便携多媒体播放器PMP演示系统设计

1、清 华 大 学综 合 论 文 训 练题目：便携式多媒体播放器PMP演示系统设计系 别：电子工程系专 业：电子信息工程姓 名：曲浩指导教师：李兆麟 副研究员2007年6月26日中文摘要本论文主要介绍了中国移动存储标准的演示验证系统的设计工作，该系统实现一个支持多卡存储的便携式多媒体播放器PMP，通过对不同的存储卡标准的性能进行比拟演示验证中国移动存储标准的优越性能。论文中具体介绍了在系统设计中完成的性能需求分析、芯片方案选择、结构原理设计和电路设计等过程，并且对照原理图分模块详细地介绍了基于AU1200处理器的设计方案。关键词：中国移动存储标准，PMP，AU1200ABSTRACTThe the

2、sis is mainly about the design of Chinese mobile memory standard demonstration system, which implements a Portable Multimedia Player (PMP) which supports multiple cards. It shows the better performance of Chinese mobile memory standard by comparing with other mobile memory cards.In the thesis, it is

3、 concretely introduced that the work I completed in the system design. It includes the performance requirements analysis, the scheme and chip selection, the structure and elements design, the circuit design and so on. Particularly, I introduce every schematic diagram module of my design scheme which

4、 uses AU1200 processor.Keywords：Chinese mobile memory standard，PMP，AU1200主要符号对照表PMP Portable Multimedia Player 便携式多媒体播放器MMC卡 MultiMedia Card 多媒体卡SD卡 Secure Digital Card 平安数字卡SM卡 Smart Media Card 智能媒体卡MS卡 Memory Stick 记忆棒CF卡 Compact Flash 小型闪存卡XD卡 Extreme Digital Picture Card / XD-Picture Card 极度数字图像

5、卡 / XD图像卡QCIF 标准化图像格式，分辨率176144象素QVGA 标准化图像格式，分辨率360240像素FLASH 闪存SOC System On Chip 片上系统SDRAM Synchronous Dynamic Random Access Memory 同步动态随机存取存储器 / 内存ROM Read Only Memory 只读存储器DDR Double Date Rate 双倍数据率TFT LCD Thin-film transistor Liquid Crystal Display 薄膜晶体管液晶显示屏USB Universal Serial Bus 通用串行总线UART

6、 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 通用异步收发器JTAG Joint Test Action Group 指JTAG提出的测试接口DSP Digital Signal Processor 数字信号处理器BSP Board Support Package 板级支持包LVTTL Low Voltage Transistor-Transistor Logic 低电平晶体管-晶体管逻辑目 录 TOC o 3-3 t 标题 1,1,标题 2,2,标题 1_无编号1,1 第1章引言 PAGEREF _Toc171756426 h 11.1 课题的背景

7、： PAGEREF _Toc171756427 h 1 移动存储卡 PAGEREF _Toc171756428 h 1 中国移动存储标准 PAGEREF _Toc171756429 h 3 便携式多媒体播放器 PAGEREF _Toc171756430 h 31.2 课题的目标： PAGEREF _Toc171756431 h 51.3 课题的意义和实用价值 PAGEREF _Toc171756432 h 5 课题的意义 PAGEREF _Toc171756433 h 5 课题的实用价值及前景 PAGEREF _Toc171756434 h 6第2章PMP演示系统性能要求 PAGEREF _T

8、oc171756435 h 72.1 存储器 PAGEREF _Toc171756436 h 72.1.1 NAND型FLASH PAGEREF _Toc171756437 h 72.1.2 NOR型FLASH PAGEREF _Toc171756438 h 82.1.3 SDRAM PAGEREF _Toc171756439 h 92.1.4 SD/MMC卡 PAGEREF _Toc171756440 h 10 中国标准移动存储卡 PAGEREF _Toc171756441 h 102.2 显示屏 PAGEREF _Toc171756442 h 102.3 操作系统 PAGEREF _Toc

9、171756443 h 112.4 音频/视频输出 PAGEREF _Toc171756444 h 12 音频输出 PAGEREF _Toc171756445 h 12 视频输出 PAGEREF _Toc171756446 h 122.5 主要接口 PAGEREF _Toc171756447 h 132.5.1 USB接口 PAGEREF _Toc171756448 h 132.5.2 UART串口 PAGEREF _Toc171756449 h 132.5.3 JTAG接口 PAGEREF _Toc171756450 h 14 以太网接口 PAGEREF _Toc171756451 h 14

10、2.6 GPS模块 PAGEREF _Toc171756452 h 152.7 电源 PAGEREF _Toc171756453 h 15第3章方案调研及芯片选型 PAGEREF _Toc171756454 h 173.1 Intel的PXA270 方案 PAGEREF _Toc171756455 h 17 主频 PAGEREF _Toc171756456 h 18 多媒体播放 PAGEREF _Toc171756457 h 18 外围接口 PAGEREF _Toc171756458 h 18 图象处理 PAGEREF _Toc171756459 h 18 电源管理 PAGEREF _Toc1

