瑞薩電子

在汽車電子應(yīng)用方面，需要用到很多如CAN、LIN、MOST以及藍(lán)牙等協(xié)議，傳動系統(tǒng)、底盤、安全系統(tǒng)、儀表盤等等。汽車音響、汽車導(dǎo)航也是重要的一環(huán)。

車載信息娛樂系統(tǒng)趨勢

傳統(tǒng)的車載音響包括Tuner及收音機(jī)、CD播放功能，隨著人們的需求越來越多，可能會加入U(xiǎn)SB設(shè)備、藍(lán)牙等設(shè)備的功能，慢慢地人們發(fā)現(xiàn)只是"聽"已經(jīng)不夠了，需要有視頻、攝像頭功能，再后來需要導(dǎo)航功能。在這些其中，如圖1所示，車載彩色TFT顯示音響和車載多媒體音響年增長率是最高的。



圖1 車載信息娛樂系統(tǒng)趨勢

多媒體功能每年都在增強(qiáng)，如圖2所示。對于多媒體功能來說，最先只是CD的播放或者支持USB或者SD卡等，慢慢地隨著iPod的普及，需要支持iPod功能和iPod藍(lán)牙的功能，包括USB3.0。而彩色TFT從WQVGA到VGA的顯示，到RD的顯示以及最后會和Smart Phone做連接顯示等，不難發(fā)現(xiàn)，功能會越來越加強(qiáng)。

車載多媒體音響系統(tǒng)模塊如圖3所示，由一個(gè)主控MCU控制的Tuner、CD DSP伺服器USB模組和iPod功能等組成。


圖2 車載信息娛樂系統(tǒng)的功能



圖3 多媒體音響功能模塊

在這里，多媒體音響功能有AM/FM；CD，USB，SD，iPod，Bluetooth；MP3，WMA，AAC；Character Display。

AE1-L無機(jī)芯車載音響方案

AE1-L是瑞薩電子無機(jī)芯車載音響方案。在傳統(tǒng)的汽車音響使用AE1-L之后，如圖4所示，就可以直接增加音頻解碼(MP3/WMA/AAC)和USB/SD接口，并且可以去掉CD機(jī)芯變身Low Cost Car Audio (LCC Audio)。這樣就可以變成一個(gè)低成本音響方案。這個(gè)方案的靈活性是很好的，可以滿足不同客戶的不同需求。

AE1-L 產(chǎn)品方塊圖如圖5所示，從連通性來說，AE1-L支持USB Memory、DMP、iPod、SD、CARD READER、HUB等，所支持的音頻包括MP3、WMA、AAC、WAV，AE1-L的內(nèi)部還帶了控制元件，可以做文件系統(tǒng)分析、USB驅(qū)動和SD驅(qū)動等等。從界面來說，可以支持USB I/F、HOST I/F、SD(SPI) I/F、I2S output、Download I/F(64-pin version)和Serial Flash I/F(AE1-LF)等。

AE1-L分為5個(gè)產(chǎn)品線，分為標(biāo)準(zhǔn)級和車規(guī)級，從封裝上來說分為48-pin和64-pin。其中AE1-L有3款產(chǎn)品是不需要外掛Flash的，AE1-LF有2款產(chǎn)品可以支持外部的Flash自我升級功能，比如你有iPod功能，當(dāng)iPod協(xié)議發(fā)生更改，可以通過外部Flash來對AE1-LF進(jìn)行升級以支持最新的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)自我升級的功能，并且全線都支持MCU功能的自升級。

64-pin的AE1-L支持?jǐn)?shù)據(jù)下載功能，傳送除了通過USB 存儲器和SD卡讀取音樂文件外，還可以傳送特定文件，傳送圖片數(shù)據(jù)，以給外部的圖形顯示或者由外部MCU進(jìn)行分析使用的功能。

另外一個(gè)顯著的功能是MCU自升級功能，MCU可以通過AE1-L來讀取外部USB或者SD設(shè)備的自身代碼系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主控制器的自我升級功能。

AE1-L特性歸納來說就是易控制，是簡單設(shè)計(jì)的USB memory/iPod/SD音頻系統(tǒng)，并且還具有低成本的特性，是成本優(yōu)化的具有連接功能音響。與此同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)小面積的系統(tǒng)布局。AE1-L提供兩種尺寸封裝，分別是48-pin和64-pin 封裝，48-pin封裝尺寸是7mm×7mm ，64-pin封裝尺寸是10mm×10mm?？蛻艨梢院苋菀自诂F(xiàn)有的音頻播放器方案上增加AE1-L。

新的SoCs整合了USB主控制器和音頻解碼功能，因此單芯片SoCs可以直接從USB設(shè)備，SD卡和其他數(shù)碼音樂播放器中播放音樂。擴(kuò)展功能可以用外部Flash實(shí)現(xiàn)。



