基于MOST总线的车载高端娱乐系统设计

发布者:幸福时光最新更新时间:2023-06-08 来源: elecfans关键字:车载 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

1. 引言

车载娱乐系统中的技术发展趋势正在变得日益复杂。通过铜缆发送音频数据的简单音频系统已经成为过去。为了满足多通道音频处理和分布式视频的要求,复杂的网络处理变得越来越流行。特别是与数字传输内容保护(DTCP)加密和解密方法相关的媒体定向系统传输(MOST)光网络正在被许多高挡和中挡汽车采用。这种趋势以及车载音频系统通常必须以变化的采样频率适应多种输入源(调幅和调频、CD、DVD驱动、蜂窝电话、导航系统输入)这个事实给DSP供应商增加了压力,要求他们提供改进性能和提高集成度的处理器。


2. 通用基于MOST总线的车载高端娱乐系统

MOST总线专门用于满足要求严格的车载环境的要求。这种新的基于光纤的网络能够支持24.8 Mbps的数据,与以前的铜缆相比具有减轻重量和减小电磁干扰(EMI)的附加优势。


DSP Amplifier=DSP放大器

Driver Information Display=驱动器信息显示器

Head Unit=磁头驱动机构

MOST? BUS =MOST?总线

Rear Video Display=背投显示器

Rear View Acquisition=背投浏览采集

Camer=照相机

Navigation System=导航系统

基于MOST总线的车载高端娱乐系统设计

图1:基于MOST总线的典型车载高端娱乐系统

MOST总线基于环形拓扑,从而允许共享多个发送和接收器的数据。MOST总线主控器(通常位于磁头驱动机构)有助于数据采集,所以该网络可支持多个主机,在一个网络上最多高达64台主机。为了确保数据安全,总线主控器在上电时将查询总线上的每一台从属设备并且完成自动密钥交换(AKE)。如果从属设备有一个有效的总线密钥,那么允许它使用预定的协议发送和接收MOST总线上的数据。


MOST传输协议由分成帧的数据块组成。每一帧包含流数据、分组数据和控制数据。流数据与MOST时钟同步并且不断地在网络中环绕。分组数据与MOST时钟异步,根据需要产生,其中一个例子就是来自无线个人数字助理(PDA)设备的e-mail。帧中分配给流数据和分组数据之间的带宽是可变的以满足规定时间对系统的需求,并且其控制字包含数据类型、在哪里找到帧中的数据以及数据大小等流信息。可每隔多帧分配控制信息,并且应该在接收设备中重新产生。


3. 在基于MOST总线车载娱乐系统中的音频处理

DVD Player=DVD播放器

HeadUnit=磁头驱动机构

Amplifier=放大器

Navigation System Announcement=导航系统通知

基于MOST总线的车载高端娱乐系统设计

图2:基于MOST总线的车载音频娱乐系统原理图

图2示出一个简单的基于MOST总线的车载音频娱乐系统。来自DVD播放器音频源内容,例如PCM,AC3 & DTS通过SPDIF链路传送到磁头驱动机构。SPDIF链路将以音频源的采样频率(FS_in1)工作,例如对于CD音频为44.1 KHz,对于AC3和DTS等DVD视频内容为48 KHz。当要将编码的音频数据传输到网络上时,在传输之前必须对传输内容进行加密以阻止盗版复制。通常对于车载系统可选的加密机制是DTCP,该机制将在下面介绍。


ADI公司的BlackFin处理器体系结构非常适合于这种功能,因为它具有丰富的外围设备和优化的指令集,从而能使它完成类似微控制器(MCU)的工作以及传统数字信号处理器(DSP)的工作。同时,导航系统通知也必须通过MOST总线传输到放大器以允许驱动器在驱动时能够接收到指令。这些基于PCM的信号通常根据12.24 KHz立体声,我们称之为FS_in2。


MOST收发器可收发多种音频源并且重新将数据安排成数据块以便在总线上传输(如图2所示)。


一些音频数据包中可能采用DTCP加密(如FS_in1),它们通过总线传输到放大器部分,通常停留在汽车尾部(见图3)。当音频源数据通过MOST总线发送后,DSP必须重构原始分组数据,并且在DTCP加密数据的情况下,将数据流解密为原始形式。通过MOST总线传输的副作用就是丢失了源音频的原始采样速率。即使采用时钟重构技术,原始的源采样率也无法精确地重构,这将导致DSP缓存器中可听到的砰砰声以及声音丢失。