11、71756460 h 183.2 AMD的AU1200方案 PAGEREF _Toc171756461 h 18 主频 PAGEREF _Toc171756462 h 19 多媒体播放 PAGEREF _Toc171756463 h 19 外围接口 PAGEREF _Toc171756464 h 19 图象处理 PAGEREF _Toc171756465 h 20 极低功耗 PAGEREF _Toc171756466 h 203.3 飞思卡尔的i.MX31方案 PAGEREF _Toc171756467 h 20 主频 PAGEREF _Toc171756468 h 21 多媒体播放 PAGE

12、REF _Toc171756469 h 21 外围接口 PAGEREF _Toc171756470 h 21 图象处理 PAGEREF _Toc171756471 h 21 电源管理 PAGEREF _Toc171756472 h 213.4 其他方案 PAGEREF _Toc171756473 h 223.5 各芯片比拟分析 PAGEREF _Toc171756474 h 223.5.1 PXA270处理器 PAGEREF _Toc171756475 h 223.5.2 AU1200处理器 PAGEREF _Toc171756476 h 22 i.MX31处理器 PAGEREF _Toc17

13、1756477 h 22 其他处理器 PAGEREF _Toc171756478 h 223.6 芯片选型结论 PAGEREF _Toc171756479 h 23第4章演示系统设计 PAGEREF _Toc171756480 h 254.1 系统整体结构 PAGEREF _Toc171756481 h 254.2 系统硬件结构 PAGEREF _Toc171756482 h 264.3 系统原理图设计 PAGEREF _Toc171756483 h 284.3.1 SDRAM PAGEREF _Toc171756484 h 284.3.2 NAND FLASH PAGEREF _Toc171

14、756485 h 294.3.3 NOR FLASH PAGEREF _Toc171756486 h 304.3.4 AU1200存储模块 PAGEREF _Toc171756487 h 314.3.5 SD/MMC接口 PAGEREF _Toc171756488 h 32 音频接口 PAGEREF _Toc171756489 h 33 触摸屏 PAGEREF _Toc171756490 h 344.3.8 LCD PAGEREF _Toc171756491 h 35 串口 PAGEREF _Toc171756492 h 364.3.10 JTAG接口 PAGEREF _Toc17175649

15、3 h 374.3.11 USB接口 PAGEREF _Toc171756494 h 38 以太网接口 PAGEREF _Toc171756495 h 39 其他电路 PAGEREF _Toc171756496 h 40第5章未来工作展望及总结 PAGEREF _Toc171756497 h 415.1 未来工作展望 PAGEREF _Toc171756498 h 415.1.1 SD2.0控制器 PAGEREF _Toc171756499 h 41 电路板 PAGEREF _Toc171756500 h 41 操作系统 PAGEREF _Toc171756501 h 41 应用程序 PAGE

16、REF _Toc171756502 h 415.2 毕业设计总结 PAGEREF _Toc171756503 h 42插图索引 PAGEREF _Toc171756504 h I表格索引 PAGEREF _Toc171756505 h III参考文献 PAGEREF _Toc171756506 h V致 谢 PAGEREF _Toc171756507 h VII声 明 PAGEREF _Toc171756508 h IX引言课题的背景：本课题是设计一款支持中国移动存储标准的便携式多媒体播放器，以下是一些与课题相关的背景：移动存储卡基于闪存的移动存储卡的内部主要由两类芯片构成，一类是控制器芯片，

17、实现了移动存储卡接口标准、数据通讯协议、存储管理和校验、数据平安措施等功能，是整块移动存储卡的关键部件；另一类是数据存储芯片，即Flash存储核，它是数据的实际存储单元阵列。移动存储卡的种类繁多，目前主要有六种，分别为MMC卡、SD卡、 CF卡、MS卡、SM卡以及XD卡。MMC卡全称Multi Media Card，是由西门子公司和SanDisk公司于1997年联合推出，其后成立的MMC协会至今已有84个成员。SD卡全称Secure Digital Card，由MMC卡标准开展而来，由松下、东芝和SanDisk公司联合推出，于1998年首次发布，其后成立的SD联盟成员已超过90个，其中包括IB

18、M，Microsoft，Motorola，NEC，Samsung等知名大公司。CF卡全称Compact Flash，是SanDisk公司1994年最先推出的，至今仍然在使用。MS卡全称SONY Memory Stick，由索尼公司开发，该标准是非公开的，也没有标准化组织。SM卡全称Smart Media Card，由东芝公司于1995年发布，其后成立的SSFDCSM卡早期名称论坛有超过150个成员，也包括Sony、Sharp、JVC、Philips、NEC、SanDisk等不少大厂商，但是现在已经很少见了。XD卡全称XD-Picture CardXD取自于Extreme Digital，是由富

19、士和奥林巴斯联合推出的数码相机专用存储卡。还有另外一些像Mini SD卡，RS-MMC卡，MS PRO等都是在以上这些存储卡的根底上开展而来的。移动存储卡市场分析 REF _Ref170286447 r h * MERGEFORMAT 1单位：百万片2002年2003年2004年2005年2006年2007年XD 卡3.910.9129.47.35SM卡9.43.12.41.80.40.4MMC卡2.53.66.19.912.67.5SD卡14.830.26.498.9133.7177.8MS卡18.425.843.259.682.4108.4CF卡17.617.917.815.814.713

