基于 AMD Alchemy Au1200嵌入式处理器的媒体播放器设计

方明，裴昌幸，陈南，易运晖

1 引言

便携式媒体播放器（Portable Media Player，PMP）是目前半导体供应商讨论的一个热点话题。PMP是一种以播放多媒体文件为功能的消费类娱乐产品，其中的多媒体文件包括音频、视频、Flash动画、图片等。播放MPEG4格式视频文件是PMP的重要特征。MPEG4视频压缩格式是由动态图像组（Moving Pictures Experts Group，MPEG）开发的，在1999年初正式成为国际标准，MPEG4是目前的图像压缩标准，播放效果接近DVD画质，而文件大小只有DVD的25％－30％，依靠这些优势，MPEG4迅速成为目前的高清晰视频文件类型，这也使得利用口袋里的PMP享受高品质的视频娱乐成为可能。

MP3播放器很好地满足了人们随时随地对听觉娱乐的需求，但随着大众对娱乐需求的提升，全方位的视觉听觉享受自然会更受到人们的期待，现阶段虽已有部分的手机、PDA不仅可以提供音乐的存取播放，也可以支持影像内容的浏览，但此类多媒体播放功能只能算是一种附加功能，在屏幕大小、电力持久度、储存容量等各方面仍有诸多限制，在这样的产业环境与市场机遇带动下，PMP的概念便应运而生，另外，数字相机与数字摄像机的普及，也推动了具有影像储存与播放能力的PMP的发展。

目前已推出的PMP方案有SigmaDesigns的EM851x方案；英特尔（Intel）的PXA27x+2700G方案；德州仪器（Texas Instrument）的DM320 DSP＋ARM处理器方案；飞思卡尔（Freescal）的i.MX31，i.MX31L方案；凌阳科技（Sunplus）的SPCA536方案；飞利浦（Philips）的PNX0190E方案。

2 基于Au1200的PMP实现方案

2.1 基于Au1200的PMP方案概述

AMD公司于2005年1月推出了专门为PMP设计的处理器Alchemy Au1200，在分析研究该芯片相关资料的基础上，设计的便携式媒体播放器（PMP）设计方案，其系统架构如图1所示。

该设计方案是一个低功耗、高性能的系统解决方案，旨在使消费者在路途中不间断地享受高质量的视频娱乐。主处理器 Au1200针对PMP应用进行了专门的优化，从而使本设计可以提供多种新一代的功能；支持多种标准的媒体格式，包括MPEG1，MPEG2，MPEG4，WMV9，H.263，DivX，XVID，MP3，WMA，WAV，ASF，AVI，JPEG；直接从数字录像机传输视频内容的能力，可扩展的DVD视频质量，在内容被传输到PMP之后，主处理器可以在不影响影像质量的情况下，直接扩展到更大面积的屏幕（1024×768）；更长的电池使用寿命。

2.2 基于Au1200的PMP方案具体设计实现

本方案由主处理器、内存、启动 ROM、主存储器、音频CODEC、LCD屏、外围扩展接口、键盘、电源等部分组成。

主处理器为AMD的Alchemy Au1200，这是一款低功耗、高性能的处理器，内部架构如图2所示，主要特性包括：功耗极低：＜400mW＠400MHz；支持DDR1和DDR2内存，支持NANDFLASH启动，集成媒体加速引擎（Media Acceleration Engine，MAE）不需要外部DSP而实现视频文件的直接解码播放，从而可以简化编程环境并减少组件，USB2.0控制器支持HOST模式和DEVICE模式，从而支持更高的速度和更加灵活的连接，具有叠加和混合功能的LCD控制器，配备摄像头接口AES－128硬件资料加密/解密；可编程串行控制器支持IIS，AC97，SPI，SMBus，操作系统支持Windows CE5.0，Linux 2.6。

系统内存选用美光的DDR266 SDRAM，型号为MT46V32M16TG，采用2片并联的形式，总容量为128MB，数据位宽为32b，内存带宽为1 066MB/s，与Au1200的内存控制器直接相连。

启动 ROM为NOR型FLASH存储器，型号为S29GL128N10，容量为16MB，16b的数据位宽，由于Au1200的地址总线只有15根，故需要一片锁存器74LVC16374，并配合ALE信号来锁存地址，以完成S29GL128N10与Au1200的连接。