圖4 傳統(tǒng)的汽車音響使用AE1-L



圖5 AE1-L產(chǎn)品方塊圖

AE1-L具有多樣的產(chǎn)品特性。USB 2.0 (FS) 主機(jī)界面；豐富的連通性包括USB存儲器、SD卡、iPod和其他音樂播放器；HUB/卡讀取器；特色包括即插即播、內(nèi)置軟件和中間件、可升級、不需要開發(fā)工具；支持多種音頻格式包括MP3/WMA/AAC/WAV；功能更新包括AE1-L（使用內(nèi)部ROM，不需要外部Serial Flash），AE1-LF（使用外部Serial Flash，可隨時(shí)升級軟件）。

簡單易控也是AE1-L特性，使用命令可以通過MCU控制AE1-L。瑞薩電子為MASK版本和外部FALSH版本開發(fā)了程序；壓縮音頻解碼（MP3/WMA/AAC）； USB主驅(qū)動器；SD驅(qū)動（SPI）；USB文件系統(tǒng)(FAT16/32)；采用I/F的系統(tǒng)控制器 (API)；音頻播放 (play，stop，random等)。在現(xiàn)有的MCU S/W上，客戶僅僅需要增加AE1-L控制命令便可完成。

AE1-L開發(fā)工具包括文件、原理圖和固件三個(gè)部分。文件包括數(shù)據(jù)表和用戶手冊以及應(yīng)用注解兩部分。原理圖包括示范板的原理圖和PCB布局。固件包括示范板的MCU代碼（78K0和R8C）。

AE1-L示范板

AE1-L HDK 主要特征：

• MCU–R8C/2A，時(shí)鐘頻率20MHz，ROM 64KB, RAM 3kB

•音頻芯片–音頻解碼

•顯示設(shè)備–OLED 256像素×64像素, 支持中英文文字顯示

•輸入接口–2個(gè)旋鈕（分別帶1個(gè)按鍵），6個(gè)按鍵

•存儲媒介–支持U盤，SD卡

•音頻輸出–4聲道輸出，1耳機(jī)輸出

•音頻格式–支持MP3，AAC，WMA，WAV格式

AE1-L (µPD63911/uPD63551/uPD63531) 和 AE1-LF (μPD63530/ μPD63910) 是集成USB（通用串行總線）主機(jī)(Host)控制器的音頻解碼器SoC。適于汽車和消費(fèi)電子應(yīng)用，如數(shù)字汽車音響。單個(gè)芯片上整合了USB 2.0 (全速12Mbps) 主機(jī)控制器以及USB音頻系統(tǒng)所需的功能。其內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)集成軟件包括：USB控制，MP3，WMA和AAC解碼功能，WAV文件播放功能，文件系統(tǒng)控制和系統(tǒng)控制功能。用戶開發(fā)的應(yīng)用軟件只需發(fā)送簡單的控制命令。從而極大地縮短了開發(fā)所需的時(shí)間。

MCU內(nèi)部模塊的驅(qū)動：

•Clock

•Timer0, Timer1, Timer2

•CSI0 (MCU與AE1-LF通訊用)

•CSI1 (MCU與Serial Flash通訊用)

•I2C(MCU與E-Volume通訊用)

•Port (Key/ Rotary encoder/ LED

•reset control/ power control)

•相關(guān)中斷等等

周邊外設(shè)的驅(qū)動：AE1-L，OLED，E-Volume，Serial Flash (字庫，LOG，各圖形標(biāo)識，用戶設(shè)定參數(shù)，恢復(fù)播放信息)。

接口內(nèi)容是抽象化的周邊功能和訪問外設(shè)的API，分別為AE1-L，Display，E-Volume，Serial Flash (設(shè)計(jì)存儲字庫, LOG, 各圖形標(biāo)識，用戶設(shè)定參數(shù)等)。

系統(tǒng)服務(wù)有應(yīng)用服務(wù)（Clock、Timer）和錯誤狀態(tài)管理。

通過任務(wù)管理，實(shí)現(xiàn)各功能。主要任務(wù)包括：Host任務(wù)（負(fù)責(zé)管理設(shè)備狀態(tài)），AE1-L任務(wù)（實(shí)現(xiàn)AE1-L功能（存儲媒介訪問、音頻解碼）），Display任務(wù)（在各種狀態(tài)下顯示人機(jī)交互信息），E-Volume任務(wù)（管理音頻屬性）。

事件及信息流表現(xiàn)為，當(dāng)有事件發(fā)生，包括按鍵或者旋鈕，根據(jù)接收對象來分類，消息類型分為AE1-L模塊接收的消息、Display模塊接收的消息、E-Volume模塊接收的消息。值得注意的是，Host模塊只發(fā)送消息，不需要接收其他模塊發(fā)送的消息，Display模塊只接收消息，AE1-L模塊和E-Volume模塊，則根據(jù)場合和功能的不同，既是某些消息的發(fā)送方，也是另外一些消息的接收方。

MCU系統(tǒng)時(shí)鐘，根據(jù)不同運(yùn)行狀態(tài)，選用兩種時(shí)鐘源：在Power on狀態(tài)下，MCU系統(tǒng)時(shí)鐘使用片上高速時(shí)鐘，約40MHz(MCU內(nèi)部固定2分頻)。