20、.1其他11.22.62.52.92.9总出货量67.692.7148.1197.9254315.1移动存储卡2007年预计市场分布以上是各种移动存储卡的市场分析，其中2007年的资料是根据不完全的数据所得的估计值。由移动存储卡市场分析可以看出，这些存储卡占据了绝大局部市场，而这些存储卡的控制器芯片的核心技术都掌握在国外的半导体公司手中。比方SD卡的控制器主要掌握在SanDisk公司手中，而MMC卡的控制器主要被Samsung公司掌握，而MS卡的控制器那么掌握在SONY公司手中。国内各个企业要想生产或开发相关的产品就需要向相关的组织或公司交纳一定的专利使用费用。中国移动存储标准目前全球移动存储

21、领域并没有一家国际标准，MMC卡、SD卡、MS卡都只是所谓的“事实标准，即几家企业根据技术互补性成立联盟，共同推出一个标准，形成事实上的市场规模，之后对外进行标准使用授权。尽管只是事实标准，但这并不阻碍类似SD联盟等组织获取现实利益，目前SD标准虽不是国际标准，但势力最强，该联盟依然维持着6%的授权费，即联盟外厂商6%的销售收入要交给SD联盟。这局部费用摊薄了中国 、数码相机、MP3、MP4等消费电子产品的净利润。MMC标准联盟目前那么是免费授权，但是天下不会有免费的午餐，没有自己的标准始终会受制于人，中国必须建立起自己的移动存储标准，才能真正实现产业独立。我国为了摆脱在移动存储卡方面处处受制

22、约的现状，2004年2月，信息产业部科技司批准成立了国家移动存储器标准工作组，该工作组的目标是研究和制定我国自己的移动存储标准，推动我国移动存储技术和产业的开展，从而在市场竞争中占据有利地位。目前该工作组正在制定的移动存储标准有三个，分别针对闪存盘、存储卡以及微硬盘三个领域，本课题所涉及的是存储卡标准。便携式多媒体播放器便携式多媒体播放器，英文名称Portable Multimedia Player，字头缩写就是PMP。1999年首次出现在消费电子市场的第一代数字随身听，即个人便携式MP3播放器在全球市场呈现了爆炸性增长态势。仅在中国，个人MP3播放机的销售就从2002年的52.8万台迅速增长

23、至2003年的177万台。MP3播放机采用的存储介质主要是闪存，但随着新技术的成熟，微型大容量硬盘和更高性能存储卡正在逐渐成为便携式消费电子产品的主要存储介质。这一波热潮现在已从音频领域扩展到了视音频领域。便携式MP3播放机的进一步开展便是参加视频，给便携式MP3播放机增加录制、存储及播放视频的功能，从而完成个人消费类视听产品中的一次革命性飞跃，这就是便携式多媒体播放器PMP。用户通过PMP可以从有线电视网络、VCD/DVD播放机、数字摄影机或互联网等下载各种格式的视音频文件、图片、音乐甚至游戏，并通过本机的彩色LCD显示屏或TV显示出来。这种产品的初期目标市场是那些科技时尚人士和娱乐发烧友。

24、但随着产品价格下降和内容资源的不断丰富，会有更多的普通消费者使用这种产品，就像当年的MP3音乐播放器一样。针对高中低PMP不同的用户需求，半导体厂商呈现出各具特色的方案，但根本按高中低分为以下三档：入门级PMP，也称作MP4，其主要特征为：至少能够播放MP3、JPEG和MPEG4视频，分辨率通常在QCIF到QVGA之间，显示屏不大于2.5英寸。通常它仅支持嵌入NAND闪存或者某一类型的闪存卡常见的是SD卡，或者同时支持这两种存储方式，而由于本钱原因不采用硬盘存储。通常采用USB1.1从口，但宣传时号称与USB2.0兼容。至少支持一种主流视频格式，如AVI或MPEG4，但最终用户必须把其电脑上的

25、几乎全部内容都加以转化，才能在PMP上播放。如果JPEG图像的分辨率大于2Mp，那么播放速度会非常缓慢。许多制造商正在把它们的MP3播放器升级成此类PMP，但是也只能升级为此类入门级PMP，因为MP3播放器所采用的处理器处理能力比拟有限。 中端PMP，其主要特征为：通常能够支持比拟多的多媒体格式，比方浏览JPEG、BMP等格式的图片，播放MP3、WMA、MIDI等格式的音频以及MPEG1/2/4、AVI、FLV、3GP、 SWF-Flash、DivX、XviD等格式的视频。另外有些产品可能甚至具有录像功能和CVBS视频输出，而且这类中端PMP需要支持多种游戏平台。中端PMP的LCD尺寸通常为2

