（电路与系统专业论文）高速实时图像压缩pci卡硬件设计.pdf

摘要 摘要 嵌入式多媒体是嵌入式系统的重要应用之一，嵌入式多媒体音视频压缩解 f l i 与传输技术是叫j 日订信息技术研究领域的一个重要课题。在个人消费类数码产 晶，如数码相机、p 3 、p 4 ，数字网络监控系统，会议电视，资源勘测、环境 保护等方面有广泛的应用和市场前景。本文中介绍了一种基于p h i l i p s p x 1 7 0 0d s p 的嵌入式音视频压缩解压p c i 卡系统平台的硬件设计和实现。 文章首先介绍嵌入式技术和多媒体音视频处理领域的背景和发展现状，简 述文章所做的工作。接着将介绍p h i l i p sp n x l 7 0 0d s p ，包括其结构，性能， 特点和各个模块的功能。然后主要论述基于p n x l 7 0 0 的嵌入式p c i 卡硬件平台 的设计理念，具体方案以及各个电路功能模块的具体原理和实现，并给出了各 个模块的电路原理图。同时详细介绍了整个平台p c b 板布线的情况，介绍了布 线原则和注意的注意，给出了最终的p c b 版图。除此之外还简单介绍了p n x l 7 0 0 的调试工具，t a g 和p h i l i p s 提供的最新调试平台n d k 5 5 。介绍了j t a g 卡的工 作原理和设计方案以及n d k 5 5 提供的调试方案。最后工作进行总结，描述系统 的改计情况，讨论存在的问题，对其前景作出展望。 关键词：嵌入式系统 p n x l 7 0 0 硬件设计 p c i j t a g a b s t r a c t e m b e d d e dm u l t i m e d i at e c h n o l o g yi so n eo ft h ei m p o r t a n ta p p l i c a t i o n so f e m b e d d e d s y s t e m s ， e m b e d d e dm u l t i m e d i aa u d i oa n dv i d e oc o m p r e s s i o na n d d e c o m p r e s s i o nt e c h n o i o g yi sa ni m p o r t a n tr e s e a r c ht o p i ci nt h ef i e l do fi n f o m a t i o n t e c h n o l o g y i th a s g r e a ta p p l i c a t i o n sa n dm a r k e tp r o s p e c t si np e r s o n a ld i g i t a l c o n s u m e rp r o d u c t s ，s u c ha sd i g i t a lc a m e r a s ，m p 3 ，m p 4 ，d i g i t a ln e t w o r kc o n t r o l s y s t e m ，v i d e oc o n f e r e n c e ，r e s o u r c es u r v e y i n g ，e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n do t h e r a s p e c t so faw i d er a n g e t h i sp a p e ri m r o d u c e dah a r d w a r ep l a t f o 咖d e s i g na 1 1 d i m p i e m e n t a t i o no fap h i l i p sp n x l7 0 0d s p b a s e de m b e d d e da u d i oa n dv i d e o c o m p r e s s i o nd e c o m p r e s s i o np c ic a r ds y s t e m t h ea r t i c l ei n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e ma n dt h eb a c k g r o u n do fe m b e d d e d t e c h n o l o g ya n dm u l t i m e d i aa u d i oa n dv i d e op r o c e s s i n gt e c h n o l o 鼢o u t l i r i i n g 恤 w o r kd o n eb yt h ea r t i c l e t h e np h i l i p sp n xl7 0 0d s pw i l lb ei n t l 的d u c e d ，i n c l u d i n g i t ss t r u c t u r e ，p e r f o 咖a n c e ，c h a r a c t e r i s t i c s ，a n dt h ef u n c t i o no fe a c hm o d u l e