通過正確選擇處理器開始多媒體PMP的需求之旅

基于MP3音頻播放器市場的正面表現(xiàn)，開發(fā)者和制造商對支持視頻的便攜式媒體播放器的市場前景抱有很大的期望。消費者對集成音頻、視頻、導航、游戲和移動電視功能的個人娛樂中心表現(xiàn)出興趣。伴隨著業(yè)界分析家對明年該市場強勁增長的預測，多格式內(nèi)容支持、播放時間、安全性、有競爭力的成本和上市時間，都將會是開發(fā)者和制造商在這個消費電子市場上取得最大成功的關鍵。選擇合適的處理器平臺會造成應對這些挑戰(zhàn)的基本差異。

硬件平臺的選擇

對PMP硬件平臺的兩個通用選擇是一個微控制器（MCU）加一個數(shù)字信號處理器（DSP），或者一個帶有硬件加速器的MCU。相對于單芯片結(jié)構(gòu)，這些兩芯片的解決方案會占用更多電路板空間和增加系統(tǒng)成本。

另一種選擇是片上系統(tǒng)（SoC）方案，在單個封裝上集成了MCU核和DSP核。通常來講，SoC會比MCU+DSP和MCU+硬件加速器的結(jié)構(gòu)占用更少的電路板空間。因為MCU和DSP執(zhí)行不同的任務，兩個開發(fā)工具集和兩組執(zhí)行代碼仍然是必要的。復雜的數(shù)據(jù)交換和程序進程協(xié)作仍發(fā)生在該MCU和DSP之間。即使使用這種單芯片SoC方案，系統(tǒng)級的復雜性仍是開發(fā)工程師和支持工程師不得不考慮的因素。

一種替代方案是融合MCU和DSP能力的“會聚”處理器。一個真正的會聚處理器應該在實時多媒體數(shù)據(jù)流的計算和面向控制的任務上進行優(yōu)化。ADI公司的高性能Blackfin處理器家族體現(xiàn)了這種會聚設計。Blackfin是一個在單核結(jié)構(gòu)上提供MCU和數(shù)字信號處理功能的定點處理器，允許在控制和信號處理上靈活劃分任務。覆蓋整個Blackfin陣容的相同的開發(fā)環(huán)境，使得開發(fā)和調(diào)試具有不同特征組合的PMP更快速和更便宜。

支持內(nèi)容：格式和性能

像音頻一樣，視頻內(nèi)容也是來自互聯(lián)網(wǎng)上下載的無限制和優(yōu)質(zhì)內(nèi)容。很多不同的媒體標準、不同版本和不同視頻格式同樣存在。所以當PMP終端支持不同媒體格式和其他如Wi-Fi、移動電視和游戲的附加值的功能時，潛在內(nèi)容全面擴展。轉(zhuǎn)碼是另一個有用的屬性，而且是必要的，這樣下載的視頻可以不用在PC機上轉(zhuǎn)碼而直接轉(zhuǎn)換為在PMP上可觀看的格式。

然而，與MPEG-2/4比較，如RMVB、Flash、H.264和AVS的算法的其他算法更復雜和消耗更多的處理器性能。

現(xiàn)有的商業(yè)可用的SOC解決方案具備有限的處理能力（MCU操作在100MHz左右，DSP不超過150MHz）。當復雜算法和功能超出了現(xiàn)選SOC的能力時，轉(zhuǎn)移到不同的處理器上是唯一可行的選擇。

對MCU+硬件加速器解決方案來說，系統(tǒng)性能主要決定于硬件加速器的能力上。而且硬件加速器的開發(fā)難于和不斷變換的媒體格式保持同步。

工作頻率高達600 MHz (1.2GMMACS)，Blackfin的會聚處理結(jié)構(gòu)提供了處理復雜算法和功能的充裕運算性能。因為Blackfin同時帶來了實時信號處理和高清晰視頻編解碼、多種音頻和視頻格式和豐富的外設。開發(fā)者可以通過簡單修改軟件實現(xiàn)支持不同媒體格式和功能的PMP設計。由于Blackfin支持軟件可編程,開發(fā)者同樣可以融入更新的媒體格式和標準。

因為社會網(wǎng)絡變得更加流行，消費者想分享他們PMP上的音頻和視頻。（當然，需要遵循版權(quán)和許可）除了它的媒體處理能力，Blackfin提供足夠的性能以融入一個處理Wi-Fi互聯(lián)和Internet用戶接口的無線協(xié)議棧和外設。

便攜性：尺寸和功耗管理

外形因素和功率消耗帶給開發(fā)者在多媒體播放器上的限制會比MP3音頻播放器和手機更加嚴格。

外設集成是Blackfin處理器的一個強勁的功能表現(xiàn)。通過提供帶有工業(yè)標準接口的高性能內(nèi)核，Blackfin節(jié)省了電路板空間，將昂貴的外部組件減到最少。開發(fā)成為流水線，因為開發(fā)人員不用花費任何時間在集成包括USB2.0高速OTG控制器、NAND閃存控制器、UART、SPI、串口、DMA主接口和并行外設接口上。

