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瑞萨电子AE1-L无机芯车载音响方案
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rise_ming
发表于 2013-10-30 20:08
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瑞萨电子AE1-L无机芯车载音响方案
汽车导航
,
收音机
,
摄像头
,
多媒体
,
仪表盘
在汽车电子应用方面,需要用到很多如CAN、LIN、MOST以及蓝牙等协议,传动系统、底盘、安全系统、仪表盘等等。汽车音响、汽车导航也是重要的一环。
车载信息娱乐系统趋势
传统的车载音响包括Tuner及收音机、CD播放功能,随着人们的需求越来越多,可能会加入USB设备、蓝牙等设备的功能,慢慢地人们发现只是"听"已经不够了,需要有视频、摄像头功能,再后来需要导航功能。在这些其中,如图1所示,车载彩色TFT显示音响和车载多媒体音响年增长率是最高的。
图1 车载信息娱乐系统趋势
多媒体功能每年都在增强,如图2所示。对于多媒体功能来说,最先只是CD的播放或者支持USB或者SD卡等,慢慢地随着iPod的普及,需要支持iPod功能和iPod蓝牙的功能,包括USB3.0。而彩色TFT从WQVGA到VGA的显示,到RD的显示以及最后会和Smart Phone做连接显示等,不难发现,功能会越来越加强。
车载多媒体音响系统模块如图3所示,由一个主控MCU控制的Tuner、CD DSP伺服器USB模组和iPod功能等组成。
图2 车载信息娱乐系统的功能
图3 多媒体音响功能模块
在这里,多媒体音响功能有AM/FM;CD,USB,SD,iPod,Bluetooth;MP3,WMA,AAC;Character Display。
AE1-L无机芯车载音响方案
AE1-L是瑞萨电子无机芯车载音响方案。在传统的汽车音响使用AE1-L之后,如图4所示,就可以直接增加音频解码(MP3/WMA/AAC)和USB/SD接口,并且可以去掉CD机芯变身Low Cost Car Audio (LCC Audio)。这样就可以变成一个低成本音响方案。这个方案的灵活性是很好的,可以满足不同客户的不同需求。
AE1-L 产品方块图如图5所示,从连通性来说,AE1-L支持USB Memory、DMP、iPod、SD、CARD READER、HUB等,所支持的音频包括MP3、WMA、AAC、WAV,AE1-L的内部还带了控制元件,可以做文件系统分析、USB驱动和SD驱动等等。从界面来说,可以支持USB I/F、HOST I/F、SD(SPI) I/F、I2S output、Download I/F(64-pin version)和Serial Flash I/F(AE1-LF)等。
AE1-L分为5个产品线,分为标准级和车规级,从封装上来说分为48-pin和64-pin。其中AE1-L有3款产品是不需要外挂Flash的,AE1-LF有2款产品可以支持外部的Flash自我升级功能,比如你有iPod功能,当iPod协议发生更改,可以通过外部Flash来对AE1-LF进行升级以支持最新的协议,实现自我升级的功能,并且全线都支持MCU功能的自升级。
64-pin的AE1-L支持数据下载功能,传送除了通过USB 存储器和SD卡读取音乐文件外,还可以传送特定文件,传送图片数据,以给外部的图形显示或者由外部MCU进行分析使用的功能。
另外一个显著的功能是MCU自升级功能,MCU可以通过AE1-L来读取外部USB或者SD设备的自身代码系统,实现主控制器的自我升级功能。
AE1-L特性归纳来说就是易控制,是简单设计的USB memory/iPod/SD音频系统,并且还具有低成本的特性,是成本优化的具有连接功能音响。与此同时,还能实现小面积的系统布局。AE1-L提供两种尺寸封装,分别是48-pin和64-pin 封装,48-pin封装尺寸是7mm×7mm ,64-pin封装尺寸是10mm×10mm。客户可以很容易在现有的音频播放器方案上增加AE1-L。
新的SoCs整合了USB主控制器和音频解码功能,因此单芯片SoCs可以直接从USB设备,SD卡和其他数码音乐播放器中播放音乐。扩展功能可以用外部Flash实现。
图4 传统的汽车音响使用AE1-L
图5 AE1-L产品方块图
AE1-L具有多样的产品特性。USB 2.0 (FS) 主机界面;丰富的连通性包括USB存储器、SD卡、iPod和其他音乐播放器;HUB/卡读取器;特色包括即插即播、内置软件和中间件、可升级、不需要开发工具;支持多种音频格式包括MP3/WMA/AAC/WAV;功能更新包括AE1-L(使用内部ROM,不需要外部Serial Flash),AE1-LF(使用外部Serial Flash,可随时升级软件)。
简单易控也是AE1-L特性,使用命令可以通过MCU控制AE1-L。瑞萨电子为MASK版本和外部FALSH版本开发了程序;压缩音频解码(MP3/WMA/AAC); USB主驱动器;SD驱动(SPI);USB文件系统(FAT16/32);采用I/F的系统控制器 (API);音频播放 (play,stop,random等)。在现有的MCU S/W上,客户仅仅需要增加AE1-L控制命令便可完成。
AE1-L开发工具包括文件、原理图和固件三个部分。文件包括数据表和用户手册以及应用注解两部分。原理图包括示范板的原理图和PCB布局。固件包括示范板的MCU代码(78K0和R8C)。
AE1-L示范板
AE1-L HDK 主要特征:
• MCU–R8C/2A,时钟频率20MHz,ROM 64KB, RAM 3kB
•音频芯片–音频解码
•显示设备–OLED 256像素×64像素, 支持中英文文字显示
•输入接口–2个旋钮(分别带1个按键),6个按键
•存储媒介–支持U盘,SD卡