t h t l l e m a i ne x p o s i t i o nb a s e do nt h ep n x l7 0 0p c ic a r d se m b e d d e dh a r d ，a i ep l a t 矗) m d e s i g nw i l lb ei n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gt h es p e c i f i cp r o g r a n l 芏1 1 e s ，a s 、e l la s 让l es p e c i f i c m c t i o n a l i m p l e m e n t a t i o no fe a c hm o d u l e s c h e m a t i c so fe a c hm o d u l ew i l lb e 西v e n a tt h es 锄et i m e ，d e t a i l so ft h ee n t i r ep c b l a y o u tw i l lb ei n t r o d u c e d ，a sw e l la st l l e l a y o u t sp r i n c i p l e sa n dw h a ts h o u l d b ep a y e da n e n t i o nt od u r i n gm el a y o u t i i l a d d i t i o n ，j t a gp n xl7 0 0d e b u g g i n gt o o l sw i l l e db eb r i e n yi n t r o d u c e dw i t ht h e i a t e s tp h i l i p sn d k 5 5d e b u g g i n gp l a t f o n n h o wt h ej t a gc a mw o r k s 锄dh o wt o d e b u gt h es y s t e mi nn d k 5 5e n v i r o l l i i l e n ti st h em a i np o i n t f i n a l l y ，s l nu pm e w o r k ，d e s c r i b e t h ed e s i g n ，d i s c u s st h ee x i s t i n gp r o b l e m sa n dt h ep r o s p e c t so fi t s n l t u r e k e yw o r d ： e m b e d d e ds y s t e m ，p n x l7 0 0 ，h a r d w a r ed e s i g n ，p c i ，j t a g l i 中国科学技术大学学位论文原创性和授权使用声明 本人声明所呈交的学位沦文，是本人在导帅指导卜进行研究工 作所耳义得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，沦文中不包 含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对 本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即： ：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被奄阅和借阅，可以将学位沦文编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 义。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者虢罚璃 加x 年乡月1 日 n6 s 夕 第一章绪论 第一章绪论 f 。叫年自0 尼葛洛庞帝( 、e g r o p o n t e ) 在他的数字化生存( b e i n gdi g i t a l ) ，书中预当：“4 一j 年后，嵌入式智能产品将是继p c 和i n t e r n e t 之后最伟大的 发明”；，l 年后+ 嵌入式应用已幽传统的工业控制领域扩展到通信、网络、商业 管理与数字多媒体相关的消费领域，其强劲的发展势头验证了这位全球数字化 萆命倡导者的预言。 现在每个人都生活在嵌入式产品的世界罩，在手表、手机、数码相机、m p 3 、 汽车，甚至运动鞋罩都有嵌入式系统的身影。嵌入式系统小到一个芯片，大到 。个标准的p c 扳，种类繁多，形式各异。事实上，嵌入式设备在数量上远远超 过了各种通用计算机。p c 的各种输入输出和外部设备均是由嵌入式处理器控制 的，每台p c 的外部设备中包含了5 到1 0 个嵌入式微处理器，而一些高档汽车 中则包含了= j ( ) 到j 0 个甚至更多的嵌入式微处理器，在工业流水线控制、通讯、 仪器仪表、冉儿舶、航空航天、军事装备等领域更是嵌入式计算机的天下。 1 1 课题背景与研究现状 嵌入式多媒体是嵌入式系统的重要应用之一，嵌入式多媒体音视频压缩解 爪与传输技术是当前信息技术研究领域的一个重要课题。