Blackfin處理器平臺(tái)為多媒體播放器應(yīng)用提供高性能技術(shù)保障

便攜式多媒體播放器面世已經(jīng)有幾年時(shí)間，從早期純粹具備音頻播放功能的MP3播放器問(wèn)世，到視頻應(yīng)用包括MP4等設(shè)備的興起和快速發(fā)展，便攜式多媒體娛樂(lè)設(shè)備的功能越發(fā)強(qiáng)大，微軟之前推出的ZUNE播放器就具備了Wi-Fi功能，蘋果也推出了帶有Wi-Fi功能的新款iPod。其他的功能，諸如GPS、移動(dòng)電視、藍(lán)牙、電子游戲都逐漸融合進(jìn)了播放器中，為消費(fèi)者提供了更加豐富的體驗(yàn)，也增加了工程師在方案選擇和系統(tǒng)集成時(shí)的難度。

多媒體處理器所面臨的挑戰(zhàn)

如此豐富的功能使便攜式多媒體處理器面臨更高挑戰(zhàn)：

功耗。豐富的功能帶來(lái)的是更大的功耗，能否保證更長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間成為用戶選擇產(chǎn)品時(shí)的重要指標(biāo)。高性能低功耗的內(nèi)核將會(huì)在新一輪的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。

多核架構(gòu)是一個(gè)發(fā)展方向。新的解決方案呼之欲出，讓用戶體驗(yàn)豐富的音視頻內(nèi)容并且延長(zhǎng)電池播放時(shí)長(zhǎng)都需要?jiǎng)?chuàng)新的PMP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用多個(gè)DSP核是一個(gè)趨勢(shì)，讓每個(gè)核心都為媒體處理中的不同關(guān)鍵算法特別優(yōu)化。同時(shí)下一代的媒體處理器應(yīng)該是可編程的，應(yīng)該是多個(gè)ARM加上可編程DSP或者多個(gè)ARM加上硬件加速器加以實(shí)現(xiàn)。DSP比硬件加速器更能滿足軟件再利用需求，多核架構(gòu)帶來(lái)了額外的靈活性，但隨之而來(lái)的是在硅領(lǐng)域的成本增加，這種成本增加只有在面對(duì)多樣的消費(fèi)產(chǎn)品或細(xì)分的市場(chǎng)，或平臺(tái)的市場(chǎng)壽命得以顯著延長(zhǎng)，或新特征可以更快地進(jìn)入市場(chǎng)的情況下才可能被接受。對(duì)高端便攜式媒體播放器產(chǎn)品，如D1/HD視頻解碼，及帶GPS或移動(dòng)電視功能，由于不斷會(huì)有新功能推出，應(yīng)用較多，軟件的再利用十分重要，所以架構(gòu)的靈活性很關(guān)鍵。

同時(shí)要看到，雖然未來(lái)的便攜式多媒體設(shè)備將具備豐富的功能，但作為一款多媒體設(shè)備，音視頻應(yīng)用仍是最基本的，也是最能決定消費(fèi)者購(gòu)買心理的因素。而音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)的多樣性決定了音視頻格式的多樣性。一般來(lái)說(shuō)，消費(fèi)者并不愿意浪費(fèi)時(shí)間在PC上轉(zhuǎn)換視頻格式的，因此，要想抓住用戶，具備多格式播放能力將是最基本的競(jìng)爭(zhēng)力。

就音頻而言，對(duì)各種碼流和編碼方式的MP3、WMA的支持是必須的，隨著存儲(chǔ)空間的增大，部分消費(fèi)者對(duì)無(wú)損音頻格式的需求也更加高漲。APE或FLAC格式的音頻成為許多音樂(lè)愛(ài)好者的必選。因此，增加對(duì)這類標(biāo)準(zhǔn)的支持或可成為廠商一個(gè)重要的賣點(diǎn)或是噱頭。

基于BF52x的PMP解決方案。

另外，就視頻而言，主流的編解碼格式在各個(gè)地區(qū)是不同的。在中國(guó)，MPEG-4和RM/RMVB是非常流行的，而在美國(guó)和歐洲，H.264和WMV則更加主流。同時(shí)視頻標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越多，消費(fèi)者用PMP錄制數(shù)字電視節(jié)目或移動(dòng)電視視頻時(shí)需進(jìn)行轉(zhuǎn)碼運(yùn)算，如將MPEG-2格式的電視節(jié)目提高壓縮率進(jìn)行錄制，或改變分辨率錄制成H.264的文件，這個(gè)時(shí)候，轉(zhuǎn)碼就顯得格外重要。