Multi channe codec=多通道编解码器

DTCP Decryption=DTCP解密

DTCP Encryption=DTCP加密

SPORT Interface=SPORT I接口

Bitstream Detector=比特流监测器

Audio Decoder=音频解码器

Audio Post- Processing=音频后处理

Pac MOS dat=打包MOST 数据

Unpac MOS dat=解包MOST 数据

SRC=采样速率转换器

基于MOST总线的车载高端娱乐系统设计

图3: 放大器系统处理流程

为了进一步增加系统的复杂性,使用DTCP的加密技术已经成为网络应用中的必备条件,从而可为通过网络的数字数据提供安全。DTCP有四层复制保护:

CCI:复制控制信息

AKE : 设备鉴别和密钥交换

内容加密

系统更新

复制控制信息(CCI)是以通过网络传输的内容为基础,并且它由内容拥有者决定,例如“免费复制”、“禁止复制”、“不再复制”和“复制一次”。在交换任何内容之前,网络上的设备必须确定是否它们是原始内容。有两级鉴别,完全鉴别和受限访问鉴别。在密钥交换之后,可通过网络传输内容。采用预定义基本密码引擎加密和解密内容,并且放入MOST传输协议的保护内容包中。该保护包里具有头部签名以识别已经加密的内容。


4. 新一代系统问题的解决方案

为了解决基于网络的车载娱乐系统日益增加的系统基本问题,ADI公司已经开发出了Sharc ADSP-21365处理器。

Misc. Control Pins=Misc.控制引脚

4 Timers=4个定时器

333 MHz SIMD SHARC CORE=333 MHz

SIMD

SHARC内核

Block =数据块

I/O Processor with 25 DMA Channels=带25个DMA

通道的

I/O处理器

Interrupts=中断

Sport =端口

8 Channels Sample Rate=8个通道的采样率

Input Data Port (8)/=输入数据端口(8)/

Signal Routing Unit=信号路由单元

基于MOST总线的车载高端娱乐系统设计

图4:ADI公司用于车载娱乐的ADSP-21365 SHARC处理器

ADSP-21365是一款32/40 bit的SIMD(单指令多数据)信号处理器。它具有内置4 Mbit的ROM,完全支持所有多通道解码器标准,例如Dolby Digital解码器、DTS解码器以及包括DPL2x、Neo6等预处理模块。客户专用预处理模块可以在3 Mbit的内部RAM内完成,客户利用Visual Audio(见第5部分)音频专用开发工具能够增加他们的预处理产品种类同时缩短设计时间。


为了解决以不同基本采样率运行多个音频源问题,ADI公司已经将AD1896独立的采样率转换器集成在到ADSP-21365中。它具有8个通道的采样转换和高达140 dB的性能,多个音频源可以与零存储器和每秒百万条指令(MIPS)开销合并,并且所有的输出后处理都能以单采样速率运行以进一步减少数据流的复杂程度。


其它音频专用外围设备包括6个串行端口并且具有TDM和I2S的本地支持,以及集成的SPDIF Tx/Rx端口以便直接与数字音频源连接。


ADSP-21365 Sharc DSP也包括一个基于DTCP M6密码引擎(与DTLA兼容)的硬件。外围设备具有两个专用的DMA总线以允许高速速据传输到M6或者从M6传输以避免来自内核的干扰,并且具有对加密和解密的本地支持。ADSP-21365可支持完全DTCP兼容系统的简单设计链路。密码引擎包括支持密钥动态更新的功能。使用内置定时器,用户可以设置密钥更新并且切换到增加整个网络安全性的时间周期。 音频处理包括FIR和IIR滤波器的密集使用。在递归运算中,由于信号的数字表示产生的量化误差可能会引起音频质量的下降。高端音频处理器,例如ADI公司的SHARC处理器,使用浮点表示音频信号以减少这种误差。


