音響系統(tǒng)的USB接口開發(fā)分析及主流芯片比較
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THOMSON光學技術公司 謝文盛 本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/7722.htm | |
越來越多的音響系統(tǒng)采用USB接口標準，同時市場上出現(xiàn)了各種USB芯片方案，如何選擇合適的芯片方案來設計系統(tǒng)具有一定挑戰(zhàn)性，設計工程師需要了解USB音響系統(tǒng)的架構、USB主流芯片的功能特性、控制模塊的設計。本文從這三個方面進行了深入的分析和方案比較。
明確了功能之后，對圖中控制模塊的要求就可以有一個明確的定義： 它應該具有光學伺服，能夠讀CDDA和MP3等碟片，并能將不同的音頻壓縮信號發(fā)送到相應的解碼器中去處理； 它應該具有CDDA解碼，以處理來自CD碟片的音頻信號； 它應該具有MP3解碼，以處理來自MP3碟片的音頻信號； 它應該具有USB OTG的主+從設備，并且至少要支持存儲設備類(Mass Storage Device)，如CD-ROM和U盤。其主設備可以將U盤中的音頻信息提交給MP3解碼和/或MCU，其從設備可以將外部USB 主設備(如個人電腦)中的音頻提交給功放(DAC)和/或MCU。 四類控制模塊的設計 控制模塊的設計大致可以分為四類： 第一類是使用通用MCU作為主體，由它來控制外部的MP3解碼芯片和USB芯片以及讀碟模塊，當然外部的MP3解碼芯片和USB芯片可以是單芯片，并且可以帶自己的MCU。這種設計的優(yōu)點是可以將USB功能作為插件，一旦用戶有需求就可以加上，以保持低端產品和高端產品生產的一致性。其不足之處是成本較高，一方面是高性能的MCU芯片價格高，另一方面是軟件開發(fā)的成本高—不但要寫主控MCU部分，通常還要寫外部MP3解碼芯片和/或USB芯片的MCU部分，以滿足控制要求。 第二類是使用帶MCU的MP3解碼芯片作為主體，用它來控制外部USB芯片以及讀碟模塊。這種設計兼有第一類設計的優(yōu)點，并且可以降低一些成本，但通常仍然要開發(fā)兩部分的軟件。 第三類是使用帶MCU的USB芯片作為主體，用它來控制外部MP3解碼芯片以及讀碟模塊。這種設計雖然和第二類設計一樣可以降低一些成本，但它的USB功能通常必須使用，所以整體成本在一個較高的水平。 第四類設計就是單芯片—MCU和MP3、USB集成在同一塊IC中，這樣成本降低很多，應該是此類產品的目標。不過由于家用音響產品的功能要求很多，滿足要求的單芯片的價格仍然會很高。 另外，值得一提的是控制模塊里的讀碟功能塊應該是輸出數(shù)字化數(shù)據(jù)流的光學伺服設備，而不是輸出模擬信號的光學伺服設備。THOMSON光學組件技術(深圳)有限公司開發(fā)的一款TCM模塊，就是具有數(shù)字輸出的光學讀碟設備。該TCM模塊可以將CDDA或MP3碟片上的數(shù)字信息以EIAJ CD-ROM格式輸出，我們上面討論的外置MCU可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息將數(shù)據(jù)分別輸出到MP3解碼器或DAC來播放。 常見的USB芯片比較 考慮到以上的設計要求，就可以對目前市面上常見的USB芯片作一個針對性的比較。Ali、Chesen(巨盛電子)、Cypress、飛利浦和TransDimension 等公司都有USB芯片，而相關的通用MCU和MP3解碼芯片此處不再詳細討論。 首先，Ali公司即揚智公司最早推出了M5636，它是一款支持高速USB2.0 OTG協(xié)議的可用于嵌入式系統(tǒng)的芯片。其特點包括：既可作主設備，又可作從設備；支持包括存儲設備類等多種USB設備類；內置雙向ping-pong緩存，工作效率高；具有支持8/16 位外置MCU的PIO/DMA接口；電源可選，具有內置電源泵。 不過這款USB芯片沒有MCU，需要外部MCU的支持以完成特定工作。它可用于第一和第二類設計方案。 其次，Chesen公司推出的CSC1220是一款具有24MHz主頻8位8051 MCU、支持全速USB2.0 OTG協(xié)議的芯片。其特點是：既可作主設備，又可作從設備；支持存儲設備類；內置256B ping-pong FIFO緩存，工作效率高；64KB ROM、256B RAM、12KB數(shù)據(jù)RAM并支持外置ROM和FLASH；具有和MP3解碼芯片CSA3001相連的接口(UART、SPI、I2S)；有GPIO來處理用戶界面，如鍵盤、顯示等。 Chesen公司還有一款帶16位CSM-16 MCU、支持全速USB2.0 OTG協(xié)議的芯片—CSA8013。和CSC1220相比，它的功能更強，除了更大的存儲容量之外，該芯片可以同時支持兩個USB從設備，并允許二者之間的文件拷貝。這兩款USB芯片都適用于第一和第三類設計方案。 Cypress公司生產的CY7C67200是一款帶有48MHz主頻16位RISC MCU、支持全速USB2.0 OTG協(xié)議的芯片。其特點有：既可作主設備，又可作從設備；支持存儲設備類；有兩個USB接口，每個接口都可以設置成主或從；4K*16b掩模ROM、8K*16b程序/數(shù)據(jù)RAM；帶I2C、UART、SPI等接口；有GPIO來處理用戶界面。 Cypress這款芯片由于只有較小的程序設計空間，所以適用于第一類設計方案。 還有，飛利浦公司開發(fā)的ISP1362也是一款支持全速USB2.0 OTG協(xié)議的芯片。它的特點是：既可作主設備，又可作從設備；支持存儲設備類；有兩個USB接口，其中一個接口可以設置成從或主；具有和多種流行MCU(MIPS、ARM7/9)連接的并行高速數(shù)據(jù)總線接口；支持PIO/DMA接口；內置電源泵。 飛利浦的這款USB芯片性能好，但沒有內帶MCU，所以可用于第一和第二類設計方案。 TransDimension公司設計的TD1120是另一款支持高速USB2.0 OTG協(xié)議的可用于嵌入式系統(tǒng)的芯片。其特點有：既可作主設備，又可作從設備；支持存儲設備類；有多個USB接口，可以設置成主或從；具有和多種流行MCU(MIPS、ARM7/9)連接的高速存儲接口；內置多重緩存，增強性能；兩個從設備支持DMA通道；內置電源泵。 TD1120也沒有內置的可編程MCU，可在第一類和第二類設計中采用。 本文小結 這里我們僅列舉和比較了這些USB芯片的主要特點，真正帶USB功能的家用音響系統(tǒng)設計還要考慮芯片的USB傳輸性能、功耗、軟件支持以及價格等。關于軟件支持，以上各公司都提供了簡明、容易上手的USB開發(fā)包，但是要和主控MCU或MP3解碼MCU相配合仍然需要做大量細致的工作，特別是有必要了解嵌入式操作系統(tǒng)，以提高開發(fā)效率和增強代碼的復用性。 |
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