簡單易控的無機芯汽車音響設(shè)計 - 全文

　　在汽車電子應(yīng)用方面，需要用到很多如CAN、LIN、MOST以及藍(lán)牙等協(xié)議，傳動系統(tǒng)、底盤、安全系統(tǒng)、儀表盤等等。汽車音響、汽車導(dǎo)航也是重要的一環(huán)。

　　車載信息娛樂系統(tǒng)趨勢

　　傳統(tǒng)的車載音響包括Tuner及收音機、CD播放功能，隨著人們的需求越來越多，可能會加入USB設(shè)備、藍(lán)牙等設(shè)備的功能，慢慢地人們發(fā)現(xiàn)只是"聽"已經(jīng)不夠了，需要有視頻、攝像頭功能，再后來需要導(dǎo)航功能。在這些其中，如圖1所示，車載彩色TFT顯示音響和車載多媒體音響年增長率是最高的。

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　　圖1 車載信息娛樂系統(tǒng)趨勢

　　多媒體功能每年都在增強，如圖2所示。對于多媒體功能來說，最先只是CD的播放或者支持USB或者SD卡等，慢慢地隨著iPod的普及，需要支持iPod功能和iPod藍(lán)牙的功能，包括USB3.0。而彩色TFT從WQVGA到VGA的顯示，到RD的顯示以及最后會和Smart Phone做連接顯示等，不難發(fā)現(xiàn)，功能會越來越加強。

　　車載多媒體音響系統(tǒng)模塊如圖3所示，由一個主控MCU控制的Tuner、CD DSP伺服器USB模組和iPod功能等組成。

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　　圖2 車載信息娛樂系統(tǒng)的功能

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　　圖3 多媒體音響功能模塊

　　在這里，多媒體音響功能有AM/FM;CD，USB，SD，iPod，Bluetooth;MP3，WMA，AAC;Character Display。

　　AE1-L無機芯車載音響方案

　　AE1-L是瑞薩電子無機芯車載音響方案。在傳統(tǒng)的汽車音響使用AE1-L之后，如圖4所示，就可以直接增加音頻解碼(MP3/WMA/AAC)和USB/SD接口，并且可以去掉CD機芯變身Low Cost Car Audio (LCC Audio)。這樣就可以變成一個低成本音響方案。這個方案的靈活性是很好的，可以滿足不同客戶的不同需求。

　　AE1-L 產(chǎn)品方塊圖如圖5所示，從連通性來說，AE1-L支持USB Memory、DMP、iPod、SD、CARD READER、HUB等，所支持的音頻包括MP3、WMA、AAC、WAV，AE1-L的內(nèi)部還帶了控制元件，可以做文件系統(tǒng)分析、USB驅(qū)動和SD驅(qū)動等等。從界面來說，可以支持USB I/F、HOST I/F、SD(SPI) I/F、I2S output、Download I/F(64-pin version)和Serial Flash I/F(AE1-LF)等。

　　AE1-L分為5個產(chǎn)品線，分為標(biāo)準(zhǔn)級和車規(guī)級，從封裝上來說分為48-pin和64-pin。其中AE1-L有3款產(chǎn)品是不需要外掛Flash的，AE1-LF有2款產(chǎn)品可以支持外部的Flash自我升級功能，比如你有iPod功能，當(dāng)iPod協(xié)議發(fā)生更改，可以通過外部Flash來對AE1-LF進行升級以支持最新的協(xié)議，實現(xiàn)自我升級的功能，并且全線都支持MCU功能的自升級。

　　64-pin的AE1-L支持?jǐn)?shù)據(jù)下載功能，傳送除了通過USB 存儲器和SD卡讀取音樂文件外，還可以傳送特定文件，傳送圖片數(shù)據(jù)，以給外部的圖形顯示或者由外部MCU進行分析使用的功能。

　　另外一個顯著的功能是MCU自升級功能，MCU可以通過AE1-L來讀取外部USB或者SD設(shè)備的自身代碼系統(tǒng)，實現(xiàn)主控制器的自我升級功能。

　　AE1-L特性歸納來說就是易控制，是簡單設(shè)計的USB memory/iPod/SD音頻系統(tǒng)，并且還具有低成本的特性，是成本優(yōu)化的具有連接功能音響。與此同時，還能實現(xiàn)小面積的系統(tǒng)布局。AE1-L提供兩種尺寸封裝，分別是48-pin和64-pin 封裝，48-pin封裝尺寸是7mm×7mm ，64-pin封裝尺寸是10mm×10mm。客戶可以很容易在現(xiàn)有的音頻播放器方案上增加AE1-L。

　　新的SoCs整合了USB主控制器和音頻解碼功能，因此單芯片SoCs可以直接從USB設(shè)備，SD卡和其他數(shù)碼音樂播放器中播放音樂。擴展功能可以用外部Flash實現(xiàn)。