Blackfin平臺(tái)應(yīng)用于PMP的優(yōu)勢(shì)

目前主要的便攜式多媒體播放器芯片供應(yīng)商都可提供從硬件參考設(shè)計(jì)到開發(fā)工具、中間件和操作系統(tǒng)等一系列支持，而諸如TI、ADI等大廠在本土都有多家第三方設(shè)計(jì)公司和軟件合作伙伴進(jìn)行方案支持，其中ADI公司基于Blackfin處理器平臺(tái)的解決方案以其優(yōu)異的性能功耗比和性能價(jià)格比成為眾多PMP廠商的理想之選。其在PMP應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：

1. 會(huì)聚處理器的優(yōu)秀平臺(tái)

通常PMP硬件平臺(tái)的兩個(gè)通用選擇是MCU+DSP，或一個(gè)帶有硬件加速器的MCU。相對(duì)于單芯片結(jié)構(gòu)，這些兩芯片的解決方案會(huì)占用更多電路板空間和增加系統(tǒng)成本；另一種選擇是SoC方案，在單個(gè)封裝上集成了MCU核和DSP核。通常來(lái)講，SoC會(huì)比MCU+DSP和MCU+硬件加速器的結(jié)構(gòu)占用更少的電路板空間。因?yàn)镸CU和DSP執(zhí)行不同的任務(wù)，兩個(gè)開發(fā)工具集和兩組執(zhí)行代碼仍是必要的。復(fù)雜的數(shù)據(jù)交換和程序進(jìn)程協(xié)作仍發(fā)生在該MCU和DSP之間。即使使用這種單芯片SoC方案，系統(tǒng)級(jí)的復(fù)雜性仍是開發(fā)工程師和支持工程師不得不考慮的因素。

ADI公司提出高性能Blackfin處理器這一替代方案則是融合了MCU和DSP能力的“會(huì)聚”處理器。一個(gè)真正的會(huì)聚處理器應(yīng)該在實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)流的計(jì)算和面向控制的任務(wù)上進(jìn)行優(yōu)化，而Blackfin是一個(gè)在單核結(jié)構(gòu)上提供MCU和數(shù)字信號(hào)處理功能的定點(diǎn)處理器，允許在控制和信號(hào)處理上靈活劃分任務(wù)。覆蓋整個(gè)Blackfin陣容的相同的開發(fā)環(huán)境，使得開發(fā)和調(diào)試具有不同特征組合的PMP變得更快速、更便宜。

2. 成本與開發(fā)周期的表現(xiàn)

與其它消費(fèi)類電子產(chǎn)品的趨勢(shì)一樣，在未來(lái)幾年里PMP將在更低的價(jià)格上實(shí)現(xiàn)更多的特征，使開發(fā)者和制造商更加關(guān)注成本和上市時(shí)間。處理器本身不是成本的最大貢獻(xiàn)者，必需的軟件開發(fā)在成本中占很大的比例——可以通過(guò)開發(fā)工具的使用、參考設(shè)計(jì)和第三方軟件來(lái)降低成本。越來(lái)越短的PMP產(chǎn)品生命周期同樣意味著對(duì)解決方案開發(fā)者壓縮研發(fā)周期。可通過(guò)處理器集成的外設(shè)和開發(fā)支持加速研發(fā)。

Blackfin作為一會(huì)聚處理器，提供了在單處理器和統(tǒng)一的工具鏈上工作的方式。此外，其軟件編程性能和外設(shè)集成使得不用增加任何物料成本就能增加新的功能。這樣使產(chǎn)品和特征差異化加快了，因?yàn)殚_發(fā)人員可以把精力集中在他們的應(yīng)用軟件上，同時(shí)還可以利用由ADI開發(fā)的高度優(yōu)化的音頻和視頻算法和第三方提供的軟件模塊和參考設(shè)計(jì)。

3. 外設(shè)集成及動(dòng)態(tài)電源管理

外設(shè)集成是Blackfin處理器的一個(gè)強(qiáng)勁的功能表現(xiàn)。通過(guò)提供帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口的高性能內(nèi)核，Blackfin節(jié)省了電路板空間，將昂貴的外部組件減到最少。開發(fā)成為流水線，因?yàn)殚_發(fā)人員不用花費(fèi)任何時(shí)間在集成包括USB2.0高速OTG控制器、NAND閃存控制器、UART、SPI、串口、DMA主接口和并行外設(shè)接口上。

