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处理器与音视频外设之间的连接

作者:admin时间:2021-03-07 07:47

  数字信号解决器以需求大宗I/O负载的操纵为标的,一样为开垦职员供给各类集成接口—某些是程序接口,此外少少则是专用接口。比方,美邦模仿器件公司(ADI)的Blackfin系列解决器是会聚解决器,这意味着它们正在一个芯片上集成了DSP与MCU性能,这些解决用具有与音频操纵闭连的两种重要类型的串行接口。该解决器的低比特速度双线接口(TWI)与串行外设接口(SPI)模块是用于音频器件节制与摆设的。这些外设接口的前向通道一样用于摆设或节制音频转换器,而反向通道则重要担任传输转换器的反应新闻或状况新闻。该解决器的高比特速度串行端口外围电道,一样用于实行音频数据传输。

  Blackfin解决器的双线接口与恩智浦半导体公司的双向I2C总线相兼容,并正在众个器件之间供给一种至极简明的换取节制新闻与数据新闻的形式。它维持主从操作,传输速度高达400 kbps。I2C总线的串行数据(SDA)与串行时钟(SCL)线)蕴涵众个主接口,因而它能够结合一个以上能够对数据转换举行初始化的集成电道。串行数据流与串行时钟数据流之间的相位差决意正在指定光阴点的操作形式是主操作仍然从操作。固然咱们不或者正在这里列出全邦上全豹的I2C器件,但却能够说:运用蕴涵I2C端口的数据解决器时,不管机闭怎么,都能够具有众种区别的互连计划。

  Blackfin解决器全双工串行外设接口(SPI),运转速度最高可达33Mbps(远远赶过绝大无数A/D与D/A转换器的节制央浼), 该接口与摩托罗拉串行外设接口程序兼容。SPI是摩托罗拉公司发现的,又称作Microwire,是美邦邦度半导体公司的注册牌号。SPI的扩展囊括列队串行外设接口(QSPI)以及Microwire PLUS,二者都依然面市。SPI是一个3针数据通讯接口构成(参睹图2),维持主从境况以及众主机境况。SPI接口囊括:MOSI(主出从入)接口、MISO (主入从出)接口以及串行时钟(SCK)接口。Blackfin解决器的1个SPI拔取输入针脚,批准其他SPI器件拔取Blackfin解决器;Blackfin解决器的7个拔取输出引脚,批准该解决器拔取其他SPI器件。固然开垦职员凡是运用 SPI举动解决器与周边电道之间的同步串行通讯接口,但SPI也能够用于内部解决器通讯。至于I2C,因为SPI依然正在业界遍及运用,与SPI兼容的器件四处可睹。

  Blackfin解决器的全双工同步串行端口(SPORT)事务正在较高数据速度,维持同时发送与汲取。与音频操纵闭连的SPORT性子囊括:两套独立的发送与汲取引脚(原始数据、二次数据、时钟与帧同步),8通道I2S立体声响频(恩智浦半导体公司数字音频“Integrated Interchip Sound”总线比特,分袂率赶过绝大无数高精度音频操纵。

  I2S是有目共睹的串行总线立体声响频传输程序,遍及用于编制单位(如模数转换器以及数模转换器)之间的互连。I2S接口还用于高端CD与DVD播放器、以及PC声卡。I2S总线策画一样囊括以下三条串行线条囊括两个时分众址数据通道的线条字拔取线条时钟线)下,任何器件都能够通过供给须要的时钟信号而成为编制主器件,I2S从器件一样驱动来自外部时钟输入的内部时钟信号。I2S策画或许独立解决来自时钟信号的音频数据,况且通过分辩数据信号与时钟信号,能够减轻与光阴闭连的偏差(或者惹起颤动),而不再需求防颤动器件。

  为了将音频源与数字信号解决器相连,正在图4中,麦克风的模仿输出通过模数(A/D)转换器转换为数字信号,正在这种情状下,麦克风承当相当直接的接口职业。从节制的角度看,DSP举动主机事务,它拔取A/D转换器举动SPI附属外围电道。接着,诈欺4个SPORT引脚中的3个引脚,向Blackfin解决器传输数据。图5给出相反的例子,解决器与数模(D/A)转换器的结合,这也同样容易。正在这种情状下,解决器仍将举动SPI接口主机摆设与节制转换器,数据通过I2S SPORT接口流向数模转换器。然后,向言语者反应模仿输出。

  下面的几个提示将使依然容易的操纵变得越发容易。正在解决器的双线接口(TWI),肯定要记住遵从I2C典型正在SCL与SDA上各加上一个上拉电阻,由于这些引脚不行由高电平驱动(全豹的时钟与同步信号都要运用精确的终止)。正在SPI端口,要检讨每个MISO引脚与MISO引脚的结合(由于这两个信号名称至极类似,信号的名称与性能容易杂沓)。

  简化开垦的一个好主见是诈欺供应商供给的器件驱动圭外套件,供应商的硬件平台开垦用具能够用于评估与开垦嵌入式解决计划。比方,ADI公司的Visual DSP++用具套件,囊括SPI、SPORT、TWI与其他接口的外围驱动圭外。用户能够通过程序操纵编程接口(API),摆设与节制这些接口。Blackfin EZ-KIT评估板与闭连的EZ-Extender扩展卡,这些转换器附带了大宗代码模范,可认为策画职员供给有益的框架,使其缓慢负责音频器件怎么同Blackfin解决器举行接口。

