移動媒體終端方案設(shè)計
不詳 ?佚名 ? 2009年05月01日 ? ?學(xué)術(shù)交流
移動媒體終端方案設(shè)計
移動媒體終端（Portable Media Center）是Intel和微軟聯(lián)合開創(chuàng)的新一代便攜式信息終端，是一種集數(shù)字音樂、照片和視頻播放、錄音、錄像、移動存儲、PDA、電子圖書和掌上游戲等功能于一體的便攜式數(shù)字娛樂產(chǎn)品。目前隨著計算機(jī)、通訊和和消費(fèi)電子的進(jìn)一步融合，移動媒體終端已具備GPS、數(shù)字電視、手機(jī)通訊和無線互連等多種功能。
移動媒體終端已成為后PC時代的主流產(chǎn)品和推動IT市場增長的主要動力，為全球信息產(chǎn)業(yè)帶來無限商機(jī)。微軟已從基于PC的操作系統(tǒng)軟件市場，開始延伸至基于各種移動消費(fèi)電子終端的嵌入式操作系統(tǒng)軟件產(chǎn)品市場，國內(nèi)外IT和消費(fèi)電子企業(yè)均開始大規(guī)模進(jìn)入移動媒體終端產(chǎn)品領(lǐng)域。
一、基于Intel通用CPU和微軟Windows Mobile操作系統(tǒng)方案
為了進(jìn)一步拓展計算機(jī)之外的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，Intel于2002年7月正式對外宣布，將使用Xscale架構(gòu)的通用CPU開發(fā)PMC（Portable Media Center）移動媒體終端。PMC配置了一個4英寸LCD顯示屏和20GB硬盤，通過USB接口將PC機(jī)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆撛O(shè)備上，消費(fèi)者可通過PMC隨時隨地欣賞高質(zhì)量的視頻、靜止圖像、音樂及其它類型的媒體節(jié)目。
PMC使用微軟專為其開發(fā)的Media2Go嵌入式操作系統(tǒng)（2003年10月微軟將其更名為Windows Mobile for Portable Media Centers），并利用Windows Media Player軟件進(jìn)行數(shù)字音視頻內(nèi)容播放。Windows Mobile是從Windows CE延伸出的嵌入式操作系統(tǒng)，支持Windows Media 9系列音頻和視頻格式，并采用了與Windows XP Media Center Edition相同的用戶界面。
基于StrongARM技術(shù)的 Xscale微架構(gòu)CPU是專為PDA個人數(shù)字助理、Pocket PC掌上電腦、Smart Phone智能手機(jī)等個人手持設(shè)備推出的通用處理器，目前在PDA和Pocket PC產(chǎn)品上獲得了廣泛應(yīng)用。
為了節(jié)省移動媒體終端廠家的研發(fā)時間和費(fèi)用，降低開發(fā)風(fēng)險，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期， Intel在Xscale架構(gòu)CPU、Windows Mobile和Windows Media Player的基礎(chǔ)上建構(gòu)了一套PMC參考設(shè)計方案。三星、創(chuàng)新、三洋、iRiver和ViewSonic相繼推出了該方案的PMC產(chǎn)品。
基于Intel通用CPU、Windows Mobile和Windows Media Player播放軟件構(gòu)成的PMC方案缺點(diǎn)是計算速度慢、專用性不強(qiáng)，達(dá)不到消費(fèi)電子產(chǎn)品要求的最小軟、硬件配置，產(chǎn)品成本較高。該方案需要在通用CPU外圍配置NTSC視頻編碼器、音頻DAC，以及用于控制操作的FPGA等外圍芯片。另外，Windows Mobile和Windows Media Player對于系統(tǒng)資源具有巨大的吞噬作用，至少需要64MB的SDRAM和32MB的Intel StrataFlash，而且Windows Mobile的授權(quán)費(fèi)用高達(dá)每臺40美元，因此采用該設(shè)計方案的移動媒體終端產(chǎn)品成本難以降低。
二、基于TI可遍程DSP和DSPLinuxTM 操作系統(tǒng)方案
TI與Ingenient Technologies公司聯(lián)合推出了基于TMS320 DM270 DSP的PMC方案，利用數(shù)字信號處理能力很強(qiáng)的可編程DSP來進(jìn)行媒體數(shù)字信號的運(yùn)算和處理。TMS320 DM270處理器將DSP和MPU融為一體，內(nèi)部集成有TMS320C54x DSP和32位ARM7 CPU。DSP專門用于數(shù)字音、視頻信號處理，而MPU則用來執(zhí)行智能控制任務(wù)，如文件管理、存儲以及用戶界面與外圍器件管理等。
基于可編程DSP的PMC方案需使用DSP應(yīng)用軟件來對各種音、視頻格式的數(shù)字信號進(jìn)行編解碼，優(yōu)點(diǎn)是能靈活地支持多變的各種音、視頻格式，而缺點(diǎn)是必須要使用匯編語言或C/C++語言編寫源程序，因此軟件編程相對復(fù)雜，用戶開發(fā)時間較長。雖然RidgeRun公司為移動終端廠商提供基于TI DSP平臺的DSPLinuxTM 潛入式操作系統(tǒng)和主板支持套件BSP（Board Support Packages），Ingenient Technologies公司提供其MPEG-4解碼軟件，但其昂貴的軟件授權(quán)費(fèi)用大幅度增加了產(chǎn)品成本。
