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    Blackfin处理器平台为多媒体播放器应用提供高性能技术保障———Blackfin处理器平台为多媒体播放器应用提供高性能技术保障

    2009-07-22 ADI公司

      便携式多媒体播放器面世已经有几年时间,从早期纯粹具备音频播放功能的MP3播放器问世,到视频应用包括MP4等设备的兴起和快速发展,便携式多媒体娱乐设备的功能越发强大,微软之前推出的ZUNE播放器就具备了Wi-Fi功能,苹果也推出了带有Wi-Fi功能的新款iPod。其他的功能,诸如GPS、移动电视、蓝牙、电子游戏都逐渐融合进了播放器中,为消费者提供了更加丰富的体验,也增加了工程师在方案选择和系统集成时的难度。

       

      多媒体处理器所面临的挑战

      如此丰富的功能使便携式多媒体处理器面临更高挑战:

      功耗。丰富的功能带来的是更大的功耗,能否保证更长的待机时间成为用户选择产品时的重要指标。高性能低功耗的内核将会在新一轮的竞争中脱颖而出。

      多核架构是一个发展方向。新的解决方案呼之欲出,让用户体验丰富的音视频内容并且延长电池播放时长都需要创新的 PMP系统结构,采用多个DSP核是一个趋势,让每个核心都为媒体处理中的不同关键算法特别优化。同时下一代的媒体处理器应该是可编程的,应该是多个ARM加上可编程DSP或者多个ARM加上硬件加速器加以实现。DSP比硬件加速器更能满足软件再利用需求,多核架构带来了额外的灵活性,但随之而来的是在硅领域的成本增加,这种成本增加只有在面对多样的消费产品或细分的市场,或平台的市场寿命得以显著延长,或新特征可以更快地进入市场的情况下才可能被接受。对高端便携式媒体播放器产品,如D1/HD视频解码,及带GPS或移动电视功能,由于不断会有新功能推出,应用较多,软件的再利用十分重要,所以架构的灵活性很关键。

      同时要看到,虽然未来的便携式多媒体设备将具备丰富的功能,但作为一款多媒体设备,音视频应用仍是最基本的,也是最能决定消费者购买心理的因素。而音视频编解码标准的多样性决定了音视频格式的多样性。一般来说,消费者并不愿意浪费时间在PC上转换视频格式的,因此,要想抓住用户,具备多格式播放能力将是最基本的竞争力。

      就音频而言,对各种码流和编码方式的MP3、WMA的支持是必须的,随着存储空间的增大,部分消费者对无损音频格式的需求也更加高涨。APE或FLAC 格式的音频成为许多音乐爱好者的必选。因此,增加对这类标准的支持或可成为厂商一个重要的卖点或是噱头。

      另外,就视频而言,主流的编解码格式在各个地区是不同的。在中国,MPEG-4和RM/RMVB是非常流行的,而在美国和欧洲,H.264和WMV则更加主流。同时视频标准也越来越多,消费者用PMP录制数字电视节目或移动电视视频时需进行转码运算,如将MPEG-2格式的电视节目提高压缩率进行录制,或改变分辨率录制成H.264的文件,这个时候,转码就显得格外重要。

      Blackfin平台应用于PMP的优势
      目前主要的便携式多媒体播放器芯片供应商都可提供从硬件参考设计到开发工具、中间件和操作系统等一系列支持,而诸如TI、ADI等大厂在本土都有多家第三方设计公司和软件合作伙伴进行方案支持,其中ADI公司基于Blackfin处理器平台的解决方案以其优异的性能功耗比和性能价格比成为众多PMP厂商的理想之选。其在PMP应用中的优势体现在:

      1.会聚处理器的优秀平台。
      通常PMP硬件平台的两个通用选择是MCU+DSP,或一个带有硬件加速器的MCU。相对于单芯片结构,这些两芯片的解决方案会占用更多电路板空间和增加系统成本;另一种选择是片上系统(SoC)方案,在单个封装上集成了MCU核和DSP核。通常来讲,SoC会比MCU+DSP和MCU+硬件加速器的结构占用更少的电路板空间。因为MCU和DSP执行不同的任务,两个开发工具集和两组执行代码仍是必要的。复杂的数据交换和程序进程协作仍发生在该MCU和DSP之间。即使使用这种单芯片SoC方案,系统级的复杂性仍是开发工程师和支持工程师不得不考虑的因素。