•音频输出–4声道输出,1耳机输出
•音频格式–支持MP3,AAC,WMA,WAV格式
AE1-L (µ
D63911/uPD63551/uPD63531) 和 AE1-LF (μPD63530/ μPD63910) 是集成USB(通用串行总线)主机(Host)控制器的音频解码器SoC。适于汽车和消费电子应用,如数字汽车音响。单个芯片上整合了USB 2.0 (全速12Mbps) 主机控制器以及USB音频系统所需的功能。其内置的标准集成软件包括:USB控制,MP3,WMA和AAC解码功能,WAV文件播放功能,文件系统控制和系统控制功能。用户开发的应用软件只需发送简单的控制命令。从而极大地缩短了开发所需的时间。
MCU内部模块的驱动:
•Clock
•Timer0, Timer1, Timer2
•CSI0 (MCU与AE1-LF通讯用)
•CSI1 (MCU与Serial Flash通讯用)
•I2C(MCU与E-Volume通讯用)
•
ort (Key/ Rotary encoder/ LED
•reset control/ power control)
•相关中断等等
周边外设的驱动:AE1-L,OLED,E-Volume,Serial Flash (字库,LOG,各图形标识,用户设定参数,恢复播放信息)。
接口内容是抽象化的周边功能和访问外设的API,分别为AE1-L,Display,E-Volume,Serial Flash (设计存储字库, LOG, 各图形标识,用户设定参数等)。
系统服务有应用服务(Clock、Timer)和错误状态管理。
通过任务管理,实现各功能。主要任务包括:Host任务(负责管理设备状态),AE1-L任务(实现AE1-L功能(存储媒介访问、音频解码)),Display任务(在各种状态下显示人机交互信息),E-Volume任务(管理音频属性)。
事件及信息流表现为,当有事件发生,包括按键或者旋钮,根据接收对象来分类,消息类型分为AE1-L模块接收的消息、Display模块接收的消息、E-Volume模块接收的消息。值得注意的是,Host模块只发送消息,不需要接收其他模块发送的消息,Display模块只接收消息,AE1-L模块和E-Volume模块,则根据场合和功能的不同,既是某些消息的发送方,也是另外一些消息的接收方。
MCU系统时钟,根据不同运行状态,选用两种时钟源:在Power on状态下,MCU系统时钟使用片上高速时钟,约40MHz(MCU内部固定2分频)。
在Power down状态下,MCU系统时钟使用片上低速时钟,约125kHz。值得注意的是,综合考虑MCU用到的2种通信模式(时钟同步串行通讯及I2C通信),和片上高速时钟精度(常温下约2%),Power on状态下选用片上高速时钟。低功耗采用片上低速时钟,3.3V供电/8分频条件下,电流消耗145μA。
Host的主要机能有系统管理,主状态管理;解释Key和Encoder事件,以及产生相应的消息;调度其他小型服务,例如:保存和读取设置参数、LED显示、Watchdog等。
HDK为外围器件提供可控的3种电源,12V/5V/3.3V。在Power down状态下,关闭外围器件电源,以降低功耗。MCU低功耗,采用片上低速时钟(约125kHz)方式。理论上,R8C2A在“VCC=3V,系统时钟为片上低速时钟,8分频”的条件下,电流消耗为145μA。
为改善系统的可靠性,使用了Watchdog超时复位功能。在系统时钟为片上高速时钟时(在Power up状态下),Watchdog定时约为209ms。当系统时钟为片上低速时钟时(在Power down状态下),Watchdog定时约为512ms。
目前软件占用MCU的资源有ROM Code 40kBytes;ROM Data 11k Bytes;RAM 2kBytes。
问答选编
问:这个音响方案对于电源干扰的问题如何解决的?
答:我们在电源电路上增加了大电容滤波以及稳压二极管稳压,通过LDO模块实现去除外部电源抖动。
问:请专家介绍MCU自主升级功能?在什么情况下升级?如何操作?
答:如果客户需要修改整个产品功能或者其他要求,就可以通过u盘对MCU进行升级。
问:在汽车设计的哪些领域用到这个芯片呢?
答:汽车音响等需要音频解码的都可以用到。
问:内置Flash有多大,外置允许多大?
答:内置Flash是无法对用户开放的,用户无法使用,因此不必要关心。外部Flash,您可以根据相应的AE1的firmware的大小进行选择合适的Serial Flash大小,目前大概是100kB。
问:器件是否支持iPhone/iPad/iPod的USB播放?是否支持蓝牙?
答:支持iPhone/iPad/iPod的USB播放。不支持蓝牙,但可以通过MCU外接蓝牙模块。
问:AE1-L/F实现了简单易控的无机芯汽车音响,那么对环境有什么要求呢?
答:芯片本身对环境没有特别的要求,完整方案需要注意EMC设计。
问:AE1-L除了实现USB Module功能还具有什么特性?
答:AE1_L除了支持USB之外,还可以支持SD卡、USB HUB,也可支持ipod(某些型号的AE1),另外,可以支持音量大小的调节。
问:请介绍AE1-L的功耗和降功耗特性?
答: AE1-L这款示范板正常运行的功耗大概在200mA左右,低功耗模式下大概在5mA左右。
问:和AE1-L接口的MCU有哪些类型?采用什么样的通信接口?
答: AE1_L和MCU的通讯方式是CSI,另外加RTS和CTS两个PIN,也就是说总共5个PIN:CLK、SI、SO、RTS、CTS。DEMO板有两种:78K0和R8C MCU。
问:要支持视频处理功能等多媒体功能,AE1-L需要增加什么外部器件?
答:可以使用带视频解码的MCU或者单独外接视频处理芯片。Renesas有相关带音频和视频解码的MCU,例如SH2A系列。
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