车载音频领域的DSP时代

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　　在汽车电子技术迅速发展的今天，音频系统已经成为每辆车不可缺少的部分。消费者对音频系统的要求是：具备更好的电台接收效果；支持更多种类的外加音源，比如DVD、SD卡、蓝牙、数字广播等；提供更加丰富的音效处理，比如SRS，Dolby 5.1等通常家庭音响才提供的效果。同时，配件厂商和设计公司希望能够缩短开发周期，以应对音频产品加速更新换代的挑战。

　　应对之道

　　图1是一个车载音频系统的一般架构图。在整个系统架构中，收音信号和音频信号的处理是由核心模块(IF/MPX Processor和Audio Processor)完成的，它的选型将决定系统最终的音效和可提供的功能。目前市场上常用的是模拟音频处理器(ASP)和基于DSP核的音频处理器(以下简称为DSP)。恩智浦半导体(NXP Semiconductors)推出的DSP芯片集收音(Radio)和音频(Audio)处理功能于一体，并内置ADC、DAC和音频选择电路，具有比ASP更好的性能和更高的可靠性。

图1车载音频系统的结构框图

　　下面从硬件设计和软件设计介绍对于市场挑战的应对之道。

　　硬件设计

　　根据市场需求，DSP解决方案要在硬件设计上进行四个
方面的持续努力。

　　(1)提供更强的处理能力

　　随着最终消费者要求的提高，车载音频系统中所需的信号处理能力正在急剧上升。恩智浦推出的一系列DSP芯片具备越来越强的处理能力。首先芯片内置的可编程DSP核EPICS7A/B采用双哈佛体系针对音频应用而优化了设计。此外，在提高单一DSP核运算速度的同时，在一颗芯片内部引入了多核架构，以进一步增强芯片的处理能力。

　　在音频处理中常碰到下面的运算：
　　
                                                                           y = mx + b

　　这其中m和b称之为系数，x和y称之为数值。由于通常系数和数值对精度的要求不同，所以在设计上EPICS7A/B选择了双哈佛架构，数据存储器分为两部分，24位位宽的XRAM主要用于存储数值，12位位宽的YRAM主要用于存储系数，指令存储器PRAM为32位位宽。

　　SAF7730配备了5个DSP核，对音频的处理可以支持6通道模式，用于同时处理DVD播放端输出的3路I2S信号，这样可以使驾驶者欣赏到Dolby 5.1声道的美妙享受。

　　(2)DSP和前端调谐器更好的配合

　　对于收音处理，前端调谐器将接收到的电台信号输出到后端DSP，在DSP中进一步完成解调、解码和去除噪声等处理。根据调谐器输出的信号类型不同(MPX/IF/Low IF)，恩智浦先后推出了DSP和调谐器产品的不同组合，可以供用户选用。

　　通过DSP和相应前端调谐器的配合，整个方案可以很好地实现干扰去除。在汽车这样一个移动环境中，临近频道干扰和多路径干扰一直是影响收音信号接收质量的难题。恩智浦通过“精确临道抑制”(PACS)技术来消除前者，通过双天线/双调谐器应用架构和DSP内嵌的Antenna/Phase Diversity软件算法来抑制后者，取得了良好效果。

　　此外，通过DSP和相应前端调谐器的配合，整个方案在完成RDS处理方面可以实现极高的效率。比如备选频率切换(AF switch)是RDS的一个重要应用，如果采用恩智浦的DSP/调谐器整体方案，由于调谐器芯片留有专用管脚和DSP通讯，切换过程可以不借助MCU，因而整个过程可以控制在毫秒级，对于使用者而言完全感觉不到电台频率的平滑切换。

　　(3)更高的集成度和更低的系统成本

　　恩智浦最近推出的SAF7780集成了4个DSP核和1个ARM7处理器，可以在单一芯片内部完成收音、音频处理、MP3/WMA解码和主机控制的功能，未来还将支持USB和蓝牙连接，客户应用它可以实现音频系统所需要的大部分处理工作。

　　同时恩智浦不断改进技术以降低现有芯片的成本，比如从SAF7730到SAF7741，从SAF3550到SAF3555，都是在维持功能性能基本不变的情况下实现成本降低，最大限度地帮助客户推出有价格竞争力的产品。

　　(4) 支持新应用的可扩展性

　　由于市场的多变，车载音频系统必须要对未来的应用给予足够的扩展支持。恩智浦的DSP芯片提供了丰富的模拟和数字接口，提供了不同数量的音频A/D、D/A、I2S输入、SPDIF、Host I2S输入/输出，以方便新的音源接入系统。

　　另外当DSP芯片本身处理能力不足，或者客户有特殊的需求(比如特殊的均衡处理)时，可以很方便地通过DSP芯片对外的接口连接协处理器，进而扩展处理能力。考虑到数字广播在未来的应用前景，最近推出的SAF7730和SAF7780均对数字广播应用做了支持。

　　在SAF7730评估板上，相同的硬件接口通过插上不同的处理器模块(如应用于HD Radio的解码器SAF355X和应用于DRM的解码器PNX952X)，即可支持不同的数字广播应用。

　　软件设计

　　基于DSP 的解决方案中，用于实现算法的软件已经固化在芯片内部，客户需要做的就是运行于MCU中控制程序的开发。通过控制软件的模块化设计，客户可以很容易地实现功能裁减、复用和扩展。在软件方面，恩智浦的DSP解决方案有两个特点。

　　(1)从寄存器设置转向分层结构API编程

　　从软件设计的角度，目前音频处理器的应用几乎都是采用寄存器操作的方式。随着芯片功能越来越丰富，动辄上百个甚至更多的寄存器和复杂的读写流程让应用开发者花费大量的时间学习消化。在未来的解决方案中，提供给用户的应当是简单易操作的函数接口，而不仅仅是一组寄存器列表和文字定义。

　　以SAF7780为例，SAF7780是 ARM+DSP架构，对于客户开发控制程序而言，可以不需要操作到寄存器一级，芯片本身提供了SDK，直接通过调用API的接口函数就可以编程实现，从而使软件开发变的更加简单。对于客户而言，只需要根据自己的系统需求完成应用层的编程开发，即可以实现整个应用的软件控制。
　　(2)开放架构，可嵌入第三方和客户定制组件

　　随着车载音频系统变得越来越多样化、个性化，软件也必须提供一个灵活开放的架构，以便加入客户所需的特定功能。
恩智浦首先和第三方音效软件商合作，如Dedekind、SRS，在DSP芯片中植入各种广受欢迎的音效模块和相应的激活密钥，为有需要的客户开发此类功能提供更多便利，而无此需要的客户也无需承担相应的成本；另外对于大客户，恩智浦的DSP芯片可以进行版本定制，即嵌入客户特定要求的软件组件，以最大限度地贴近客户的实际需要。

　　结束语

　　车载音频领域正在经历一个前所未有的技术变革，数字广播、后座娱乐、有线无线连接都成为市场现有或者潜在的需求。传统的模拟音频系统主要通过硬件实现功能，在新应用的挑战下已经越来越难以满足未来的市场，而如前面所述，基于DSP方案将会显示出越来越多的技术优越性。