      ADI公司提出高性能Blackfin处理器这一替代方案则是融合了MCU和DSP能力的“会聚”处理器。一个真正的会聚处理器应该在实时多媒体数据流的计算和面向控制的任务上进行优化,而Blackfin是一个在单核结构上提供MCU和数字信号处理功能的定点处理器,允许在控制和信号处理上灵活划分任务。覆盖整个Blackfin阵容的相同的开发环境,使得开发和调试具有不同特征组合的PMP变得更快速、更便宜。

      2.成本与开发周期的表现。
      与其它消费类电子产品的趋势一样,在未来几年里PMP将在更低的价格上实现更多的特征,使开发者和制造商更加关注成本和上市时间。处理器本身不是成本的最大贡献者,必需的软件开发有相当的影响—可以通过开发工具的使用、参考设计和第三方软件来降低成本。越来越短的PMP产品生命周期同样意味着对解决方案开发者压缩研发周期。可通过处理器集成的外设和开发支持加速研发。

      Blackfin作为一会聚处理器,提供了在单处理器和统一的工具链上工作的方式。此外,其软件编程性能和外设集成使得不用增加任何物料成本就能增加新的功能。这样使产品和特征差异化加快了,因为开发人员可以把精力集中在他们的应用软件上,同时还可以利用由ADI开发的高度优化的音频和视频算法和第三方提供的软件模块和参考设计。       

      3.外设集成及动态电源管理。
      外设集成是Blackfin处理器的一个强劲的功能表现。通过提供带有工业标准接口的高性能内核,Blackfin节省了电路板空间,将昂贵的外部组件减到最少。开发成为流水线,因为开发人员不用花费任何时间在集成包括USB2.0高速OTG控制器、NAND闪存控制器、UART、SPI、串口、DMA主接口和并行外设接口上。

      前面提到功耗是PMP设计中的一个门槛。因为多媒体特征和网络连接需要消耗更多功率,同时消费者希望更长的播放时间和更小的产品体积和质量。为延长电池寿命和降低功率消耗,通常芯片厂商会降低处理器的内核频率以匹配该数据流处理要求。由于不断增加的PMP功能造成对处理性能进而对电源更大且变化的需求。Blackfin采用动态电源管理来调整核心频率和电压,从而在更低功耗下优化性能。Blackfin可以在五种功耗模式下工作,即全速、活动、睡眠、深度睡眠和冬眠,每种都提供不同的功耗/性能表现。每种模式下,一个内部的调节器为达到功耗最小化智能管理电压。该电源消耗和性能比可达到250MHz 核心电压下的0.16mW/MHz。

      4.突出的运算性能。
      象音频一样,视频内容也是很多不同的媒体标准、不同版本和不同视频格式同样存在。所以当PMP终端支持不同媒体格式和其他如Wi-Fi、移动电视和游戏的附加值的功能时,潜在内容全面扩展。转码是另一个有用的属性,而且是必要的,这样下载的视频可以不用在PC机上转码而直接转换为在PMP上可观看的格式。然而,与MPEG-2/4比较,如RMVB、Flash、H.264和AVS的算法的其他算法更复杂且消耗更多的处理器性能。

      工作频率高达600 MHz (1.2GMMACS),Blackfin处理器提供了处理复杂算法和功能的充裕运算性能。因为Blackfin同时带来了实时信号处理和高清晰视频编解码、多种音频和视频格式和丰富的外设。开发者可以通过简单修改软件实现支持不同媒体格式和功能的PMP设计。而且Blackfin支持软件可编程,开发者同样可以融入更新的媒体格式和标准。同时,Blackfin还提供足够的性能以融入一个处理Wi-Fi互联和Internet用户接口的无线协议栈和外设。

      5.Lockbox安全技术。
      因为PMP的网络互联、千兆字节存储以及便携性在不断增长。解决方案提供者和制造商想保护他们自己的如驱动、操作系统和用户接口等的知识产权。个人数据保护和设备认证也加入考虑之列,因为社会网络已演进为包含视频共享和电子商务。 通过在开始时就进行安全性设计,可以得到更强大的保护,同时使用硬件和软件来保证包括密钥、代码和数据等安全资源的保密性和完整性。

      通过Blackfin的Lockbox安全技术,解决方案开发者可选择采用标准算法来认证数字签名和使用一个安全的运行代码和保护资源的处理环境。对安全区域的进入由硬件监控。而且,借助Lockbox安全技术,开发者可以在每个Blackfin处理器上使用独有的芯片ID来独一无二地鉴别每一个设备。这个芯片ID可以和可信<

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