功耗是個在PMP設計中的門檻。因為多媒體特征和網(wǎng)絡連接需要消耗更多功率，同時消費者希望更長的播放時間和更小的產(chǎn)品體積和質(zhì)量。為了延長電池壽命和降低功率消耗，通常芯片廠商會降低處理器的內(nèi)核頻率以匹配該數(shù)據(jù)流處理要求。由于不斷增加的PMP功能造成對處理性能進而對電源更大且變化的需求，靜態(tài)的電源管理相對變得不足。毫瓦(mW)每兆赫茲(MHz)的優(yōu)化對更長的待機和播放時間是必須的。

Blackfin采用動態(tài)電源管理來調(diào)整核心頻率和電壓，從而在更低功耗下優(yōu)化性能。Blackfin可以在五種功耗模式下工作—全速、活動、睡眠、深度睡眠和冬眠—每種都提供不同的功耗/性能表現(xiàn)。每種模式下，一個內(nèi)部的調(diào)節(jié)器為達到功耗最小化智能管理電壓。該電源消耗和性能比可以達到250MHz 核心電壓下的0.16mW/MHz。

安全：一個都關注的話題

安全性已經(jīng)成為業(yè)界的焦點，因為PMP的網(wǎng)絡互聯(lián)、千兆字節(jié)存儲以及便攜性在不斷增長。解決方案提供者和制造商想保護他們自己的如驅(qū)動、操作系統(tǒng)和用戶接口等的知識產(chǎn)權(quán)。內(nèi)容提供商可能拒絕許可他們的媒體內(nèi)容，除非其數(shù)字權(quán)利管理（DRM）是安全的。個人數(shù)據(jù)保護和設備認證也加入考慮之列，因為社會網(wǎng)絡已演進為包含視頻共享和電子商務。

盡管有很多數(shù)據(jù)安全方法，一個共同的特點是安全設計經(jīng)常是在設計后期。兩個流行的方法是軟件加密或打包。這種僅基于軟件的方法可能基于操作系統(tǒng)對安全和非安全環(huán)境的隔離。軟件和硬件攻擊、采用硬件仿真器或者軟件注入，可以輕易得擊敗上述手段。一個保護DRM密鑰的方法是使用軟件來隱藏私密資源，但這也會通過存儲器分析而使其失效。

在可信任模塊中插入的組合密碼是另一種經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)安全技術(shù)。然而，黑客仍然可以通過監(jiān)測總線和數(shù)據(jù)移出可信任模塊時，或者數(shù)據(jù)從可信任模塊讀出或?qū)懭霑r啟動軟件攻擊來獲取私密資源。

通過在開始時就進行安全性設計，可以得到更強大的保護，同時使用硬件和軟件來保證包括密鑰、代碼和數(shù)據(jù)等安全資源的保密性和完整性。通過Blackfin的Lockbox安全技術(shù)，解決方案開發(fā)者也可以選擇采用標準算法來認證數(shù)字簽名和使用一個安全的運行代碼和保護資源的處理環(huán)境。對安全區(qū)域的進入由硬件監(jiān)控。

而且，借助Lockbox安全技術(shù)，開發(fā)者可以在每個Blackfin處理器上使用獨一的芯片ID來獨一無二地鑒別每一個設備。這個獨一的芯片ID可以和可信任的DRM代理商一起使用，來實施權(quán)利繼續(xù)或撤銷。另一個可能是當安全性受威脅時使用芯片ID將OEM設備拉入黑名單。這個獨一無二的芯片ID同樣可以用于綁定一個處理器到一個特定的啟動代碼上從而防止設備被克隆。

成本：物料消耗和開發(fā)

如果PMP繼續(xù)追隨其它消費類電子產(chǎn)品的趨勢，在未來幾年里他們將在更低的價格上實現(xiàn)更多的特征。結(jié)果開發(fā)者和制造商會更加關注成本和上市時間。

處理器本身不是成本的最大貢獻者，必需的軟件開發(fā)也有相當?shù)挠绊憽梢酝ㄟ^開發(fā)工具的使用、參考設計和第三方軟件降低成本。越來越短的PMP產(chǎn)品生命周期同樣意味著對解決方案開發(fā)者壓縮研發(fā)周期。可以通過處理器集成的外設和開發(fā)支持加速研發(fā)。

在這種雙芯片處理器平臺上(MCU + DSP 或 MCU + 硬件加速器)和經(jīng)典的片上系統(tǒng)（SOC）平臺上，MCU 和 DSP的功能仍然通過單獨的工具鏈和軟件開發(fā)環(huán)境來區(qū)分。Blackfin，作為一會聚處理器，提供了在單處理器和統(tǒng)一的工具鏈上工作的方式。

而且，軟件編程性能和外設集成使得不用增加任何物料成本就能增加新的功能。產(chǎn)品和特征差異化更加快了，因為開發(fā)人員可以把精力集中在他們的應用軟件上，同時還可以利用由ADI開發(fā)的高度優(yōu)化的音頻和視頻算法和第三方提供的軟件模塊和參考設計。

本文小結(jié)

帶視頻的多媒體處理器提升了PMP的設計需求，增加了對多格式媒體支持、高性能、功耗管理和安全的要求。對超越只支持音頻的MP3播放器的方案開發(fā)者和制造商來說，把握市場需求可以從選擇一個合適的處理器開始。