（通信与信息系统专业论文）高清晰硬盘录放器的硬件设计.pdf

哈尔滨胖t 人学t 学硕i j 学位论文 高清晰硬盘录放器的硬件设计 摘要 随着科技的进步以及生活水平的提高，人们对多媒体播放器的的功能要 求越来越高，尤其是对高清视频的支持。传统的播放器所提供的标清视频已 经远远无法满足人们的需求，同时人们对高清视频电子产品的重视也在逐步 加深。这样就要求视频处理芯片不仅具有强大的控制与运算能力，还要其具 备丰富而又高效的系统资源，并且能够缩短丌发周期，快速的进入市场。因 此，由t l 公司研制生产的基于达芬奇技术的高性能数字媒体处理器问世， 它具有a r m + d s p 的双核结构，简化了系统总体的设计难度，其强大的控 制与运算功能满足了高清视频录放器开发的要求。 t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 是t i 公司在2 0 0 8 年初推出的一款针对高清视频产品 具有达芬奇技术的数字媒体处理器。它基于d s p 的s o c ，集成了一个 a r m 9 2 6 e j s 核与一个c 6 4 x + d s p 核，并采用两个可编程的高清视频图像协 处理器引擎，在执行与处理h 2 6 4 h p l 4 的多格式高清视频编解码方面具 有极高的性能。a r m 9 2 6 e j s 核的最高时钟频率可达2 9 7 m h z ，可以移植 w i n d o w sc e 与l i n u x 操作系统，多进程、多任务管理与调度，完成内存分 配、外部存储设备的控制与调用工作；c 6 4 x + d s p 核可在5 9 4 m h z 的时钟周 期下工作，主要应用于复杂的视音频处理等算法方面。 该论文以t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 作为核心处理器详细介绍了高清晰硬盘录放 器的硬件设计，其中包括存储器模块、视频模块输入输出、以太网模块、红 外遥控模块等工作原理与电路设计。论文最后对硬件系统的p c b 绘制做了 简要的说明。 关键词视频；录放器；高清晰；编解码；t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 n 合尔滨理t 人学丁学硕i j 学化论文 h a r d w a r ed e s i g no fh i g hd e f i n i t i o nh a r dd i s k r e c o r d e ra n dp l a y e r a b s t r a c t w i t hd e v e l o p m e n ti nt e c h n o l o g ya n dl i v i n gs t a n d a r d si m p r o v i n g ，t h ep e o p l e h a v eb e c o m ei n c r e a s i n g l yd e m a n d i n go nt h em e d i ap l a y e rf u n c t i o n s ，e s p e c i a l l y f o rh i g h d e f i n i t i o nv i d e o t h et r a d i t i o n a lp l a y e rw i t hs t a n d a r dd e f i n i t i o nv i d e o c a nn o tm e e tp e o p l e sn e e d s ，w h i l et h ep e o p l e sa t t e n t i o nt oh i g h d e f i n i t i o nv i d e o a n de l e c t r o n i cp r o d u c t sh a sg r a d u a l l yd e e p e n e d t h i sm u s tr e q u i r en o to n l ya p o w e r f u lv i d e op r o c e s s i n gc h i p ，c o n t r o la n dc o m p u t i n gp o w e r ，b u t a l s oi t sr i c h a n de f f i c i e n tw i t hs y s t e mr e s o u r c e sa n dc a nr e d u c ed e v e l o p m e n tc y c l e s ，r a p i d m a r k e te n t r y t h e r e f o r e ，h i g h p e r f o r m a n c ed i g i t a lm e d i ap r o c e s s o rw a sb o r nb y t h et i sd a v i n c it e c h n o l o g y b a s e d i th a sa r md s pd u a l c o r es t r u c t u r e ， s i m p l i f y i n g o v e r a l ls y s t e md e s i g nc o m p l e x i t y ，a n di t sp o w e r f u lc o n t r o l a n d c o m p u t i n gf u n c t i o n sm e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ed e v e l o p m e n to fh i g h d e f i n i t i o n v i d e o t it m s 3 2 0 d m 6 4 6 7c a m eo u ti n e a r l y2 0 0 8f o rah i g h d e f i n i t i o n v i d e o p r o d u c tw i t hd a v i n c it e c h n o l o g yd i g i t a lm e d i ap r o c e s s o r i ti sb a s e do nd s p f o r s o ca n dh a sa ni n t e g r a t e da r m 9 2 6 e j sc o r ea n dac 6 4 xd s pc o r e ，a n dt w o p r o g r a m m a b l eh i g h - d e f i n i t i o nv i d e oc o p r o c e s s o re n g i n e e s p e c i a l l yi t h a sav e r y h i g hp e r f o r m a n c ei n t h ei m p l e m e n t a t i o na n dp r o c e s s i n gh 2 6 4 h p l 4o ft h e m u l t i f o r m a th i g h d e f i n i t i o nv i d e oc o d e c a r m 9 2 6 e j sc o r eh a sam a x i m u m c l o c kw i t hf r e q u e n c y2 9 7 m h za n di tc a nl o a dw i n d o w sc ea n dl i n u xo p e r a t i n g s y s t e m s t h e r ei sm u l t i p r o c e s s ，m u l t i - t a s km a n a g e m e n ta n ds c h e d u l i n g ，m e m o r y a l l o c a t i o n ，c o n t r o la n dc a l lw o r ko fe x t e r n a ls t o r a g ed e v i c e s ；c 6 4 xd s pc o r e w o r k sa tf r e q u e n c y5 9 4 m h zc l o c ka n di t i sm a i n l yu s e di nc o m p l e xa s p e c t so f v i d e oa n da u d i op r o c e s s i n ga l g o r i t h m s t h et h e s i sd e s c r i b e dt h eh a r d w a r ed e s i g no fh i g h d e f i n i t i o nh a r dd i s k r e c o r d e ra n dp l a y e rb a s e do nt m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 ，i n c l u d i n gm e m o r ym o d u l e s ， i n p u ta n do u t p u tv i d e om o d u l e ，e t h e r n e tm o d u l e ，i n f r a r e dr e m o t ec o n t r o lm o d u l e 1 l - n 八尔演理丁人学t 学硕i 学位论文 w o r k i n gp r i n c i p l ea n dc i r c u i td e s i g n f i n a l l yt h e r ei sab r i e fd e s c r i p t i o na b o u tt h e h a r d w a r es y s t e mp c bd e s i g n k e y w o r d sv i d e o ，r e c o r d i n gd e v i c e ，h i g h d e f i n i t i o n ，c o d e c ，t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 l i l 哈尔滨理t 人学r 学形! l 学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的目的及意义 数字视频正在发生着翻天覆地的变化，它与我们的同常生活息息相关，随 着科技的进步，传统的标清视频技术正朝着高清方向发展，并且在数字机顶 盒、计算机、视频监控等方面有着广泛的应用f l i 。 