MOST引領(lǐng)家庭多媒體

　　按每平方英尺算，您車內(nèi)的多媒體很可能要比家里的多。后座有孩子們用的液晶顯示屏，由 DVD 播放器或視頻游戲控制臺(tái)掌控。

　　車?yán)锏囊纛l系統(tǒng)由最新 MP3 播放器驅(qū)動(dòng)。有些豪華車?yán)镞€有導(dǎo)航系統(tǒng)，甚至廣播電視。另外，您車?yán)锏睦纫埠芸赡鼙雀叨谁h(huán)繞音響系統(tǒng)的喇叭還多。難怪馬路上有那么多走神的司機(jī)。您需要的是一個(gè)簡單的控制界面;而制造商需要的是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。

　　MOST (Media Oriented Systems Transport，面向媒體的系統(tǒng)傳輸)是在汽車制造商和供應(yīng)商中越來越受推崇的一種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它提供了一個(gè)可以管理所有多媒體設(shè)備的單個(gè)界面，其強(qiáng)勢所在，是能夠處理針對不同目標(biāo)的多個(gè)數(shù)據(jù)流，而不失和諧。準(zhǔn)時(shí)數(shù)據(jù) (On-timedata)：這是連家庭網(wǎng)絡(luò)都無法保證的。

　　本文中，我將探討 MOST 網(wǎng)絡(luò)，并演示 Xilinx® MOST 解決方案的靈活性。

　　管窺 MOST 技術(shù)

　　MOST 網(wǎng)絡(luò)以光纖為載體，通常是環(huán)型拓?fù)洹r(shí)鐘和串行化數(shù)據(jù)是雙相編碼的，布線只需單根光纖。MOST 可提供高達(dá) 25 Mbps 的集合帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽車網(wǎng)絡(luò)。也就是說，可以同時(shí)播放 15 個(gè)不同的音頻流。

　　每個(gè)多媒體設(shè)備由環(huán)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表。常見的 MOST 網(wǎng)絡(luò)有 3 到 10 個(gè)節(jié)點(diǎn)。一個(gè)時(shí)序主控者 (timing master) 負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)鐘、生成幀數(shù)據(jù)即 64 字節(jié)序列數(shù)據(jù)。剩下的節(jié)點(diǎn)都充當(dāng)從控者 (slave)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)充當(dāng)用戶控制界面或 MMI(人機(jī)界面)。通常，此節(jié)點(diǎn)也是時(shí)序主控者。圖 1 所示為基本的 MOST 環(huán)。

　　主要有效載荷包含 64 字節(jié)幀里的 60 字節(jié)。此有效載荷由同步域和異步域組成。同步域用于以傳輸連續(xù)數(shù)據(jù);音頻和視頻屬于此類別。異步域用于互聯(lián)網(wǎng)訪問、導(dǎo)航數(shù)據(jù)傳輸和通訊錄同步等應(yīng)用中的零散數(shù)據(jù)的傳輸。另外，此通道還可用于控制單元的固件升級。

　　節(jié)點(diǎn)可在其指定的時(shí)隙發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。一個(gè)時(shí)隙指的是有效載荷內(nèi)的一個(gè)同步字節(jié)，它在請求節(jié)點(diǎn)和時(shí)序主控者間動(dòng)態(tài)分配的。通常，一個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送到時(shí)隙，同時(shí)任意數(shù)量的其他節(jié)點(diǎn)會(huì)從該時(shí)隙收集數(shù)據(jù)。

　　同步和異步間的邊界由時(shí)序主控者動(dòng)態(tài)控制。在任意給定的幀內(nèi)，同步域可能為 4 到 60 字節(jié)，而將該 60 字節(jié)中的剩余字節(jié)留做異步域。

　　幀的剩余 4 字節(jié)分配給(幀)頭 (header)、(幀)尾 (trailer) 和控制信息。(幀)頭含有幀對齊的前同步碼。尾的作用之一是奇偶校驗(yàn)?？刂朴蛴糜诰W(wǎng)絡(luò)相關(guān)的消息。這些消息可以是低級別消息，如時(shí)隙的分配和重新分配。相反，它們也可以是由操作符(如播放下一曲、音量控制、或重復(fù)播放)發(fā)出的高級別應(yīng)用消息。

　　讓 MOST 發(fā)揮更大作用

　　您不必將外部 MOST 控制器芯片連接到微控制器或 DSP，就可以將所有的組件都集成到一個(gè) FPGA 中。對于開發(fā)人員來說，外部組件少、PCB 空間小就意味著節(jié)省成本。

　　Xilinx 提供一種完全可參數(shù)化的 MOST 網(wǎng)絡(luò)接口控制器 (NIC) IP 核。您可以將該核定制為時(shí)序主控者，或者使用僅有從控者的配置，以減少邏輯。此核由一整套通過片上外設(shè) (OPB) 接口可訪問的寄存器控制。OPB 接口可與 Xilinx Platform Studio 中包含的 Xilinx MicroBlaze™ 32 位 RISC 處理器核無縫協(xié)同工作。

