基于AMD Alchemy Au1200嵌入式处理器的媒体播放器设计 方明，裴昌幸 (西安电子科技大学 通信工程学院 , 西安 710071 ) 摘要： 对便携式媒体播放器(PMP)的概念、特点作简单介绍基础上，给出了基于Au1200的PMP设计方案与架构，重点分析了Au1200的内部结构及特点，系统存储配置，声卡、显示、接口、键盘和系统供电等配置及实现。最后展望了下一代PMP产品和市场发展。 关键字：便携式 媒体播放器 架构与实现 1引言 便携式媒体播放器(Portable Media Player，简称PMP )是目前半导体供应商讨论的一个热点话题。PMP是一种以播放多媒体文件为其核心功能的消费类娱乐产品，其中的多媒体文件包括音频、视频、FLASH动画、图片等。播放MPEG4格式视频文件是PMP的重要特征。MPEG4视频压缩格式是由动态图象专家组（Moving Pictures Experts Group，简称MPEG）开发的，在1999年初正式成为国际标准。MPEG4是目前最先进的图像压缩标准，播放效果接近DVD画质，而文件大小只有DVD的25－30％。依靠这些优势，MPEG4迅速成为目前最流行的高清晰视频文件类型，这也使得利用口袋里的PMP享受高品质视频娱乐成为可能。 MP3播放器很好地满足了人们随时随地对听觉娱乐的需求，但随着大众对娱乐需求的提升，全方位的视觉听觉享受自然会更受到人们的期待。现阶段虽已有部分的手机、PDA不仅能够提供音乐的存取播放，也可以支持影像内容的浏览，但此类多媒体播放功能只能算是一种附加功能，在屏幕大小、电力持久度、储存容量等各方面仍有诸多限制。在这样的产业环境与市场机遇带动下，PMP的概念便应运而生。另外，数字相机与数字摄像机的普及，也推动了具有影像储存与播放能力的PMP的发展。 目前已推出的PMP方案有SigmaDesigns 的EM851x方案；英特尔(Intel)的PXA27x+2700G方案；德州仪器(Texas Instrument)的DM320 DSP＋ARM处理器方案；飞思卡尔(Freescal)的i.MX31、i.MX31L方案；凌阳科技(Sunplus)的SPCA536方案；飞利浦(Philips)的PNX0190E方案。 2基于Au1200的PMP实现方案 2.1基于Au1200的PMP方案概述 AMD公司于2005年1月推出了专门为PMP设计的处理器Alchemy Au1200，在分析研究该芯片相关资料的基础上，我们设计出了便携式媒体播放器(PMP)设计方案，其系统架构如图１所示。
%A 图１ 基于Au1200的PMP方案系统架构图 该设计方案是一个低功耗、高性能的系统解决方案，旨在使消费者在路途中不间断地享受高质量的视频娱乐。主处理器Au1200针对PMP应用进行了专门的优化，从而使本设计可以提供多种新一代的功能：支持多种标准的媒体格式，包括MPEG-1，MPEG2、MPEG4、WMV9、H.263，DivX，XVID，MP3, WMA, WAV, ASF, AVI,JPEG；直接从数字录像机传输视频内容的能力；可扩展的DVD 视频质量，在内容被传输到 PMP之后，主处理器可以在不影响影像质量的情况下直接扩展到更大面积的屏幕(1,024×768)；更长的电池使用寿命。 2.2基于Au1200的PMP方案具体设计实现 本方案由主处理器，内存，启动ROM ,主存储器，音频CODEC，LCD屏，外围扩展接口，键盘,电源等部分组成。 主处理器为AMD的Alchemy Au1200，这是一款低功耗、高性能的处理器，内部架构如图２所示，主要特性包括：功耗极低: <400mW @ 400MHz；支持DDR1和DDR2 内存；支持NANDFLASH启动；集成媒体加速引擎（Media Acceleration Engine，简称MAE），不需要外部DSP而实现视频文件的直接解码播放，从而可以简化编程环境并减少组件；USB2.0 控制器支持HOST模式和DEVICE模式，从而支持更高的下载速度和更加灵活的连接；具有叠加和混合功能的LCD控制器；配备摄像头接口；AES-128 硬件资料加密/解密；可编程串行控制器支持IIS, AC97, SPI, SMBus；操作系统支持Windows CE 5.0、Linux 2.6。