由于受到数据处理速度与系统控制能力的限制，传统的标清视频质量与效 果并不好。随着科技的发展，集成芯片的制作工艺与技术的提高，芯片的数据 处理能力得到显著的提高，人们已经不再满足于标清视频产品，开始关注更加 广泛的高清视频领域，对视频质量的要求越来越高。高清晰硬盘录放器逐渐映 入人们的眼帘1 2 1 。目前高清视频应用主要在如下几方面： 1 高清数字机顶盒 高清数字机顶盒在用户端进行解码，将高清视频与音频数据播放出来。在 机顶盒内部，芯片所要处理的工作比较简单，多数只是将数据流接收后进行解 码。而接收到的视频流多为m p e g 2 质量，所以需要数据处理与运算能力较强 的视频芯片。 2 数字视频监控系统 数字视频监控系统以其方便、直观、完整再现突发事件等诸多特点被广泛 应用到各个领域。相对于传统的监控系统来说是一个质的飞跃，它不但t _ m j 面清 晰并且增加了许多的智能的特点，如人脸识别、监控区域移动物体报警等，多 数应用于邮电、铁路、交通、电力、银行、军事设施等安全性要求很高的企事 业管理与生产中。由于高清视频技术的引进，使得图像更清晰，安全性更高。 要保证数字视频监控系统清晰、安全、可靠，数据处理能力是实现这些功 能的关键。无线网络监控与网络监控技术也是不可缺少的。 3 数码照相机数码摄像机 这两类电子产品在数字图像类消费产品中是极为典型的例子。数码照相机 主要应用于摄取静态图像，静念像素可达1 0 0 0 万以上；数码摄像机用于动态 图像的录制，高清摄像机的可支持1 0 8 0 0 摄像。多数数码照相机与数码摄像机 拍照与摄像功能兼顾，但从成本角度考虑，要得高质量的图片与视频数据，产 品只能侧重于一个方面的功能。 哈尔滨删t 人学t 学彤it j 学位论文 除了考虑成本与数据质量外，这两种应用还要考虑到芯片的低功耗特性， 并且还要支持多种移动存储设备。 4 个人数字视频播放器 这类产品市场占有量很大，受到广泛消费者的青睐。它强调便携式，并且 视频解码多为硬件解码，生产方便，整个系统对低功耗要求非常的高。并且， 要求芯片功能模块丰富，支持多种外部设备，如s d 卡、h d m i 高清数字接 口、l c d 液晶显示屏等【引。 以上这些数字视频产品主要可以归为两大类：一类强调高性能，对图像与 视频要求很高，追求高画质多格式，同时又要随着科技的发展而不断更新与改 进，适应未来的技术发展；另一类强调灵活、便捷，并且要求低功耗与小型 化。能够支持多种视频接口、多种外部存储接口以及各种总线。 高清晰硬盘录放器是鉴于这两大类之间的。在数字视频的高清化势不可挡 的今天，高清晰硬盘录放器与其独特的性能逐渐得到人们普遍的认同。随着存 储设备闪存、硬盘等部件价格不断降低，生产制造商的数目不断增多，竞争同 益激烈，高清晰硬盘录放器的市场逐渐升温。由于高清晰硬盘录放器产品的研 发难度较大，市面上多数产品为外国制造【4 1 。中国消费类产品厂商因普遍研发 能力低而无法生产自己的产品。随着科技的发展，国产品牌逐步增多，但多数 都是仿照外国产品，没有自身特色。高清晰硬盘录放器播放效果的好坏与支持 格式的多少，已经成为人们选择产品的重要依据。 现在，多数产品暴露的问题是大部分产品只能支持一种视频播放格式，并 且达不到高清视频标准，更不具备上网与存储扩展等功能f 5 l 。因此，设计一种 能够支持较多格式而且播放效果较好，并且具有高清视频功能的多媒体播放器 将能很好的满足人们的需求，市场前景广阔。 1 2 高清晰硬盘录放器的发展现状 1 2 1 高清视频技术的发展现状 高清视频技术是在原有的数字视频技术的基础上发展起来的，它的传输与 存储采用的是数字方式。数据存储与传输无失真是数字视频技术最大优势之 一。如果将文件从一台电脑复制到另一台上，在没有发生特殊情况下，无论复 制多少次，文件依然和原始文件相同，这是模拟技术所无法比拟的。 传统的模拟视频受技术限制，无法提供更加高质量的画质。而高清视频的 哈尔滨胖丁人学丁学硕l j 学位论文 成像质量更加清晰。它主要表现为支持更高的分辨率，如1 2 8 0 7 2 0 与1 9 2 0 1 0 8 0 ，并且有7 2 0 p ，1 0 8 0 i ，1 0 8 0 p 之分。1 0 8 0 与7 2 0 是指分辨率分别为1 9 2 0 1 0 8 0 与1 2 8 0 7 2 0 ，其中p 是指p r o g r e s s i v e ，代表逐行扫描1 6 1 。i 是i n t e r l a c e ，代 表隔行扫描。7 2 0 p 与1 0 8 0 i 具有相同的带宽，7 2 0 p 主要体现在高清动态图像 上，而1 0 8 0 i 具有更高的清晰度1 7 1 。1 0 8 0 p 不仅有极高的清晰度，并且在动态画 面方面表现更加出色，它对编解码与处理速度要求更高。 高清视频文件的大小是由时问和码率决定的，这对视频处理器的性能也就 有相应要求。如果要求画质流畅、清晰、锐利，那么就需要更高的码率，这对 编解码的要求非常苛刻。 目自仃，常用的编码格式为v c 1 w m v 9 h d ，h 2 6 4 ，m p e g 2 ，m p e g 4 等。编码格式的不同其压缩比与现实的效果各不相同，常见的v c 1 w m v 9 h d ，h 2 6 4 和m p e g 2 。它们的音频编码格式多为e a c 、d t s 与 a c 3 t 8 1 。 