考虑到设备的便携性、抗震性和功耗，没有配置硬盘作为主存储器，而是选用 NAND型FLASH存储器，型号为K9F2G08，容量为256MB，8b数据位宽。另外板上预留SD卡座，可以通过SD卡来扩充主存储器容量。

声卡芯片为Wolfson公司的WM8731，这是一颗低功耗立体声音频CODEC，通过IIS接口与Au1200相连。自带独立的放大器，可直接驱动16Ω或32Ω的耳机。

两个USB接口分别配置成HOST和DEVICE模式，提高系统的扩展能力。由于USB配置成HOST控制器时需要提供＋5V，500mA的电源，故使用一颗MC34063通过STEP－UP方式将锂电池提供的3.6V电压升压到＋5V为USB设备供电，通过设置电流检测电阻的大小将电流限制于500mA。

本设计的按键由控制键和方向导航键构成。每个常开式按键的一端连接 74LVC16244已上拉的输入端口，另一端接地；然后将74LVC16244的输出端连接于Au1200的数据端口，由软件按键动作检测并执行相应的操作。

LCD显示屏选用友达科技（AUO）的A036QN01，规格为3.6in，分辨率为960×234，接口类型Digital 8b RGB，工作电压3.3V，利用软排线将8b的RGB数字接口直接与Au1200自带的LCD控制器端口相连。

本设计中的电源由一片锂电池提供。为降低系统功耗以延长 PMP的播放时间，对系统电源配置采取以下措施：Au1200将低电压的内核供电与外部I/O口供电隔离，Au1200内核电压为1.2V，外部I/O口电压为2.5V和3.3V，系统需要的3种电压值3.3V，2.5V，1.2V皆由锂电池的3.6V电压经DC－DC变换电路得到，变换电路选用由SC192构成的高效率的BUCK型DC－DC电路形式；Au1200在休眠状态时可以将电压设置为关闭，从而降低电能损耗。以上措施同时降低了主处理器Au1200自身损耗和外围电路的电能损耗，在配置电池容量为1500mAH的情况下，可以保证3h的连续播放时间。

另外，主处理器的各路供电电压必须以一定的顺序加载才能使其顺利启动，首先加载 3.3V和2.5V电压，处理器此时将设置VDDXOK端口为有效，然后使能PWR-ED端口，PWR-ED端口再控制1.2V电压加载到Au1200内核，完成Au1200的上电过程，此过程由一片MAX6744芯片协助完成。

2.3 方案总结

以上所描述的基于 Au1200的PMP方案优势在于更低的成本和更小的功耗，集成硬件解码器MAE，不再需要外部DSP，从而简化系统编程；较高的CPU主频，配合DDR内存，使系统获得高速的数据处理能力。这些优势提升了Au1200在PMP方案领域中的竞争力，带来了广阔的发展前景和潜在市场，比会吸引众多厂商大力研发，并推出更多更具吸引力的PMP产品。

3 未来PMP产品的展望

视频 /音频播放是PMP的功能，而在此基础之上，PMP还可以扩展诸如视频录制、摄像/照相、数码相册、收音机、电子书、游戏、上网等丰富的功能，成为一种综合多种娱乐方式便携式设备，关于PMP的未来发展趋势，主要有以下几个方面：

（1）未来PMP将会增加硬件编码功能，配合摄像头，PMP将实现拍照和摄像功能；配合TV接收模块，可以实现将TV节目存储于PMP之上。

（2）增加联网功能。下一代的PMP将集成无线网卡（Wi－Fi）或超带宽（UWB）连接，Wi－Fi使PMP可以在家中或热点区域内享受在线视频服务，如在线电影、在线电视节目等。

（3）显示质量由标准清晰度（SD）向高清晰度（HD）发展，因为越来越多的家庭将会拥有高清晰度电视（HDTV），与PMP连接后，就可以高质量地播放PMP之上的视频文件。

  

参考文献:

[1]. i.MX31L datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/i.MX31L_1136821.html.
[2]. MPEG1 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MPEG1_873824.html.
[3]. ROM datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ROM_1188413.html.
[4]. DEVICE datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/DEVICE_1397784.html.
[5]. 16b datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/16b_2177774.html.
[6]. K9F2G08 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/K9F2G08_1096933.html.
[7]. WM8731 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/WM8731_711424.html.
[8]. MC34063 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MC34063_1098458.html.
[9]. 74LVC16244 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/74LVC16244_1812524.html.
[10]. MAX6744 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MAX6744_862267.html.