在个人消费类数码产 品，如数码相机、”3 、卵4 ，数字网络监控系统，会议电视，资源勘测、环境 保护等方面有广泛的应用和市场盼景。本课题将对嵌入式多媒体音视频压缩解 f i i 和传输中的关键技术进行探讨和解决，设计和实现多媒体压缩和解压的系统 平台，并完成此课题相关的一些设计和研究。 1 1 1 多媒体与数字视频技术 2 0 世纪8 0 年代中后期开始，多媒体技术成为人们关注的热点之一。多媒 体技术是一种迅速发展的综合性电子信息技术，主要涉及多媒体数据压缩、图 像处理、音频视频处理、多媒体通信和多媒体数据库与内容检索等方面。它给 传统的计算机系统、音频和视频设备带来了方向性的变革，对大众传媒产生了 深远的影响，给人们的工作、生活和娱乐带来深刻的革命。 数字视频技术广泛应用于通信、计算机、广播电视等领域，带来了会议电 见、可视电话及数字电视、媒体存储等一系列应用，促使了许多视频编码标准 的产生。i t l t 与t s 0 i e c 是制定视频编码标准的两大组织，i t u t 的标准包括 第一章绪论 1 6 l 、h 1 6 ： 、儿2 6 4 ，：毛耍应用于实时视频通信领域，如会议电视：m p e g 系 刈标准娃f ff l ( ) lf 0 制定的，主要应用于视频存储( d v d ) 、广播电视、因特网或 厄线嘲卜的旒媒体等。两个绢织也共同制定了一些标准，h 2 6 2 标准等同于 陌一2 的m 频编码标准，而最新的h 2 6 4 标准则被纳入p e g 4 的第l o 部分。 1 1 2 嵌入式系统概况 嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统组成， 已是集软硬件f ：一体的可独立 ：作的器件。嵌入式处理器主要由一个单片机或 微控制器f m “) 组成，相关支撑硬件包括显示卡、存储介质( r o m 和r a m 等) 、通 m 设备、lc 卡或信用 的读取设备等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系 统，它0 i 具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用闪存( f 1 a s hm e m o r y ) 作为存储介质。嵌入式软件包括与硬件相关的底层软件、操作系统、图形界面、 通汛协议、数据库系统和应 j 软件等。 进入2 0 世纪9 ( ) 年代，嵌入式技术全面展开，目前已成为通信和消费类产 品的共同发展方向。在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。在广播电 视领域，美国已刀：始由模拟电视向数字电视转变，欧洲的d v b ( 数字电视广播) 技术已在全球大多数国家推广。数字音频广播( d a b ) 也己进入商品化试播阶段。 而软件、集成电路和新型元器件在产业发展中的作用r 益重要。所有上述产品 巾，都离不丌嵌入式系统技术。纵观嵌入式系统的发展，大致经历了四个阶段： l ，无( ) s 阶段 这一阶段足以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，具有与监测、伺 月鹾、指示设备十h 配合的功能。这种系统主要应用于一些专业性极强的工业控制 系统，一般没有操作系统支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行 结束后清除内存。这一阶段系统的主要特点是：系统结构和功能相对单一，处 理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简 便、价格很低，以前在国内工业领域应用较为普遍，但是已经远远不能适应高 效的、需要大容龟存储介质的现代化工业控制和新兴的信息家电等领域的需求。 2 简单0 s 阶段 第二阶段是咀嵌入式c p u 为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。 这一阶段系统的主要特点是：c p l 种类繁多通用性比较弱；系统开销小，效 率高；操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业，用户界面不够 友好；系统e 要用束控制系统负载以及监控应用程序运行。 3 实时o s 阶段 第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要 第一章绪论 特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操 作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录 铝：理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大 髓的应用程申接f - ( a p i ) ，丌发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。 4 基于f n t er n e t 阶段 第p q 阶段是以基于i n t e r n e t 为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速成展 的阶段。