（计算机应用技术专业论文）基于凌阳spca536的pmp设计方案.pdf

摘要 便携式媒体播放器( p m p ) 是今年被讨论最多的一个话题。p m p 播放器的优点 很多，它能够直接播放高品质视频、音频，也可以浏览图片以及作为移动硬盘， 数字银行使用，更有产品还具备一些十分新颖、实用的功能。 p m p 将更类似于便携式数字音乐播放器和个人视频录像机( p 、佩) 的发展路 线。我们看到手机正在以惊人的速度集成视频、成像等功能，但外形尺寸( 屏幕 大小) 、成本( 硬盘和更大的l c d 屏) 以及电池工作时间等问题将使人们需要一个 独立的p m p 设备。 2 0 0 5 年是中国p m p 发展元年。除了一些老牌的数码消费类产品制造商开始 介入p m p 市场外，还有众多谋求新产品突破的制造商、代理商，甚至贸易商开 始杀入p m p 市场，或想通过p m p 这个中国市场的“当红小生”异军突出，创 造数码品牌新贵，或想通过o e m 方式靠量起家，寻求新的利润增长点。中国的 p m p 市场随着众多商家的蜂拥而入，已经开始呈现勃勃生机。 目前，推出p m p 处理器和解决方案的半导体供应商多达十几家。本文在介 绍了p m p 的发展之后，详细讨论了利用凌阳的视频解码芯片s p c a 5 3 6 进行p m p 设计的方案。 本文共分五个部分。第一章提出了课题来源，研究背景、目的以及意图， 讨论了课题研究的现状，并概述了课题研究的内容。第二章是整个系统的设计 方案，包括系统功能需求，总体设计方案以及系统总体架构的设计。第三章是 硬件设计部分，包括接口说明，功能分析以及各个模块的电路设计思想，包括 视频系统、音频系统、存储器设计、电源管理以及视频输入。第四章是软件设 计方案部分，包括了系统的软件构架，并根据软件构架详细讨论了u c o s i i 的 移植和m i c r o w i n d o w s 的移植方法，系统固件的设计方案，最后给出了几个 主要模块的程序设计伪代码。第五章是结束语，对全文做出了总结，提出了项 目完成后的心得体会以及进一步工作展望。 市场证明，本设计方案支持的视频音频格式较多，软件和硬件稳定性都很高， 操作简便，功耗很小，价格低廉，很好的满足了市场的需求，达到了预期的设计目 的。 关键词：便携式媒体播放器，u c o s i i ，m i c r o w i n d o w s a b s t r a c t t h ep o r t a b l em u l t i m e d i ap l a y e r ( p m p ) i sah o tt o p i ct h a ti sd i s c u s s e dm o s t l y p m p p l a y e rh a sm a n ym e r i t s ，i ti sa b l et op l a yh i g h _ q u a l i t yv i d e oa n da u d i of i l e s ，i ti sc a l l a l s ob r o w s ep h o t o g r a p h sa n db eu s e d 勰m o b i l eh a r dd r i v eo rd i g i t a lb a n k m a n y p r o d u c t sa l s oh a v em a n yn e wa n da p p l i e df u n c t i o n s p m pw i l lm o s t l ya b e yt h ed e v e l o p i n gr o u t i nl i k ep o r t a b l ed i g i t a la u d i op l a y e r a n dp e r s o n a lv i d e or e c o r d e r w ec a ns e et h es t r i k i n gs p e e do fc e u p h o n et h ei n t e g r a t e v i d e oa n dd vf u n c t i o n , b u tm a n yp r o b l e m ss u c ha sd i m e n s i o n ( s c r e e ns i z c ) ，c o s to a r d d i s ka n db i g g e rl e ds c r e e n ) a n dt h et i m et h a tb a a e r yc a ns u r p p l yw i l lm a k ep e o p l e n e e da i n d e p e n d e n tp m p d e v i c e c h i n ab e g i ni t sp m pd e v e l o p m e n ti n2 0 0 5 e x c p e ts o m eo l dd i g i t a lc o n s u m e p r o d u c t i o nc o m p a y , m o r em a n u f a c t u r e r s ，a g e n t sa