前面提到功耗是PMP設(shè)計(jì)中的一個(gè)門檻。因?yàn)槎嗝襟w特征和網(wǎng)絡(luò)連接需要消耗更多功率，同時(shí)消費(fèi)者希望更長(zhǎng)的播放時(shí)間和更小的產(chǎn)品體積和質(zhì)量。為延長(zhǎng)電池壽命和降低功率消耗，通常芯片廠商會(huì)降低處理器的內(nèi)核頻率以匹配該數(shù)據(jù)流處理要求。由于不斷增加的PMP功能造成對(duì)處理性能進(jìn)而對(duì)電源更大且變化的需求。Blackfin采用動(dòng)態(tài)電源管理來(lái)調(diào)整核心頻率和電壓，從而在更低功耗下優(yōu)化性能。Blackfin可以在五種功耗模式下工作，即全速、活動(dòng)、睡眠、深度睡眠和冬眠，每種都提供不同的功耗/性能表現(xiàn)。每種模式下，一個(gè)內(nèi)部的調(diào)節(jié)器為達(dá)到功耗最小化智能管理電壓。該電源消耗和性能比可達(dá)到250MHz 核心電壓下的0.16mW/MHz。

4. 突出的運(yùn)算性能

像音頻一樣，視頻內(nèi)容也是很多不同的媒體標(biāo)準(zhǔn)、不同版本和不同視頻格式同樣存在。所以當(dāng)PMP終端支持不同媒體格式和其他如Wi-Fi、移動(dòng)電視和游戲的附加值的功能時(shí)，其內(nèi)容源非常廣闊。這時(shí)，轉(zhuǎn)碼成為有用且必要的功能，使下載的視頻可以不用在PC機(jī)上轉(zhuǎn)碼而直接轉(zhuǎn)換為在PMP上可觀看的格式。然而，與MPEG-2/4比較，如RMVB、Flash、H.264和AVS的算法的其他算法更復(fù)雜且消耗更多的處理器性能。

工作頻率高達(dá)600MHz(1.2GMMACS)，Blackfin處理器提供了處理復(fù)雜算法和功能的充裕運(yùn)算性能。因?yàn)锽lackfin同時(shí)帶來(lái)了實(shí)時(shí)信號(hào)處理和高清晰視頻編解碼、多種音頻和視頻格式和豐富的外設(shè)。開發(fā)者可以通過(guò)簡(jiǎn)單修改軟件實(shí)現(xiàn)支持不同媒體格式和功能的PMP設(shè)計(jì)。而且Blackfin支持軟件可編程，開發(fā)者同樣可以融入更新的媒體格式和標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，Blackfin還提供足夠的性能以融入一個(gè)處理Wi-Fi和互聯(lián)網(wǎng)用戶接口的無(wú)線協(xié)議棧和外設(shè)。

5．Lockbox安全技術(shù)

因?yàn)镻MP的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、千兆字節(jié)存儲(chǔ)以及便攜性在不斷增長(zhǎng)。解決方案提供者和制造商想保護(hù)他們自己的如驅(qū)動(dòng)、操作系統(tǒng)和用戶接口等的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。個(gè)人數(shù)據(jù)保護(hù)和設(shè)備認(rèn)證也加入考慮之列，因?yàn)樯鐣?huì)網(wǎng)絡(luò)已演進(jìn)為包含視頻共享和電子商務(wù)。通過(guò)在開始時(shí)就進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)，可以得到更強(qiáng)大的保護(hù)，同時(shí)使用硬件和軟件來(lái)保證包括密鑰、代碼和數(shù)據(jù)等安全資源的保密性和完整性。

通過(guò)Blackfin的Lockbox安全技術(shù)，解決方案開發(fā)者可選擇采用標(biāo)準(zhǔn)算法來(lái)認(rèn)證數(shù)字簽名和使用一個(gè)安全的運(yùn)行代碼和保護(hù)資源的處理環(huán)境。對(duì)安全區(qū)域的進(jìn)入由硬件監(jiān)控。而且，借助Lockbox安全技術(shù)，開發(fā)者可以在每個(gè)Blackfin處理器上使用獨(dú)有的芯片ID來(lái)獨(dú)一無(wú)二地鑒別每一個(gè)設(shè)備。這個(gè)芯片ID可以和可信任的DRM代理商一起使用，來(lái)實(shí)施權(quán)利繼續(xù)或撤銷。另一個(gè)可能是當(dāng)安全性受威脅時(shí)，使用芯片ID將OEM設(shè)備拉入黑名單。這個(gè)獨(dú)一無(wú)二的芯片ID同樣可以用于綁定一個(gè)處理器到一個(gè)特定的啟動(dòng)代碼上從而防止設(shè)備被克隆。

