车载多媒体的嵌入式处理方案

汽车行业的制造商正面临着挑战。消费者越来越期望自己的汽车配备有最先进的音频与多媒体系统，以及用于MP3播放器等便携式设备的各种接口。由于消费电子产业的发展步伐比传统的汽车产业更快，因此汽车制造商和一级供应商必须努力与之齐头并进。

由于媒体格式和通信标准在不断变化，故软件的灵活性对于汽车应用至关重要。这意味着通用处理器往往是一个很好的选择，因为它们可以根据汽车多媒体系统的要求进行简单、具成本效益的改变。

车载多媒体还为汽车制造商在竞争中凸显自己产品的差异性提供了一种颇有价值的手段。在本文中，我们将探讨(Audi)公司最新A5汽车中的多媒体方案，并讨论汽车多媒体的相关标准和问题。

奥迪A5中的汽车系统是现代车载多媒体系统的一个典型范例。它集成了多达四个Blackfin处理器，提供一个数字音频广播(DAB)无线电接收器、一个MP3兼容6碟CD换片装置和可以与Apple iPod等便携式媒体播放器连接的奥迪音乐接口，在方向盘上还安装有多功能控制。此外，还提供有Bang&Olufsen(B&O)公司的环绕声放大器作为选配附件，该放大器基于SHARC处理器，可执行滤波器算法，使音频信号能够适应汽车内部的声音环境。

总线标准和其它挑战

从嵌入式系统的角度来看，汽车与其它应用的一个主要差别在于数据通信总线。一般而言，汽车通信采用控制器局域网(CAN)总线或面向媒体系统传输(MOST)总线。CAN总线主要用于控制接口，其数据传输率大约为1Mbps，因此不适合用于多媒体数据传输。MOST总线用于传输数据率高达25Mbps的数字格式(原始PCM数据)的多媒体数据。必需的MOST和CAN网络服务采用软件来实现，并通过实时操作系统(RTOS)来确保满足实时要求。

多媒体系统必须支持标准化的通信协议，比如USB OTG、SDIO和蓝牙标准。它还必须支持带有必需专有协议的流行设备，譬如Apple iPod和微软Zune播放器。USB存储器和许多不同的多媒体设备都可以作为USB主设备与系统连接，PC机也可以作为USB设备连接到系统。一般情况下，USB和SDIO软件驱动器及其各自的文件系统都是操作系统必不可少的部分。

多媒体网关和汽车音响

为了支持汽车多媒体应用，嵌入式系统的主要任务(被称为多媒体网关)是对标准化通信协议(如蓝牙、USB，以及数字音频格式的解码)进行适应性修改和转换。多媒体网关采用对软件更新开放的定制可编程处理器，这有助于实现快速开发，并使汽车制造商能够对消费电子市场的快速变化做出恰当的响应。

直到前不久，多媒体网关都一直是汽车的唯一解决方案。而新一代汽车音响将把仪表板上集成的人机接口(HMI)和网关的多媒体功能结合在一起。这种新的汽车音响还有可能包含通信和导航等额外功能。它需要的集成度远远高于网关，因此开发时间较长，但成本效益要高得多。

汽车音响的软件和硬件要求都高于多媒体网关的，因为其处理器必须执行HMI，如果有必要还需支持数字无线电标准和网关的常见功能。HMI一般由单独的处理器实现，该处理器具有一个可与车内显示器直接相连的接口，并且可能包含语音识别和文本语音输出功能。像Blackfin BF549这样功能强大的处理器能够实现所需功能，同时提供一个可扩展的平台。

在最新奥迪A5中，“交响乐”和“音乐会”无线电设备的多媒体接口(MMI)图形显示器是通过时钟速度为533MHz的Blackfin ADSP-BF539处理器的并行外设接口(PPI)来控制的。而MMI则是通过一种用于图形用户接口设计的先进软件工具开发的。用户利用这种工具可以获得HMI用户接口的原型，并对其它的定制版本进行仿真。

仪表板

Blackfin处理器可以为奥迪汽车提供所需的性能和连接性，以及现场可升级的灵活性。当然也可以考虑采用其它的处理器架构，Blackfin处理器的优势在于它能够提供处理音频解码、DAB处理和奥迪车载娱乐信息系统内部MMI控制所需的性能、可扩展性和连接性。它还能够支持基础架构，实现快速、低风险的开发。

可选的数字音频广播(DAB)功能是由ADSP-BF532处理器提供的。奥迪的交响乐/音乐会DAB无线电是一种软件定义无线电(SDR)方案，这让奥迪可以使用最新软件来实现新的无线电协议。未来升级只需要将新IP的软件flash下载到处理器的可编程硬件中即可。

