X900多媒體應(yīng)用處理器技術(shù)架構(gòu)及應(yīng)用領(lǐng)域

為使消費(fèi)者能自由地選擇資訊、享受娛樂(lè)，并不是單獨(dú)地播放視頻圖像，上海杰得微電子公司開(kāi)發(fā)出了X900應(yīng)用處理器，并借助其在視音頻實(shí)時(shí)處理方面積累的經(jīng)驗(yàn)和硬件編解碼設(shè)計(jì)技術(shù)，在X900中又增加了H.264和VC1硬件解碼器。此外，還在電源管理上作了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了比上一代產(chǎn)品更低的功耗，更加齊全的接口，更完善的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，兼容的軟件資源也更加豐富。本文將詳細(xì)介紹X900多媒體應(yīng)用處理器的技術(shù)架構(gòu)及其應(yīng)用系統(tǒng)。

芯片技術(shù)結(jié)構(gòu)

X900采用CPU＋ASIC結(jié)構(gòu)，嵌入式CPU仍是ARM926EJ。之所以沒(méi)有選用速度更快的ARM11，是出于以下考慮：X900定位于手持信息終端產(chǎn)品，在這一應(yīng)用領(lǐng)域視頻信源和顯示器分辨率沒(méi)有超過(guò)CIF，視頻編碼最復(fù)雜的三種格式是H.264、VC-1和MPEG-4，這三種格式在X900中都采用了硬件解碼方式，而且分辨率能達(dá)到VGA和D1。 X900以最大分辨率解調(diào)最復(fù)雜的H.264，占用ARM時(shí)鐘資源小于5％，沒(méi)有必要選用昂貴的ARM11。

X900的系統(tǒng)儲(chǔ)存器支持200MHz 的DDR和400MHz的DDRⅡ,視頻總線是32位，這對(duì)組織高速大幀存，提高視頻速度奠定了硬件基礎(chǔ)。片外儲(chǔ)存器還支持最大4GB 的NAND FLASH,并且可以從NAND FLASH啟動(dòng)。NAND FLASH的售價(jià)只有NOR閃存的一半，當(dāng)然考慮到X900不僅僅應(yīng)用在消費(fèi)電子產(chǎn)品中，仍然保留了支持NOR閃存的功能。

另外，X900支持PCI總線，PCI總線比本地局部總線更通用，具有PCI接口的外設(shè)芯片品種豐富，價(jià)格低廉，對(duì)整機(jī)設(shè)計(jì)非常有利。其它改進(jìn)還有全雙工ITU-R656接口，集成物理層的USB OTG等。圖1是X900的功能結(jié)構(gòu)圖。

X900與Z228的區(qū)別

Z228和X900是上海杰得的兩代應(yīng)用處理器產(chǎn)品，定位不同，沒(méi)有替代關(guān)系。Z228定位于中檔MAP, 主要用于智能手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。X900定位于高端MAP，主要應(yīng)用于HIT、UMPC、桌面電子和工業(yè)電子領(lǐng)域。與Z228相比，X900在許多方面都有了較大的性能提升。二者的主要性能區(qū)別如表1。

圖1：X900的功能結(jié)構(gòu)圖

表1：X900與Z228功能比較表。

對(duì)于HIT設(shè)計(jì)而言，X900的某些功能差異并不影響整體定位和系統(tǒng)架構(gòu)，而是提升它的性能，使產(chǎn)品變得更有競(jìng)爭(zhēng)力。Memory接口、紅外接口等屬于這一類型，如上表中灰色的模塊所示。也有一些功能的差異將直接影響到整機(jī)的定位和架構(gòu)，這些功能特性在設(shè)計(jì)之初就必須被認(rèn)真考慮。如表中黃色標(biāo)示的模塊。下面將對(duì)這些接口的特性進(jìn)行討論。