在Power down狀態(tài)下，MCU系統(tǒng)時(shí)鐘使用片上低速時(shí)鐘，約125kHz。值得注意的是，綜合考慮MCU用到的2種通信模式(時(shí)鐘同步串行通訊及I2C通信)，和片上高速時(shí)鐘精度(常溫下約2%),Power on狀態(tài)下選用片上高速時(shí)鐘。低功耗采用片上低速時(shí)鐘，3.3V供電/8分頻條件下，電流消耗145μA。

Host的主要機(jī)能有系統(tǒng)管理，主狀態(tài)管理；解釋Key和Encoder事件，以及產(chǎn)生相應(yīng)的消息；調(diào)度其他小型服務(wù)，例如：保存和讀取設(shè)置參數(shù)、LED顯示、Watchdog等。

HDK為外圍器件提供可控的3種電源，12V/5V/3.3V。在Power down狀態(tài)下，關(guān)閉外圍器件電源，以降低功耗。MCU低功耗，采用片上低速時(shí)鐘(約125kHz)方式。理論上，R8C2A在“VCC=3V，系統(tǒng)時(shí)鐘為片上低速時(shí)鐘，8分頻”的條件下，電流消耗為145μA。

為改善系統(tǒng)的可靠性，使用了Watchdog超時(shí)復(fù)位功能。在系統(tǒng)時(shí)鐘為片上高速時(shí)鐘時(shí)(在Power up狀態(tài)下)，Watchdog定時(shí)約為209ms。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘為片上低速時(shí)鐘時(shí)(在Power down狀態(tài)下)，Watchdog定時(shí)約為512ms。

目前軟件占用MCU的資源有ROM Code 40kBytes；ROM Data 11k Bytes；RAM 2kBytes。

問答選編

問：這個(gè)音響方案對于電源干擾的問題如何解決的？

答：我們在電源電路上增加了大電容濾波以及穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓，通過LDO模塊實(shí)現(xiàn)去除外部電源抖動。

問：請專家介紹MCU自主升級功能?在什么情況下升級？如何操作？

答：如果客戶需要修改整個(gè)產(chǎn)品功能或者其他要求，就可以通過u盤對MCU進(jìn)行升級。

問：在汽車設(shè)計(jì)的哪些領(lǐng)域用到這個(gè)芯片呢？

答：汽車音響等需要音頻解碼的都可以用到。

問：內(nèi)置Flash有多大，外置允許多大？

答：內(nèi)置Flash是無法對用戶開放的，用戶無法使用，因此不必要關(guān)心。外部Flash，您可以根據(jù)相應(yīng)的AE1的firmware的大小進(jìn)行選擇合適的Serial Flash大小，目前大概是100kB。

問：器件是否支持iPhone/iPad/iPod的USB播放？是否支持藍(lán)牙？

答：支持iPhone/iPad/iPod的USB播放。不支持藍(lán)牙，但可以通過MCU外接藍(lán)牙模塊。

問：AE1-L/F實(shí)現(xiàn)了簡單易控的無機(jī)芯汽車音響，那么對環(huán)境有什么要求呢？

答：芯片本身對環(huán)境沒有特別的要求，完整方案需要注意EMC設(shè)計(jì)。

問：AE1-L除了實(shí)現(xiàn)USB Module功能還具有什么特性？

答：AE1_L除了支持USB之外，還可以支持SD卡、USB HUB，也可支持ipod（某些型號的AE1），另外，可以支持音量大小的調(diào)節(jié)。

問：請介紹AE1-L的功耗和降功耗特性？

答： AE1-L這款示范板正常運(yùn)行的功耗大概在200mA左右，低功耗模式下大概在5mA左右。

問：和AE1-L接口的MCU有哪些類型？采用什么樣的通信接口？

答： AE1_L和MCU的通訊方式是CSI，另外加RTS和CTS兩個(gè)PIN，也就是說總共5個(gè)PIN:CLK、SI、SO、RTS、CTS。DEMO板有兩種：78K0和R8C MCU。

問：要支持視頻處理功能等多媒體功能,AE1-L需要增加什么外部器件?

答：可以使用帶視頻解碼的MCU或者單獨(dú)外接視頻處理芯片。Renesas有相關(guān)帶音頻和視頻解碼的MCU，例如SH2A系列。

問：“無機(jī)芯”是何具體概念？

在線座談（Online Seminar）是中電網(wǎng)于2000年推出的創(chuàng)新服務(wù)，通過“視頻演示＋專家解說＋在線問答”三位一體相結(jié)合的形式，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺的便捷性，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)提供商與系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師的實(shí)時(shí)互動交流，其形式和內(nèi)容都廣受電子行業(yè)工程師的好評。本刊每期將挑選一些精華內(nèi)容整理成文，以饗讀者。欲了解更多、更詳細(xì)的內(nèi)容，敬請登錄http://seminar.eccn.com。