在高挡音频系统中,通常声音的质量通过如何准确地再生出小幅度或非常安静的声音来度量。随着音频信号幅度变得越来越小,定点处理器精确再生这种信号的能力受到限制,但是对于浮点处理器而言,维持音频等级的精度包含在固定的界限内,并且具有186 dB的最小SNR。SHARC处理器具有40 bit浮点精度的本地支持和80 bit的累加器,从而可提供市场上所有信号处理器中最佳的音频性能。

Amplitude=幅度

40 bit floating point=40 bit浮点

32 bit fixed point=32 bit定点

24 bit fixed point=24 bit定点

16 bit fixed point=16 bit定点

基于MOST总线的车载高端娱乐系统设计

图5:定点和浮点处理器的SNR值

家庭影院音频处理器的另一个重要特性就是动态范围。动态范围定义为在音频处理器能够没有下溢或溢出条件下能够再生出音频信号幅度的最小值和最大值的配给量。此外,浮点处理器远远超越了定点处理器的限制。


Dynamic Range(dB)=动态范围(dB)

Floating Point=浮点

Fixed Point=定点

Fixed =定点

Dynamic Range for floating point is determined by the size of the exponent

=浮点的动态范围由指数的大小决定

6 dB×255 exponent levels=1530 dB

=6 dB×255指数级=1530 dB

Dynamic Range for fixed point is determined by the data word size

=定点的动态范围由数据字的大小决定

基于MOST总线的车载高端娱乐系统设计

图6:浮点和定点处理器的动态范围比较

随着预解码器算法和后解码器算法的复杂度日益增加,完成家庭影院体验所需的许多组合要求的MIPS数目或执行周期也始终在增加。


为了解决这些问题,最明显的方法就是增加信号处理器的时钟频率。由于硅工艺的限制,这种方法实现起来有很多障碍,它已经使信号处理器供应商通过改进体系结构来解决这个问题。一些信号处理器供应商已经采用MIMD体系结构方案,即在一个时钟周期内执行多条指令同时完成多个数据移动。该体系结构需要更多的存储器,因此直接影响到芯片的成本。SHARC处理器体系结构采用SIMD体系结构的创新方法,即可采用相同的指令隐含地完成第二个平行的算术单元,因此使得代码尺寸如此密集从而可以降低完成这些算法所需的MIPS要求。鉴于这种SIMD体系结构,音频信号处理器无需额外的处理开销可并行地处理立体声信号。SHARC内核基于完全互锁的5阶代码流水线,这意味着程序员无需担心数据什么时候有效即可随时写入代码。算法流水线优化为1个时钟周期,这意味着计算结果在下一个周期立即提供以便进一步计算。


由于ADSP-21365 Sharc处理器提供车载音频专用外围设备和基于32 bit浮点内核的SIMD,所以它能使音频系统达到了新的水平。


5. 使用Visual Audio开发工具定制音频后处理设计

DSP用户面临的历史性挑战就是最佳利用处理器时钟周期和有效利用存储器的软件开发。采用汇编语言手动编码音频信号处理算法这种长期使用的费力的方法已经越来越不可行。特别是要求大部分的精力放在创建标准的检查清单或我也是功能而不是集中精力通过增加产品价值不同于其它产品。因此需要一种开发音频软件的改进方法。为了满足这种需求,ADI公司开发出一种VisualAudio?图形环境以帮助设计和开发使用SHARC处理器系列的音频系统。VisualAudio为音频系统开发工程师提供了大部分的软件模块,以及直观的图形用户接口,如图6所示,以便设计、开发、调试和测试音频系统。

基于MOST总线的车载高端娱乐系统设计

图7:VisualAudio图形接口显示屏示例

VisualAudio包含一个基于PC的图形用户接口(GUI,图形工具)、一个DSP内核(基本结构)以及一个可扩展的音频算法库(音频模块)。与ADI公司的VisualDSP++?集成开发和调试环境(IDDE)配合使用,VisualAudio可提供对每秒百万条指令(MIPS)和存储器利用都经过优化的现有产品代码。通过简化开发复杂数字信号处理软件的过程,VisualAudio降低了开发成本、风险和时间。因此,音频系统开发工程师能够集中精力增加他们的音频产品价值以不同于其它产品。


Visual Audio工具允许设计工程师使用直观的图形工具集中精力开发定制后处理模块,该图形工具和强大的SHARC体系结构以及内置ROM解码器功能结合在一起,从而允许快速、简化系统开发和产品配置。