H.264解碼器和VC-1解碼器是X900最大的亮點(diǎn)，也是它與其它類似芯片最大的功能區(qū)別。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該最大限度地發(fā)揮這兩個(gè)解碼器的性能優(yōu)勢(shì)：高畫質(zhì)、低功耗和，大尺寸。HIT是典型的手持多媒體應(yīng)用，是最能體現(xiàn)硬件解碼器的低功耗特點(diǎn)的。所以使用X900的HIT設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮能夠長(zhǎng)時(shí)間播放視頻，時(shí)間越長(zhǎng)，X900相對(duì)于其它芯片的優(yōu)勢(shì)就越明顯。

大尺寸是X900硬件解碼器的另一個(gè)亮點(diǎn)，H.264和VC-1均能夠支持到720576的D1尺寸。然而，不容忽視的是，目前手持設(shè)備所使用的LCD顯示屏中，屏幕分辨率大多比較小。3.6英寸以下的LCD屏（一般被使用于中低檔的PMP上），許多僅能支持到QVGA（320240）尺寸。4英寸或4.3英寸的LCD屏（目前一般被認(rèn)為是中高檔PMP的配置），大多也只能支持到480272的分辨率，僅有很少的產(chǎn)品能夠支持到640480，或800480的分辨率。甚至在7英寸的LCD屏（高端或者超高端PMP的配置）中，分辨率也可能不會(huì)更大，如果使用價(jià)格較便宜的7英寸模擬屏，分辨率多是480272或480234。在7英寸及以下的LCD液晶屏中，尚沒(méi)有見(jiàn)過(guò)能夠支持576線的模組。

LCD屏的分辨率對(duì)其價(jià)格的影響很大，高分辨率也意味著高價(jià)格。因此，若要將X900的視頻解碼性能發(fā)揮，就必須將其定位于比較高端的地位，不能考慮4英寸以下的中低端應(yīng)用。 同時(shí)，由于目前的高端LCD屏也很難支持到720576的分辨率（尤其是576線這一指標(biāo)），PMP最好能夠有TV OUT功能，以將D1尺寸的視頻在電視上完美體現(xiàn)。

X900的CLCD支持24BPP@ 1024768 @ 60fps，這是一個(gè)很驚人的分辨率。如前所述，若應(yīng)用于手持設(shè)備場(chǎng)合，LCD屏的分辨率連720576都難以保證，更不用說(shuō)1024768了。若發(fā)揮出CLCD接口的效率，應(yīng)該將其接到電視或者顯示器上。然而，AMP內(nèi)部沒(méi)有類似顯卡上的圖形顯示芯片的功能，如果動(dòng)用ARM926, 顯示就會(huì)占用嵌入式CPU的大部分資源，因而X900并不適合于需要密集計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率圖像的場(chǎng)合，與通用CPU爭(zhēng)搶市場(chǎng)。

對(duì)于手持設(shè)備，發(fā)揮CLCD接口功能的一種方法是實(shí)現(xiàn)與投影儀的連接，播放幻燈片。PPT是一種相對(duì)靜態(tài)的畫面，即使是1024768的尺寸，ARM9的處理速度也可以應(yīng)付。X900可以保證在這種情況下有好的視覺(jué)效果。問(wèn)題是要選擇合適的接口。傳統(tǒng)TV encoder芯片無(wú)法支持1024768的尺寸；VGA接口可以支持這樣的尺寸，但是它體積過(guò)大，放到手持設(shè)備上不適合，且不兼容TV OUT功能；最新的HDMI接口性能上沒(méi)有問(wèn)題，但價(jià)格和功耗都較大?？磥?lái)在HIT連接投影儀，需要制定新的接口標(biāo)準(zhǔn)。