n dm e r c h a n t sw h oa r ee a g e rf o rn e w p r o d u c t i o n sb e g i nt or a s hi n t ot h ep m pm a r k e t t h e ya l s ow a n tt om a k em o n e y t h r o u g ht h ep m p , w h i c hi st h eh o tp r o j e c ti nt h em a r k e ro fc h i n aa n dm a k es o m en e w b r a n d so fd i 百t a lp r o d u c t s a n y w a y , t h ep m pm a k e to fc h i n ai s b u r s t i n gw i t ht h e i n v o l v i n go fn u m e r o u sm a n u f a c t u r e r s n o w a d a y s , m o r et h a nt e ns e m i c o n d u c t o r ss u p p l i e r si s s u ep m pp r o c e s s o ra n d s o l u t i o np r o j e c t a n da f t e rt h ei n t r o d u c eo ft h ed e v e l o p i n go fp m p , t h i sa r t i c l ed i s c u s s t h ep m pr e s o l u t i o nw h i c hu s e o n ek i n do fv i d e od e c o r d e rc h i pn a m e ds p c a 5 3 6t h a t i sp r o d u c e d eb ys u n p l n s t h e r ea r ef i v ep a r t so ft h i sa r t i c l e t h ef i r s tc h a p t e rr a i s et h es o u r c eo ft h i s p r o b l e m ，t h eb a c k g r o u n da n dt h ep u r p o s eo ft h i sr e s e a r c h t h es e c o n dc h a p t e ri st h e w h o l es c h e m eo ft h e s y s t e m ，i n c l u d i n g t h ef u n c t i o na n dt h ef e a t u r eo ft h e c o d e c t h et h i r dc h a p t e ri st h eh a r d w a r ed e s i g n i n g , i n c l u d i n gi n t r o d u c t i o no f i n t e r f a c e ，h o wt oc o n t r o lt h em c u ，p e r i p h e r a ld e v i c e ，r i s ce n g i n e ，m p e g j e p g e n g i n e ，c o n t r o l l i n go fd r a m a n dt h ec i r c u i td i a g r a mo fe a c hm o d u l e t h ef o u r t h c h a p t e r i st h es o f t w a r ed e s i g n i n g , i n c l u d i n gs o f t w a r e h a m e , w es t i l lp a r t i c u l a r l y d i s c u s s e dt h em e a s u r et h a tt r a n s p l a n t et h eu c o s i ia n dm i c r o w i n d o w s a tl a s t w eg i v es o m ep s e u d o c o d e so fs o m em a j o rm o d u l e s t h el a s tc h a p t e ri st h es u m m a r i z e o ft h i sa r t i c l e ，i n c l u d i n gt h ee x p e r i e n c ea n dt h ee x p e c t a t i o no ft h ef u r t h e rw o r k n m a r k e tc a n p r o v et h a tt h i sk i n do f s o l u t i o ns u p p o r tal o to ff o r m a to fa u d i o ，h a v e h i g hs t a