達芬奇技術(shù)簡化數(shù)字視頻設(shè)計

前言

數(shù)字視頻技術(shù)無疑將重塑整個電子行業(yè)的面貌。當然，數(shù)字視頻技術(shù)也正在使我們的視頻體驗、傳輸以及交互方式發(fā)生著深刻的變化，開始進入汽車、計算機、移動電話及網(wǎng)絡(luò)。過去，工程師們在實施數(shù)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(shù)字視頻開發(fā)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(shù)及其產(chǎn)品（如tms320dm6446），以簡化數(shù)字視頻創(chuàng)新。包括兩個基于數(shù)字信號處理器(dsp)的片上系統(tǒng)(soc)以及多媒體編解碼器、應用編程接口(api)、框架與開發(fā)工具等。這些集成型組件是業(yè)界最早推出的、完整的開放式平臺產(chǎn)品，無需具備廣泛的數(shù)字視頻專業(yè)技能即可實現(xiàn)數(shù)字視頻創(chuàng)新。對采用達芬奇技術(shù)的產(chǎn)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(jié)約數(shù)月的開發(fā)時間，而且還能大幅降低整體系統(tǒng)成本。

達芬奇(davinci)技術(shù)

達芬奇技術(shù)由達芬奇處理器、達芬奇軟件、達芬奇開發(fā)工具和達芬奇技術(shù)支持系統(tǒng)等組件優(yōu)化構(gòu)成。其中，達芬奇處理器基于業(yè)界最高性能的dsp平臺－ti tms320c6000，利用了ti最新的c64x+ dsp內(nèi)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(nèi)核進行定制)，同時還包含優(yōu)化的加速器與外設(shè)，以全方位滿足各種數(shù)字視頻終端設(shè)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(nèi)置于可配置的框架內(nèi)，通過流行操作系統(tǒng)內(nèi)部已公布的api提供，以實現(xiàn)快速的軟件實施。

達芬奇技術(shù)為各種應用領(lǐng)域及設(shè)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(fā)套件以及參考設(shè)計，以加速oem廠商的設(shè)計與開發(fā)進程。arm/dsp集成開發(fā)環(huán)境(ide)、操作系統(tǒng)工具以及dsp工具使開發(fā)人員能夠在熟悉的環(huán)境中編程，同時還能獲得達芬奇技術(shù)的優(yōu)勢。

為了加速oem廠商的產(chǎn)品上市進程，達芬奇技術(shù)的支持體系包括端到端視頻環(huán)境、系統(tǒng)集成商、以及具備達芬奇技術(shù)知識和視頻系統(tǒng)專業(yè)知識的軟硬件解決方案供應商。tms320dm6446芯片就是達芬奇(davinci)技術(shù)的杰出代表。

tms320dm6446的結(jié)構(gòu)特點

tms320dm6446的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

（1）高性能。采用低功耗、高性能的32位tms320c64x內(nèi)核和arm926ej-s內(nèi)核，工作頻率分別高達594mhz和297mhz；支持多媒體處理技術(shù)，采用的是tms320c64x dsp內(nèi)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(nèi)核電壓供給為1.6v；arm926ej-s內(nèi)核具有16kb指令和8kb數(shù)據(jù)cache，tms320c64x dsp內(nèi)核具有32kb程序ram/cache、80kb數(shù)據(jù)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(tǒng)。專用的視頻圖像處理器用于對視頻數(shù)據(jù)處理；視頻處理子系統(tǒng)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(shè)。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(wǎng)；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(tǒng)振蕩器；24mhzusb振蕩器。

arm926ej-s內(nèi)核

arm926ej-s內(nèi)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(shù)據(jù)。它通過使用協(xié)處理器cp15和保護模塊使體系結(jié)構(gòu)得到增強，并提供數(shù)據(jù)和程序內(nèi)存管理單元（mmu）。

mmu具有兩個64項的轉(zhuǎn)換旁路緩存器（tlb）用于指令和數(shù)據(jù)流，每項均可映射存儲器的段、大頁和小頁。為了保證內(nèi)核周期的存取指令和數(shù)據(jù)，提供了獨立的16k字節(jié)指令cache和8k字節(jié)數(shù)據(jù)cache，指令和數(shù)據(jù)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(nèi)核性能，其緩沖數(shù)據(jù)容量高達17字。

tms320c64x dsp內(nèi)核

tms320c64x dsp內(nèi)核構(gòu)建在velociti.2體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，是velociti.2體系結(jié)構(gòu)的進一步增強，以其c64x內(nèi)核的先進超長指令字（vliw）結(jié)構(gòu)，獲得當前應用設(shè)備所需要的極高性能。

在結(jié)構(gòu)上其特點為：1)c64x片內(nèi)有2個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通道。兩個數(shù)據(jù)通道之間包含有兩個數(shù)據(jù)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(nèi)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(nèi)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(tǒng)控制功能

tms320dm6446微處理器的系統(tǒng)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(tǒng)（vpss）

tms320dm6446中的視頻處理子系統(tǒng)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(zhuǎn)變?yōu)閥uv4:2:0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(zhuǎn)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(tǒng)都不運行，除了通用i/o、uart和pwm運行以外，其他的外設(shè)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(tǒng)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(shè)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(shè)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(shù)據(jù)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(shù)中有很重要的作用，它可以用來緩沖視頻輸入圖形數(shù)據(jù)，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(chǎn)生arm和dsp中斷，產(chǎn)生edma同步事件。而pwm模塊既可以作周期性記數(shù)，也可以作重復記數(shù)。

