可攜式多媒體播放器(PMP)，也就是通常人們說的MP4，已成為繼MP3以後，消費類產品的一個新熱點。越來越多的公司開始進入這一領域，進行產品的開發，佔領市場先機。下面就以TMS320DM270為主處理晶片，介紹PMP的設計以及設計中的注意事項。其中的設計思路也可以應用到其它可攜式設備的設計當中。
在設計系統框架之前，首先需要確認播放器的具體功能。目前比較常見的功能包括：MPEG4播放、電視節目錄製、MP3/WMA音頻播放、錄音、圖片顯示、遊戲和存儲功能（HDD/CF/SD）等。根據這些功能，圖1給出了一個參考的系統架構，主要由五部分組成：主處理模塊、視頻輸入模塊、視頻輸出模塊、音頻輸入輸出模塊、電源模塊和存儲模塊。
作為主處理模塊，DM270是整個系統的核心，系統的其它模塊都由它來協調和控制。DM270支持的多種多媒體的格式，包括視頻(MPEG1/2/4等)、圖像(JPEG/BMP等)和音頻(MP3/WMA等)。
視頻輸入模塊的核心晶片是TVP5150A。它是一款低功耗小體積的視頻解碼器，可以將NTSC、PAL及SECAM視頻信號轉換成數字分量視頻信號。視頻輸出模塊由LCD和電視輸出組成。目前市面上採用2.5寸到3.6寸的LCD模塊，也不乏有採用7寸大屏幕。同時可以加上觸控螢幕的功能，只要使用觸控螢幕控制器，就能方便的實現。
音頻輸入輸出模塊由音頻codec和DM270的McBSP共同完成。可以根據需要選擇單聲道、雙聲道、DAC或者ADC+DAC的晶片。如果同時需要觸控螢幕控制器和音頻codec，還可以選用集成觸控螢幕控制器和音頻codec的產品，可以減小晶片體積，同時降低成本。
電源模塊需要根據系統電源的需要來選擇。圖1系統中的電源較為簡單，可以使用像TPS6501x這樣的集成電源模塊，能為電池提供AC或者USB充電，並且可為系統提供多路電源輸出。存儲模塊可以採用硬碟或各種存儲卡。
硬體設計建議
平臺的可擴展性是選擇主處理晶片的一個重要考量點。DM270是可編程的晶片，具有豐富的外設，有利於適應處於動態變化的市場的需要。除了PMP以外，CCD控制器使得DM270可以應用於數位照相機，靈活的主機接口也使得DM270可以作為多媒體協處理器應用於多媒體手機等等。
功耗是可攜式多媒體播放器一個敏感的問題，所以在選擇晶片的時候就需要考慮到這一點。選擇低功耗的晶片是最簡單，也是最有效的方法，當然需要與成本進行權衡。例如選擇mobile SDRAM代替普通的SDRAM，或者選擇有節能模式的晶片，如DM270。
晶片的體積，集成度，成本也是選型時不容忽視的要點。DM270就是即節約體積又節約本的好例子。DM270集成了模擬視頻編碼器，需要輸出到電視的功能時，就節約了一顆視頻編碼晶片；DM270可以完成MPEG4的編解碼，就不需要在額外增加MPEG4的編碼晶片。
在設計PMP時，還要周密考慮下面幾個部分的設計。首先是電源部分。電源是整個系統穩定的根源。在設計時很容易考慮到電池單獨供電的情況，但往往忽略了可能出現外部電源AC單獨供電的情況。在這種情況下，如何設計不合理，很可能出現電源無輸出的情況，導致系統無法正常工作。還需要注意的是電池在充電時，系統的供電迴路的狀態。要保證在各種可能情況下，系統電源的穩定性。
其次是電視輸出部分，需要考慮輸出阻抗的匹配問題。第三是LCD模塊接口部分。DCLK對於LCD模塊是一個很重要的時鐘信號。如果頻率過低，會導致屏幕顯示抖動。在硬體設計時要充分考慮到這一點。
第四需要注意硬碟防震。硬碟防震可以分為被動型和主動型兩種。被動型硬碟防震利用純機械原理，採取吸收震動能量方式來減輕硬碟傷害的可能性，例如防震氣墊。主動型硬碟防震，可使用加速度傳感器。當傳感器監測到播放器掉落時，系統主動採取措施對硬碟進行保護，防止數據丟失。
軟體設計及建議
PMP的軟體框架如圖2所示。客戶可以根據產品的開發計劃、研發能力等，選擇不同層次的軟體的開發或者利用第三方的支持。
驅動層是和硬體最相關的軟體，包括硬體的驅動程序和API接口，它主要用於完成對硬體設備的操作。
