基于OMAP5910的移動媒體播放機設計

1.1.1 存儲器設計
    存儲器接口通信控制器（TC）管理的存儲器可分為片外和片內兩種。而TC又有兩個獨立的訪問片外的存儲器接口：
    (1)快速片外存儲器接口（EMIFF）：與片外SDRAM相連的快速同步接口。在EMIFF接口上，掛載SDRAM用于運行LINUX操作系統(tǒng)。
    (2)慢速片外存儲器接口（EMIFS）：與片外FLASH、SRAM等存儲器相連的異步接口。在EMIFS接口上，分別掛載SRAM和FLASH。
1.1.2 板上CPLD和FPGA設計
    (1)CPLD。本系統(tǒng)選用XILINX的95144XL-TQ144作為整個系統(tǒng)的配置。它負責系統(tǒng)上電后，對OMAP5910進行復位，對整個板級的器件進行配置，并作地址譯碼，以給存儲器分配存儲空間。
    (2)FPGA。本系統(tǒng)擴展FPGA主要是為了擴展CF卡和以太網。
    CF卡有多種連接方式，本設計選擇TRUE IDE方式，在FPGA中映射出CF卡內部相應的寄存器。這樣，通過控制FPGA內部的寄存器產生相應的時序，寫入CF卡的內部控制器，完成相應的操作。
    以太網選用AX88796L芯片，它具有標準的ISA接口和10Mbps/100Mbps的速度，通過FPGA進行控制，完全能滿足實際的需求。
1.1.3 音視頻及人機接口設計
    (1)LCD顯示。OMAP 5910內部集成了一個TFT LCD控制器，有標準的LCD控制信號。LCD電源控制、背光開關控制、亮度控制、觸摸屏信號等將由此系統(tǒng)中的CPLD供給。此設計的集成板選擇的是NEC LCD：NL2432DR22-12B。
    (2)鍵盤。出于人機交互的需求，本系統(tǒng)擴展了3×4的鍵盤。
    (3)音頻接口。本系統(tǒng)采用OMAP與TLV320AIC23外部音頻解碼器完成音頻系統(tǒng)的設計。通過OMAP的兩根I/O線模仿I2C時序來配置音頻芯片，而McBSP1接口用作OMAP對音頻芯片傳輸數(shù)據。
1.1.4 擴展接口設計
    (1)存儲卡接口設計。多媒體播放機需要大數(shù)據量的存儲設備，此設計選用SD卡。OMAP 5910內部集成了SD卡控制器，通過對OMAP 5910 SD卡控制器編程，就能完成對SD卡的控制。
    (2)USB接口設計。OMAP 5910內部集成了USB Host和USB Function的控制器和接口，方便了USB接口的擴展。外接PDIUSBP11APW USB收發(fā)器，將OMAP 5910 USB控制器的信號轉換成USB總線的信號。
1.2 系統(tǒng)軟件設計
    軟件系統(tǒng)主要包括MP3、MPEG4解碼算法，以及使用兩個解碼算法模塊的媒體播放機程序框架。
1.2.1 MP3音頻解碼算法
    MP3算法是根據人體心理聲學模型，利用人耳的掩蔽效應，去除音頻信號中低于絕對聽閾和掩蔽域的信號，并根據掩蔽域對剩余信號進行動態(tài)量化，結合子帶編碼、變換編碼以及哈夫曼編碼等技術，達到大幅縮減音頻文件的大小，同時保證音質的目的。
    MP3音頻解碼算法是根據ISO/IEC 11172-3標準編寫的，并針對TI DSP55x進行部分優(yōu)化。
1.2.2 MPEG4視頻解碼算法
    MPEG4算法基于對象編碼，同時更加注重多媒體系統(tǒng)的交互性與靈活性。基于對象編碼使得對視頻對象的操控成為可能。MPEG4的一個特點是采用新的、高效的壓縮算法使壓縮比提高，它可以在速率相對較小的情況下，獲得高質量的畫面效果。線性MPEG4視頻沒有對象交互的內容，僅僅包含需要解碼的視頻流。
    MPEG4解碼算法依照ISO/IEC 14496-2編寫，其中計算過程集中在IDCT、運動補償和VOP重建，優(yōu)化的重點也放在這三個過程。針對TIDSP55x的特點，具體優(yōu)化方案如下：
    (1)使用TI提供的圖像視頻處理庫IMGLIB提高算法性能：獲得了IDCT、運動補償?shù)人惴▽崿F(xiàn)的最高性能。
    (2)減少片外存儲器的讀寫：由于DSP對片外存儲器的讀寫速度相對較慢，因此需要在內外部存儲器間建立DMA通道，由外部存儲器存放解碼幀數(shù)據，再由DMA通道把待解碼宏塊傳送到內部存儲器進行高速處理。
    (3)優(yōu)化代碼組織：在編寫代碼時，注意循環(huán)展開、循環(huán)分布以及循環(huán)交換等優(yōu)化技術，并且針對相應處理器選擇了最優(yōu)的數(shù)據類型，使代碼效率達到最高。
1.2.3 媒體播放機軟件設計
    媒體播放機軟件設計鑒于OMAP獨特的雙核結構分成MPU端和DSP端兩大部分。播放機程序就是運行在LINUX操作系統(tǒng)下的一個帶有圖形界面的應用程序。該應用程序通過調用DSP設備的驅動程序，使得MPU與DSP雙方配合完成整個播放功能。圖2為媒體播放機總體框圖。