h d m i ( h i g hd e f i n i t i o nm u l t i m e d i a ，高清晰度多媒体) 接口的数据传输带 宽可高达5g b i t s ，可以传输完整无损的高清视频信号和无压缩的音频信号。 在信号传输的输入输出端无需进行数模转换与模数转换，确保了高质量的视音 频信号传输。d v i ( d i g i t a lv i s u a li n t e r f a c e ，数字视频接口) 与h d m i 接口是 相互兼容的，只是针脚的封装有所不同，但是内部结构却有很大的不同。 h d c p ( h i g h b a n d w i d t hd i g i t a lc o n t e n tp r o t e c t i o n ，高带宽数字内容保 护) 是把数字信号进行加密，在发送端与接收端之间将多媒体数据进行保护。 这样的保护为的是给数字信号进行加密处理，防止不合法的操作。h d c p 功能 同时适用于d v i 与h d m i ，这取决于收发端的设备。 m p e g 4 能够提供更高的视频压缩率与快速而灵活的取样率，它的性能比 m p e g 2 更加的出色，虽然它是针对互联网传输设计的，但是对于要求更高的 压缩比率，带宽占有量较少而传输的数据量更多的视频会议而言，那是远远不 够的。因而才会出现新的编码协议h 2 6 4 。这种编码协议已经广泛的应用于高 清视频会议系统中。在制定完h 2 6 3 标准之后，国际电信联盟( i t u t ) 与国际 标准化组织i s 0 i e c 机构合作，成立了联合工作小组。基于m p e g 4 技术指标， 对新的h 2 6 4 标准展丌了制定。由于是联合制订，因此h 2 6 4 又被称为m p e g 4 a v c ( a d v a n c e dv i d e oc o d i n g ，先进视频编码) 1 9 , 1 0 1 。 将m p e g 2 、m p e g 一4 、h 2 6 4 三种编码协议的分辨率与所占用的带宽进行 对比。对于分辨率来说，m p e g 2 、m p e g 4 与h 2 6 4 影像显示速率为2 4 帧s ， 其清晰度可高达1 9 2 0 x1 0 8 0 i 。在带宽方面，h 2 6 4 只需要7 8m b i t s ，而 哈尔滨胖t 人学t 学硕i j 学位论文 m p e g 2 则需1 2 - 2 0m b i t s ，m p e g 4 的传输带宽介于这两者之问。也就是说， 如果m p e g 2 的带宽为1 0 0 占用，那么如果要达到相同的效果m p e g 4 需要 6 0 的带宽，而h 2 6 4 只需占用4 0 。 h 2 6 4 标准有两种熵解码：其中一种是基于内容的自适应二进制算术编码 ( c a b a c ，c o n t e x t a d a p t i v eb i n a r ya r i t h m e t i cc o d i n g ) 。而另一种是基于内 容的自适应变长编码与统一的变长编码结合的自适应可变长编码( c a v l c ， c o n t e x t b a s e da d a p t i v ev a r i a b l el e n g t hc o d i n g ) 。根据相邻数据模块情况的不 同，c a b a c 和c a v l c 对当前的数据进行编码，这样可以获得更加高效的 编码。c a v l c 比c a b a c 的数据压缩效率低，在相同的画面效果下， c a v l c 将会消耗更多的带宽。 综上所述，目前最适合远距离传输与实时视频数据编解码的协议为h 2 6 4 编码协议，它也是高清视频应用中最常用的标准。 1 2 2 多媒体硬盘录放器的发展现状 在消费类电子数码类产品当中，多媒体硬盘录放器是新兴产品。它将硬盘 作为节目存储的介质，其优势是可以为使用者提供长时间视频节目、方便的文 件编辑功能、快速的而又高效的数据存储，并且可以长时间录制视频节目，工 作稳定。对录制节目感兴趣的使用者提供方便 1 l , 1 2 j 。自从2 0 0 3 年，数字多媒体 播放器由美国的博帝科技( p a t r i o tm e m o r y ) 公司研制成功起，多媒体硬盘录 放器就从此映入消费者的眼帘。不过，以当时的技术水平，多媒体硬盘录放器 这种新生的理念还比传统概念要超前很多，技术水平还不够成熟。虽然众多的 困际生产商表示要宣传其相关类型的电子产品，可是等到的发布会确是无限期 的推迟。这种情况的出现，给多媒体硬盘录放器造成了非常尴尬的局面。经过 了很长时间后，此种局面才有所改善。 进入2 0 0 5 年以来，多媒体硬盘录放器经历了两年的沉默，其性能有突破 性的进展，无论是技术水平，还是产品功能上都有了明显的进步。尤其是海量 存储技术的应用，使得多媒体硬盘录放器摆脱了以往存储空f j d , 的弊端，真f 的成为了电子市场上深受好评的产品1 1 3 1 。其主要的性能提升表现在重量、体 积、外观、存储容量等方面。多媒体硬盘录放器已经具备了规模化、产业化等 基础。多媒体硬盘录放器的多种格式的视频播放功能足其最基本的功能，录制 视频数据功能是其一大亮点。 目自订，国外的主要生产制造商为法因的爱可视、同本的s o n y 、以及韩国 f l 合尔演理t 人学t 学硕l j 学位论义 的艾利和等。