目自，j 大多数嵌入式系统还孤立于i n t e r n e t 之外，但随着i n t e r n e t 的 发展以及i n t e r n e t 技术与信息家电、工业控制技术等结合同益密切，嵌入式设 备与i n t e r n e t 的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。 1 1 3p cl 总线与d s p 技术 从1 9 9 1 年【n t e l 公司首先提出p c i 总线的概念，这种高性能的总线经过十 多年的发展，已经成为一种非常成熟的总线结构，应用于包括声卡、网卡和显 忙等高速外围设备。它以3 3 m h z 的时钟频率操作，在3 2 b i t 数据总线下，以峰 值传输速率1 3 2 m b s 进行工作，1 9 9 9 年发布的p c i 规范2 2 版、支持6 6 m h z 主 频和6 4 b it 数据通路，峰值传输速率可达5 2 8 m b s ，适用于语音、图形、图像 的处理和其它各类高速外设对高速数据传输的要求。 另一方面，d s p 的发展也异常迅速。t i 公司继1 9 8 2 年推出其第一个定点 d s pt m s 3 2 0 1 0 芯片系列产品以后，相继推出了共六代定点d s p 芯片系列，片上 资源越来越丰富，处理能力提高了几十倍，处理速度也从最初的5 m i p s 到现在 的超过1 0 0 ft p s ，并广泛地应用于信号处理、通信、语音、图像和军事等各个 领域。 对于嵌入式系统来 兑，其核心是具有数据处理和系统管理能力的嵌入式微 处理器。这种微处理要对实时多任务有很强的支持能力。因此充分发挥d s p 器 件在数据处理和速度方面的优势，组成嵌入式系统，可以改替嵌入式系统的实 时操作特性。向以p c i 总线作为系统的整体组织结构，可以解决数据传输中的 瓶领问题，提高数据实时处理能力。 1 2 研究工作及安排 针对本课题的特点和平台设计任务的技术要求，本节将介绍整个的工作步 骤和内容。 1 调研：【作 本人研究尘阶段所在实验室有长期的嵌入式设计项目经验。在课题期间， 第一章绪论 仡导师的指导下，结合实验室过去所积累的经验，广泛调查了多媒体处理方面 的常片j 技术。常 j 多媒体处理器阅读了相关芯片的技术文档，了解常用的音 j | ；f j i 视频格j = 弋标准，以及相应压缩解压的协议和方法。了解常用的音视频网络通 信传输的际标准。 2 设计【：作 在日订期调查研究的基础上，对嵌入式系统f 台作出整体结构设计，完成电 路原理图设计工作，进行p c b 版图布线，进行仿真测试进而完成制版。 3 文档撰写 完成系统相关技术文档的撰写，以及设计论文和毕业沦文的撰写工作。 1 3 论文结构 本论文共分六章，结构和内容如下： 第一章：绪沦。介绍课题背景，研究目标，工作内容和论文结构。 第二章：p _ x 1 7 0 0d s p 处理器。介绍p n x l 7 ( ) 0d s p 的性能、特点以及各个 馍块的功能结构原理。 第三章：系统电路原理图设计。介绍系统平台的硬件电路原理设计，包括 器件芯片选型、各模块电路原理设计等。 第四章： ) c b 版图设计。介绍系统p c b 版图布线设计工作的内容和问题。 第五章：p 、x 1 7 0 0 调试平台与n d k5 5 。介绍针对p n x l 7 0 0 平台的j t a g 控 剖器设计和p hi l ip sn d k5 5 丌发环境。 第六章：结论。 第：章p n x l 7 0 0d s p 处理器 第二章p n x l7 0 0d s p 处理器 吣p 的理论算法在7 0 年代就已经出现，但是由于号门的d s p 处理器还禾出 现，所以这种理论算法只能通过p u 等由分立元件实现。1 9 8 2 年世界上诞生了 卣枚d s p ：l = = 片。在语音合成和编码解码器巾得到了广泛应用。d s p 的运算速度 进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。 d s p 处理器一直是业界的一个热点，很多公司都在这个领域投入大量的资 金和研发生产力量，比如p h i l i p s 、t i 、s a m s u n g 等等。各家公司的产品各有优 ，r 篡，t i 的产品，比如t m s 3 2 0c 6 0 0 0 系列和d m 6 4 2 系列，以主频高、多级流水 线为显著特点，在图像压缩，数字信号处理等诸多方面应用广泛。而p h i l i p s 的产品则多以接口丰富著称，更加偏向于视频处理这个方向，更加适用于开发消 费类电子产品。2 0 0 5 年1 月在北美拉斯维加斯举行的国际消费电子展上，b e n q 就曾布了款由p h i l i p sp n x l 5 0 0 作为核心处理器的家庭媒体网关产品。 本章丰要介绍p n x l 7 0 0d s p 的芯片功能和结构。 2 1p n x l7 0 0 平台介绍 p h i li p s 公司的p n x l 7 0 0 是其n e x p e r i a 多媒体系列平台中的一款处理器。 