　　一整套低級別驅(qū)動(dòng)程序文件在 C 源代碼中已經(jīng)可用了。該驅(qū)動(dòng)程序提供了一系列用于訪問寄存器空間、處理中斷和將數(shù)據(jù)以流方式傳輸?shù)胶说墓δ?。Mocean Laboratories AB 針對完整網(wǎng)絡(luò)堆棧的 IP 核提供了 MOST 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，您只需編寫自己需要的應(yīng)用(程序)就可以了。

　　Xilinx MOST NIC 的獨(dú)特之處在于可實(shí)時(shí)預(yù)處理數(shù)據(jù)的流端口接口。對于栓接數(shù)據(jù)濾波器或加密/解密模塊來說，這無疑是個(gè)理想的選擇。LocalLink 接口是一種 Xilinx 標(biāo)準(zhǔn)，它能通過卸載專用過程顯著降低處理器和處理器總線的流量。此接口可用于多種用途。您可利用它接收或發(fā)送讀或?qū)憯?shù)據(jù)。最妙的是，如果不想使用此接口，Xilinx 實(shí)現(xiàn)工具會(huì)移除不必要的邏輯，從而節(jié)約資源，使設(shè)計(jì)能適用于更小的器件中。

　　同步數(shù)據(jù)要么在流端口接口收發(fā)，要么在 OPB 接口收發(fā)。無論您選用什么方法、分配多少個(gè)時(shí)隙，核都會(huì)為這些用戶界面將數(shù)據(jù)設(shè)置為 32 位字格式。通過逐個(gè)定義寄存器的方式，核把存放在 16 個(gè)邏輯通道中某一個(gè)的接收時(shí)隙數(shù)據(jù)累積起來。發(fā)送方向與之相反。使用這些邏輯通道，每一個(gè)方向都能允許 16 個(gè)不同的數(shù)據(jù)流。

　　Xilinx MOST NIC 核十分靈活。請?jiān)倏纯磮D 1 中的 MOST 環(huán)，圖中說明了如何使用 Xilinx MOST NIC 設(shè)計(jì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)。您可以將該核配置為時(shí)序主控者，用做 MMI。作為時(shí)序主控者，核會(huì)發(fā)送和接收控制環(huán)操作的控制信息。該節(jié)點(diǎn)還會(huì)代表用戶發(fā)送應(yīng)用消息，同樣也是通過控制域。您還可以將驅(qū)動(dòng)程序文件和 Mocean 的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)添加到 MicroBlaze 之上，用于事件調(diào)度。

　　您可以通過添加一個(gè)噪聲濾波器螺栓將 MP3 播放器轉(zhuǎn)化為高端音頻饋送，以消除音頻壓縮的非自然信號。有效載荷數(shù)據(jù)可從編解碼器出發(fā)，經(jīng)過噪聲濾波器，直接進(jìn)入流端口，而完全避免(占用) OPB 總線。與前述一樣，您可以將 MicroBlaze 嵌入式處理器用于中斷處理和事件調(diào)度。圖 2 所示為此設(shè)計(jì)的框圖。

　　至于放大器，可設(shè)想一個(gè)最小設(shè)計(jì)，只接收數(shù)據(jù)并將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給喇叭。您可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠進(jìn)行完整網(wǎng)絡(luò)協(xié)商和數(shù)據(jù)收集的較小用戶設(shè)計(jì)，而不像在 MP3 節(jié)點(diǎn)中那樣使用嵌入式處理器。此壓縮設(shè)計(jì)可以放入更小的器件，從而進(jìn)一步節(jié)省成本。

　　結(jié)論

　　如果您開的是高端歐洲車，車內(nèi)可能已經(jīng)有了 MOST 網(wǎng)絡(luò)。在歐洲運(yùn)營的 OEM 們已認(rèn)可 MOST 為事實(shí)上的汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。而我們這些開著不那么昂貴的車的人，也不用等太久了。伴隨著競爭的出現(xiàn)，這一度私有的標(biāo)準(zhǔn)，對成本小心翼翼的汽車制造商也逐漸負(fù)擔(dān)得起了。

　　隨著更大量數(shù)據(jù)(從音頻到視頻、遠(yuǎn)程信息處理和基于導(dǎo)航的應(yīng)用)需求的增長，MOST 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也計(jì)劃擴(kuò)大。下一代標(biāo)準(zhǔn) (MOST 50) 已定義，可提供原標(biāo)準(zhǔn)兩倍的帶寬。在撰寫本文時(shí)，MOST Cooperative 正在規(guī)劃第三代網(wǎng)絡(luò)，預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)速率將達(dá)到 150 Mbps 及更高。這些更新最終將不光把可用的應(yīng)用帶寬增加一個(gè)數(shù)量級，還期望支持銅和光學(xué)物理兩種介質(zhì)。

　　目前，Xilinx MOST NIC 已經(jīng)可以通過 CORE Generator™ 軟件獲得。它占用 6 個(gè) Block RAM 和大約 2,600 個(gè) slice，適合中等尺寸的 Spartan™-3E 器件，還為嵌入式處理器、外設(shè)、緩沖器和自定義的電路留有空間。