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　　圖4 傳統(tǒng)的汽車音響使用AE1-L

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　　圖5 AE1-L產(chǎn)品方塊圖

　　AE1-L具有多樣的產(chǎn)品特性。USB 2.0 (FS) 主機界面;豐富的連通性包括USB存儲器、SD卡、iPod和其他音樂播放器;HUB/卡讀取器;特色包括即插即播、內(nèi)置軟件和中間件、可升級、不需要開發(fā)工具;支持多種音頻格式包括MP3/WMA/AAC/WAV;功能更新包括AE1-L(使用內(nèi)部ROM，不需要外部Serial Flash)，AE1-LF(使用外部Serial Flash，可隨時升級軟件)。

　　簡單易控也是AE1-L特性，使用命令可以通過MCU控制AE1-L。瑞薩電子為MASK版本和外部FALSH版本開發(fā)了程序;壓縮音頻解碼(MP3/WMA/AAC); USB主驅(qū)動器;SD驅(qū)動(SPI);USB文件系統(tǒng)(FAT16/32);采用I/F的系統(tǒng)控制器 (API);音頻播放 (play，stop，random等)。在現(xiàn)有的MCU S/W上，客戶僅僅需要增加AE1-L控制命令便可完成。

　　AE1-L開發(fā)工具包括文件、原理圖和固件三個部分。文件包括數(shù)據(jù)表和用戶手冊以及應(yīng)用注解兩部分。原理圖包括示范板的原理圖和PCB布局。固件包括示范板的MCU代碼(78K0和R8C)。

　　AE1-L示范板

　　AE1-L HDK 主要特征：

　　? MCU–R8C/2A，時鐘頻率20MHz，ROM 64KB, RAM 3kB

　　?音頻芯片–音頻解碼

　　?顯示設(shè)備–OLED 256像素×64像素, 支持中英文文字顯示

　　?輸入接口–2個旋鈕(分別帶1個按鍵)，6個按鍵

　　?存儲媒介–支持U盤，SD卡

　　?音頻輸出–4聲道輸出，1耳機輸出

　　?音頻格式–支持MP3，AAC，WMA，WAV格式

　　AE1-L (μPD63911/uPD63551/uPD63531) 和 AE1-LF (μPD63530/ μPD63910) 是集成USB(通用串行總線)主機(Host)控制器的音頻解碼器SoC。適于汽車和消費電子應(yīng)用，如數(shù)字汽車音響。單個芯片上整合了USB 2.0 (全速12Mbps) 主機控制器以及USB音頻系統(tǒng)所需的功能。其內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)集成軟件包括：USB控制，MP3，WMA和AAC解碼功能，WAV文件播放功能，文件系統(tǒng)控制和系統(tǒng)控制功能。用戶開發(fā)的應(yīng)用軟件只需發(fā)送簡單的控制命令。從而極大地縮短了開發(fā)所需的時間。

　　MCU內(nèi)部模塊的驅(qū)動：

　　?Clock

　　?Timer0, Timer1, Timer2

　　?CSI0 (MCU與AE1-LF通訊用)

　　?CSI1 (MCU與Serial Flash通訊用)

　　?I2C(MCU與E-Volume通訊用)

　　?Port (Key/ Rotary encoder/ LED

　　?reset control/ power control)

　　?相關(guān)中斷等等

　　周邊外設(shè)的驅(qū)動：AE1-L，OLED，E-Volume，Serial Flash (字庫，LOG，各圖形標(biāo)識，用戶設(shè)定參數(shù)，恢復(fù)播放信息)。

　　接口內(nèi)容是抽象化的周邊功能和訪問外設(shè)的API，分別為AE1-L，Display，E-Volume，Serial Flash (設(shè)計存儲字庫, LOG, 各圖形標(biāo)識，用戶設(shè)定參數(shù)等)。

　　系統(tǒng)服務(wù)有應(yīng)用服務(wù)(Clock、Timer)和錯誤狀態(tài)管理。

　　通過任務(wù)管理，實現(xiàn)各功能。主要任務(wù)包括：Host任務(wù)(負(fù)責(zé)管理設(shè)備狀態(tài))，AE1-L任務(wù)(實現(xiàn)AE1-L功能(存儲媒介訪問、音頻解碼))，Display任務(wù)(在各種狀態(tài)下顯示人機交互信息)，E-Volume任務(wù)(管理音頻屬性)。

　　事件及信息流表現(xiàn)為，當(dāng)有事件發(fā)生，包括按鍵或者旋鈕，根據(jù)接收對象來分類，消息類型分為AE1-L模塊接收的消息、Display模塊接收的消息、E-Volume模塊接收的消息。值得注意的是，Host模塊只發(fā)送消息，不需要接收其他模塊發(fā)送的消息，Display模塊只接收消息，AE1-L模塊和E-Volume模塊，則根據(jù)場合和功能的不同，既是某些消息的發(fā)送方，也是另外一些消息的接收方。

