隨著片上系統(tǒng)設計技術的發(fā)展，嵌入式技術在IT界扮演著越來越多的重要的角色。多媒體應用是嵌入式系統(tǒng)的一個重要方面，本文介紹了一種基于飛利浦PNX1500DSP的多媒體嵌入式系統(tǒng)的硬件設計以及底層驅(qū)動程序。
1 平臺整體結構圖
基于飛利浦的嵌入式多媒體硬件平臺以飛利浦PNX1500為核心，完成視音頻編碼解碼工作。由EEPROM存儲系統(tǒng)最基本的啟動配置程序，如配置內(nèi)存和DSP工作頻率，配置應用程序起始地址。我們選用三星NandFlash存儲系統(tǒng)應用程序，如音視頻編解碼程序；由三星K4D551638F-TC構成系統(tǒng)的內(nèi)存。由LG Philip的5.6英寸數(shù)字液晶顯示屏構成系統(tǒng)的視頻輸出部分，該液晶屏能與1500輸出的數(shù)字信號直接匹配，無需數(shù)模轉(zhuǎn)換。視頻輸入部分由模擬攝像頭與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片SA7113組成。如圖1所示。
2 系統(tǒng)各模塊介紹
2.1 飛利浦PNX1500內(nèi)部結構
飛利浦PNX1500是一款32為超長指令集的音視頻和圖像處理器，其內(nèi)含為TM3260處理器，并行五個指令執(zhí)行槽。能夠運行音視頻處理軟件和通用控制PNX1500里的幾個圖像和視頻協(xié)處理器
能夠進行圖像縮放和合成，大大提高了視頻處理的性能。除此之外，PNX1500內(nèi)部還集成有音頻輸入輸出模塊、網(wǎng)絡模塊、系統(tǒng)啟動模塊、硬件計時器、通用輸入輸出口等等。內(nèi)部高速總線將多個模塊連接在一起，如圖2所示。
2.2 內(nèi)存模塊
我們選用了兩片三星公司的K4D551638F-TC作為內(nèi)存，共64MB，支持200Mhz工作頻率。由于DDR內(nèi)存技術較為成熟，就不再過多的介紹。值得注意的是，內(nèi)存部分的時鐘信號采用差分信號的方式，在發(fā)送端匹配接地電阻，在接收端匹配串連電阻，防止信號反射。
2.3 啟動EEPROM模塊
PNX1500上電后根據(jù)指定的8個引腳的電平高低來判斷采取怎樣的啟動模式，從而從不同的存儲體讀取可執(zhí)行的程序。啟動模式分為EEPROM啟動模式、Flash啟動模式和輔助主機模式(例如PNX1500作為PC上顯卡芯片時)。這里選擇EEPROM啟動模式，用上下拉電阻來配置8個引腳。由于啟動程序二進制代碼較短，選擇容量為16KB的Atmel 24C128，通過IIC總線和PNX1500通信。啟動程序中最最要的信息就是對PNX1500工作狀態(tài)的配置和接下來應該的程序入口。EEPROM中配制DSP工作模式的程序如下所示。
以上程序編譯為二進制代碼后寫入EEPROM。
由于IIC總線結構簡單，硬件圖省去。
2.4 Flash模塊
由于EEPROM容量有限，并不能裝載下視頻編解碼等應用程序，所以需要例如Flash這樣容量合適的存儲媒體。選取的是由三星公司生產(chǎn)的NandFlashK9F2808U0C，16M×8bit。PNX1500提供了與Flash很好的兼容，引腳的接口如圖3所示。
通過閱讀K9F2808U0C的手冊，根據(jù)其工作時序，為上層軟件編寫了Flash的驅(qū)動程序，如下。
2.5 視頻輸入模塊
本系統(tǒng)采用Philips SAA7113作為視頻解碼器，SAA7113接收標準的CVBS PAL／NTSC制式的視頻信號，也可以接收S-Video視頻輸入信號。SAA7113內(nèi)建了很多視頻處理單元，通過其IIC接口可以方便的控制其色度、亮度等等。SAA7113可以選擇輸出CCIR656規(guī)定的數(shù)字視頻信號，提供與DSP處理器的方便接口。在系統(tǒng)上電后，PNX開始操作IIC總線對SAA7113的寄存器進行配置，讓其輸出所需要的視頻格式，PNX1500內(nèi)部的視頻輸入(Video Input)單元可以工作在幾種不同的模式下，用來從片外的視頻源讀取(這個過程是DMA操作)數(shù)據(jù)到內(nèi)存中。它可以與符合ITU-TCCIR656的設備直接相連，視頻數(shù)據(jù)輸入后，將被分成Y／U／V分別存放在內(nèi)存中。SAA7113H與PNX1500連接如圖4：
本設計中，對SAA7113的設置其實就是設置他們芯片中的IIC寄存器，我們將功能做封裝，實現(xiàn)如下接口函數(shù)。
2.5.1 基本IIC操作函數(shù)