b i l i t y , o p e r a t i o ni sc o n v e n i e n t ，p o w e rc o n s u m p t i o ni sl i m i t e d , a n dt h ep r i c ei s l o w , t h i ss o l u t i o nf u l l ys a t i s f i e dt h ed e m a n do ft h em a r k e t a n da c h i e v et h ee x p e c t e d d e s i g np u r p o s e k e yw o r d s ：p m p ，u c o s i i ，m i c r o w i n d o w s m 此页若属实，请申请人及导师签名。 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意 研究生签名：立踵型日期色丑垒 2 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复钳 手段保存论文 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签 注：请将 日期理笠! z 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题概述 1 1 1 课题的题目及来源 第1 章绪论 课题的题目：基于凌阳s p c a 5 3 6 的p m p 设计方案 课题来源：企业委托研究项目 1 1 2 课题研究的背景 p b l p 是m p 4 播放器的另一种叫法，其全称是便携式多媒体播放器( p o r t a b l e m e d i ap l a y e r ) ，它与i l p 3 播放器最大的不同就在于可存储与播放数码相机内的 照片和个人电脑里的影片。当然影片档案大小动辄几g b ，所以目前的m p 4 播放 器大多选择容量较大的硬盘当储存媒介( 当然记忆卡插槽也是必不可少的) ，因 此p l i p 的体积相比于轻灵小巧的m p 3 播放器就显得比较臃肿了。大部分的m p 4 播放器都拥有优异的l c d 显示屏，不论是相片与影片的品质都十分细腻。有的 p m p 电池持航能力更是可以连续播放长达五小时，足以看完两部电影。 h i p 4 播放器的优点很多，它能够直接播放高品质视频、音频，也可以浏览图 片以及作为移动硬盘、数字银行使用；更有产品还具备一些十分新颖、实用的 功能，例如有的m p 4 播放器支持p i m 管理以及无线网络功能，可以在无线环境 普及后发挥出更多作用。而且现在一般的m p 4 播放器大多数都带有视频转制等 专业的视频功能，并具备非常齐全的视频输入输出端口，因此它们携带的视频 文件能够在很多场合中播放，尽管这对一些仅在旅行途中使用播放器的用户没 有更多的实际意义，但对于一些经常做视频演示的用户则十分有用，因为m p 4 播放器能够方便地接驳投影机以及电视等输出设备。 1 9 9 9 年，播放效果接近d v d 的m p e g - 4 视频格式标准发布了，实际上m p e g 格式是一种有损的压缩格式，符合初期标准的影像质量非常接近当时流行的 v c d 效果，相比较而言具备文件体积小、画像质量高优点的m p e g - 4 格式在之 后出现，逐渐步入了主流视频压缩格式的行列，也为日后m p 4 播放格式的确立 武汉理工大学硕士学位论文 定下了最初始的标准。 时过三年直到2 0 0 2 年，在m p 3 播放器业内名不见经传的法国厂商爱可视 ( a r c h o s ) 发布了全球第一款m p 4 播放器的成型产品，通过内置解码技术支 持m p e g - 4 格式文件的放映。2 0 0 4 年5 月软件巨人微软联合半导体业领导者英 特尔公司发布了基于m p 4 理念的p m c ( p o r t a b l em e d i ac e n t e r ) 标准，并提供 “p l a y s f o r s u r e ”多媒体内容下载服务，同时三星、i r i v e r 、创新、g a t e w a y 等众 多大厂加入到这一联盟中。在今年上半年召开的c f e s 2 0 0 5 会展上，数码视听领 域的主角的天平似乎已经由m p 3 向m p 4 倾斜了，三星、创新、g a t e w a y 均推出 了各自的m p 4 产品，爱可视和d l i n k 更是发布了具备无线上网功能的m p 4 播 放器，就连内地厂商爱国者、新科也展示了相应的成型产品。m p 4 阵营已呼之 欲出，呈现出蠢蠢欲动、蓄势待发的架势，看来业界从m p 3 这种功能较为单一 的音乐播放器，过渡到m p 4 这种多功能整合的数码设备几乎已成定局，这一切 都在静悄悄地、井井有条的进行当中。