e x p e r i a 包含一系列高性能d s p 处理器，以早期的t r i m e d i at m l l o o 、t m l 3 0 0 和后来的p x 1 3 0 0 、p n x l 5 0 0 应用最为广泛，本文中采用的是n e x p e r i a 系列最 新的雕x 1 7 0 0 ，因此重点对p n x l 7 0 0 处理器的性能和结构做出介绍。 p x 1 7 ( ) o 系列多媒体处理器是一款高性能的音频、视频、图像处理器。除 了町以进行高清视频信号处理和音频信号处理之外，也可以进行一般的信号控 制和处理。在单一的计划任务环境下，p n x l 7 0 0 可以运行p s o s 操作系统进行单 一实时信号处理。丰富的外设接口使p n x l 7 0 0 同样适用于各种基于网络的音视 频处理设备，用途广泛。 2 2p n x l7 0 0 功能结构 p x 17 0 ( ) 的内部c p u 为t m 5 2 5 0 ，主频5 0 0 m h z ，每个时钟周期可以并行五个 指令执行槽，并且提供了一个扩展的多媒体指令集。p n x l 7 0 0 内部的内存数据 缩放处理器( m e m o r yb a s e ds c a l e r ) 和图像视频协处理器能够进行图像缩放和合 成，大大提高了系统的处理性能。同时，p n x l 7 0 0 罩内部还集成了音频输入输 出模块( a u d i oi n p u t 、a u d ioo u t p u t ) ，网络模块( l a n l o o e n t h e r n e tm e d i a 第：章p n x l 7 0 0d s p 处理器 “- s kc o n tr o l1 e r ) ，系统启动模块( b o o tm o d u l e ) ，硬件计时器，通用输入输 端fl ( ( ；e n e r a 】p u r p o s ei n p u to u t p u tp i n s ) ，等等。所有的这些模块通过内 i 邗尚逑总线连接住一。起。 i j x 1 7 0 0 功能结构如图2 一i 所示。 么一1 j = 1 六一 ， l a l nm e i ( r 、， l 1 e r f ? 、( e s p f ) l = j 一， 一一”一。“。一“。 l ( 1 ( jl 、n ：二：- j 一，。，j 。”。_ _ - h _ 。 ：= ：js p d o ： r f ：二二 1 mf ) b ( j ( 、， 。 f一 j j 1 2 c 、8 l ：se = = je 二：二：= j、1 j s 。一。 。， i 一一 一：。；r 一 r l m f r s：二je 二= j2 1 ) i ) e 、。一一 i l 一 ，； t m 5 2 5 ) v l l w ( l l 。j ：e 二= = = = iv l d = = = = ji 一 ；i 一一 ：巴二：= = = |d v d c s s ，l o l 一。“ p ( j l | 图2 1p n x1 7 0 0 内部结构图 以f 将分别介绍各个功能模块的特点。 2 1 1t m 5 2 5 0c p u 7 r 4 5 2 5 0c p 乙是t r i m e d i a 3 2 位超长指令媒体处理器的一个版本。处理器最 - 荔l ，：作频率可达到5 0 0 m h z ，每个时钟周期可并行5 条操作指令，并且提供了一 个扩展的多媒体指令集。它不仅实现了p n x l 5 0 0 系列指令集，同时还拥有 p x 1 5 0 0 系列的一个功能子集，用来改善更高的时钟速率。p n x l 7 0 0 的一系列扩 展多媒体指令集更好的适应了最新的压缩视频流标准。p n x l 7 0 0 向下兼容 p x l ：3 0 ( ) 、p n x l 5 0 0 系列c p u ，但是有一个更大的指令缓存( i n s t r u c t i o nc a c h e ) 。 除此之外，源代码的可重编译使p n x l 7 0 0 在媒体数据处理方面有了更好的性能 表现。 r 5 2 5 0 支持3 2 位整型和i e e e 标准3 2 位浮点数据格式。同时，还为处理 第一二章p n x l 7 0 0d s p 处理器 咖a l1 6 一b it 或q u a d8 _ b i t 的数据包提供了一种单指令数据操作集。 r 5 2 5 0 有充足的计算能力来处理未来的各种操作模式。t m 5 2 5 0 可以以全帧 率独立解码目i 蠢已知的所有格式的压缩视频流和相关音频流，比如说解码一个 侵携式的d v 的图像流，p e g 一2 m p e g 4 或v c l 解码。t ：3 2 6 0 还有能力处理音频 视频的解l 三压缩，还可以进行双向视频会议。 t 5 2 5 0 还具有媒体处埋和实时处理功能，能够运行一个小型的实时操作系 统p s ( ) s ，可以肘实时事件进行有效的预测性响应。 t 5 2 5 0 可以工作在l i t t l e e n d i a n 模式或者b i g e n d i a n 模式，可以由c p u 在上电启动后通过设置程序控制状态字( p r o g r a mc o n t r o ls t a t u sw o r d ) 来进行 选择。 