26、.53.5英寸，分辨率为QVGA，至少支持USB2.0从口。存储方式既有嵌入闪存也有硬盘存储。高端PMP，与前两档相比其主要特征为：音频与图像回放功能没有太大改变，不过回放速度应该非常快。通常支持全部常见的视频回放格式，包括AVI、MPEG2、MPEG4、3GP、WMV、 RM、RMVB、FLV、SWF-Flash等，并支持H.264编解码达D1分辨率。高端PMP应该至少能够对多种视频格式文件进行SD标准清晰度解码，将来要能到达进行HD高清晰度解码(至少到达720像素)要求的播放器，使得PMP上的HD内容可以直接在HDTV上播放，而且SD/HD内容也不需电脑转码就可以在PMP上播放。高端PMP

27、还应比中端PMP具备更多的功能特性，例如视频录制、移动电视以及GPS导航系统等，是一种以视频娱乐为中心的设备。高端PMP的LCD尺寸通常为3.57英寸，并不断提高连接能力，超越USB2.0从口，扩展到USB2.0主口或者OTG口、Wifi、Bluetooth等，以便更容易从各种不同的媒体源获得内容，硬盘存储容量从20GB到80GB。目前以上三种不同定位的PMP在市场上共存，跟据估计低端市场的需求最大，大约为40%；中端需求次之，大约为35%；而高端产品的需求量那么小于25%。 REF _Ref170287146 r h * MERGEFORMAT 2课题的目标：本课题最终目标是要完成一个具备便

28、携式媒体播放器PMP功能的演示平台，该平台除了具有市场上已有PMP多数功能以外还支持符合中国移动存储标准的存储卡，最终产品的主要用途是对中国移动存储标准中的存储卡标准进行验证及功能演示。鉴于其功能主要是验证和演示中国移动存储标准，所以不需要实现很高档PMP的性能，这里实现了前文所述中端PMP的根本性能，同时具有GPS功能及多种接口。课题的意义和实用价值课题的意义本课题是普天集团下属研究院普天信息技术研究院与清华大学的合作工程。普天信息技术研究院是中国移动存储标准主要开发机构之一，其常务副院长陈庆芳同时也是国家移动存储器标准工作组的组长。本课题所设计的验证演示系统就是为了验证该研究院提出的中国移

29、动存储标准中的存储卡标准的性能，同时比拟其他已有的存储标准的产品与中国存储标准产品在移动电子设备中的性能表现。所以本课题的研究内容同时也是中国移动存储标准研发工作中的一局部。课题的实用价值及前景本课题设计的演示系统实现了PMP的全部必要功能，以及一些高端功能，几乎囊括了目前市场上移动电子产品如智能 、PDA、MP3、PMP对移动存储卡的全部性能要求，可以很好的验证中国移动存储标准的性能，并可以与其他存储卡进行性能比拟。随着中国移动存储标准的出台及推广，各家支持中国移动存储标准的移动存储卡厂商必然要生产自己的复合中国标准的控制器以及存储卡。而本课题所设计的演示验证系统可以成为其产品测量检验的方便

30、工具，通过运行特定的性能检验程序可以判定该产品是否符合中国移动存储标准。这样，本课题设计的系统将有时机量产并进入市场，成为与中国移动存储标准配套的检系统。PMP演示系统性能要求存储器本课题所设计的演示系统同时支持嵌入NAND型FLASH和存储卡两种存储方式，其中存储卡支持SD卡，MMC卡以及符合中国移动存储标准的存储卡，存储容量较大，符合当前移动电子产品大容量存储的要求。NAND型FLASH使用FLASH存储是中低端PMP多用的存储方式，容量不很大但也可满足根本性能需要。本系统由于主要是验证存储卡标准所以并没有使用微硬盘存储的设计，使用FLASH可以以较低的本钱满足系统运行的根本配置。所谓NA

31、ND型FLASH是FLASH的一种类型，与之相对的是NOR型FLASH，两者都具有存储功能，但又有较大的不同。NAND型FLASH是一种外接设备，并不占用系统总线资源。NAND型FLASH管脚信号 REF _Ref170288564 r h * MERGEFORMAT 3以本设计中所使用的8位NAND型FLASH为例，如 REF _Ref170846036 r h 图2.1所示。它只有8位数据线和一些辅助信号，地址和数据都通过这八位进行传输。由于存储量为64MByte，所以地址需要26位，需要通过四个周期进行地址的传输，然后用一个周期进行数据的传输。这种传输模式是通过其他的辅助信号进行控制的，

32、而且要求CPU支持这种模式即内部自带有NAND型FLASH控制器。这种FLASH的优点是管脚较少，连接简单，不占用总线资源，所以可以存储量不受总线限制，而且与NOR型FLASH相比廉价许多，只是控制相对复杂。不过对于使用支持NAND型FLASH的CPU的设计来说，这种FLASH是非常好的存储器选择。本设计选取的NAND型FLASH存储量不是很大，只有512M，因为本设计主要目的是验证存储卡标准，所以不会在FLASH存储上花费较大本钱，这里主要是模拟中低端PMP的存储方式，验证存储卡与FLASH的配合应用。如果需要的话FLASH存储量可以很容易的进行扩展，只要换用存储量更大的NAND FLASH

33、芯片即可。NOR型FLASH本设计中同时也会使用到NOR型FLASH通过总线进行传输，这里它的主要作用就是存储操作系统，在启动的时候系统自动将操作系统代码从NOR型FLASH拷贝到SDRAM中开始运行。NOR型FLASH管脚信号 REF _Ref170288589 r h * MERGEFORMAT 4 REF _Ref170846016 r h 图2.2是本设计所用NOR型FLASH芯片的管脚信号图，比照前面所说的NAND型FLASH可见这里有23根地址线，需要接到CPU的地址总线上，而且还有16位数据线，同样也要接到CPU的数据总线上，这里的所用地址就要占用总线资源，在总线上给NOR FL

34、ASH分配一定的地址空间。可以看出NOR FLASH管脚要多得多，而存储量却不如NAND FLASH，相对价格也要贵一些，所以用NOR FLASH进行数据存储是很不合算的。这里用它作为系统ROM来存储操作系统等启动初始化的必要代码是一种传统的SOC使用方法。其实对于支持NAND FLASH的CPU来说，也可以使用NAND FLASH实现同样功能，不过本设计还是采用了两者都用的方式。如果要去掉NOR FLASH而从NAND FLASH加载操作系统，只需要更改CPU的一些启动加载配置即可。SDRAMSDRAM是Synchronous Dynamic Random Access Memory同步动态

35、随机存取存储器的首字母缩写，俗称内存。它的特点是存取速度比拟快，但是不能长期存储，一旦断电将丧失所有数据。对于一个系统来说，需要把代码加载到内存上然后运行，利用它存取快速的特点，如 REF _Ref170846074 r h 图2.3所示。同时为了弥补它掉电丧失数据的缺点，需要同时配一块能长期保存数据的ROM，通常使用NOR FLASH。系统代码加载示意图在初期SDRAM的根底上又开展出了DDR SDRAM，所谓DDR，就是双倍数据率Double Date Rate的首字母缩写。它是由传统的SDRAM延伸出来的技术，不仅保持同步读取方式，还可以在一个脉冲周期的上升沿和下降沿时分别进行内存读写，

36、即一个时钟周期读写两次，不需要提高时钟频率就可以提高SDRAM的速度。当然这种读写方式也需要CPU的支持。对于本设计来说，两种SDRAM都是可以的，它们之间的区别并不影响本系统的功能，具体选用哪种主要看所选CPU型号支持哪种SDRAM。SD/MMC卡由 REF _Ref169855472 r h 表1.1和 REF _Ref169855438 r h 图1.2的市场分析得知SD卡是市场上使用最多的一种存储卡，作为验证系统将中国移动存储标准存储卡与SD卡进行比拟是很有意义的，所以本设计必须支持SD卡的使用。SD卡的读写需要通过SD卡控制器与CPU进行连接，有些CPU是内置了SD卡控制器的，选用这

37、些型号的CPU时就不需要外接控制器了，只需把SD卡信号线接到CPU特定的管脚即可。SD卡标准实际上是在MMC卡标准之上开展而来的，它的电器标准和物理标准可以向前兼容MMC卡标准，所以在实现支持SD卡的设计的同时也实现了对MMC卡的支持，而且两种卡可以共用同一个接口。至于其他存储卡，MS标准并不公开，而本验证系统也没有必要为实现MS卡而付费；CF卡物理接口比拟大，而本演示系统要求类似市场上的PMP，一定要小巧，所以对于已经支持SD卡的系统来说没有那么大的地方放另外一种接口，同时考虑到CF卡在市场上的应用比拟少，所以就不支持了；其他的标准市场占有率比CF卡还要小，所以也不予考虑。2006年5月SD

38、协会发布了最新版的SD 2.0的系统标准，最大存储量由2G扩大到32G，可以预见这种新标准存储卡会继承SD卡现有的市场地位，所以本演示系统支持SD 2.0标准也是必要的，如果没有内置SD2.0控制器的CPU，那么那么需要外接SD2.0控制器。由于SD2.0标准较新，这类芯片在大陆还很少见，所以本设计还是暂时采用SD1.1的标准，在后续改良中将会参加支持SD2.0标准的设计。中国标准移动存储卡这才是本演示系统的核心，本设计当然必须支持符合中国移动存储标准的移动存储卡，而且还要在配置该卡的情况下完成市场上PMP的主要功能，然后与SD卡等存储卡进行比拟，到达演示验证的目的。显示屏本设计根本按照中端P

39、MP实现，但是作为演示系统，使用更大更清晰的显示屏会有更好的效果，所以本设计采用3.57英寸的TFT LCD显示屏。所谓LCD是Liquid Crystal Display液晶显示屏的首字母缩写，而TFT那么是Thin-film transistor薄膜晶体管的缩写。TFT LCD也简称TFT，这是一种有源矩阵类型液晶显示器,在其背部设置特殊光管,可以主动对屏幕上的各个独立的像素进行控制,这也是所谓的主动矩阵TFT。这样的技术改善了闪烁(水波纹)模糊的现象,有效的提高了播放动态画面的能力。另外TFT有出色的色彩饱和度,复原能力和更高的比照度,在太阳光下依然看的非常清楚,但是比拟耗电,而且本钱较

40、高。不过考虑到系统需求，还是采用效果比拟好的TFT显示屏。另外，参考一些高端的消费电子产品，本设计方案采用触摸屏。最常用的触摸屏是四线电阻式触摸屏，它按照压敏物质受压电阻改变的原理，通过测量到四边的电压反应获得触摸点位置信息，这些数据处理都有专门的芯片完成。操作系统本设计采用WinCE操作系统，它是Windows家族中专门为嵌入式系统设计的操作系统。这种操作系统可以使完整的便携式消费电子产品与现有的Windows桌面技术进行整合，实现面向便携消费电子产品的操作系统。考虑本演示系统的需求，WinCE的包括以下几个优点：它拥有与PC机Windows操作系统类似的界面和应用软件，如Microsoft

41、 Pocket Excel和Microsoft Pocket Word等。它拥有便携式的Internet Explorer浏览器，可以使用便携式设备访问网络，还有便携式的Windows Media Player，支持多种音频视频格式的播放。而且已经有许多可以获取的支持WinCE操作系统的应用程序，可以自主地实现许多其他功能。当然也有一些不方便的地方，比方WinCE系统应用程序与Windows操作系统不兼容，所有PC机上的程序不能直接移植到WinCE上应用，所以对于一些功能的实现增大了难度。不过通过调查，本系统需要的音频视频播放，GPS导航等主要功能对应的应用程序可以获得WinCE版本，所以Wi

42、nCE操作系统是可以满足本设计的要求的。音频/视频输出音频输出本设计中音频输出采用AC97标准。该标准是由5家PC领域中颇具知名度和权威性的软硬件公司于1996年6月共同提出的，这5家电脑公司包括了在主板芯片组领域占有举足轻重位置且市场占有率第一的INTEL公司、声卡业界的龙头新加坡的创新科技公司、在MIDI领域享有盛誉的日本雅马哈公司、芯片组制造大厂美国国家半导体及专门制造信息处理器系统的美国模拟器件公司，同时AC97标准同时也得到了国际上一些其它著名品牌厂商的大力支持和合作意向。AC97标准在当时的提出主要目的就是提供更出色、更高级的音源品质。AC97标准作为一种全新的音源架构，主要就是针

43、对于多媒体市场需求日益迫切的音源信号处理方式和音源硬件加速方式而强化的两项功能，并据此提出了一种切实可行的解决方案。这种解决方案简而言之，就是把它们全部集成在芯片组中，以此来形成一种全新的PC音源架构。它结合了数字处理和模拟处理双方面的优点，一方面减少了由模拟线路转换至数字线路时可能会出现的噪声，营造出了更加纯洁的音质；另一方面，将音效处理集成到芯片组后，可以进一步协助厂商降低本钱。AC97标准的规格主要有数字/模拟信号别离，全面改善信噪比90db；16位立体声全双工数字信号编解码、固定48K采样频率；来自LINE、CD、VIDEO、AUX4种模拟立体声输入；来自麦克风和PC喇叭两种模拟单声道

44、输入；高品质的CD输入；立体声线性输出；可选音调控制；可选高音控制；可选3D立体声增强；可选立体声耳机输出；支持电源管理等。当然，满足AC97标准的音频性能都是由特定的音频芯片实现的。视频输出从PMP概念上应该支持视频输出，比方NTSC / PAL制TV-out或VGA输出等，但是由于本设计以演示验证功能为主，所以并没有必要实现完全的PMP概念，这里采用了只通过显示屏显示视频的设计。主要接口为了制板后调试及应用方便，本系统设计了一些常用的接口，主要包括常见的USB接口包括主口和从口，串口，JTAG口以及因特网接口。主要接口示意图USB接口USB是Universal Serial Bus通用串行

45、总线的首字母缩写，它是1995年微软、康柏、IBM等公司联合制定的一种新的PC串行通信协议。USB协议出台后得到各PC厂商、芯片制造商和PC外设厂商的广泛支持，而且其本身也处于不断的开展和完善中，从0.7、0.8版本到后来广泛采用的1.0、1.1版本，现在已经到了USB 2.0版本。USB有接口简单，传输高速和即插即用的显著优点，现在常见的USB1.1标准传输速率高速和低速分别为12Mbps和1.5Mbps，而USB2.0最高可达480Mbps。随着各类USB外设的广泛应用，USB接口已经成为最重要的接口，本设计当然也不能例外地要支持USB。参考市场上的PMP产品，USB从口Client端是必

46、不可少的，用来与PC机进行数据通信，而一些高端的PMP还有USB主口Host端，即作为主机外接一些USB外设。本设计采用至少一个主接口和一个从接口。另外，可以预见随着技术开展，USB2.0毕将会成为未来的主流接口标准，所以本设计也应该支持USB2.0标准。UART串口UART是Universal Asynchronous Receiver/Transmitter通用异步收发器的首字母缩写，它是用于控制计算机与串行设备的芯片，提供了RS-232C数据终端设备接口，这样计算机就可以和使用RS-232C接口的串行设备通信了。RS-232C接口是目前最常用的一种串行通讯接口，它是在1970年由美国电子

47、工业协会联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准，该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。实际上RS-232C的25条引线中有许多是很少使用的，在计算机与终端通讯中一般只使用3-9条引线。RS-232C接口的物理结构一般是型号为DB-25的25芯插头座，一些设备与PC机连接的RS-232C接口,因为不使用对方的传送控制信号，只需“发送数据、“接收数据和“信号地三条接口线即可，所以通常采用型号为DB-9的9芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。本设计串口主要用来调试时与PC机进行通信，所以本设计只

48、使用了一个9线的串口就够了，而且做成实际产品时可以不再外部留串口接口。JTAG接口JTAG是Joint Test Action Group联合测试行动小组的首字母缩写，这是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试，现在多数的高级器件都支持JTAG协议。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。本设计采用JTAG接口也是用于板子调试的，做成产品后外部同样不用留出JTAG接口。以太网接口参考高端PMP产品，本设计支持以太网接口。从PMP功能的角度上看，可以通过WinCE的Internet Explorer浏览网页或从网上下载各类多媒体资

49、源；从系统开发的角度上看，可以通过网口下载一些必要的应用程序和调试代码，增加一种通信方法。本设计支持现在最常见的10M/100M以太网接口。GPS模块高端PMP相比中低端PMP来说具有更多的特别功能，比方GPS卫星定位系统。GPS模块通过接收卫星发射的GPS信号并经过处理后得到定位和时间信息，配合导航系统和数字地图等应用程序实现GPS定位的功能。本设计用GPS定位作为高端PMP多种功能的一个代表，属于整个演示系统的一个附加模块。通过调查，市场上为便携式产品提供的GPS模块一般精度为10m，通过差分校正后可达1-5m，可以接受20个频道，而大小在25x25mm左右。有些模块是把天线集成在内部的，

50、这样可以防止射频信号对其他电路的干扰，只需要按管脚连好线即可。内置天线GPS模块实物图电源电源是一款PMP很重要的一局部，对于本系统也是一样。首先要保证使用时间足够长，而且电源效率要高，符合市场上常见的供电模式。所以本设计决定采用可充电的锂电池，同时参加通过USB口充电的电路，实现两种充电方式。同时在进行其他模块设计时，也要充分考虑功耗和节电等问题。方案调研及芯片选型Intel的PXA270 方案PXA270处理器是Intel公司2003年底推出的一款专门面向PMP产品的Xscale架构的处理器，由于推出较早，所以相关方案比拟成熟。现在由于Intel公司将Xscale出售给Marvell，In

51、tel公司已经相当于退出了PMP市场，不过这并不影响这款经典芯片的性能。图3.1是它的结构示意图。PXA270结构示意图 REF _Ref170289449 r h * MERGEFORMAT 5这款芯片主要有以下一些特点：主频像Intel其他芯片一样，这款芯片延续了高主频的特点，它的最高频率可达624MHz，运算性能比拟高。多媒体播放配合嵌入式操作系统Linux或WinCE上的应用软件，理论上PXA270可以支持任何媒体格式，并通过软件升级，支持未来的媒体格式。外围接口PXA270支持丰富的外围接口，包括有SD/SDIO/MMC、CF/PCMCIA、MS/MSPRO等存储卡接口，IDE硬盘接

52、口，USB1.1接口，LAN网络接口，以及CMOS/CCD摄像头接口、键盘输入等。图象处理配合2700G多媒体加速芯片，PXA270具备视频加速和3D加速功能，而且可支持400万象素的CCD摄像头，数码摄像功能强大。电源管理参加了wireless MMX技术和SpeedStep动态电源管理技术，不但大大增强了PXA270的媒体处理能力，而且极大降低了系统功耗，延长了电池寿命。AMD的AU1200方案AU1200处理器是AMD公司于2005年1月推出的一款专门面向PMP的基于MIPS架构的处理器，也是PMP市场上应用比拟多的处理器。同样AMD公司也将AU1200的生产线售出，给了RMI公司，也相

53、当于退出了PMP市场，但是这款芯片仍然是比拟适合PMP产品开发的。图3.2是它的结构示意图。这款芯片有以下一些特点：AU1200结构示意图 REF _Ref170289820 r h * MERGEFORMAT 6主频主频最高可达500MHz，虽然没有Intel的产品主频高，不过由于采用的是比同频率的ARM9要快1.7倍MIPS内核，所以500MHZ的MIPS架构的CPU就相当于850MHZ的ARM9芯片，运算能力与PXA270根本不相上下。多媒体播放支持多种播放格式，包括MPEG-1，MPEG2、MPEG4、WMV9、H.263，Div X，XVID，MP3, WMA, WAV, ASF,

54、AVI, JPEG等，支持DVD 视频质量 720480，同时可以扩展到大型显示屏1,024768。外围接口AU1200也支持丰富的外围接口，包括有SD/SDIO/MMC存储卡接口、CMOS摄像头接口、USB2.0接口、IDE硬盘接口和以太网接口等。虽然没有PXA270那么丰富，但是考虑本演示系统的性能需求，这些已经可以根本符合条件了。另外这款芯片支持DDR SDRAM，双倍数据率，数据处理效率更高。图象处理AU1200芯片内部集成了媒体加速引擎，不需要外部DSP配合，因而可以简化编程环境并减少组件，不需要多媒体转码，而且具有叠加和混合功能的LCD控制器。极低功耗AU1200设计时考虑了低功耗

55、，采用动态休眠技术，运行在主频400MHz时功耗仅有400mW。飞思卡尔的i.MX31方案飞思卡尔freescale公司的i.MX31是2006年问世的一款基于ARM11架构的面向高端便携式产品的处理器。图3.3是i.MX31的结构示意图。i.MX31结构示意图 REF _Ref170290161 r h * MERGEFORMAT 7这款芯片主要有以下一些特点：主频这款芯片主频400MHz，不过由于利用了飞思卡尔的Smart Speed技术架构，使得设计者能以较低的有效周期/指令eCPI和极低的功耗实现并行处理，几乎消除了等待状态，使处理器能到达与高主频处理器相同的性能，但又不会产生高运行频

56、率导致的高功耗。多媒体播放i.MX31支持实时的MPEG-4和H.263图象编解码，支持PacketVideo、RealNetworks和Windows Media Player彩图转换。有特色的是这款芯片提供了更强的数字版权管理，可为运营商提供针对恶意效劳攻击、效劳偷窃、配置保护和克隆问题的保护；对内容提供商来说，它能够拦截对许可内容的非法访问，从而防止非法使用和传播；对消费者来说，它可以禁止他人访问私有数据，从而防止身份偷窃。不过对于本设计并不很需要这项功能。外围接口i.MX31集成了高速USB On-The-GoOTG端口，能够连接PC或PC外围设备，而不会影响PC运行，还集成了一个高速

57、USB Host和一个全速USB Host，用以连接WiFi、蓝牙和蜂窝基带等外围设备。当然也支持存储卡SD/SDIO/MMC、CF/PCMCIA等接口。而且这款芯片也同样支持DDR SDRAM读写。图象处理i.MX31具有多媒体加速器eMMA，可以完成独立的预前和预后处理模块，支持CIF、QVGA，帧率为30帧/秒。它还具有16/18彩色LCD控制器，配有片上图像处理单元，能够提供高达VGA 640480 30fps的视频质量。电源管理智能电源管理支持三种模式：运行、休眠、停止模式。提供智能LCD，节省电力。其他方案除了以上三种比拟常见的方案以外，还有SigmaDesigns西格玛公司的EM

58、8510方案、TI德州仪器公司的DM320方案、凌阳公司的SPCA536方案、NXP公司的PNX1500方案以及ADI公司的blackfine系列方案等。以下结合本设计的性能要求比拟各种方案的特点，最终选取一种芯片作为核心处理器。各芯片比拟分析PXA270处理器这款芯片根本符合本设计的性能要求，但是也有一些缺点。首先他需要外带DSP进行图像处理，这使得设计变得复杂而且增大了电路板面积。另外，由于这款芯片推出较早，所以一些接口已经跟不上现代的需要，比方只支持USB1.1接口，而现在USB2.0标准已经推出一段时间了。考虑本系统的性能要求和应用领域仅支持USB1.1是不够的。AU1200处理器这款

59、芯片与PXA270根本不相上下，但是它支持USB2.0接口，而且内置图像处理模块，不需要外部DSP。这款芯片对于存储卡只支持SD/MMC，不支持CF接口，不过考虑到本设计的性能要求，这个是无关紧要的。所以说AU1200相对于PXA270来说更适合本设计的要求。i.MX31处理器这款芯片原为智能 专门设计，接口类型虽然比拟丰富，但是并不完全适用于PMP，而且音频视频的处理能力比拟一般，MPEG-4播放不流畅，也无法处理MPEG-2视频。总体来说这款芯片并不适用于本设计，针对智能 开发的一些高性能在本设计中完全使用不到，而本设计关心的一些性能它的表现却不如前两款。其他处理器其他方案的处理器在市场上

60、都有所应用，但是在性能方面都和本设计的要求有或多或少的差距，而且有些也不易获得。比方SigmaDesigns的EM8510主频只有200MHz，而且在中国大陆还没有代理商。而TI的DM320必须配合ARM处理器使用，本钱比拟高。凌阳的SPCA536价格低廉，但是支持的格式非常有限，面向低端PMP，功能单一，视频图像解码能力也比拟差，不能满足本系统性能要求。至于ADI公司的blackfine系列产品，性能根本能符合要求，但是只支持Linux操作系统，不支持WinCE系统。芯片选型结论根据性能需求的分析，本演示系统把芯片选型定在PXA270和AU1200之间。在设计初期本系统采用PXA270方案，