早期的m p 3 播放器主要由闪存芯片、解 码芯片和单色背景l c d 显示屏，这主要的三大件构成，而今年的数码视听市场 中也出现了更多功能越来越丰富、越来越新颖的m p 3 产品，面对这样的产品， 消费者们习惯称之为“视频m e 3 ”，这种所谓的视频m p 3 则是在传统m i 3 的基 础上增加了新的解码芯片，通过厂商附送的视频格式转换软件将许多不同格式 的影像文件压缩成专用的m t v 、d m v 等格式，才基本上算是具备了目前初级 阶段的m p 4 功能，而其制造成本一般都被控制在八百元左右，性价比非常突出， 在价格致胜的中国内地市场将会具有相当大的竞争力。当然“视频m p 3 ”在众 多厂商们的眼中似乎只是一个中间过渡型的产品，可见已经推出“视频m p 3 ” 的厂商都预想在巩固原有市场的基础上，再拉上陆续推广m p 4 产品，形成两条 腿一起走路的市场策略，随着技术的改良，视频m p 3 会逐步取代目前传统的以 听为主的音乐播放式m p 3 ，进而拉动m p 4 产品的普及，这样更能在未来的m p 4 市场中占据有利的位置【1 1 。 当m p 4 这几个字符越来越多的出现在数码视听领域时，让很多原先的m p 3 用户误认为它是m p 3 文件格式的升级，当然要说它为一种音乐格式也未尝不可， 它使用的是m p e g 2 先进编码技术，特点是使音质更加完美且压缩比率更大， 但它更多的是定义一种格式、一种架构，而不是某种具体的算法，它可以充分 的将各式各样的多媒体技术整合在一起。在视频方面目前最广泛使用的压缩方 式为d i v x 和x v i d ，足以媲美d v d 影片的视觉效果。由于之前m p 3 格式的出 2 武汉理工大学硕士学位论文 现严重影响了唱片公司的版权利益，这时g m o 公司基于a t & t 公司授权的a 2 b 音频压缩方式，随即将该技术命名为m p 4 ，这正是m p 4 名称的来历。正如上文 所指的，m p 4 这几个字符并不是特指音频文件或是标榜自己能够播放m p e g - 4 视频格式，这种让消费者看了认为m p 4 是m p 3 的后续产品的做法，也为m p 4 产品今后在市场中的普及埋下了伏笔，同时更加符合消费者的定势思维习惯。 面对发展迅猛的m p 4 阵营，m p 3 这类原本以播放m p 3 音乐文件为主要工作的 数码设备也没有停止功能上的拓展。大家可以去电脑城里看看现在的m p 3 播放 器，已经完全超越了音乐播放器的范畴了，大容量硬盘、大尺寸彩色屏幕、摄 像头等配件的加入，使得m p 3 这种原本功能单一的产品也展现出多元化的一面。 譬如时下就有众多型号具备了数码相机伴侣的功能，可以进行照片的存储与浏 览，甚至阅读文档、收音、录音、复读等多项功能，厂商的一切努力都力图将 其打造成具有更多附属功能的便携式数码设备，从而延续m p 3 播放器的生命周 期。 1 1 3 课题研究的目的及意义 目前，推出p m p 处理器和解决方案的半导体供应商多达十几家，包括来自 p c 阵营的英特尔、a m b e r 来自手机阵营的t i 、f r e e s c a l e 、a d i 、飞利浦等，来自 视频处理领域的s i g m a d e s i g n s 、意法半导体( s d ，来自嵌入式领域的夏普，以及 一些试图抓住p m p 机遇的台湾和大陆i c 公司，如凌 蝈( s u n p l u s ) 、深圳安凯等。 这些厂商提供的处理器因为源自不同的架构，所以在性能、接口、功耗等方面 差异很大。在选择方案时，设计师应该从以下几个方面来进行比较 2 1 。 1 、处理能力和支持的视频格式。在众多解决方案中，英特尔和a m d 提供 的是通用处理器，例如英特尔的p x 魁1 5 5 早就被i r i v e r 、三星等公司用于便携式 媒体中心( p m c ) 产品中。目前，英特尔为p m p 提供基于p x a 2 7 0 的开发平台， 这种x s c a e 架构的嵌入式处理器性能强大，最高主频达到6 2 4 m h z 。而为了不 甘落后，a m d 推出了专门为p m p 设计的处理器a u l 2 0 0 ，主频达到5 0 0 m h z 。 作为通用c p u ，这两种器件支持丰富的音视频格式，包括m p e g 1 ，m p e g 2 、 m p e g 4 、w m v 9 、d i v x ，x v i d ，m p 3 ，w m a , w a v , a s ea v i , j p e g 等。由于依 赖软件解码，所以它们的优点是扩展性强，允许设计者根据需要增加软件编解 码器，但缺点是会导致较大的功耗。 基于d s p 的解决方案包括1 r i 的d m 2 7 0 d m 3 2 0 、飞利浦的p n x 0 1 9 0 和a d i 武汉理工大学硕士学位论文 的b l a c k f m 系列( 其中b f 5 3 1 用于低端p m p ，b f 5 3 3 用于中端p m p ，b f 5 6 1 用于 高端p m p ) 。“不过，这样的方案仍然需要一个m c u ( a r m 7 或a r m 9 ) 来处理系 统的通用功能，如操作系统和用户接口等。”1 1 表示。音视频解码是d s p 的专 长，例如的参考设计能够以3 0 帧，秒的速率解码半d 1 分辨率的w m v 9 和c i p 分辨率的h 2 6 4 视频，并能够以3 0 f p s 的速率编码全d 1 分辨率的m p e g - 4 视频。 