对运行在t 、4 5 2 5 0 上的软件的调试是通过一个交互式的调试器来实现的。调 试器通过一块p c j t a g 卡与p c 连接，p c 借此实现与雕x 1 7 0 0j t a g 管脚的数据 交流。t m d b ( ；模块提供了一个p n x l 7 0 0 系列j t a g 管脚的改善版本。 t 1 5 2 5 0 具有5 个能同时执行操作的指令槽，每个时钟周期发出一条超长指 令，每条超长指令包含了5 个t m 5 2 5 0 的操作，每个操作都可看作一个精简指令 集的机器指令，除非这些指令的执行取决于通用寄存器，例子如下： i fr l oi a d dr l lr 1 2 一 r 1 3 如果r 1 0 为真，将r 儿和r 1 2 相加赋给r 1 3 t fr l o1 2 d ( 4 ) r 1 5 一 r 1 6 如果r l o 为真，将m e m r 1 5 + 4 赋给r 1 6 f fr 2 0j u m p fr 1 2r 2 2 如果r 2 0 为真而且r 2 1 为假，跳转到r 2 2 数 掘所指的地址。 每个操作在每个时钟都有一个特别的操作延迟。比如，i a d d 需要一个时钟 假定为第i 时钟，然后需要使用这个结果的操作会在i + 1 时钟或者更迟。其他 的在第i 时钟进行的操作是无法使用i a d d 的结果的。操作1 d 3 2 d 会有一个3 个 时钟的延迟。次在j 时钟开始l d 3 2 d 的结果只有等到j + 3 时钟或者更迟才会 有。而分支，比如上面的j u m p f 例子会有三个延迟，也就是说一个分支操作发 生在k 时刻，这条指令中的其他的操作在k + 1 ，k + 2 ，k + 3 时钟中仍然会执行。 与某些其他并行运算的c p u 不同，p n x l 7 0 0 的指令并行是在编译的时候排 仃好的，这得益于一个强大的编译系统的支持，而且，这样做的结果是可以不 必设计一个硬件来在运行时排布指令在各个槽的分配情况，这就降低了硬件成 本和芯片面积，使得雕x 1 7 0 0 更加容易的集成很多其他的多媒体外设。 t 5 2 5 0 提供了3 2 一b i t 的线性寻址空间，和1 2 8 个通用的3 2 位寄存器，这 些通用寄存器并没有被分割到不同的硬件区域( b a n k ) 中，这使得任意操作指令， 部可以在任意时问访问这1 2 8 个寄存器中的任意个。值得注意的是第o 号和 第l - 号寄存器是不允许访问的。 7 第二章p n x l 7 0 0d s p 处理器 除了支持传统处理器所支持的各种运算操作外( 包括浮点运算) ，p n x l 7 0 0 j 叠色含了一系列的针对多媒体处理的指令来提高性能，例如，一个很重要的特 ，t ? 、i 越。条指令多个数据。使用这样的一条指令，最多可以替代l l 条传统的微机 运算。更加方便的是，p 、x 1 7 0 0 提供了对于上层用户的与c c + + 一致的编程接口， 川l i f 编译系统自动的把需要优化的指令进行平行运算的排布，而且编译系统还 负责寄存器分配，指令打包，和流水分析管理的工作。 2 1 2 视频输入处理器v lp p x 1 7 0 0 通过视频输入处理器( v i d e oi n p u tp r o c e s s o r ) 模块来接受来自外 部的数字视频信号，处理之后提供给p n x l 7 0 0 的其他组件使用。可以在电视屏 幕t 实现诸如画中画和远程视频会议等功能。 vip 支持抟1 0 b i t 的单通道或者1 6 2 0 b i t 的双通道数据，格式为c c i r 6 0 1 y l v4 ：2 ：2 ，隐含同步或者外同步，最高频率8 l m h z 。双通道模式是用来获取1 6 或者2 ( j 位的高清晰数据流，其中8 1 0 位为y 分量，另外8 1 0 位为u v 分量， 两者为单独的通道。同时v i p 包括了一个颜色空间转换器，通过编程，可以支 持y 乙v ，y c b c r ，y p b p r ，甚至r b g 等与y u v4 ：2 ：2 类似的输入格式。颜色空间 转换勺水平缩放之间是相互独立的。 除此之外，还可以进行水平缩放，从连续的视频流、单一的场或单一的阵 中将像素打包。水平压缩或者水平扩展到最多两倍，在执行扩展的时候只能用 于单数据流模式。例如，为了节省存储空间，把一个7 2 0 行的视频数据源截成 ( ) 行进 r 处理。 vjp 允许将4 ：2 ：2 格式转换为4 ：4 ：4 格式，输出格式可以为y u v4 ：2 ： 2 ，y o v4 ：，l ：4 ，r g b 等等。 p x 1 7 ( ) ( ) 通过v i p 的d m a 操作的视频源读取( 这个过程是d m a 操作) 数据到 内存中，视频数据输入后，将被分成y ，u ，v 分别存放在内存中。 使用原始采样模式，视频输入单元可以接受非y u v 格式的原始视频数据， l n i 存消息传递模式时，它又可以接收来自其他p n x l 7 0 0 视频输出单元的消息， 这些在使刖多个队x 1 7 0 0 处理器的时候经常用到。 v i f 的功能模块结构如图2 2 所示。 