多媒体硬盘录放器- f 在步入高速发展时期。目i j ，各大生产厂商 都是根据对多媒体硬盘录放器的不同定义自行生产的，并没有形成统一的标 准。大多数的多媒体硬盘录放器都是基于l i n u x 操作系与w i n d o w sc e 操作系 统研制丌发的。在l i n u x 操作系下研制的录放器，在硬件配置与功能软件上并 没有得到统一，由于l i n u x 操作系开源的特性，开发商可以根据需要自行调 配；而有一些在w i n d o w sc e 操作系下研制的产品，制造商对其应用软件的选 择上表现出很高的自由度，对硬件的开发没有统一标准1 1 4 , 1 5 i 。 国内的多媒体硬盘录放器大约从2 0 0 5 年才丌始起步，其生产与研发技术 远远落后于国外。国内只有很少的几个品牌。一直到2 0 0 6 年上半年，国内市 场j 开始有所发展，市场销售量稳步提升；直至2 0 0 6 年下半年，台湾、韩国 以及欧美等国家厂商陆续涌入大陆市场，刺激了国内厂商的产品生产热情，陆 续的推出了有各自特色的产品，国产品牌数量逐渐增多。 到了2 0 0 9 年上半年，多媒体硬盘录放器市场发展到了一个爆发性的新时 期。随着硬盘存储量的大大提升，以及多格式播放、高清晰等功能的出现，多 媒体硬盘录放器在此段时期的市场占有量提升了2 6 1 左右 1 6 , 1 7 l 。但是，国内 的产品普遍性能比较低，国内厂商的产品的研发与更新能力非常低。加之多媒 体硬盘录放器的开发难度非常大，时f b j 周期比较长，多数都是采用公模方案， 研发出的产品多半是低端产品，性能较低，支持的功能较少。 由于性能与价格等诸多原因，国内只有忆典、蓝天使两家公司生产出了自 主品牌的多媒体硬盘录放器，国内市场中主要还是韩国、同本以及包括台湾在 内的几家厂商的产品占领市场的主导地位。消费者对多媒体硬盘录放器的高清 播放能力、多格式视频的支持以及大量的存储能力有着更高的兴趣。虽然本国 厂商具有地理优势，可以方便大陆市场优势，但是从产品的技术角度却要完全 依赖国外的发展程度，缺少自主研发能力，没有真正的掌握多媒体硬盘录放器 的关键技术。创新能力低，同本、韩国、台湾在这些方面比大陆企业强 i s , 1 9 i 。 随着数字视频技术的发展，存储设备的容量不断增大、产品的成本不断降 低、高清视频与高清图像等技术的不断完善，多媒体硬盘录放器将会成为新时 代宠儿。 1 3 本课题研究内容 本论文针对高清数字视频领域， t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 作为系统的核心：芭= 片， 以t l 公司达芬奇数字多媒体处理器 设计出高清晰硬盘录放器。它能够将标 哈尔演理t 人学1 _ 学硕i j 学位论文 清、高清视频信号快速的存储在硬盘当中，同时能够将硬盘中的多种视频文件 通过标清、高清视频通道播放出来，实现了硬盘录放。 该系统由两块电路板组成，一块为核心电路板；另一块为功能板。核心板 与功能板相互配合使用，实现多种功能。针对系统实现不同的功能，可以设计 不同的功能版。核心板的更换也便于产品升级。 核心板为高速电路板，其主要包括核心处理器t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 、标准的 u s b 2 0 接口、1 0 1 0 0 1 0 0 0 m b p s 以太网接口、a r r a 硬盘接口、d d r 2 存贮器、 n a n df l a s h 存储器与c p l d 复用控制等功能模块。 功能板集成大量功能模块，与核心板组合使用，其主要功能模块有： 标清编码模块、高清编码模块、标清解码模块、高清编码模块。 本人主要的工作为：学习并掌握达芬奇t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 芯片的结构和功 能；设计实现高清晰硬盘录放器的硬件平台，独立完成整体系统的方案设计、 功能设计、模块芯片的对比选择、电路原理的设计、绘制p c b 板等任务。 哈尔滨理丁人学t 学顾i j 学化论文 第2 章达芬奇技术及d m 6 4 6 7 处理器介绍 在数字电子发展的今天，t l 公司的d s p 数字信号处理器在各个领域都具 有广泛的应用。无论从性能、功耗还是价格等方面，都给广大开发商提供了宽 泛而又丰富的选择。 达芬奇高性能媒体处理器是t i 专门为高清数字多媒体视频领域研制的， 在视频编解码方面做了相应的优化。它所包含的d s p 片上处理系统s o c 具有 高效的信号处理能力，为高清晰视频领域的应用提供了低功耗、高性能的核心 动力，适用于多种数字视频终端。与d a v i n c i 处理器具有相同好评的o m a p 应用处理器用于图像处理与多媒体视频，堪称业界最具潜力的通用嵌入式媒体 处理器。o m a p 3 5 x 系列处理器专门针对i n t e r n e t 终端设备、个人智能医疗设 备、便携式智能导航与手持式媒体播放器等。t m s 3 2 0 c 6 0 0 0 系列d s p 处理器 具有超高性能的处理能力，为开发者提供了高性能的浮点与定点d s p ，在处理 复杂度高的视音频、图像与网络数据等方面效果突出，非常适合于复杂的算法 处理与数据分析【2 0 i 。