除了m p e g 4s p ，a s p 、m p e g 2 、m p e g 1 、d i v x 、w m v 9 和j p e g 等格式外， a d i 表示，基于d s p 的解决方案能够支持更高复杂度的视频编解码器，如h 2 6 4 。 而且，基于d s p 的p m p 也能够通过软件升级来支持新的编解码器。 基于d s p 与x 8 6 的p m p 方案，其音视频的编解码工作是由软件实现，而 基于m c u 的方案是由硬件实现音视频的编解码，例如：f r e e s c a l e 的i m x 3 1 和 i m x 3 1 l 处理器基于a r m l l ，集成了多媒体加速器e m m a ：安凯的a k 3 2 2 0 m 芯 片内部集成了专用于视频的硬件解码器和用于音频的音频处理器。由于是基于 硬件解码，所以这类方案支持的音视频格式种类受到限制，例如f r e e s c a l e 支持 m p e g 4 、h 2 6 3 的编解码，但不支持m p e g 2 。类似地，夏普的方案是基于a r m 9 的单颗3 2 位m c u ，由于是瞄准低端p m p 的方案，支持的媒体格式也较少，不 过，该公司计划很快推出瞄准高端p m p 的双a r m 核器件。 事实上，由于视频格式种类繁多，任何一种方案都不可能支持所有格式， 例如对于互联网上流行的r m 、r m v b 格式，大部分方案都不能支持。对于不 支持的格式，现在的解决方法是先在p c 上进行转码，然后再在p m p 上播放。 某些p m p 也自带了格式转换的软件。 2 、功耗。对于手机，如何延长待机时间是电源管理的核心问题；而p m p 是一种个人娱乐产品，不存在待机的问题，所以，电源管理的核心问题就在于 如何降低产品在运行时的功耗。这正是p m p 与手机在电源管理方面的显著差别。 为了延长工作时问，设计者必须尽可能选择功耗小的方案。目前，对p m p 的最 基本要求是视频播放时间达到3 - 4 小时，音频播放时间在1 0 小时以上。通常来 说，更依靠软件编解码的方案将具有更高的功耗，例如英特尔和a m d 的方案； 而依靠硬件进行编解码的方案更省电，如f r e e s c a l e 的方案；d s p + a r m 方案的 功耗介于两者之闯。a m d 的a u 2 0 0 0 针对p m p 进行了专门优化，可以支持更 长的电池使用寿命。“基于a m d 芯片的p m p 可以连续播放5 6 小时的视频 0 9 0 0 m a h 电池) ，或者1 2 小时的音频。”亚讯科技( a m i ) 的代理商) 的资深技术 工程师毛文华表示。i n t e l 的p x a 2 7 0 则集成了s p e e d s t e p 节电技术，可以在 4 武汉理工大学硕士学位论文 2 6 m h z 6 2 4 m h z 之间自由调节p x a 2 7 0 的主频。不过，“视频处理对通用嵌入式 c p u 来说是非常耗电的任务。”飞利浦半导体的便携视频产品行销经理d i r k j a u r i e z e b o s 表示，“d s p 提供了高度的并行机制，包括强大的多媒体和浮点指令， 因此能够在更低的时钟频率和电压下执行复杂的多媒体算法，从而降低了整体 功耗。” 3 、软件和操作系统( o s ) 支持。“对于开发p m p 的消费电子制造商来说，软 件实际上是最大的挑战。”英特尔表示。软件开发是p m p 研发中的重头戏，如 果能缩短软件开发时间，就可以加快产品的上市时间。对于不同架构的硬件， 软件开发的难易程度也有区别。 对基于x 8 6 指令的p x a 2 7 0 处理器，编程比较容易。“我们的优势是每一代 产品之间的兼容性，这允许只编写一次应用程序，就可以在后续的产品开发中 使用它们，从而节省了开发时间。”英特尔的z a p p 表示。d s p 的算法最复杂， 需要耗费大量的编程时间，所以供应商往往会提供完整的软件解决方案，例如 1 r i 与i n g e n i e n t 合作提供了编解码算法和软件，飞利浦也提供了n e x p e r i a 开发套 件和媒体软件套件。 另一方面，“基于m c u 的解决方案提供了比d s p 解决方案更容易的可编程 性。”f r e e s c a l e 的陈伟志表示。比较特别地，a m d 的a u l 2 0 0 是基于m i p s 内核。 亚讯的毛文华将之与流行的a r m 内核进行了比较。“m w s 的运算速度是a r m 9 的1 7 倍，但m i p s 的软件开发环境比a r m 9 难得多。大部分嵌入式系统工程师 对a r m 9 很熟，而对m w s 不熟。”他说。 在o s 方面，大多数p m p 使用某种o s ，如l i n u x 、微软p m c 或其他o s ， 有些则不使用任何o s 。f r e e s c a l e 认为，p m p 定位为数字消费产品，只要它是用 户友好的，并不一定要运行任何o s 。 英特尔支持w i n c e 5 0 和微软p m c 。“此外，一些o e m 想开发基于l i n u x 的解决方案，英特尔也同样支持。”