成功的應(yīng)用案例

基于以上種種特性，越來(lái)越多的應(yīng)用商開始采用Blackfin處理器平臺(tái)為其高性能PMP設(shè)計(jì)提供支持。其中，愛(ài)國(guó)者推出的兩款便攜式媒體播放器產(chǎn)品：Aigo E898與E897，它們都支持RealVideo與RMVB(可改變之比特率)格式回放的完全廣播分辨率以及RealAudio、AVI、MP3、WMA、FLAC與APE。它們將這種功能稱作“MP5”級(jí)媒體播放。愛(ài)國(guó)者非常熟悉Blackfin處理器，因?yàn)樗脑S多媒體播放器都采用ADI公司的Blackfin處理器。這源于Blackfin處理器能夠縮短面市時(shí)間并降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，其內(nèi)在的可編程性允許快速的開發(fā)周期。同時(shí)，Blackfin處理器能夠提供高性能、低功耗、適當(dāng)?shù)耐庠O(shè)與通信端口、合理的定價(jià)結(jié)構(gòu)與至關(guān)重要的伙伴網(wǎng)絡(luò)。

Aigo E898與F965R是第一批能夠顯示利用RealVideo與RMVB格式編碼的完全的D1廣播分辨率視頻文檔的便攜式媒體播放器。由于視頻流的解碼是完全由軟件完成的，在Blackfin處理器設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用的性能贏得愛(ài)國(guó)者的青睞，但之所以選擇Blackfin處理器還不只因?yàn)檫@些原始性能。便攜式電子產(chǎn)品制造商強(qiáng)烈地意識(shí)到電池中流出的每一比特電流都彌足珍貴。Blackfin處理器解決方案之所以脫穎而出是因?yàn)樗軌蛘{(diào)制時(shí)鐘頻率和電源電壓，滿足不斷變化的性能需求，無(wú)論是解碼流媒體時(shí)的最大性能(如果需要)還是等待用戶選擇下一項(xiàng)任務(wù)時(shí)的低功耗待機(jī)模式。

在本文出版之前，愛(ài)國(guó)者將推出最新個(gè)人媒體播放器，它采用為移動(dòng)應(yīng)用而優(yōu)化的Blackfin 52x系列處理器。BF52x Blackfin處理器集高性能、高功率效率以及系統(tǒng)集成性于一體，實(shí)現(xiàn)了高度優(yōu)化的設(shè)計(jì)，性能不折不扣。BF52x Blackfin處理器內(nèi)置外設(shè)選擇性，為當(dāng)今要求最苛刻的會(huì)聚信號(hào)處理應(yīng)用提供最大的靈活性。其功耗僅為0.16 mW/MHz，工作頻率高達(dá)600 MHz，這些特性使得會(huì)聚信號(hào)處理應(yīng)用可以在不影響電池壽命的同時(shí)，獲得較高的信號(hào)處理性能。

便攜式媒體播放器繼續(xù)向前發(fā)展演進(jìn)。對(duì)未來(lái)產(chǎn)品中集成更高性能的需求將越來(lái)越多。電話、導(dǎo)航系統(tǒng)、媒體播放器與計(jì)算機(jī)等現(xiàn)有設(shè)備之間的界線正越來(lái)越模糊。數(shù)字電視、各類無(wú)線通信(包括個(gè)人、本地與衛(wèi)星接收)以及數(shù)碼相機(jī)與數(shù)字?jǐn)z像機(jī)都為成為最終的便攜式消費(fèi)產(chǎn)品的佼佼者而激烈競(jìng)爭(zhēng)。這些發(fā)展趨勢(shì)要求在幾乎固定大小的設(shè)備中提供更高級(jí)的處理性能、更大的存儲(chǔ)容量、更多的功率需求。毫無(wú)疑問(wèn)，像愛(ài)國(guó)者這樣的消費(fèi)電子產(chǎn)品創(chuàng)新者將更加清楚地認(rèn)識(shí)到，Blackfin處理器集功耗、性能、外設(shè)與通信端口、價(jià)格點(diǎn)與伙伴網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)于一體，是迎接這些挑戰(zhàn)的解決方案的最佳選擇。