%A 图２ Au1200内部架构图 系统内存选用美光的DDR266 SDRAM，型号为MT46V32M16TG，采用两片并联的形式，总容量为128MB，数据位宽为32bit ，内存带宽为1066MB/s，与Au1200的内存控制器直接相连。 启动ROM为NOR型FLASH存储器，型号为S29GL128N10，容量为16MB，16bit的数据位宽。由于Au1200的地址总线只有15根，故需要一片锁存器74LVC16374，并配合ALE信号来锁存地址，以完成S29GL128N10与Au1200的连接。 考虑到设备的便携性、抗震性和功耗，没有配置硬盘作为主存储器，而是选用NAND型FLASH存储器，型号为K9F2G08，容量为256MB，8bit数据位宽。另外板上预留SD卡座，可以通过SD卡来扩充主存储器容量。 声卡芯片为Wolfson公司的WM8731，这是一颗低功耗立体声音频CODEC，通过IIS接口与Au1200相连。自带独立的放大器，可直接驱动16欧姆或32欧姆的耳机。 两个USB接口分别配置成HOST和DEVICE模式，提高系统的扩展能力。由于USB配置成HOST控制器时需要提供+5V，500mA的电源，故使用一颗MC34063通过STEP-UP方式将锂电池提供的3.6V电压升压到+5V为USB设备供电，通过设置电流检测电阻的大小将最大电流限制于500mA。 本设计的按键由控制键和方向导航键构成。每个常开式按键的一端连接74LVC16244已上拉的输入端口，另一端接地；然后将74LVC16244的输出端连接于Au1200的数据端口，由软件按键动作的检测并执行相应的操作。 LCD显示屏选用友达科技（AUO）的A036QN01，规格为3.6寸，最佳分辨率为960×234，接口类型Digital 8bit RGB，工作电压3.3V。利用软排线将8bit的RGB数字接口直接与Au1200自带的ＬＣＤ控制器端口
%A 相连。 本设计中的电源由一片锂电池提供。为降低系统功耗以延长PMP的播放时间, 对系统电源配置采取以下措施：Au1200将低电压的内核供电与外部I/O口供电隔离，Au1200内核电压为1.2V，外部I/O口电压为2.5V和3.3V；系统需要的三种电压值3.3V，2.5V，1.2V皆由锂电池的3.6伏电压经DC-DC变换电路得到，变换电路选用由SC192 构成的高效率的BUCK型DC-DC电路形式；Au1200在休眠状态时可以将核心电压设置为关闭，从而降低电能损耗。以上措施同时降低了主处理器Au1200自身损耗和外围电路的电能损耗，在配置电池容量为1500mAH 的情况下，可以保证3个小时的连续播放时间。 另外，主处理器的各路供电电压必须以一定的顺序加载才能使其顺利启动。首先加载3.3V和2.5V电压，处理器此时将设置VDDXOK端口为有效，然后使能PWR_EN端口，PWR_EN端口再控制1.2V电压加载到Au1200内核，完成Au1200的上电过程。此过程由一颗MAX6744芯片协助完成。 图3 方案中Au1200的部分原理图 2.3方案总结 以上所描述的基于Au1200的PMP方案优势在于更低的成本和更小的功耗；集成硬件解码器MAE，不再需要外部DSP，从而简化系统编程；较高的CPU主频，配合DDR内存，使系统获得高速的数据处理能力。这些优势提升了Au1200 在PMP方案领域中的竞争力，带来了广阔的发展前景和潜在市场，必会吸引众多厂商大力研发，并推出更多更具吸引力的PMP产品。 3未来PMP产品的展望 视频/音频播放是PMP的核心功能，而在此基础之上，PMP还可以扩展诸如视频录制、摄像/照相、数码相册、收音机、电子书、游戏、上网等丰富的功能，成为一种综合多种娱乐方式便携式设备。关于PMP的未来发展趋势，主要有以下几个方面：
%A 1、未来PMP将会增加硬件编码功能。配合摄像头，PMP将实现拍照和摄像功能；配合TV接收模块，可以实现将TV节目存储于PMP之上。 2、增加联网功能。下一代的PMP将集成无线网卡（Wi-Fi）或超宽带（UWB）连接， Wi-Fi使PMP可以在家中或热点区域内享受在线视频服务，如在线电影、在线电视节目等。 3、显示质量由标准清晰度(SD)向高清晰度(HD)发展。因为越来越多的家庭将会拥有高清晰度电视（HDTV），与PMP连接后，就可以高质量地播放PMP之上的视频文件。 参考文献 1 ITU-T Recommendation H.263. Video Coding for Low Bit Rate Communication,1995 2 AMD Technologies Inc.Au1200 Processor Application Guide.http://www.amd.com/,2005-09 3 AMD Technologies Inc. AMD Alchemy Au1200 DataSheet.http://www.amd.com/,2005-01 4 Jerry D.Gbson.多媒体数字压缩原理与标准.北京：电子工业出版社，2000 5 毛文华.主流PMP方案及成本比较.电子工程专辑,http://www.eetchina.com/,2005-07 6 沙丽娜,王宁章,覃团发.视频压缩编码国际标准综述.电子科技,2005,(3):56-60 作者简介 方明，西安电子科技大学通信工程学院在读硕士研究生，研究方向为嵌入式视频处理。 裴昌幸，西安电子科技大学通信工程学院教授，博士生导师。研究方向：无线通信、通信抗干扰。