　　MCU系統(tǒng)時鐘，根據(jù)不同運行狀態(tài)，選用兩種時鐘源：在Power on狀態(tài)下，MCU系統(tǒng)時鐘使用片上高速時鐘，約40MHz(MCU內(nèi)部固定2分頻)。

　　在Power down狀態(tài)下，MCU系統(tǒng)時鐘使用片上低速時鐘，約125kHz。值得注意的是，綜合考慮MCU用到的2種通信模式(時鐘同步串行通訊及I2C通信)，和片上高速時鐘精度(常溫下約2%),Power on狀態(tài)下選用片上高速時鐘。低功耗采用片上低速時鐘，3.3V供電/8分頻條件下，電流消耗145μA。

　　Host的主要機能有系統(tǒng)管理，主狀態(tài)管理;解釋Key和Encoder事件，以及產(chǎn)生相應(yīng)的消息;調(diào)度其他小型服務(wù)，例如：保存和讀取設(shè)置參數(shù)、LED顯示、Watchdog等。

　　HDK為外圍器件提供可控的3種電源，12V/5V/3.3V。在Power down狀態(tài)下，關(guān)閉外圍器件電源，以降低功耗。MCU低功耗，采用片上低速時鐘(約125kHz)方式。理論上，R8C2A在“VCC=3V，系統(tǒng)時鐘為片上低速時鐘，8分頻”的條件下，電流消耗為145μA。

　　為改善系統(tǒng)的可靠性，使用了Watchdog超時復(fù)位功能。在系統(tǒng)時鐘為片上高速時鐘時(在Power up狀態(tài)下)，Watchdog定時約為209ms。當(dāng)系統(tǒng)時鐘為片上低速時鐘時(在Power down狀態(tài)下)，Watchdog定時約為512ms。

　　目前軟件占用MCU的資源有ROM Code 40kBytes;ROM Data 11k Bytes;RAM 2kBytes。

　　問答選編

　　問：這個音響方案對于電源干擾的問題如何解決的?

　　答：我們在電源電路上增加了大電容濾波以及穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓，通過LDO模塊實現(xiàn)去除外部電源抖動。

　　問：請專家介紹MCU自主升級功能?在什么情況下升級?如何操作?

　　答：如果客戶需要修改整個產(chǎn)品功能或者其他要求，就可以通過u盤對MCU進行升級。

　　問：在汽車設(shè)計的哪些領(lǐng)域用到這個芯片呢?

　　答：汽車音響等需要音頻解碼的都可以用到。

　　問：內(nèi)置Flash有多大，外置允許多大?

　　答：內(nèi)置Flash是無法對用戶開放的，用戶無法使用，因此不必要關(guān)心。外部Flash，您可以根據(jù)相應(yīng)的AE1的firmware的大小進行選擇合適的Serial Flash大小，目前大概是100kB。

　　問：器件是否支持iPhone/iPad/iPod的USB播放?是否支持藍(lán)牙?

　　答：支持iPhone/iPad/iPod的USB播放。不支持藍(lán)牙，但可以通過MCU外接藍(lán)牙模塊。

　　問：AE1-L/F實現(xiàn)了簡單易控的無機芯汽車音響，那么對環(huán)境有什么要求呢?

　　答：芯片本身對環(huán)境沒有特別的要求，完整方案需要注意EMC設(shè)計。

　　問：AE1-L除了實現(xiàn)USB Module功能還具有什么特性?

　　答：AE1_L除了支持USB之外，還可以支持SD卡、USB HUB，也可支持ipod(某些型號的AE1)，另外，可以支持音量大小的調(diào)節(jié)。

　　問：請介紹AE1-L的功耗和降功耗特性?

　　答： AE1-L這款示范板正常運行的功耗大概在200mA左右，低功耗模式下大概在5mA左右。

　　問：和AE1-L接口的MCU有哪些類型?采用什么樣的通信接口?

　　答： AE1_L和MCU的通訊方式是CSI，另外加RTS和CTS兩個PIN，也就是說總共5個PIN:CLK、SI、SO、RTS、CTS。DEMO板有兩種：78K0和R8C MCU。

　　問：要支持視頻處理功能等多媒體功能,AE1-L需要增加什么外部器件?

　　答：可以使用帶視頻解碼的MCU或者單獨外接視頻處理芯片。Renesas有相關(guān)帶音頻和視頻解碼的MCU，例如SH2A系列。

　　問：“無機芯”是何具體概念?

　　在線座談(Online Seminar)是中電網(wǎng)于2000年推出的創(chuàng)新服務(wù)，通過“視頻演示+專家解說+在線問答”三位一體相結(jié)合的形式，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺的便捷性，實現(xiàn)了先進半導(dǎo)體技術(shù)提供商與系統(tǒng)設(shè)計工程師的實時互動交流，其形式和內(nèi)容都廣受電子行業(yè)工程師的好評。