X900有了專用的NAND接口，可以從NAND flash引導(dǎo)系統(tǒng)啟動(dòng)，這意味著系統(tǒng)運(yùn)行所需的程序?qū)⒉槐胤胖迷贜OR閃存中?？紤]到目前手持設(shè)備中NOR閃存的主要用途就是系統(tǒng)啟動(dòng)引導(dǎo)，擁有NAND啟動(dòng)功能的X900將不必需要大容量的NOR閃存，這樣便可以節(jié)省數(shù)美元的BOM成本。

實(shí)際開(kāi)發(fā)時(shí)，可以在系統(tǒng)中放置一個(gè)小容量（如256K）的NOR閃存，便于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的調(diào)試。待方案驗(yàn)證成功后，量產(chǎn)產(chǎn)品中可不焊接這一芯片，進(jìn)一步降低BOM。由于并行接口的NOR閃存通常體積較大，可以考慮使用小體積的串行NOR閃存產(chǎn)品。

X900基本應(yīng)用系統(tǒng)

圖2所示基本應(yīng)用系統(tǒng)是以X900為中心，在其I/O接口上連接最少的外圍器件，在儲(chǔ)存器中安裝一個(gè)或多個(gè)操作系統(tǒng)所組成的基本系統(tǒng)。它直觀地反映了X900能實(shí)現(xiàn)的功能及擴(kuò)展?jié)撃??；緫?yīng)用系統(tǒng)可用來(lái)學(xué)習(xí)、演示和開(kāi)發(fā)用戶產(chǎn)品。

圖2：基于X900的基本應(yīng)用系統(tǒng)。

圖3是按照X900的基本應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件由母板、子板和多個(gè)擴(kuò)展板組成。軟件包括WinCE、Linux操作系統(tǒng)和軟件開(kāi)發(fā)工具包（SDK）。

圖3：基于X900基本應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

X900應(yīng)用范圍

X900是一款多用途應(yīng)用處理器，設(shè)計(jì)過(guò)程中堅(jiān)持了高性能、低功耗、小體積、多用途的理念，使X900具有廣泛的應(yīng)用范圍。首先在HIT領(lǐng)域，由于現(xiàn)在還沒(méi)有真正意義上HIT出現(xiàn)，X900能使現(xiàn)有智能手機(jī)、PMP、游戲機(jī)這三種主流手持電子設(shè)備的性能得到較大的提高。這一領(lǐng)域歷來(lái)是生長(zhǎng)新產(chǎn)品的土壤，Radio、walkman、MD、MP3、CDplay都是從這里誕生、成長(zhǎng)和發(fā)展。目前這里是手機(jī)、PMP、游戲機(jī)的天下，X900以實(shí)時(shí)多格式、有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格和方便的本土服務(wù)在該領(lǐng)域大顯身手。

桌面電子也稱家用電子，這是消費(fèi)電子的傳統(tǒng)市場(chǎng)，目前電視機(jī)是主流產(chǎn)品，未來(lái)的新品可能還有可視電話。X900應(yīng)用在IPTV機(jī)頂盒中具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，目前IPTV流行MPEG-4格式,今后在世界范圍內(nèi)會(huì)趨向更先進(jìn)的H.264格式。當(dāng)然,不排除有些地方會(huì)采用VC-1, 畢竟微軟擁有強(qiáng)大的實(shí)力，再說(shuō)VC-1在2003年已申請(qǐng)成為SMPTE標(biāo)準(zhǔn)。由于X900以優(yōu)良的畫質(zhì)支持這三種標(biāo)準(zhǔn)，因而在IPTV終端設(shè)備中有光明的前景?，F(xiàn)在可視電話的圖像編碼用H.263標(biāo)準(zhǔn)，X900中的MPEG-4子集支持這一標(biāo)準(zhǔn)。其它在智能監(jiān)控，汽車電子等領(lǐng)域，只要涉及到高質(zhì)量的實(shí)時(shí)圖像處理，X900都可以找到用武之地。表2是部分應(yīng)用范圍，僅供參考。

表2：X900的應(yīng)用領(lǐng)域表

表3：X900產(chǎn)品規(guī)格