個人多媒體進入車載應用對SoC平臺的技術要求分析
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實現的方案
由于汽車OEM的設計周期較長，因而一種成熟的車載信息娛樂系統不太可能在一個產品周期中突然成為現實，而是必定要從包括標準調諧器、模擬信號處理器和傳統的光存儲器(CD)的現有系統不斷發展改進。
下一步將是已在興起的數碼音頻潮流，但在未來幾年內，模擬信號處理將完全讓位于DSP、數字IF調諧器、為數字媒體定制的電源系統以及包括大量媒體處理的存儲器。
接下來將是導航、遠程通信和視頻——不過目前還難以預測特定的功能如何實現。最后，信息娛樂系統將包括收音機和GPS、蜂窩和數字視頻廣播接收機。
汽車電子設計工程師面臨的問題相當有挑戰性：未來十年左右，他們大概還需要創建多少全新的架構？
一種觀點認為，將來只存在一種配置性能很強的架構，而且同樣重要的是——車載信息娛樂系統將沿著與家庭娛樂系統非常相似的道路發展，家庭娛樂系統在過去三四年一直風光無限。
下一代信息娛樂系統
下一代車載信息娛樂系統的基本要求已很明確：高性能、配置性能強以及能夠處理多個多媒體數據流。
這些要求顯然指向一組輔助屬性：高性能數字信號處理、RTOS以及標準化的進程間通信(由保留裕量的軟件架構來支持)。
繼家庭娛樂模式之后，硬件實現很可能是一個雙核心(RISC/DSP)SoC，在上面運行RTOS及專門針對多媒體和流媒體要求而調整的第二個操作系統環境。
首先考慮RTOS，表1列出了雙核心RISC/DSP通信所需的RTOS增強功能。
當然，流式多媒體的軟件環境必須與RTOS協同操作——但是其功能卻差異很大，因為軟件環境是處理流媒體，而流媒體的格式和編解碼器變化異于常規。
流媒體軟件架構首先是一個組件框架，要求：1.構建和連接組件的協議要統一；2.API一致或相似；3.支持組件同步；4.發展路徑清晰。架構的一項關鍵特性是每個組件都不應該有全局意識。換句話說，I/O可以通過應用程序進行配置。
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表1：RTOS要求和增強功能。 |
流媒體也對硬件架構有特殊要求，首先是DSP。例如，VLIW架構就較理想，因為此架構一個時鐘周期內可處理多條指令。
多個多媒體數據流需要低延遲方能正常運行，使用此架構則有助于獲得更高的工作效率。其他較理想的DSP特征包括：用于計算的硬連接指令、用于快速計算的大寄存器以及額外的特殊內存緩存，以增強性能。
DSP內核——需要VLIW
十幾年前，TriMedia內核就將VLIW架構引入商用IC世界，從那以后不斷升級。它開始是作為媒體處理器，因此非常適用于汽車信息娛樂計算。
TriMedia采用37個處理單元和128個32位寄存器，每個時鐘周期可最多處理5條指令。因此，以300MHz的時鐘速度，每秒鐘最多可執行100億次操作。
其集成式內存控制器可以操作處理16MB到256MB的統一標準型DDR SDRAM內存系統。以最高400MHz的時鐘速度使用32位寬數據，數據率最高可達1.6Gbps。
如上所述，兼容各種編解碼器和格式標準是必需的。
TriMedia內核可兼容所有主流的音頻和視頻標準，包括MPEG-2、MPEG-4、DV、RealNetworks和DivX-5。對于音頻應用，它提供八進制的數字音頻輸入及S/PDIF(杜比數字)輸入和輸出。其他幾項特性包括：
1. 針對DVD播放功能的32位、33MHz集成式DVD解擾器；
2. 帶集成PCI總線仲裁器的MHz PCI 2.2接口，最多4個主接口；
3. 16個專門的通用I/O針腳，適合用作軟件I/O針腳、外部中斷針腳、用于系統事件計時器/計數器的時鐘源/門，以及模擬高速串行協議；
4. 各種視頻功能。
RISC內核
RISC內核用作控制器使其功能更為通用。但是，因外圍設備很多而且要求苛刻，其性能并不能縮水。RISC內核可運行操作系統、執行某種應用軟件、監控系統調試情況，通常還會處理圖形用戶界面(GUI)。
它還控制I/O塊，例如UART、USB內核和藍牙內核，并處理所有內存管理。
通常選擇32位內核，例如ARM926EJ(時鐘速度為150MHz或更高，并具有多管道和高速緩存相當大等架構特性)，與多數SoC上的DSP共同分擔CPU任務。
ARM926EJ結構簡圖如圖1所示。
集成化平臺
將DSP和RISC核心以及RTOS與流媒體軟件架構集成在一起的平臺策略，似乎是車載信息娛樂系統必然的選擇。不論對每個組件，還是對平臺，娛樂系統專業技術都極為關鍵。
例如，SoC平臺(如飛利浦半導體公司的Nexperia汽車平臺)可接收、解碼、后期處理并顯示具有不同格式的多個視頻數據流，包括支持無線電、多通道音頻和視頻源。
為處理流媒體，需進行以下架構創新：
1. 采用高級通信和同步技術的統一標準內存架構；
2. 確保系統可預測性、易于編程、與ISV協同工作及所承諾的實時行為的基礎設施架構；
3. 與硬件架構互補的軟件架構。
在Nexperia汽車平臺中，ARM內核處理高級OS、控件和應用軟件。TriMedia內核處理無線電接收所需的音頻和信號處理，以及視頻(如果適用)的壓縮和解壓縮，及其他數據密集型處理任務。兩個CPU都是單一集成系統的一部分。
共享統一的內存使其可以有效地通信，以簡單的方式共享數據，并可大幅降低內存成本——對于非常占用內存的應用程序效果顯著。
每個處理器內核幾乎可以尋址任何外圍設備——但每個外圍設備都分配給其中一個內核的任務域。這樣，通過分離應用中的問題(流媒體與控制任務)，可保證汽車應用程序實時行為的整體系統性能。
在高層級角度，Nexperia汽車架構包括三個任務域(參見圖2)。主干是基礎架構，其將外部SDRAM和SoC外圍設備連接，以實現高處理量和低延遲訪問。
剩余兩個域是ARM基礎架構，其將ARM內核連接到其域中的外圍設備。TriMedia內核采用相同的方法。這使得處理器無需多余的干預，即可執行特定域處理。此外，該基礎架構包括連接ARM和TriMedia總線的交叉橋，使每個處理器的內存映射I/O訪問能夠控制或觀察到所有外圍設備的狀態。
應用圖表中定義了不同CPU之間的通信和流路徑。它由流框架提供支持，并根據平臺要求的處理類型進行配置。根據當時正在處理的數據類型，可以動態創建、連接、配置及破壞專用的信號處理模塊。如此便可實現平臺的輕松編程和模塊的快速集成。
TriMedia流框架和ARM高級OS與基礎架構緊密連接，以確保系統的可預測性。根據函數類型，必須針對計時要求進行權衡折衷，例如無線電和TV接收的硬實時狀況、視頻和媒體支持功能的軟實時狀況，以及“盡力”獲取接入服務。
該基礎架構還能夠與獨立軟件供應商(ISV)協同工作，并保證實時行為。這種穩健性在汽車領域是不可或缺的。
Nexperia平臺實際上早就參與了下一代DSP/RISC SoC的研究發展，其將信號處理分派給多個內核，每個內核都由專門的硬件加速器提供支持，這些加速器均由設計者使用高級編程語言(如C語言)進行軟件配置。
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