(1)MPU端軟件設計
    作為MPU的ARM核的任務為：建立底層操作系統(tǒng)和上層與用戶交互的GUI，完成AVI文件數(shù)據讀取解析以及控制DSP核音視頻解碼。因此，可將MPU端軟件工作分為以下幾部分。
    ①LINUX嵌入式操作系統(tǒng)的移植、設備驅動的編寫和移植；
    ②基于FLTK應用程序圖形用戶界面的設計。FLTK是一套小型化的多平臺GUI快速開發(fā)工具包，它在LINUX平臺上的移植非常簡便。使用FLTK開發(fā)的播放機圖形用戶界面如圖3所示。

    ③AVI文件讀取解析。在用戶選擇某一AVI文件后，將文件打開，讀取文件的屬性信息、索引信息及音視頻待解碼數(shù)據等，播放完畢后關閉文件。
    ④DSP音視頻解碼的控制。應用程序通過DSP設備驅動，啟動DSP核，開辟與DSP端交互的數(shù)據緩沖區(qū)，建立使用MAILBOX進行的通信機制。實現(xiàn)了對DSP端解碼進程的控制。
(2)DSP端軟件設計
    在處理器的DSP端，主要負責的工作是對音視頻數(shù)據的解碼，并最終完成播放。這部分主要完成的工作是采用DSP/BIOS和Reference Frameworks 5對音視頻解碼播放進程進行有效組織并完成的同步機制。其中包含的主要模塊為：視頻解碼進程、音頻解碼進程、視頻播放進程、音頻播放進程、音視頻同步控制等。
1.3 系統(tǒng)關鍵設計總結
   (1)基于TI OMAP5910的移動媒體播放機硬件平臺采用6層PCB設計，模塊完整，可擴展性強。
   (2)參照TI TMS320 DSP ALGORITHMS STANDARD（XDAIS）設計了MP3及MPEG4解碼算法。
   (3)為TI的OMAP5910處理器移植了嵌入式Linux操作系統(tǒng)及相關驅動程序。
   (4)設計了基于雙核OMAP5910平臺的媒體播放機軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的控制型任務由MPU完成，運算型的工作由DSP處理，從而最大限度地發(fā)揮了處理器性能。另外，系統(tǒng)有效組織了存儲器、DMA通道等資源，并對程序代碼應用DSP/BIOS和RF5也進行了組織，使系統(tǒng)的實時性和可靠性得到了保證。
2 測試與結論
    播放機的整體性能選用了四個較有代表性的AVI媒體文件來測試。測試結果如表1所示。