通过正确选择处理器开始多媒体PMP的需求之旅

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       基于MP3音频播放器市场的正面表现,开发者和制造商对支持视频的便携式媒体播放器的市场前景抱有很大的期望。消费者对集成音频、视频、导航、游戏和移动电视功能的个人娱乐中心表现出兴趣。

        伴随着业界分析家对明年该市场强劲增长的预测,多格式内容支持、播放时间、安全性、有竞争力的成本和上市时间,都将会是开发者和制造商在这个消费电子市场上取得最大成功的关键。选择合适的处理器平台会造成应对这些挑战的基本差异。

        硬件平台的选择

        对PMP硬件平台的两个通用选择是一个微控制器(MCU)加一个数字信号处理器(DSP),或者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然是必要的。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。

        一种替代方案是融合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。ADI公司的高性能Blackfin处理器家族体现了这种会聚设计。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更快速和更便宜。

        支持内容:格式和性能

        像音频一样,视频内容也是来自互联网上下载的无限制和优质内容。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和消耗更多的处理器性能。

        现有的商业可用的SOC解决方案具备有限的处理能力(MCU操作在100MHz左右,DSP不超过150MHz)。当复杂算法和功能超出了现选SOC的能力时,转移到不同的处理器上是唯一可行的选择。

        对MCU+硬件加速器解决方案来说,系统性能主要决定于硬件加速器的能力上。而且硬件加速器的开发难于和不断变换的媒体格式保持同步。

        工作频率高达600 MHz (1.2GMMACS),Blackfin的会聚处理结构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。由于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。

        因为社会网络变得更加流行,消费者想分享他们PMP上的音频和视频。(当然,需要遵循版权和许可)除了它的媒体处理能力,Blackfin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。

        便携性:尺寸和功耗管理

        外形因素和功率消耗带给开发者在多媒体播放器上的限制会比MP3音频播放器和手机更加严格。

        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。

        功耗是个在PMP设计中的门槛。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。为了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,静态的电源管理相对变得不足。毫瓦(mW)每兆赫兹(MHz)的优化对更长的待机和播放时间是必须的。

        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—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以达到250MHz 核心电压下的0.16mW/MHz。

        安全:一个都关注的话题

        安全性已经成为业界的焦点,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。内容提供商可能拒绝许可他们的媒体内容,除非其数字权利管理(DRM)是安全的。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。

        尽管有很多数据安全方法,一个共同的特点是安全设计经常是在设计后期。两个流行的方法是软件加密或打包。这种仅基于软件的方法可能基于操作系统对安全和非安全环境的隔离。软件和硬件攻击、采用硬件仿真器或者软件注入,可以轻易得击败上述手段。一个保护DRM密钥的方法是使用软件来隐藏私密资源,但这也会通过存储器分析而使其失效。

        在可信任模块中插入的组合密码是另一种经常使用的数据安全技术。然而,黑客仍然可以通过监测总线和数据移出可信任模块时,或者数据从可信任模块读出或写入时启动软件攻击来获取私密资源。

        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,解决方案开发者也可以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处理器上使用独一的芯片ID来独一无二地鉴别每一个设备。这个独一的芯片ID可以和可信任的DRM代理商一起使用,来实施权利继续或撤销。另一个可能是当安全性受威胁时使用芯片ID将OEM设备拉入黑名单。这个独一无二的芯片ID同样可以用于绑定一个处理器到一个特定的启动代码上从而防止设备被克隆。

        成本:物料消耗和开发

        如果PMP继续追随其它消费类电子产品的趋势,在未来几年里他们将在更低的价格上实现更多的特征。结果开发者和制造商会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,必需的软件开发也有相当的影响—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。可以通过处理器集成的外设和开发支持加速研发。

        在这种双芯片处理器平台上(MCU + DSP 或 MCU + 硬件加速器)和经典的片上系统(SOC)平台上,MCU 和 DSP的功能仍然通过单独的工具链和软件开发环境来区分。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。

        而且,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。产品和特征差异化更加快了,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。

        本文小结

        带视频的多媒体处理器提升了PMP的设计需求,增加了对多格式媒体支持、高性能、功耗管理和安全的要求。对超越只支持音频的MP3播放器的方案开发者和制造商来说,把握市场需求可以从选择一个合适的处理器开始。

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