4，數(shù)據(jù)總線寬度為32 位，DDR4 傳輸速率為3 200 Mb/s。DDR4 采用了最先進(jìn)工藝技術(shù)，在提高性能、降低成本同時(shí)還降低了功耗。DDR4 引腳由數(shù)據(jù)線、地址線、控制線、電源和地組成。DDR 按照引腳功能可以分為7 類：電源、地、配置、控制信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)、地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)。DDR4 中最重要的信號(hào)就是地址信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。DQ[0:31] 是數(shù)據(jù)信號(hào)，DQS_N/DQS_P 是數(shù)據(jù)選通信號(hào)；A[0:16] 是地址選擇信號(hào)，BA[0:1] 是Bank 地址選擇；CK_N/CK_P 是差分時(shí)鐘信號(hào)；CS_N 是DDR 片選信號(hào)；ODT 是阻抗匹配使能信號(hào)。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件采用Android 系統(tǒng)，用JAVA 編程語言開發(fā)，可以跨平臺(tái)移植和復(fù)用，并且可以兼容第三方在Android系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用程序。

軟件從下到上依次是內(nèi)核(Linux Kernel)、運(yùn)行時(shí)環(huán)境(Android Runtime)、庫(Libraries)、應(yīng)用框架(Application Framework)、應(yīng)用(Applications)。

1）內(nèi)核(Linux Kernel)：Android 基于Linux 4.4 提供核心系統(tǒng)服務(wù)，例如：安全、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧、驅(qū)動(dòng)模型。Linux Kernel 也作為硬件和軟件之間的抽象層，它隱藏具體硬件細(xì)節(jié)而為上層提供統(tǒng)一的服務(wù)；

2）運(yùn)行時(shí)環(huán)境(Android Runtime)：Android 包含一個(gè)核心庫的集合，提供大部分在Java 編程語言核心類庫中可用的功能。每個(gè)Android 應(yīng)用程序是Dalvik 虛擬機(jī)中的實(shí)例，運(yùn)行在他們自己的進(jìn)程中。Dalvik 虛擬機(jī)設(shè)計(jì)成，在1 個(gè)設(shè)備可以高效地運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)；

3） 庫(Libraries)：Android 包含1 個(gè)C/C++ 庫的集合，供Android 系統(tǒng)的各個(gè)組件使用。這些功能通過Android 的應(yīng)用程序框架(Application Framework) 暴露給開發(fā)者；

4）應(yīng)用框架(Application Framework)：通過提供開放的開發(fā)平臺(tái)，Android 使開發(fā)者能夠編制極其豐富和新穎的應(yīng)用程序。開發(fā)者可以自由地利用設(shè)備硬件優(yōu)勢(shì)、訪問位置信息、運(yùn)行后臺(tái)服務(wù)、設(shè)置鬧鐘、向狀態(tài)欄添加通知等等，很多很多。 開發(fā)者可以完全使用核心應(yīng)用程序所使用的框架APIs。應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)旨在簡(jiǎn)化組件的重用，任何應(yīng)用程序都能發(fā)布他的功能且任何其他應(yīng)用程序可以使用這些功能( 需要服從框架執(zhí)行的安全限制)；

5）應(yīng)用(Applications)：Android 裝配1 個(gè)核心應(yīng)用程序集合，包括電子郵件客戶端、SMS程序、日歷、地圖、瀏覽器、聯(lián)系人和其他設(shè)置。所有應(yīng)用程序都是用Java編程語言寫的。更加豐富的應(yīng)用程序有待我們?nèi)ラ_發(fā)，我們主要開發(fā)的內(nèi)容就在這一層里。

軟件結(jié)構(gòu)如圖3。

其中，內(nèi)核(Linux Kernel)：Android 基于Linux 4.4提供核心系統(tǒng)服務(wù)，例如：安全、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧、驅(qū)動(dòng)模型。Linux Kernel 也作為硬件和軟件之間的抽象層，它隱藏具體硬件細(xì)節(jié)而為上層提供統(tǒng)一的服務(wù)。運(yùn)行時(shí)環(huán)境(Android Runtime)：Android 包含1 個(gè)核心庫的集合，提供大部分在Java 編程語言核心類庫中可用的功能。每一個(gè)Android 應(yīng)用程序是Dalvik 虛擬機(jī)中的實(shí)例，運(yùn)行在他們自己的進(jìn)程中。Dalvik 虛擬機(jī)設(shè)計(jì)成，在1 個(gè)設(shè)備可以高效地運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)。庫(Libraries)：Android 包含1 個(gè)C/C++ 庫的集合，供Android 系統(tǒng)的各個(gè)組件使用。這些功能通過Android的應(yīng)用程序框架暴露給開發(fā)者。應(yīng)用框架(Application Framework)：通過提供開放的開發(fā)平臺(tái)，Android 使開發(fā)者能夠編制極其豐富和新穎的應(yīng)用程序。開發(fā)者可以自由地利用設(shè)備硬件優(yōu)勢(shì)、訪問位置信息、運(yùn)行后臺(tái)服務(wù)、設(shè)置鬧鐘、向狀態(tài)欄添加通知等等，很多很多。開發(fā)者可以完全使用核心應(yīng)用程序所使用的框架APIs。應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)旨在簡(jiǎn)化組件的重用，任何應(yīng)用程序都能發(fā)布他的功能且任何其他應(yīng)用程序可以使用這些功能( 需要服從框架執(zhí)行的安全限制)。應(yīng)用(Applications)：Android 裝配一個(gè)核心應(yīng)用程序集合，包括電子郵件客戶端、SMS 程序、日歷、地圖、瀏覽器、聯(lián)系人和其他設(shè)置。所有應(yīng)用程序都是用Java 編程語言寫的。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的智能魔鏡，接入云平臺(tái)后，可以通過遠(yuǎn)場(chǎng)語音控制智能家居中的燈光、水溫、門禁、冰箱和洗衣機(jī)等智能終端。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年6月期）