t m s 3 2 0 c 5 0 0 0 系列d s p 处理器侧重于便携式市场，具有 功耗低的特点。它为开发者提供了具有功率管理与低功耗待机功能的处理器。 在个人手持式与便携式电子消费类产品方面受到广泛好评。如数字媒体播放 器、g p s 数据接收机、便携式监控设备等。与其它系列的d s p 处理器相比， t m s 3 2 0 c 2 0 0 0 更加注重综合能力，它不但对数字信号具有很强的处理能力， 而且还具有强大的控制功能与事件管理能力，适合于大量的数据处理场合，如 测试计量技术应用、智能仪器仪表控制原理、电子电工技术应用、机械化技术 控制、自动化工业控制等系统。 此外，达芬奇技术的数字媒体处理器、t m s 3 2 0 c 6 0 0 0 和t m s 3 2 0 c 5 0 0 0 d s p 平台全面支持e x p r e s s d s p 数字媒体软件，工程师不用费心考虑编解码器 的开发，只需将精力集中于产品差异化设计之上就可以了，从而满足其需求。 2 1 达芬奇技术概述 d a v i n c i 技术是t i 公司针对数字视频领域、基于数字信号处理技术的解决 方案。为简化设计工序、加快创新产品，”为开发商提供丰富的技术支持、标 准的a p i 函数、高效的集成处理器与丌发工具。d a v i n c i 处理器不但降低了系 统设计成本，并且它针对不i 叫领域的终端设备应用丌发出了多种系列。它的可 哈尔演理t 人学t 学硕i j ! 学化论文 优化、可扩展可编程的数字信号处理与外设装置，能够满足各种视频终端的需 求1 2 1 1 。达芬奇系列包括如下产品： 1 t m s 3 2 0 d m 6 4 4 x 数字媒体处理器 基于t m s 3 2 0 c 6 4 x + d s p 内核与a r m 9 2 6 内核处理器的片上处理系统 s o c 。d m 6 4 4 1 、d m 6 4 4 3 和d m 6 4 4 6 多媒体处理器适用于娱乐类车载媒体播 放设备、数字i p 机顶盒、网路通话以及视频电话等应用和终端设备。 2 t m s 3 2 0 d m 6 4 3 x 数字媒体处理器 基于c 6 4 x + d s p 内核d m 6 4 3 1 、d m 6 4 3 3 、d m 6 4 3 5 和d m 6 4 3 7 多媒体处 理器在低成本高性价比应用领域方面深受好评，适用于机器人设计、机械视觉 数字系统、碰撞安全系统、视频多媒体监控系统、车轨道偏离系统的车载消费 应用领域等。 3 t m s 3 2 0 d m 6 4 7 t m s 3 2 0 d m 6 4 8 数字媒体处理器 该系列芯片对局端与视频安全监控等应用进行了的优化，主要应用于i p 视频服务器、机器视觉系统、高性能影像、以及数码摄像机( d v r ) 应用等。 t m s 3 2 0 d m 6 4 7 与t m s 3 2 0 d m 6 4 8 数字媒体处理器为业界提供领先的性能， 它们的全面可编程性，能够满足严格的流媒体数字应用。 4 t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 数字媒体处理器 专门针对高清晰度多格式视频编解码而精心研制开发的基于d s p 的 s o c 。相对于上一代产品，其性价比实现了1 0 倍的提升。t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 处 理器集成了一个a r m 9 2 6 e j s 内核与一个c 6 4 x + d s p 内核，并采用两个高清 视频协处理器( h d v i c p ) 、目标视频输入输出接口与视频数据转换引擎。 t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 的集成的功能非常满足高清晰视频市场的要求，同时也适用于 多点控制单元、企业及个人媒体网关、l p 机顶盒、数字视频服务器、安全监 控市场记录器与数字多媒体适配器等。 5 t m s 3 2 0 d m 3 3 5 数字媒体处理器 它包括一个a r m 9 2 6 处理器以及集成的可编程视频处理子模块，系统时 钟频率为1 3 5 、2 1 6m h z 或2 7 0m h z 。t m s 3 2 0 d m 3 3 5 处理器专门针对因特 网无线电广播、可视通用摇控控制、数码望远镜、电子书籍以及可视门铃等终 端设备进行了优化。t m s 3 2 0 d m 3 3 5 处理器是一款低功耗低成本的数字媒体处 理器，能为不要求视频压缩与解压缩的显示应用提供高级图形用户界面。 6 t m s 3 2 0 d m 3 5 5 数字媒体处理器 t m s 3 2 0 d m 3 5 5 多媒体处理器内部集成了一个视频处理系统、a r m 9 2 6 处理器和一个m p e g 4 j p e g 协处理器，其系统时钟速度最高为1 3 5m h z 、 哈尔滨理t 人学丁学顺f j 学位论文 2 1 6 m h z 或2 7 0 m h z 。t m s 3 2 0 d m 3 5 5 针对数码相机、婴儿监护、无线i p 网络 摄像头以及可视门铃等设备进行了优化。该处理器不仅在高清视频处理方面性 能卓越，其功耗比同期便携产品更低，延长了其电池使用寿命，对当前高清便 携数字领域起到推进作用，有助于视频产品的市场保有量【2 2 1 。 