圖2 ：PMP的軟體框架 |
算法庫建議採用第三方的軟體。因為編寫算法需要投入大量的人力和物力，而且開發周期長。利用第三方的軟體可以縮短開發周期。TI擁有龐大的第三方網絡，可以為客戶提供針對不同應用的算法。同時TI建議的算法接口標準XDAIS已成為事實上的業界標準，這標準協同TI建議的軟體參考框架使得客戶在集成上時間花費最少。
PMP可以沒有作業系統，這時需要注意的就是要建立自己的文件系統，對文件進行管理。使用作業系統，在選擇時需要對可移植性、可擴充性、內核大小和成本等進行權衡。內核較小的作業系統，系統佔用資源較少，但集成新的外設時就需要寫驅動。像uClinux這樣的作業系統，集成了較多外設，網上資源豐富，但佔用的系統資源較多，對性能有一定的影響。
儘管使用作業系統會消耗一定的系統資源，但它其實也有很多好處。比如作業系統經過多年的開發和應用，穩定性較好。作業系統內嵌了文件管理、線程調度、內存管理等機制，也增加了系統的穩定性。應用軟體的開發與平臺無關，方便了軟體的開發，也利於軟體的移植。一些流行的作業系統有很多現成的代碼可以參考和移植，這也大大減少了開發的難度和節約了開發的時間。而且作業系統還可以根據需要進行裁減，以最少的資源來滿足系統的需要。
應用層是設計者最能發揮特長，也是突出產品的獨特之處、增加產品的附加值的地方。ARCHOS的PMA400就是一個很好的例子。它為最終用戶提供的軟體平臺，讓用戶可以開發基於PMA400的應用軟體。
功耗除了在硬體設計中需要考慮，而且也是在軟體設計中需要攻克的難題。硬體設計好以後，一般來說功耗就定下來了，但是利用晶片的可編程性就可以儘可能的減小系統的功耗，在提供最佳效果的同時，利用軟體調節獲得最長的待機和播放時間。方法之一是在待機時讓晶片進入低功耗模式。DM270除了有低功耗模式外，還可利用軟體關閉不使用的內部模塊，從而達到省電的效果。並且可以動態的調節主頻，在處理較簡單事務時，降低頻率進行省電。硬碟和LCD屏是PMP的用電大戶。對於硬碟，正常工作時的電流有幾百毫安，所以通常是將硬碟上的數據複製到SDRAM上，儘可能的減少硬碟工作的時間。
結束語
目前可攜式多媒體播放器的市場還處於一個緩慢上升的階段，相信隨著MPEG4格式的流行，解決了內容這個問題，加上系統整體成本的降低、播放時間的延長、應用領域的擴大，可攜式多媒體播放器一定有一個輝煌的明天。
TMS320DM270介紹
TI的DM270晶片是一款高集成度的雙核結構的SoC產品，集成了RISC處理核ARM7，以及TI的54系列DSP核。ARM作為的晶片的控制核心，控制絕大部分的外設，處理除多媒體算法以外的工作。54系列DSP核具有低功耗的特點，作為協處理器參與視頻、圖像和音頻處理。為了提高處理視頻的能力，DM270集成了硬體圖像加速器(IMX)，並將在視頻算法中經常使用的變長編解碼(VLC/D)用硬體實現。這就使得DM270可以實現VGA解析度(640*480)，每秒30幀的MPEG4視頻。
DM270的外設功能包括：
CCD控制器除了可以和百萬像數的CCD/CMOS模塊連接以外，也可以與視頻解碼晶片TVP5150A無縫連接。
DM270提供了硬體的3A統計。3A也就自動曝光，自動對焦，自動白平衡。獲得這些統計數據後，就可以對閃光燈、鏡頭、圖像數據等進行調整，從而獲得較好的照片效果。
預覽引擎可以提供實時的圖像預覽顯示和縮放，而不用經過DSP的處理。
OSD (on-screen-display)屏顯模塊，能很容易實現菜單和圖標。
內置模擬NTSC/PAL視頻輸出，可以將圖像或視頻方便的輸出到電視上。
靈活的LCD接口，支持眾多公司的LCD模塊，比如SONY、SHARP、AUO、CASIO、Epson，等。
多種存儲卡接口，可以支持市面上流行的存儲卡，例如CF、SM、SD、MMC、MS。
DM270還擁有許多通用接口，例如I2C, UART, SPI等等，有利於和其它器件的連接和配合。
作者：孟海燕
技術應用工程師
德州儀器