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(nèi)部和外部設(shè)備的請求。在mpu ti926(arm926ej-s)運行條件下，完成外部寄存器/內(nèi)部寄存器和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。dma的設(shè)置取決于mpu ti926(arm926ej-s)內(nèi)核。

gpio外設(shè)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(nèi)部寄存器可以控制輸出管腳的狀態(tài)。當配置為輸入管腳時，可以通過讀內(nèi)部寄存器的狀態(tài)位知輸入的狀態(tài)。此外，gpio外設(shè)可以產(chǎn)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(fā)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(fā)送器的fifo有16個字節(jié)的存儲空間，dma既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)，在自動控制時可編程自動發(fā)送請求和自動清除請求，還具有內(nèi)部診斷功能。（2）spi外設(shè)，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(shè)備連接。（3） 接口，可以與遵守總線2.1規(guī)約的其設(shè)備連接。在模式下通過2條串行總線可以發(fā)送/接收8位數(shù)據(jù)。（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(shù)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(shè)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(wǎng)控制器（emac）模塊在網(wǎng)絡(luò)與芯片間提供一個接口，支持10m/100m以太網(wǎng)的訪問，支持硬件流控制和qos。

數(shù)據(jù)輸入/輸出管理（mdio）模塊是用于管理與芯片相連的phy設(shè)備。主機軟件使用mdio模塊配置每個phy對應emac的參數(shù)，找回對應結(jié)果，以便于在emac模塊配置所需的參數(shù)。

達芬奇技術(shù)及其芯片的應用和開發(fā)前景

由于達芬奇技術(shù)成功實現(xiàn)數(shù)字視頻需要四大要素的最新進步，即：處理器、開發(fā)工具、軟件以及系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)，因此達芬奇技術(shù)為數(shù)字視頻的當前變革打下基礎(chǔ)。

顯著降低系統(tǒng)成本

達芬奇技術(shù)利用數(shù)字信號處理與集成電路專業(yè)技術(shù)來提供高度集成的片上系統(tǒng)(soc)，集成了可編程數(shù)字信號處理器(dsp)內(nèi)核、arm處理器、視頻加速協(xié)處理器、存儲器、i/o帶寬、平衡的內(nèi)部互連以及專用外設(shè)組合，使硬件材料清單成本降低了50%。

集成代碼的數(shù)字視頻子系統(tǒng)的 硬件和軟件

為了真正意義上地讓開發(fā)人員克服最初的障礙并且加快產(chǎn)品上市進程，完整的達芬奇軟件架構(gòu)涵蓋低級的os驅(qū)動程序乃至應用api，使開發(fā)人員無需投入過多力量編寫及優(yōu)化編解碼器或進行dsp編程，即能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字視頻功能，從而使開發(fā)人員能夠?qū)⒕械介_發(fā)可最大化附加值的產(chǎn)品上來。例如，在過去開發(fā)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(xiàn)在開發(fā)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(jié)，開發(fā)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(jié)，使開發(fā)人員可以立足于開發(fā)的功能性。
通過提供可隨時投產(chǎn)的軟件，如硬件驅(qū)動器、人工優(yōu)化的codec、以及用于管理網(wǎng)絡(luò)中音頻/視頻同步和數(shù)據(jù)流的應用代碼的整體組合，達芬奇技術(shù)使開發(fā)人員無需了解如何編程dsp即可實現(xiàn)一流的視頻功能。

開放式的平臺開發(fā)

數(shù)字視頻系統(tǒng)的復雜性主要歸因于開發(fā)人員必須創(chuàng)建和管理的眾多組件。達芬奇技術(shù)通過提供開放式平臺來降低系統(tǒng)復雜性－在該平臺之上，ti及其第三方合作伙伴已經(jīng)開發(fā)和集成了構(gòu)成數(shù)字視頻系統(tǒng)所需要的各種組件。 達芬奇技術(shù)提供的開放式開發(fā)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(xù)支持其他操作系統(tǒng)。linux支持的內(nèi)容包括外設(shè)驅(qū)動器、實時應用管理、應用級api以及可隨時投產(chǎn)的代碼。

結(jié)束語

達芬奇(davinci)技術(shù)是消費類電子產(chǎn)品領(lǐng)域的重大里程碑，能夠促進新型數(shù)字視頻應用市場的增長并使現(xiàn)有應用更加簡單易用。

達芬奇(davinci)技術(shù)將充分滿足眾多新興的數(shù)字視頻創(chuàng)新產(chǎn)品對實時視頻的需求。這些應用領(lǐng)域包括：視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)、ip機頂盒、視頻會議、車載信息娛樂系統(tǒng)、便攜式媒體以及數(shù)碼像機等。