另一个与MOST总线连接的Blackfin处理器用于驱动一个MP3兼容的6碟CD换片装置。该处理器采用软件来实现MOST网络服务。

还有一个Blackfin处理器负责驱动奥迪A5的音乐接口，此接口的作用是集成Apple iPod等便携式媒体播放器，实现仪表板显示和方向盘控制，另外还可以复制音频显示屏上的iPod显示，例如音乐标题。

在400MHz左右，该处理器可以为上述应用提供不错的性价比，而处理器能够同时进行控制和信号处理的能力意味着它可以控制音频处理和外部设备的管理。

图2所示即为Blackfin多媒体处理器的内部模块示意图。其连接性由许多串行接口(3个SPI、4个UART、4个SPORT和2个TWI)以及一个USB -OTG接口、一个ATAPI接口和一个SDIO接口提供。此外，它还有三个并行接口，用于驱动显示屏、相机和另外一个用于导航服务的处理器。处理器与汽车内部总线之间的连接由两个CAN接口和一个MXVR接口提供。

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汽车多媒体应用需要一个功能强大的处理器。BF549 Blackfin处理器内部的32位架构和快速DDR内存接口可处理分辨率高达800×480像素(WVGA)的视频数据。这表明它能够处理许多要求严苛的情况，比如处理同步音频文件的同时又进行MOST网络服务和蓝牙通信。

奥迪A5项目所有设计团队的开发人员都使用了ADI公司的VisualDSP++集成开发和调试环境(IDDE)，这种IDDE包括本地C/C++编译器、高级绘图工具、统计分析和VisualDSP++内核(VDK)，允许代码以结构化的、易于扩展的方式来实现。

DRM问题

购买的任何音乐都可能包含受数字无线电广播标准(DRM)保护的文件。为了能够播放数字音频，解码器必须支持正确的DRM格式。要解码微软的DRM(PlayforSure)需要一个必须永久地保存在网关中的DRM证书。不过，由于必需彻底保护DRM免受非法访问，DRM证书的存储也是一个特殊的挑战。

Blackfin处理器受到一种基于软件和硬件认证的安全概念的保护。这种Lockbox技术专门被开发来处理数字版权管理。DRM证书被存储在一个专用的一次性可编程(OTP)存储器中。只有在系统启动过程中通过一个已获认证的应用程序才可以访问OTP。此外，还可对这个应用程序进行部分或者全部编码，以防止任何人秘密窃取或非法拷贝。

对无线通信发展的作用

在未来，无线数据传输将扮演一种特殊的角色，因为这种连接方式非常适合于在便携式终端设备和汽车之间传输音频和视频数据。除此之外，著名的蓝牙免提通信规范(免提规范，HFP)也支持各种新的规范，其中之一是先进音频分配规范(即A2DP，它允许用户经由汽车的音频系统复制手机上的音频文件)。A2DP能够利用无线蓝牙链接传输压缩音频数据，如MP3和AAC。

AVRCP规范A2DP规范的扩展。该规范允许用户播放手机上的音乐，一般包括开始、停止、下一曲、前一曲以及乐曲的快速播放等功能。这一规范也支持元数据(metadata)，将来也许还能够在无线电显示屏上显示标题，让用户可以通过中央用户接口选择自己喜爱的乐曲或播放列表。

拨号网络(DUN)规范是另一个重要规范。它可为移动电话及用户直接访问互联网提供基站连接选项。其数据传输率取决于传输标准，这意味着可以提供大量新的远程信息处理功能。

除了纯粹的通信支持外，多媒体网关还可以同时处理好几种数字格式的音频文件的解码，这些音频文件可能采用了数字版权管理(DRM)。未来的汽车可以支持两个到三个独立的音频区，以满足所有乘客的要求。表1总结了最重要的音频编解码器。

未来展望

继音频应用之后，下一步将是视频应用的推出，但这会增加硬件要求。音频所需的数据传输率仅为几百Kbps左右，而视频的数据传输速率将高至好几Mbps。在这种情况下，视频数据必须分布于车内一个或几个视频源，例如DVD或者硬盘。

鉴于此，未来定义的MOST150标准将必须能够处理高达150Mbps的数据速率。在传输视频数据的情况下，蓝牙标准将达其传输速率上限，因为这时它的最大数据率2Mbps也仅够用来播放小视频文件而已。对于短距无线网络，蓝牙将被数据率高达480Mps的新的无线USB标准所取代。

以后剩下的唯一问题就是汽车如何与互联网相连接一事了。数据传输速率不断提高的趋势将持续下去。