z a p p 表示，并补充道，l i n u x 是免费的，但 其实需要更多的开发工作才能使基于l i n u x 的解决方案可以运行。与之类似， a m d 和1 1 也支持w i n d o w s 和l i n u xo s 。飞利浦和安凯等其他厂商则可提供占 用内存空间非常小的免费实时o s 。 除了o s ，p m p 还需要中间件( 如媒体播放器) 、编解码器和应用程序。目前， 各家厂商及其第三方可以为o e m 提供完整的软件解决方案，包括板上支持包 饵s p ) 、开发平台、设备驱动程序和应用开发工具等，用户只需要定制图形用户 5 武汉理工大学硕士学位论文 界面( g u i ) 就可以了。 4 、外部接口。丰富的接口使开发商可以扩展功能或在确定外围器件时有更 多的选择。p m p 处理器的外围接口主要包括存储器接口、u s b 接口、存储卡接 口、摄像头接口、硬盘接口、显示接口等。现有的方案都支持s d r a m ，不过只 有a m d 、英特尔和飞利涌还能同时支持d d r 存储器，这有利于实现更快的编 解码速率。在u s b 方面，除了一些低端方案只支持u s b l 1 ，主流的方案都支持 u s b 2 0 。u s b l 1 的传输速度为1 2 m b p s ，而u s b 2 0 的传输速度为4 8 0 m b l r s ，是 前者的4 0 倍。此外，f r e e s e a l e 的i m x 3 1 、飞利浦的p n x 0 1 9 0 以及英特尔的 p x a 2 7 0 还提供了u s b o t g 接口，以便直接与其他便携设备相连。为了给客户 提供选择权，大多数方案至少支持两种存储卡格式，如m m c s d 或s d c f 等。 5 、成本p m p 开发成本包括硬件成本和购买软件算法的费用。基本上，对 低端p m p 可以选用凌阳的方案，对于3 0 0 0 - 5 0 0 0 元的中端p m p 可以选 s i g m a d e s i g n s 对于5 0 0 0 元以上的高端p m p 则要考虑采用t i 、i n t e l 、a m d 、a d i 、 f r e e s c a l e 和飞利浦等公司的方案。 其中凌阳方案( s u n p l u s ) ： 优点：价格低廉，多用于低端小屏闪存m p 4 方案 缺点：支持媒体格式单纯，视频和音频解码能力较差，u s b l 1 接口 台湾凌阳方案在国内可以经常见到，由于此方案价格低廉，在国内的一些 低端的m p 4 和闪存m p 4 多有采用。支持媒体类型单纯，功能单一，支持的格式 仅限于m p e g - , 1 ，同时音频格式也比较单一。视频解码能力比较差，解码大文件 视频文件会有停顿现象，需要d m v 格式影音播放客户端转换软件将各种音视频 文件压缩成格式，才能在该机播放。目前国内的金星、纽曼、魅音等多采用此 种低端m p 4 方案。目前s p c a 5 3 6 方案的m p 4 是市场上最火的一种了，一般都 是2 5 寸屏幕显示。 1 2 课题研究的现状 目前，无论是国内品牌还是国外品牌的p m p ，价格大多在5 0 0 0 元以上，远 高于普通大众的消费水平。这是制约p m p 市场迅速起飞的最大因素【3 j 。“p m p 市场将不会像m p 3 播放器那样高速增长，”p a r k sa s s o c i a t c s 公司的研究分析师 h a r r yw a n g 表示，“我们预计未来两年的需求不温不火，要到2 0 0 7 年底或2 0 0 8 6 武汉理工大学硕士学位论文 年初消费者对p m p 的兴趣才会大涨。”i n t e l 认为，为了得到广泛采用，p m p 设 备的价格必须接近1 9 9 2 9 9 美元。亚讯的毛文华持有相同看法：“l c d 和硬盘的 价格分别下降一半，那么到2 0 0 8 年的时候p m p 市场就会起飞。” 缺乏内容是限制p m p 市场发展的另一个因素。英特尔认为，最大的障碍是 缺乏合法的和针对p m p 优化的内容。与音频市场不同，翻录d v d 是不合法的， 而d v d 是视频内容最合理的来源。蓝光和h d d v d 将允许设备进行可管理的 拷贝，这将有助解决这个问题。 不过，1 r i 表示，随着数字广播等新技术以及m s n 视频下载或t i v o t o g o 等 服务的出现，这个障碍将迅速消失，从而使p m p 市场迅速增长。 最后一个问题是连续使用时间。“用户希望尽情的欣赏数字音频和移动视 频，而不必担心电池会很快耗尽。”f r e e s c a l e 的陈伟志表示。关于这个问题，业 界仍需继续努力降低系统功耗或开发更大容量的电池，以满足用户的要求。 1 3 本课题研究的内容 本课题详细讨论了凌阳的视频解码芯片s p c a 5 3 6 的特点和参数，并进一步 提出了基于这款芯片的p m p 硬件设计和软件设计方案。同时还涉及到了系统 移植所要用到的u c o s i i 和m i c r o w i n d o w , 以及固件程序的设计。 7 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 系统功能需求 第2 章系统设计 本课题设计的便携式多媒体播放器系统主要功能如下： 1 ) 支持多种音视频格式的多媒体流播放。视频方面支持i p e 6 - 1 ，m p e g - 2 ， m p e g - 4 ，d i v x , w m v 9 ，音频方面支持m p 3 ，a c 一3 等。 2 ) 支持多种大容量的存储介质，包括： 内置2 5 6 m bn a n df l a s h 。 3 ) 4 ) 5 ) 6 ) 提供外部s d 卡( s e c u r ed i g i t a l ) 和c f 卡( c o m p a c tf l a s h ) 扩充槽。 提供多种数据通信接口，方便用户从多种途径获取节目来源。接口包括： u s b2 0o t g ( o nt h eg o ) 接口，支持h i g hs p e e d ( 4 8 0 m b p s ) 传输模式。 通过外接子板，支持i o i o o m 以太网通信。 提供触摸屏和导航键输入，方便用户进行菜单操作。 内置c m o s 摄像头和麦克风( m i c ) ，支持录音、拍照、摄像功能。 电源管理功能。本系统采用电池供电，电源管理功能包括： 电池的管理，包括充电与电量侦测。 系统的供电，选择高效率的电源转换芯片为系统中各个器件供电。 节电功能，提供多种省电模式降低系统在非全负荷运行状态下的功耗， 从而提高电池的续航能力。 基于以上的功能描述，系统硬件需要具备下列外围接口： 1 ) 音视频的输入输出接口，包括： 音频输入：内置m i c 视频输入：c m o s 摄像头 音频输出：3 5 m 耳机插孔、内置立体声扬声器 视频输出：2 4 寸t f t 液晶显示，标准分辨率3 2 0 x 2 4 0 2 ) s d 卡扩充槽 3 ) u s bo t g 接口 4 ) 2 4 寸触摸屏接口 8 武汉理工大学硕士学位论文 5 ) 四合一导航键 6 ) 充电适配器接口 2 2 总体设计方案 2 2 1 处理器的选型 p m p 系统处理器选型时需要关注以下几点m ： 1 ) 音视频的编解码能力，包括是否内嵌硬件c o d e c 等协处理器，是否支持一些 多媒体指令集等等。 2 ) 外围扩展能力，包括是否支持液晶输出、s d 删c 卡、p c m c i a c f 卡、i d e 硬 盘、摄像头、u s bo t g 等等。 3 ) 功耗，包括全速运行时的功耗大小和是否提供电源管理等省电功能等等。 基于以上几点考虑，我们将市面上三款主流的嵌入式多媒体处理器进行比 较，从中得出最佳方案。这三款处理器分别是s u n p l u s 的s p c a 5 3 6 ，i n t e l 的 p x a 2 7 0 。和s a m s u n g 的$ 3 c 2 4 a 0 “j 。表2 1 列出三者的比较情况。 9 武汉理工大学硕士学位论文 s o c a 5 3 6p 】( a 2 7 0 $ 3 c 2 4 a 0 性能内核最高主频 9 6 蛐za r m 96 2 4 瑚v zx s c a l e2 6 6 m l l za r m 9 多媒体加速引 x s c a l e 核内部集 协处理器擎，支持 成乘法累加协处m p e g - 4 编解码 理器，支持姗x 指器 m p e g l 4 解码 令，加速音频处理 外围扩展 内存 1 2 8 m h zd d r 21 0 4 删zs d r a m1 3 3 姗zs d r a m 能力 n a n df l a s h 支持8 1 6 b it不支持支持8 1 6 b i t s d m m c 支持支持支持 p c m c i a c f支持支持不支持 i d e 不支持不支持不支持 u s b 2 o 主从端 u s b l i ：v 从端 u s b l 1 主从端 u s b h i g hs p e e d 模 式 f u l l s p e e d 模式f u l l s p e e d 模式 最高支持最高支持 1 8 b p p ，最高支持1 8 b p p ，1 8 b p p ， 液晶 8 0 0 , 6 0 0 t f t 8 0 0 6 0 0 t f tl c d6 4 0 4 8 0 t f t l c dl c d 8 ，9 ，1 0 b i t 位宽 支持8 ，9 ，l o b i t 位宽支8 1 6 b i t 位宽支 摄像头 c c l r 6 5 6 6 0 1 ，u持c c i r 6 5 6 协议 持c c i r 6 0 1 6 5 6 p s 5 0 1 5 0 2 协议 9 6 m h z 功耗 典型功耗小于 0 4 w ，三种节电三种节电模 功耗及电源管理模 0 5 w ，s p e e d s t e p 式：i d l e 。s l e e p技术动态调节主 式：i d l e ，s l e e p 频 ，s t o p ，s t o o 表2 - 1 三种处理器性能比较 由表2 - l 可以看出，相比较其他两款处理器，s p c a 5 3 6 虽然内核主频比较差， 但是在外围扩展能力上有很大的优势，同时功耗也相对较低，而且价格低廉， 比较适合低端市场的需求。由此我们选择s p c a 5 3 6 作为本系统的核心处理器。 