您可以从主要参考网址中所列的ADI公司网站主页上下载Visual Audio工具30天试用版软件。


结论

新一代音频系统的要求不断地需要提高速度和提高集成度的音频处理器。为了维持市场竞争地位,音频处理器供应商必须提供高性能器件以使他们的客户保持领先的音频特性曲线,同时提供一套简单易用的开发工具以节省客户产品投放市场的时间。ADI公司通过推出第三代32和40 bit的浮点SHARC音频处理器已经完全解决了这个难题,它们可提供业界领先的高性能以及集成的存储器和外围设备。此外,Visual Audio开发工具通过为许多公用音频处理模块提供现有产品代码以简化音频算法开发。


关键字:车载 引用地址:基于MOST总线的车载高端娱乐系统设计

上一篇:汽车网络LIN总线协议解析
下一篇:车载电源系统开关电源的设计方案详解

推荐阅读最新更新时间:2024-11-04 11:51

车载OLED显示量产“提上日程”
日本电装(DENSO)公司今天宣布,已经投资300亿日元(约合2.7亿美元)在OLED显示器的开发商JOLED公司。这笔投资将促进JOLED的车载OLED显示器的量产。 众所周知,与传统的采用TFT-LCD的显示屏相比,OLED显示器可以提供更高清晰度图像、更鲜艳的颜色,并且被设计成更薄、更轻和可弯曲的形态,这使得它们更容易安装并产生更优化的光输出,并用于改进现有车载HMI功能。 随着汽车安全功能的逐步增加,如何为驾驶者提供更具视觉吸引力、更大的HMI交互介质的需求日益增长。同时,更动态的设计和操作效率的提升,使得OLED显示屏近年来成为行业关注焦点。 JOLED是世界上第一个将OLED显示器商业化的公司,电装公司表示此
[汽车电子]
借助OTA技术 HERE助推沃尔沃车载地图升级
据外媒报道,HERE与沃尔沃签订了长期合作协议,据该协议规定,部分被选定的沃尔沃车主们将有幸使用空中下载(OTA)技术,为其车载地图提供升级服务。 该项地图升级服务面向其全球用户,通过沃尔沃的云服务实现,为配置Sensus Navigation导航系统的互联车辆提供空中下载地图升级服务,该服务涉及以下车型:沃尔沃XC90、沃尔沃S90、沃尔沃V90、沃尔沃V90 Cross Country及新款XC60高档SUV。 在欧洲、北美、澳大利亚、新西兰及其他市场中,车载地图的升级频率较高。当车辆实现网络连通时,可采用自动或手动方式,为车辆提供地图升级服务。 HERE是全球领先的车用地图供应商,该公司致力于不断提升车用级地图
[汽车电子]
三星电子为大众汽车供应汽车芯片,大力发展车载芯片业务
据外媒报道,韩国三星电子公司正在迅速扩大在汽车芯片市场的份额,继奥迪之后,大众汽车也加入了该公司的客户名单。 7月14日,据多位制造业消息人士透露,自今年年初以来,三星电子的Samsung System LSI业务部门一直在为大众汽车提供最新的系统芯片Exynos Auto,用于车载信息和娱乐系统。 Exynos Auto是三星电子独立的系统芯片组件,也是其发布的首款汽车信息娱乐应用。它提供给德国奥迪的产品系列帮助汽车控制车辆状态、导航和多媒体。当前,所有的奥迪最新车型都应用了Exynos汽车芯片。 此前就有传言称,三星电子很可能会为奥迪的母公司、全球最大的汽车制造商大众提供汽车用芯片,但这是消息人士首次证实这一消息。
[嵌入式]
车载芯片商到底瞄准了何种技术
2016年自动驾驶技术领域扩张意图非常明显,光是在自动驾驶车的晶片细分市场中,除了辉达(Nvidia)、Mobileye、恩智浦(NXP)和德州仪器(TI)等大家耳熟能详的公司外,还涌现出了许多“新面孔” ——例如IP供应商Ceva以及英特尔和高通(Qualcomm)等。汽车OEM厂商正敞开双臂欢迎这些市场新进业者,IHSAutomotive资讯娱乐与先进驾驶辅助系统(ADAS)研究总监EgilJuliussen在CES上表示,“这个领域突然变得热闹非凡。”   到现在为止,投资方和媒体社群都非常热衷于支持自动驾驶车技术——感测、摄影机、雷达和光达、地图绘制、演算法、深度网路(或者非深度网路)与人工智慧等等。但对于他们之