2 2 达芬奇技术的优势 达芬奇技术革命性的成功为数字视频的发展打下了良好的基础，它实现了 数字视频丌发的突破性的进步，从专业技术、处理器性能、软件以及开发环境 等方面都有最新的进步。这为实现语音、音频、数字视频等技术提供了必要 条件。因此达芬奇技术在当代数字视频技术中是不可或缺，其主要优势如下： 1 强大a p i 应用程序编程接口 a p i 是达芬奇技术重要的组成部分之一，它可以使丌发者把工作的重点完 全集中在上层的应用，不用花费时间在细节的操作上，节省了开发时问，提高 了研发效率。例如，开发者所关心的视频数据的读取，只需通过a p i 调用其 中的函数，就可轻松简单的完成任务。至于下一帧的数据，开发者无需考虑， 调用的复杂细节完全包含在a p i 的函数中了。a p i 可以在不用大量改变程序 代码的前提下，访问不同形式、不同信息来源的视频数据，避免了在应用层出 现的复杂情况。达芬奇技术的丌发者通过必要的a p i 机构与开发软件，就可 以很简单的调用a p i 函数库中的函数，无需考虑视频编解码中的细节技术， 实现数字视频。 a p i 的代码可移植性，为跨平台的数字产品提供了良好的资源。外设硬件 的驱动、标准与接口协议可以从实际的产品设计中分离出来。驱动与接口可以 组成一个完整系统，无需重新编写程序源码，可以直接与新的操作系统相连 接，使用方便。不仅如此，随着视频格式的改变，丌发者可以利用a p i 数据 函数跟上格式改变的速度。达芬奇的编码器与驱动器满足目前最新的标准，这 样保证了丌发者的设计能够支持多种媒体视频格式。 与以往的设计平台相比，达芬奇技术能够使丌发者不用花费过多的时问， 可以使用原有的驱动与编码程序，只针对应用层的软件的进行丌发，大大的降 低了丌发难度与复杂性，这样才是它真证价值的体现。 2 支持l i n u x 及w i n d o w sc e 实时操作系统 达芬奇技术支持l i n u x 及w i n d o w sc e 实时操作系统，它的内部通信是通过 调用标准的a p i 函数进行实现的，如文件的读取、写操作、打丌与关闭等。用 哈尔滨胖t 人学t 学硕l 学位论文 户可以直接通过系统直接访问m m c 、s d 卡、c f 卡、肌硬盘、n a n df l a s h 等存储设备中的数据，也可以直接对各种外部设备以及数据源进行访问。硬件 的视频引擎可以通过a p i 进行配置，以便匹配特别的需求。例如，调整各种参 数设置图像的大小、刷新速率、调色板、每个像素的位数，以及处理器对外部 显示设备的现象能力和管理缓冲器。达芬奇技术可以提供不同的采样率，并且 可以对声音进行记录和重放。 底层的驱动器用来处理系统中的复杂细节，开发者只需操作应用层的软 件，通过l i n u x 和w i n d o w sc e 的a p i 函数来实现驱动器的调用。 3 编程的灵活性 达芬奇可编程的结构使其具有很强的灵活性。就其d s p + a r m 的双核结构 而言，开发者无需对d s p 进行编程，只需用a r m 的开源工具进行程序代码的编 写。而可执行的d s p 代码通过a p i 函数进行访问就可完成调用。其灵活的可编 程性优势明显。专用集成芯片a s i c 也可以实现这样的功能，但是其专用性限 制了它只能应用在特定的产品当中。如果要改变芯片的内部功能，就要重新设 计，费时费力。可编程逻辑c p l d f p g a 是可自行编程实现的，但是实现完整 的功能难度较大。因为所设计出的芯片要满足不同的开发环境与设计需求，开 发效率成为整个设计过程中最大的问题。 达芬奇技术兼顾了d s p 与a r m 两者的优点，其d s p 和a r m 的双核结构可以 通过驱动器与系统代码的更新，使其性能优化，满足市场需要。t i 以及其官方 合作伙伴为系统提供驱动程序与a p i 函数代码，为数字视频的实现打下良好基 础。 4 开发工具及技术支持 达芬奇技术为开发者提供完整的丌发系统，其包括操作系统、d s p 工具以 及集成开发环境c c s 。这些条件加速了数字视频应用的开发，使丌发者有一个 熟悉的工作环境。 为了使o e m 厂商的产品快速的进入市场，达芬奇技术为o e m 厂商提供了 全面的技术支持，其中包括系统集成商、端到端的数字视频环境、以及具备视 频系统知识、达芬奇技术知识与软硬件设计方案的供应商。达芬奇产品的技术 支持由t i 与第三方网络提供，为全球的客户提供最专、i k 的视频系统技术1 2 4 2 5 j 。 2 3 多媒体数字处理器t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 处理器t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 ( 简称d m 6 4 6 7 ) 充分利用y t i 的达芬奇技术，以满 足网络媒体的编码和解码处理的下一代数字媒体需求的嵌入式设备。d m 6 4 6 7 能够使o e m 和o d m 快速的向市场推出具有强健的操作系统的设备的支持，丰 富的用户界面，高处理性能，并通过一个完全集成的混合处理器解决方案实现 最大的灵活性，更长的电池使用寿命。