下面概述s p c a 5 3 6 的主要特性和功能框图。 s p c a 5 3 6 是凌阳公司的一款视频解码芯片，具有以下特点： 1 硬件j p e g m p e g 解码，加速图象的压缩速度。支持j p e g 、m j p e g 、 武汉理工大学硕士学位论文 m p e g 一1 和m p e g 一4 。 2 最高4 倍的缩放功能。 3 内建3 2 七i t 的r i s c ，以及1 4 k 字节的缓存。 4 影象存储器结构以提升系统性能。 5 4 m 的可编程空间。 6 可编程控制的c p u 频率( 3 7 5 k h z 一9 6 删z ) 。 7 图象基础的o s d ( o ns c r e e nd i s p l a y ) 层。 8 内建的t v 编码器，支持n t s c 和p a l 制式。 9 数模t v 输出接口，遵守c c i r 6 0 1 ( 8 一b i t s 1 6 一b i t s ) 和c c i r 6 5 6 ， 数字t f t 屏，模拟t f t 屏幕，以及微显示( k o p i n ) 。 1 0 白平衡支持1 6 段g a m m a 补偿和r 、g 、b 补偿。 1 1 数字s t n l c d 屏幕接口。 s p c a 5 3 6 框图如图2 - i 所示： 图2 - 1s p c a 5 3 6 框图 2 2 2 系统总体架构的设计 系统总体架构的设计包括以下两个要点： 1 1 利用s p c a 5 3 6 片内的多媒体加速引擎进行解码，系统架构采用单处理器方 武汉理工大学硕士学位论文 案。由s p c a 5 3 6 的主要特性及功能框图可见，s p c a 5 3 6 内部集成了多媒体加速引 擎( m a e ) ，硬件支持m p e g - 1 m p e g - 2 ，m p e g - 4 ，h 2 6 3 ，w m v 9 等格式的视频解 码，因此设计时可考虑单处理器的方案，无需外部d s p 或硬件c o d e c 芯片。 2 1 按照功能对整个系统进行单元划分。分析各单元的功能、器件组成和整个 系统的信号流向。 系统的总体架构如图2 2 所示： 曰曰 图2 - 2 系统总体架构框图 如图2 2 所示，系统主要包括处理器、存储单元、通信单元、音视频单元、 用户接口单元以及电源管理单元这六大部分。图中箭头表示音视频数据的流向。 其中存储单元主要功能是为大量的音视频数据提供存储空间，包括系统本 地存储和可扩展存储。前者主要指板上的d d r 2s d r 枷，n o r h a n df l a s h ， 后者则是指可扩充的存储介质，包括c f 卡、s d 卡以及u s b 接口的存储介质如 优盘等。通信单元的主要功能是为p m p 系统提供节目的片源，用户可以通过u s b o t g 接口从p c 上下载。主要指u s b 凹g 接口。 音视频单元的主要功能是提供音视频的输入输出，包括： 1 1 视频方面：摄像头输入、3 5 寸1 1 丌液晶显示。 音频方面：m i c 输入、耳机输出、线路输出及本地扬声器输出。 武汉理工大学硕士学位论文 用户接口单元的主要功能是为用户提供输入接口，对系统进行控制，包括 触摸屏、导航键等。 电源管理单元主要实现电池管理、系统供电和节电等功能，包括电池充电 和电量侦测电路、电源转换芯片等等。 系统的总体架构确定之后，我们就可以画出系统的硬件功能框图，其中包 括各单元的器件组成及整个系统的信号流向。 系统框图如下： 图2 - 3 系统硬件功能框图 武汉理工大学硕士学位论文 3 1 接口说明 第3 章硬件设计 d r a m 接口： s p c a 5 3 6 支持两种单向数据传输( s d r ) 的s d r a m 和d d r 2 ，接口引脚由 这两种s d r a m 共享，最大可支持5 1 2 m 的s d r a m 。在一些s d r a m 的配置中， 不是所有的接口引脚都被占用。这些引脚可根据程序的需要做为通用i o 口 ( g e n e r a lp u r p o s ei n p u t o u t p u t ) 使用。 s d r a m p l 的最大工作频率是9 6 m h z ，在此情况下，s p c a 5 3 6 能获得每秒 1 9 3 m 字节的带宽。在通常的情况下( 包括m p e g 4 的压缩) 使用最大带宽的一 半就可以满足系统需求，此时可设置d r a m 接口为4 8 m h z 以节约功耗。而在 某些特殊的工作模式下，系统需要更高的带宽，因此d r a m 需要被设置成 9 6 m h z 。当需要工作在画中画模式( p 口) 下时，以及摄像头工作在d s c 拍照 模式下时，就需要最高带宽。 摄像头接口： 摄像头接口和嵌入式时钟发生器具有最大化的扩展性。c c d 和c m o s 的摄 像头都可很轻松的接入s p c a 5 3 6 。对于c c d 传感器，s p c a 5 3 6 具有1 0 b i t 的输 入带宽，2 个同步串行接口，3 线串行接口以及所有的时钟控制接口。s p c a 5 3 6 同时也支持从t v 解码器传送过来的格式为c c i r 6