第一：章p n x l7 0 0d s p 处理器 、t ， 。 h 3 r 一。r 争o r 卜e fj 如 r 净h ” 。誉j 妄篙 p 。：蕊 s 蒜 ? e = j r a c l：”，、。：s a f ”p i e ：一。，”；。 啼：斗挣 叱冬- 童：之二二二一 一：o _ 一：蔓曼键船l 一土 。 i 一j ，甲f r ； ”：，芝要al 三一 川“! ，警0 。r t r o i “” 图2 2 视频输入处理器功能模块结构图 2 1 3 高质量图象合成处理器q v c p 高质量图象合成处理器q v c p ( q u a l i t yv i d e oc o m p o s i t i o np r o c e s s o r ) 是 一个高分辨率的图象合成处理流水线，可以进行图象和视频处理。结合一系列 模块，它可以提供比以往标准更为强大的图像和视频处理能力。它有一系列的 层处理模块和混合器，一系列的象素流在逻辑上被组合成一个输出的图象。q v c p 具有两个层处理器，主要被用来连接到电视，监视器或者一个液晶屏。由于每 层是独立的，系列不同的背景是可能的，这样就可以用来实现具有菜单和背 景的多层图象。 q v c p 的结构如图2 3 所示。 三 芑 s ： 三 o 三羞 童喜 一 kaf a 1 “s a 1 、：鬯麓? ：? s 。二o t 一 ， r 毛 = aae ：s e ac ：亡! e x 。) ! 一+ e o ! 。：3 ： 一 ! ：1 一掌垂3 。s ! ；1 一 一 ：0 j f s 一囊尊鲁i ”! 蕾。+ ； 偶营鲁 f 一? 一、fz i ： 。覃。r 一 一 1! 、e 。e 3s ! e 一 ! 一j 卜 = 一 ) ! 乞二 fw + 婚；：卜：s!e 一 图2 5 音频输出模块结构图 2 1 6s p dif0 u t p u t 模块 s p d i f 是s ( 谢y 和p h i1 i p s 合作推出的一个数字音频接口( s o n y p h i l i p s d i g i t a li n t e r f a c e ) ，可以传输p c m 流、d o l b yd i g i t a l 、d t s 等压缩音频信号。 s p d i f0 u t p u t 最主要的功能是产生一位符合s p d i f 标准的高速串行数据流，提供 给外部音频设备使用。 s p d i fo u t p u t 全面兼容符合i e c 一6 0 9 5 8 的专业或消费类产品，支持两声道 1 6 2 4 b i t 采样p c m 音频流，支持多路符合i e c 一6 1 9 3 7 标准的6 声道d o l b yd i g i t a l a c 一3 音频流。可编程设置采样率l h z 一3 0 0 k h z 。 s p d 0 模块由两个最基本的部分组成，一个d 姒引擎、一个发射器。发射器产 7 - 数据流输送到s p d i f0 u t p u t 管脚，其时钟由时钟模块内的d d s 提供，需要的采 样率可以通过编程设置。 2 1 7s p difln p u t 模块 s p d i fi n p u t 模块接受符合i e c 6 0 9 5 8 格式的串行数字音频数据流，当检测到 输入信号中所包含“b i p h a s e m a r k ”信号后，即开始识别随后的音频格式流。 s p d i fi n p u t 模块支持1 7 2 4 b i t 的p c m 编码和非p c m 编码的数据类型。与内存 之削的数扼交换是d a 操作。可以获取通道状态和用户信息送入m m l 0 寄存器。 s p d iff n p u t 功能结构如图2 6 所示。 第：蕈p n x l7 0 0d s p 处理器 ! ：。：- 、_ 薯：二厂善一 j j ：j 。；一鲫；r il 呵。卧 一二j i 艮掣“a r c _ i 图2 6s p d i fi n p u t 功能结构图 2 。1 8licln t e r f a c e iji。，一 - l 娄夏l 懈；， i p n x l7 0 0 的ji c 接口( i i ci n t e r f a c e ) 提供了一条支持软件和硬件两种模式 的接口，数据传输率为1 0 0 k 或者4 0 0 k ，可以通过它对多种具备i i c 接口的多 媒体设备进行配置和查询，或者进行i o 扩展的工作，此外这个i i c 接口还用来 从外部e e p r o m 瞿读取启动代码。 p n x l 7 0 0 的i i c 总线支持主从多设备的双向数据流，当总线上有多个设备 同时发出数据时，会有一个仲裁机制来保证没有数据的碰撞损坏。同步时钟的 使用可以使总线上的多个设备能够数据互通。 2 1 9 内存数据缩放处理器m e m o r yb a s e ds c a ie r 内存数掘缩放协处理器( m e m o r yb a s e ds c a l e r ) 独立于任何的视频时钟，从 内存中读取视频数据，然后把缩放过的数据重新写回内存。一个单独的缩放处理 器可以用柬缩放不止一个视频流。 