  Blackfin解决器与视频举行接口相同于它与音频的接口,不过比后者更庞大。

  邦际电信同盟(ITU)的BT.601提议阐知道数字电视信号编码。最常用的BT.601颜色空间是YCbCr颜色空间,此中,Y显示亮度分量,Cr与Cb显示色度分量。亮度与色度是遵照RGB值准备出来的,它们彼此独立,比RGB信号更适于举行压缩。一样,正在4:4:4 YCbCr花式中,每个像素囊括1个亮度值和2个色度值(Cb与Cr)。4:2:2 YCbCr花式则是一种颜色空间压缩花式,此中,每个像素由1个亮度值和1个色度值(Cb或Cr)构成。

  数字视频信号诈欺若干准时信号构成视频帧。程度同步(HSYNC)信号标定了一个视频帧的每一个扫描行(从左至右)的有用视频信号出发点。笔直同步信号(VSYNC) 从上至下标定了一个新的视频帧出发点。正在交错视频中,诈欺场指示器(FIELD)区别视频帧的奇场与偶场。终末,像素时钟信号对视频帧中的像素分量同步举行填补。

  正在BT.601程序视频中,这些同步信号通过物理形式转送到硬件引脚。不外,BT.656提议界说了传输4:2:2 YCbCr数字视频的并行与串行接口,正在数据流中嵌入这些同步信号,不再需求特别的硬件信号。这需求正在数据流(0xFF, 0x00, 0x00, 0xAB—此中,0xAB是节制字节,遵照数据流中此刻像素的位子而区别)中插入前导。图6给出NTSC与PAL帧机闭实例,图7证实怎么正在数据流中修树前导。

  数字视频源(如来自数字CMOS传感器的信号)能够直接与Blackfin解决器的并行外设接口(PPI)结合。然而,模仿摄像机由来则必需起首通过视频解码器,经历数字化转换成视频流后,输入至解决器。

  对付视频输出,解决器或许对付视频输出而言,Blackfin解决器或许自然地向TFT-LCD等显示器发送数字视频流。该显示器只继承直接的数字输入。另一方面,假使视频信号欲流向模仿显示器(如CRT显示器),它必需起首通过硬件视频编码器,将数字视频流转换为合意的模仿花式。

  图8给出CMOS图像传感器怎么同嵌入式解决器结合。这里,双线接口(TWI)节制通道与Micron公司的CMOS图像传感器I2C总线结合,图像数据直接输入Blackfin解决器的8位并行外设接口(也能够遵照传感器的分袂率,达成10位、12位甚或16位结合)。

  固然Blackfin解决器的并行外设接口往往是蕴涵直接接口的高速并行端口(16条数据线个时钟信号),但该端口不具备某些图像友谊的性子,因此无法与解决器的DMA引擎联结事务。并行外设接口的详明原料太众,本文不再赘述。

  本例中的图像传感器供给像素时钟信号以及某品种型的成帧解决——程度同步信号将标定有用扫描行区域。而笔直同步信号则是一个“帧有用”类信号。对付维持ITU-R BT.656程序的很众其他图像传感器,则不需求这些同步信号。

  假使视频输入信号来自模仿源,如便携式模仿摄像机,那么信号必需起首经历视频解码器。正在图9所示的例子中,解决器通过I2C与TWI接口摆设解码器,其PPI接口汲取来自视频解码器的8位数字数据流以及行锁像素时钟信号。

  正在大无数操纵中,仅存储正在解决器内存中的视频帧的诈欺是有限的。视频帧必需传输至显示摆设。当然,模仿显示器起首需求视频编码,如图10所示。能够诈欺I2C接口,达成通过Blackfin解决器PPI数据总线(即使这些分外编码器维持BT.656程序,某些编码器确需求通过PPI帧同步信号传送显式帧同步信号)发送数据的摆设。相同于TFT LCD面板的数字显示器需求某些无别的信号层信号与同步层信号,囊括程度同步信号、笔直同步信号以及数据取样时钟信号。正在结合至TFT LCD面板时,凡是都邑诈欺全豹16位数据总线,由于大无数TFT-LCD面板都维持18位以至更高数据率;况且有拔取地运用脉宽调制(PWM)准时器模块,由于很众TFT-LCD面板都不装备准时节制器。图11给出模仿显示时解决器与视频编码器的典范结合。

  咱们应该尽或者采用BT.656程序,由于它能够大幅省略视频接口操纵中数睹不鲜的准时欠妥协与纷歧律的题目。同时,还需求亲热预防的是,A/D或D/A转换器的默认修树。有光阴,这些转换器能够直接操纵,无需通过I2C或SPI接口举行修树。其余,必需确保尽或者不要影响像素时钟源,由于遵照操纵的区别,这些时钟速度或者高达数十MHz,一个完整独立的时钟信号有助于进步编制功能和宁静性。

  当Blackfin解决器与典范的RGB666 LCD面板(其红、绿、蓝分量各占6位,共计18位)结合时,解决器的16位接口本质上是把其算作RGB565结合的。不要将赤色与蓝色通道中的最低有用位弃之不顾,由于这种通用做法会影响视频信号的动态局限。相反,正在平板显示器上,能够将赤色和蓝色分量的最低有用位与最高有用位连合起来,如此就能够确保三个颜色分量都能供给从最低值到最高值的完好动态局限。而绿色通道则结合至6位接口,用于传输6位绿色分量信号,由于绿色是这三种颜色分量中对视觉影响最大的颜色。

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