2.5.2 初始化函數(shù)
2.5.3 以下函數(shù)針對SAA7113的某個功能作處理
類似的函數(shù)要實現(xiàn)很多，將這些函數(shù)寫成板級支持庫的軟件代碼包，供上層調(diào)用，構成BSP。
2.6 視頻輸出模塊
PNX1500支持數(shù)字液晶屏數(shù)據(jù)格式。我們采用數(shù)字液晶屏來作為視頻輸出部分，從而省掉了數(shù)模轉(zhuǎn)換的這一環(huán)節(jié)，方便了開發(fā)。選用了LG-Philps的LB064V02-A16.4英寸液晶屏，該顯示屏分辨率為480×640，每個象素用18bit數(shù)據(jù)表示，采用RGB模式，每種色彩6bit。LB064V02-A1的工作信號時序圖的如圖5所示。
LB064V02-A1與PNX1500連接圖如圖6所示。
其中LB064V02-A1的時序參數(shù)都是由一定的規(guī)格要求。為了能讓PNX1500的輸出圖像能被正常顯示，設計了以下程序初始化PNX1500的視頻輸出模塊。
2.7 音頻輸入輸出
我們選擇了具有回聲消除功能的音頻編解碼芯片MSM7731，它與PNX1500的接口是通過PNX1500的音頻輸入輸出模塊連接的。如圖6所示。
音頻部分的設置有幾點需要注意：將PNX1500的音頻輸出單元(AO)作為主控器，由其輸出時鐘和幀同步信號，將MSM7731和PNX1500的音頻輸入單元(AI)作為從設備，其位同步信號和幀同步信號由外界傳來。AO_CLK和AO_WS通過設置分頻系數(shù)從PNX1500的PLL處得到。
配置音頻編解碼芯片，音頻編解碼芯片的配置接口分為兩種，一種通過管腳外接上拉或下拉的電阻來設定參數(shù)，由于管腳有限，所以這種方法能配置的參數(shù)均為基本參數(shù)，功能有限。另一種方法是通過單片機MCU來控制，其接口信號為串行的同步信號。我們在系統(tǒng)上添加一款單片機來配置該音頻解碼芯片。
2.8 網(wǎng)
選用National Semiconductor公司的DP83847作為MAC層上的設備。由于DP83847與PNX1500之間有很好的硬件兼容，故不再介紹兩者之間的硬件鏈接。值得注意的是，DP83847的狀態(tài)指示LED引腳和DP83847物理地址引腳是共用的，所以一定要用上拉或下拉電阻配置。主要的驅(qū)動函數(shù)如下。
2.9 電源系統(tǒng)
PNX1500的電源系統(tǒng)相對復雜，其核心電壓為1.2V，內(nèi)存操作模塊工作電壓為2.5V，其余模塊都工作在3.3V。作為一個嵌入式平臺，希望外接電源的電壓總數(shù)越少越好，所以我們平臺上運用了DC-DC器件，將單一的外界電源5V轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需要的多種電壓。值得注意的是，由于平臺上芯片和器件比較多，需要將每件器件的工作電流峰值之和作為DC-DC器件的電流參數(shù)。我們選用ST公司的LD1580芯片，這款芯片的特點是能提供最大7A的電流，輸出電壓范圍大，由外接匹配電阻決定輸出電壓。一共三個LD1580芯片組成本系統(tǒng)，首先外接直流電源5V被LD1580轉(zhuǎn)換為3.3V，然后3.3V由兩個LD1580分別轉(zhuǎn)換為1.2V和2.5V。電源部分電路圖和輸出電壓計算公司如圖7，其中VREF為2.5V。
此外，由于系統(tǒng)各芯片具有大量的I／O口，在這些I／O口進行高低電平轉(zhuǎn)換時，會瞬間產(chǎn)生大的電流變化量，由于電路板并不是一個理想導體，存在電感效應，在電流變化過快時會產(chǎn)生電壓差，導致誤動作，所以需要在電源的電和地之間加上低阻抗通道消除電感效應帶來的電壓差。我們在電源的電和地之間并聯(lián)220微法到100納法的多個旁路電容，消除不同頻率的電壓跳變。同時對板上各個芯片的電腳也加以旁路電容。
3 印刷電路設計
由于本系統(tǒng)有模擬和數(shù)字信號混合，器件繁多，電壓復雜，如何保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作成為需要著重考慮的問題。本系統(tǒng)采用10層設計，每個信號層之間由電層或者地層隔開，模擬地與數(shù)字信號的地信號分開，同時在布局的時候考慮芯片電流回流問題，防止串擾。
本文介紹了基于飛利浦多媒體DSP PNX1500的嵌入式多媒體平臺的硬件設計和低層驅(qū)動。該平臺能性能穩(wěn)定，工作良好，具有很好的應用前景。
（轉(zhuǎn)載）