内存数据缩放处理器功能还有：水平和垂直缩放，包括线形的和非线性的缩 放：插值；抖动消除；数据格式转换，包括4 ：2 ：o ，4 ：2 ：2 和4 ：4 ：4 之间的转换； 透明度处理等等。 内存数据缩放处理器可以在不需要c p u 参与的情况下对图像数据进行拷 n 1 ，缩放和各种模板的操作，无需c p u 干预，因此很大程度上减轻了c p u 的负 担。例如在进行完h 2 6 3 的编码工作后，我们可以通过i c p 将其传送到p c i ， 于是c p l 就可以空闲柬继续对新到的数据进行编码。 e m o r yb a s e ds c a l e r 的功能结构如图2 7 所示。 第二章p n x l 7 0 0d s p 处理器 t l 、 一 2 f b j 一喜 - ， 一。一- 一一 ：，= t ； 1 一j 一一 1 皇，t ，t翟。 l ，。，。，一 图2 7 e m o r yb a s e ds c a l e r 功能结构图 2 1 1 0d igit aivid e od is cd e a c r a m bie r 片卜集成的d v d 扰频器( d v dd e s c r a m b l e r ) 提供了d v d 的认证工作，可以帮 助丌发者使用低廉的成本实现灵活的功能。主要有以下三个功能： 1 版权认证 2 关键转换过程 3 主要数据防抖过程 一台d v d 播放器会有一个d v d r o m 驱动器，接受d v d 盘片，并且读盘片信 息，驱动器连接盘片，总线，和阳x 1 5 0 0 。p n x l 5 0 0 中的d v dd e s c r a m b l e r 发出 版权询问，接受回应，回复，并且在驱动器与d v dd e s c r a m b l e r 之间传输数据。 2 1 1 1 m p e g 一1 和m p e g 一2 变长解码器 m p e g l 币口p f ( ；一2 芩芝长解码器( l p e g l 2v a r i a b l el e n g t hd e c o d e r ) 包含 两个d m a 写通道，直接将数据回写到内存，一个回写r u nl e n g t h ( r l ) 数据，一个 uj 写宏块头( m b h ) 数据。 v l d 用于解码经哈夫曼编码的基本的p e g l 和m p e g 一2 视频数据流，可独 立完成对视频数据流的片级( s li c e l e v e l ) 解码，剩下的位流解码由t m 5 2 5 0c p u 和相应的软件完成。因此可大大减轻c p u 的负担。v l d 还协助c p u ，输出宏块头 和r u n l e v e l 对。t m 5 2 5 0 会根据从v l d 产生的宏块头，内存中的参考帧，以及 计算的差值。蓖建得到最后的视频。 p e ( ；一l ，j 2 变长解码器j 力能结构如图2 8 所示。 蒴：争p n x17 0 0d s p 处婵器 一二二- 一 飞、 w 一一一一4 1 4 。：二：“：。： ， ， 。 ”，：。j - 卜 ”：j ：，r ：一- - 7 。一 - ：= 一，一一 p 卜 ：；：， _ - 一 ：= ：。一二 。_ 。1 - _ 。_ _ 。_ 。- _ _ _ _ - 一 。 6 - ：o ：e ，- ：。 卜 f + ： 图2 8i p e g l 2 变长解码器功能结构图 2 1 122 dd r a w in ge n g ；n e 二二维图像弓i 擎 ：二维图像引擎同时与内部m m l 0 一d t l 总线和内部内存总线相连，作用主要是在 削像坏境下加速二维图像操作。二维图像主要与内存接口同步，其中有小一部分 模块和m 1 0 总线上的时钟同步。 二维图像引擎的主要的功能有：高速操作，透明度弯曲，高速产生文本、黑 自位图，绘制线条。 2 dd r 洲i n ge n g in e 的功能结构如图2 9 所示。 第一：章p n xl7 0 0d s p 处婵器 。一j 一一。、 一：；：= 二：e ：。_ j ! 。警：蔓7 ? a ：a ：i 一一一 = ：a f 0 l j i ：? ，：。：- 。”t 一一； ； ；：3 ：! ：；二。：= 3 = ：1 f ：? f ：f c 一一v 。t 一 j 一一l + ：a i a a ：t 一。7 西i 善? ：忑磊一；f 了。l 一一+ 1 。 二二：= 疆i ，! e a ：e se ：j d ：a ： 1 ”r 一 j 上一 麓一r ：r - ，仁：c 7 ： 图2 92 dd r a w i n ge n g i n e 功能结构图 2 1 1 3l c dc o n t r o l l e r 液晶控制器 液晶控制器( l c dc o n t r 0 11e r ) 用来控制液晶屏l c d 的上电顺序。l c d 的其他的 功能比如视频信号时序是由q v c p 柬完成的，比如扫描时序，颜色扩展等等。 l c dc o n t r o l i e r 的功能结构如图2 1 0 所示。 图2 一1 0i 。c dc ( ) n t r o ll e r 功育巨结构图 2 1 14p e 卜xio 总线接口 p x l7 ( ) ( ) 系列包含了个p ( ：1 接口，可以和