d m 6 4 6 7 具有双核架构，其包含一个高 性能的t m s 3 2 0 c 6 4 x + d s p 内核和一个a r m 9 2 6 e j s 内核，提供丰富而又强大 的d s p 和精简指令集计算机( r i s c ) 技术。a r m 9 2 6 e j s 是一个3 2 位r i s c 处理 器内核，执行3 2 位或1 6 位指令和3 2 位，1 6 位或8 位数据程序。该内核采用流水 线技术，使处理器和内存系统的所有部分都可连续工作f 2 6 j 。 t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 的结构图如下图2 1 所示。 圆圆 固圆l ! 暨尘i i 坠12 塑i h i g hd e f i n i t i o n v i d e o i m a g i n g c o p r o c e s s o r s w i t c h e dc e n t r a lr e s o u r c e ( s c r ) p e r i p h e r a l s 厂 l e d m a l i _ j s e r i a il a t e r b c 荡 ，、- 一、 曰曰日曰 s y s t e m - 、 冈 i i _ j 厂面订 i m e r ec t l r l i ! ! ! 竺型i 图2 - 1t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 处理器系统框图 f i g u r e2 1t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7p r o c e s s o rs y s t e mb l o c kd i a g r a m a r m 内核包含：一个协处理器1 5 ( c p l 5 ) 和保护模块；数据和程序存储 器管理单元( m m u ) 与查表预留缓冲区：独立的1 6 k 字节指令和8 k 字节的 一一一一一 哈尔滨理t 人学t 学顾i ：学化论文 数据高速缓存，两者都是四路通道与虚拟索引标签( v i v t ) 相关联。 在t m s 3 2 0 c 6 0 0 0 系列d s p 平台当中，t m s 3 2 0 c 6 4 x + d s p 是综合性能最 高的d s p 产品。它是以第二代高性能达芬奇处理器为基础的增强版本，配合 德州仪器( t i ) 开发的先进的超长指令字( v l i w ) 架构，使得它在以d s p 为 核心的数字媒体应用中成为最理想的选择。c 6 4 x 与c 6 0 0 0 系列d s p 平台代码 是相互兼容的。该t m s 3 2 0 c 6 4 x + d s p 相对于c 6 4 x + d s p 在附加功能和扩展指 令集方面有突破性的增强。任何对c 6 4 x 的d s p 与c 6 4 x 的c p u 技术参考是相 互适用的，内部架构相同。 随着在7 2 9m h z 的时钟速率，高达每秒5 8 3 2 0 0 万的指令的性能 ( m i p s ) ，c 6 4 x + 内核提供高性能d s p 的编程复杂的解决方案。其d s p 内核 心拥有高速控制器的操作灵活性和数值阵列处理器的能力。c 6 4 x + d s p 内核 的处理器有6 4 个3 2 位字长的通用寄存器和八个高度独立的功能单位，两个3 2 位的乘法器和六个算术逻辑单元( a l u ) 1 2 7 1 。八个功能单元包括加速视频和成 像应用性能的指令。该d s p 内核在每秒2 3 7 6 0 0 万个乘法累j j i ( m m a c s ) 中，每 周期编制四个1 6 位乘法累j j i ( m a c s ) ，或者是八个8 位乘法累加，总计4 7 5 2 m m a c s 。 该d m 6 4 6 7 还具有特定应用的硬件逻辑，片上存储器和其他片上外设其它 c 6 0 0 0 的d s p 平台设备相类似。在d m 6 4 6 7 内核采用了两个级别的缓存架 构。第一级程序高速缓存( l i p ) 是一个2 5 6 kb i t 的直接映射缓存而第一级数 据缓存( l 1 d ) 是一个6 4 0 kb i t 的2 路组相联高速缓存。2 级存储器高速缓 存( l 2 ) 由一个5 1 2 kb i t 的内存空间组成，其在程序和数据空l 日j 之间共享。 l 2 存储器可以配置为映射内存、高速缓存，或是两者的组合。 d m 6 4 6 7 外设集包括：一个可配置的视频端口，一个1 0 1 0 0 1 0 0 0m b s 的 具有管理数据输入输出( m d i o ) 模块的以太网模块( e m a c ) ，一个四位发 送四位收到v l y n q 接e l ；一个1 2 c ( i n t e r - i n t e g r a t e dc i r c u i t ) 串行总线接口，一 个多声道音频串行端口( m c a s p 0 ) ；一个次级的多声道音频串行端口 ( m c a s p l ) ，两个6 4 位通用定时器，可配置为两个独立的各3 2 位定时器，一 个6 4 位的看门狗定时器，一个可配置的3 2 位主机端口接口( h p i ) ，高达3 3 个引脚的通用输入输出的可编程中断事件发生模式口( g p i o ) ，与其他外设 复用；u a r t 红外线( i r d a ) 约定信息速率接