[嵌入式]
2014智能交通车载导航七大发展趋势
    近年来,我国的汽车销售总量和私人购车数量逐年上升。随着人们生活水平的不断提高,汽车逐渐进入家庭,并成为生活必须品,有专家估计,未来几年内汽车的增长速度将会有更大幅上升趋势。作为汽车电子产品GPS系统,它巨大的市场潜力和不可估量的发展前景,让各大家电业巨头看到了商机,纷纷将目光转向了汽车行业。   尽管导航业目前面临着种种问题,但是和世界其他国家相比,无论是汽车销售量绝对值还是增长速度,中国均遥遥领先。因此,中国的车载导航市场未来一定会蓬勃发展。但是,关键是发展路在何方?下面笔者为大家分析导航未来的七大发展趋势。   一键导航发展   百科对一键导航的描述是,“接通人工坐席,语音下发想要去的目的,确认目的地无误,把目
[汽车电子]
车载用连接性技术
前言 连接性技术是以我们常用的手机/智能手机、平板电脑为中心演化而来。最近,不仅在手机/智能手机中,就连数码相机、家用电器、游戏机、医疗保健设备和汽车只要是机械设备中都广泛可见。村田提出“将世界用连接性技术快乐相连!”的口号,为各种各样的连接性技术提案和努力。以下,着重对村田为车载用连接性技术做出的努力进行归纳。 村田的车载用连接模块 村田车载用连接模块大约在2003年左右就已经有配备汽车导航和汽车音响系统的蓝牙模块了。这些模块通过被携带进车内的手机或者便携式音乐设备通过蓝牙进行无线连接,实现了免提和音乐播放等功能,在不妨碍安全的前提下为提高驾车者的便利性做出贡献。 在这个蓝牙模块中除了蓝牙规定保证无线性能的硬件部分以外,还
[汽车电子]
<font color='red'>车载</font>用连接性技术
车载空调系统运用NTC热敏电阻进行智能温度调节
NTC热敏电阻被设计应用在空调系统内,以感测和监测机舱温度,这些热敏电阻为气候控制单元提供准确和实时的温度反馈,使其能够相应地调整制冷或制热输出。 现代汽车的空调系统采用基于区域的温度控制,允许对车厢内的不同区域进行个性化温度设置,每个区域都使用NTC热敏电阻来感应和监控温度,从而实现独立的温度调节。 NTC热敏电阻为空调系统提供准确的温度补偿,这些热敏电阻测量蒸发器盘管的温度,这有助于确定冷却效率。 同时也可以为汽车空调系统中的智能气候控制算法提供数据支持,该算法利用NTC热敏电阻的温度反馈以及环境温度、湿度和太阳辐射等输入来计算和优化冷却或加热输出。 通过实现精确的温度控制和高效的冷却性能,NTC热敏电阻有助于
[嵌入式]
出击MCU尖端应用 瑞萨亮相IIC-China
  日前,IIC-China 2008正式拉开帷幕。株式会社瑞萨科技今年已是第五次参加IIC展览会,   在IIC-China 2008上我们了解到,随着北京奥运即将召开,以及受中国消费电子业、通信业及汽车产业快速发展的带动,中国的MCU市场需求正呈爆炸性增长。其中,消费电子做为中国目前最大的MCU应用市场,其产品智能化、集成化、3C化的大趋势为高性能MCU产品提供了广阔的需求空间;而汽车电子更已经成为中国MCU市场新的增长点,其中安全系统、马达控制、电力机车、车载娱乐系统将是16位和32位MCU产品增长新的驱动力。同时,针对中国市场高端MCU的迅速增长,一些国外半导体厂商开始有意识地向中国引入高端MCU技术,并加强中国本土化的
[单片机]
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
随便看看

 
EEWorld订阅号

 
EEWorld服务号

 
汽车开发圈

电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved