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數字視頻技術無疑將重塑整個電子行業的面貌。當然，數字視頻技術也正在使我們的視頻體驗、傳輸以及交互方式發生著深刻的變化，開始進入汽車、計算機、移動電話及網絡。過去，工程師們在實施數字視頻時選擇非常有限，硬連線以及基于ASIC的方案總是限制著器件的用途、功能，以及它們的自適應性；雖然專用器件的靈活性稍高于ASIC，但是，面對日新月異的多媒體標準與應用，它們的效用仍然很有限；而且缺少具有足夠性能、成本足夠低、靈活性足夠高的數字視頻開發平臺。 為了解決這些難題，德州儀器公司提供了一種很好的解決方案，即基于達芬奇(DaVinci)技術及其產品（如TMS320DM6446），以簡化數字視頻創新。包括兩個基于數字信號處理器(DSP)的片上系統(SoC)以及多媒體編解碼器、應用編程接口(API)、框架與開發工具等。這些集成型組件是業界最早推出的、完整的開放式平臺產品，無需具備廣泛的數字視頻專業技能即可實現數字視頻創新。對采用達芬奇技術的產品而言，為應用添加視頻功能變得像API編程一樣簡單，不僅可為OEM廠商節約數月的開發時間，而且還能大幅降低整體系統成本。 達芬奇(DaVinci)技術 達芬奇技術由達芬奇處理器、達芬奇軟件、達芬奇開發工具和達芬奇技術支持系統等組件優化構成。其中，達芬奇處理器基于業界最高性能的DSP平臺－TI TMS320C6000，利用了TI最新的C64x+ DSP內核。達芬奇處理器包含基于可擴展、可編程DSP的SoC(可從DSP與ARM內核進行定制)，同時還包含優化的加速器與外設，以全方位滿足各種數字視頻終端設備對價格、性能以及功能等多方面的需求。 運行于達芬奇處理器之上的達芬奇軟件充分利用芯片資源。其內置于可配置的框架內，通過流行操作系統內部已公布的API提供，以實現快速的軟件實施。 達芬奇技術為各種應用領域及設計提供一系列工具與套件，其中包括：低成本入門工具、完整的開發套件以及參考設計，以加速OEM廠商的設計與開發進程。ARM/DSP集成開發環境(IDE)、操作系統工具以及DSP工具使開發人員能夠在熟悉的環境中編程，同時還能獲得達芬奇技術的優勢。 為了加速OEM廠商的產品上市進程，達芬奇技術的支持體系包括端到端視頻環境、系統集成商、以及具備達芬奇技術知識和視頻系統專業知識的軟硬件解決方案供應商。TMS320DM6446芯片就是達芬奇(DaVinci)技術的杰出代表。 TMS320DM6446的結構特點 TMS320DM6446的結構圖如圖1所示。 結構特點 （1）高性能。采用低功耗、高性能的32位TMS320C64x內核和ARM926EJ-S內核，工作頻率分別高達594MHz和297MHz；支持多媒體處理技術，采用的是TMS320C64x DSP內核，增強了對視頻和音頻的解碼能力。 （2）低功耗。多電源管理模式，雙內核電壓供給為1.6V；ARM926EJ-S內核具有16KB指令和8KB數據Cache，TMS320C64x DSP內核具有32KB程序RAM/Cache、80KB數據RAM/Cache及64KB未定義RAM/Cache；支持3.3V或1.8V的I/O接口和存儲器接口。 （3）專用的視頻圖像處理器和視頻處理子系統。專用的視頻圖像處理器用于對視頻數據處理；視頻處理子系統包括1個視頻前端輸入接口和1個視頻末端輸出接口，視頻前端輸入接口用于接收外部傳感器或視頻譯碼器等圖像，視頻末端輸出接口輸出圖像到SDTV、LCD、HDTV等顯示屏上。 （4）存儲容量。有256MB的32位DDR2 SDRAM存儲空間，128MB的16位FLASH存儲空間。 （5）眾多的外設。64通道增強型DMA控制器；串行端口（3個UARTs、 、SPI、音頻串口）；3個64位通用定時器；10/100M以太網；USB2.0端口；3個PWM端口；多達71個通用I/O口；支持MMC/SD/CF卡等。 （6）時鐘控制。時鐘源：27MHz系統振蕩器；24MHzUSB振蕩器。 ARM926EJ-S內核 ARM926EJ-S內核是采用管道化流水線的32位RISC處理器，同時配備Thumb擴展。它能夠處理32位或16位的指令和8位、16位、32位的數據。它通過使用協處理器CP15和保護模塊使體系結構得到增強，并提供數據和程序內存管理單元（MMU）。 MMU具有兩個64項的轉換旁路緩存器（TLB）用于指令和數據流，每項均可映射存儲器的段、大頁和小頁。為了保證內核周期的存取指令和數據，提供了獨立的16K字節指令Cache和8K字節數據Cache，指令和數據Cache都是通過VIVT四路連接。另外，還提供一個寫緩沖用于提升內核性能，其緩沖數據容量高達17字。 TMS320C64x DSP內核 TMS320C64x DSP內核構建在VelociTI.2體系結構的基礎上，是VelociTI.2體系結構的進一步增強，以其C64x內核的先進超長指令字（VLIW）結構，獲得當前應用設備所需要的極高性能。 在結構上其特點為：1)C64x片內有2個數據通道、8個功能單元和2個一般目的寄存器文件（A和B）。而8個功能單元和2個寄存器文件又分成了相同的兩組，每組占用一個數據通道。兩個數據通道之間包含有兩個數據交叉通路。2)C64xDSP采用超長指令字（VLIW），即在每個時鐘周期最高可提供8條32位指令，總字長為256位的指令包同時分配到8個并行處理單元。在594MHz的時鐘頻率下，當片內8個處理單元同時運行時，其最大處理能力可以達到4800MIPS。3)C64x DSP具有雙16bit擴充功能，芯片能在一個周期內完成雙16位的乘法、加減法、比較、移位等操作。C64x通過把DSP運算壓縮在較少的周期里，加速通信和圖像應用。在增強并行性的擴展中，四組8位/兩組16位指令允許每秒進行約90億次8位乘法上累加周期(MAC)運算。 系統控制功能 TMS320DM6446微處理器的系統控制模塊提供了看門狗(WT)、中斷控制器、電源管理控制器、復位控制器及2個片上振蕩器。 視頻處理子系統（VPSS） TMS320DM6446中的視頻處理子系統有兩個接口，分別為用于視頻輸入的視頻前端輸入（VPFF）接口和用于圖像輸出的視頻末端輸出(VPBE)接口。 視頻前端輸入（VPFE）接口由1個CCD控制器(CCDC)、1個預處理器、柱狀模塊、自動曝光/白平衡/聚焦模塊（H3A）和寄存器組成。CCD控制器可以與視頻解碼器、CMOS傳感器或電荷耦合裝置連接；預處理器是一個實時的圖形處理器，它把CMOS或CCD得到的原始圖形從RGB（三原色）轉變為YUV4:2:0編碼；柱狀模塊和H3A模塊則提供原始圖形信息。 視頻末端輸出（VPBE）接口由1個在線視頻顯示處理器（OSD）和1個視頻編碼器組成。在線視頻顯示處理器既能夠顯示兩組獨立的視頻窗口或兩組獨立的OSD窗口，還可以以1個視頻窗口、1個OSD窗口和1個屬性窗口的形式顯示。視頻解碼器以54MHz進行D/A轉換，可以提供NTSC/PAL、S等格式的視頻或音頻輸出。 電源管理 TMS320DM6446有三種電源管理模式：備用電源模式、低功耗運行模式和正常運行模式。備用電源模式下運行的功耗是最低的，DSP核和視頻處理器子系統都不運行，除了通用I/O、UART和PWM運行以外，其他的外設都不運行，而且只有27MHz時鐘工作。低功耗模式下，僅僅運行一些ARM的基本功能，DSP核和視頻處理器子系統也都不運行，除了通用I/O、UART、PWM、SPI和定時器運行以外，其他的外設都不運行，而且也是只有27MHz時鐘工作。正常運行模式下，除了所有的模塊和外設都可以運行外，兩個時鐘也正常運行。 外部存儲器接口 在TMS320DM6446中有與幾種形式的外部存儲器接口：異步EMIFA（NOR Flash、SDRAM）、NARD Flash以及CF卡等。異步EMIFA包括1個8位或16位數據線，1個24位地址總線，4個專用片選線，支持的存儲接口有NAND、ATA/CF、主機端接口。NAND接口包括的存儲類型有NAND卡、SM卡和xD卡。DDR2存儲控制器用于與16位或32位的DDR2 SDRAM連接。DDR2 SDRAM在達芬奇(DaVinci)技術中有很重要的作用，它可以用來緩沖視頻輸入圖形數據，作為OSD的緩沖器，存儲ARM和DSP代碼等。 外圍控制模塊 TMS320DM6446有3個64位通用定時器和3個PWM模塊。其中定時器0和1具有32位通用定時器模式，定時器2具有WD模式以及產生ARM和DSP中斷，產生EDMA同步事件。而PWM模塊既可以作周期性記數，也可以作重復記數。 TMS320DM6446微處理器有64個獨立的通道高級DMA控制器。DMA控制器用于可響應內部和外部設備的請求。在MPU TI926(ARM926EJ-S)運行條件下，完成外部寄存器/內部寄存器和外部設備之間的數據傳輸。DMA的設置取決于MPU TI926(ARM926EJ-S)內核。 GPIO外設控制器可以配置通用管腳為輸入或輸出。當配置為輸出管腳時，寫內部寄存器可以控制輸出管腳的狀態。當配置為輸入管腳時，可以通過讀內部寄存器的狀態位知輸入的狀態。此外，GPIO外設可以產生CPU中斷和DMA事件。GPIO管腳以16個為一列，它支持的功能如下：54個1.8V GPIO管腳和17個3.3V GPIO管腳；從O列開始每列有8個GPIO[0:7]中斷，可以在上升沿或下降沿觸發中斷等。 TMS320DM6446支持多種串行接口：（1）3個UART接口，其中UART2具有的功能是：對于接收器和發送器的FIFO有16個字節的存儲空間，DMA既可以接收數據也可以發送數據，在自動控制時可編程自動發送請求和自動清除請求，還具有內部診斷功能。（2）SPI外設，它提供一個可編程長度寄存器，通過3或4線接口與其他SPI設備連接。（3） 接口，可以與遵守總線2.1規約的其設備連接。在模式下通過2條串行總線可以發送/接收8位數據。（4）音頻串行接口（ASP），ASP模塊具有的功能為：全雙工通信，直接與媒體數字信號編解碼器、A/D、D/A等連接。 此外，還有USB2.0接口，USB2.0具有以下特點：作為外設時可達到高速480Mb/s和全速12Mb/s傳輸，作為主機時可以進行高速、全速和低速傳輸，與標準的UTMI+ PHY接口連接，FIFO中還有4K可編程RAM。 以太網控制器（EMAC）模塊在網絡與芯片間提供一個接口，支持10M/100M以太網的訪問，支持硬件流控制和QOS。 數據輸入/輸出管理（MDIO）模塊是用于管理與芯片相連的PHY設備。主機軟件使用MDIO模塊配置每個PHY對應EMAC的參數，找回對應結果，以便于在EMAC模塊配置所需的參數。 達芬奇技術及其芯片的應用和開發前景 由于達芬奇技術成功實現數字視頻需要四大要素的最新進步，即：處理器、開發工具、軟件以及系統專業技術，因此達芬奇技術為數字視頻的當前變革打下基礎。 顯著降低系統成本 達芬奇技術利用數字信號處理與集成電路專業技術來提供高度集成的片上系統(SoC)，集成了可編程數字信號處理器(DSP)內核、ARM處理器、視頻加速協處理器、存儲器、I/O帶寬、平衡的內部互連以及專用外設組合，使硬件材料清單成本降低了50%。 集成代碼的數字視頻子系統的 硬件和軟件 為了真正意義上地讓開發人員克服最初的障礙并且加快產品上市進程，完整的達芬奇軟件架構涵蓋低級的OS驅動程序乃至應用API，使開發人員無需投入過多力量編寫及優化編解碼器或進行DSP編程，即能夠實現數字視頻功能，從而使開發人員能夠將精力集中到開發可最大化附加值的產品上來。例如，在過去開發電子器件時，即使是最基本的功能，工程師們也需要進行柵極布局；而現在開發人員不再需要了解其視頻應用中實施具體CODEC引擎（如：MPEG-2、H.263、WMA9）的細節，開發人員無需修改上層應用代碼即可以使用理想CODEC的API，顯著簡化視頻CODEC處理的具體低層次細節，使開發人員可以立足于開發的功能性。 通過提供可隨時投產的軟件，如硬件驅動器、人工優化的CODEC、以及用于管理網絡中音頻/視頻同步和數據流的應用代碼的整體組合，達芬奇技術使開發人員無需了解如何編程DSP即可實現一流的視頻功能。 開放式的平臺開發 數字視頻系統的復雜性主要歸因于開發人員必須創建和管理的眾多組件。達芬奇技術通過提供開放式平臺來降低系統復雜性－在該平臺之上，TI及其第三方合作伙伴已經開發和集成了構成數字視頻系統所需要的各種組件。 達芬奇技術提供的開放式開發平臺同時也擴展到了應用程序。達芬奇軟件初始將支持Linux，將來會陸續支持其他操作系統。Linux支持的內容包括外設驅動器、實時應用管理、應用級API以及可隨時投產的代碼。 結束語 達芬奇(DaVinci)技術是消費類電子產品領域的重大里程碑，能夠促進新型數字視頻應用市場的增長并使現有應用更加簡單易用。 達芬奇(DaVinci)技術將充分滿足眾多新興的數字視頻創新產品對實時視頻的需求。這些應用領域包括：視頻安全監控系統、IP機頂盒、視頻會議、車載信息娛樂系統、便攜式媒體以及數碼像機等。 |