Archos、Sony、RCA（Thomson）、Iriver、Mobinote、MSI、Olympus、Neosol等公司采用了基于DSP和DSPLinuxTM 操作系統(tǒng)的移動媒體終端方案。移動媒體終端廠商不僅要從RidgeRun公司和Ingenient Technologies公司購買DSPLinuxTM 操作系統(tǒng)和MPEG-4解碼軟件使用授權(quán)，而且還要從其它多個第三方公司分別購買MP3、JEPG、MPEG1、MPEG2等解碼軟件，無形中增加了PMC廠商的開發(fā)難度和產(chǎn)品成本。TI已與微軟開始合作，將把微軟Windows Mobile和Windows Media Player移植到TI TMS320 DM270 DSP平臺上，以便讓眾多PMC廠商盡快推出使用TI DSP的移動媒體終端。
三、基于DVD解碼芯片與紫光嵌入式軟件系統(tǒng)方案
美國Sigma Designs公司生產(chǎn)的低功耗DVD解碼芯片EM8510是一種單芯片DMP（Digital Media Processor）數(shù)字媒體處理器，片內(nèi)集成有200MHz 32位RISC CPU、硬件音、視頻解碼器，以及NTSC/PAL編碼器、IDE接口、控制面板和紅外遙控器接口等PMP數(shù)字視聽產(chǎn)品所需的外圍電路。硬件音、視頻解碼器含有專用的硬件邏輯，可高效完成數(shù)字音、視頻信號的計算和處理，進(jìn)行MPEG1、MPEG2 MP@ML、MPEG4、DivX、Dolby AC-3、DTS解碼。32位RISC CPU用于控制硬件音、視頻解碼器的解碼過程，以及運(yùn)行DVD導(dǎo)航軟件，監(jiān)控和執(zhí)行DVD機(jī)的播放過程。
EM8510 DMP的特點(diǎn)是硬件解碼、速度快、功能強(qiáng)、功耗?。ㄗ畲蠊?00mW）、芯片集成度高，是一種單芯片DVD播放機(jī)解決方案，可大幅度縮短用戶的開發(fā)時間和成本，因而在中國DVD播放機(jī)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
EM8510 DMP使用片內(nèi)的硬件MPEG解碼器，可高效完成高質(zhì)量的MPEG2節(jié)目（HDTV）播放。而Intel通用CPU和TI DSP方案使用軟件進(jìn)行解碼，只能播放高壓縮率的MPEG4壓縮節(jié)目。
Sigma Designs公司 DMP成本大大低于Intel的通用CPU和TI的DSP，并包含移動媒體終端產(chǎn)品所需的多種解碼軟件（Firmware）和其它外圍電路，因此是一種理想的PMC硬件平臺方案。
Sigma Designs公司 的EM8510 DMP為了提高實(shí)時性能、并降低運(yùn)行功耗和硬件成本，取消了MMU（Memory Management Unit）部件，采用了可對內(nèi)存進(jìn)行直接訪問的實(shí)存儲器管理策略，因而EM8510只支持沒有虛擬存儲器管理的μClinux，不支持使用虛擬存儲器管理策略的Windows CE和標(biāo)準(zhǔn)Linux操作系統(tǒng)，使移動媒體終端廠家無法利用現(xiàn)有的Windows Mobile for Portable Media Centers快速設(shè)計開發(fā)產(chǎn)品。
Sigma Designs公司為EM8510提供的嵌入式系統(tǒng)軟件是專為滿足DVD導(dǎo)航管理功能而裁減的，因此沒有移動媒體終端所需的GUI圖形用戶接口、電源管理模塊、USB設(shè)備驅(qū)動軟件，以及PDA、E-Book和掌上游戲等應(yīng)用軟件。
利用EM8510作為移動媒體終端的硬件平臺，不僅可減小移動媒體終端產(chǎn)品的體積，降低產(chǎn)品功耗，而且無需使用NTSC/PAL編碼器、IDE接口、控制面板和紅外遙控器接口等外圍電路，可大幅度提高產(chǎn)品集成度和可靠性，降低產(chǎn)品成本。眾多IT和消費(fèi)電子廠商都期待基于EM8510的嵌入式系統(tǒng)軟件，目前雖然有韓國和日本的廠商已推出基于EM8510的PMC產(chǎn)品，但是尚無第三方提供基于EM8510的嵌入式系統(tǒng)軟件。
紫光公司自2003年起開始研發(fā)基于EM8510硬件平臺的μClinux嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式GUI、以及E-Book和掌上游戲等應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字音樂、照片和視頻播放、數(shù)字錄音、移動存儲、電子圖書和掌上游戲等多種應(yīng)用功能。
紫光嵌入式軟件系統(tǒng)根據(jù)移動媒體終端的功能需求和EM8510數(shù)字媒體處理器的具體情況，對開放源代碼的μClinux內(nèi)核重新進(jìn)行配置和編譯，在編譯時仔細(xì)選擇所需要的功能支持模塊，同時刪除不需要的功能，優(yōu)化操作系統(tǒng)代碼，降低整個系統(tǒng)的開銷與能耗，使系統(tǒng)運(yùn)行所需要的內(nèi)核顯著減小，將其剪裁（改造）為一個高性能、輕量級、功能可擴(kuò)展的可配置內(nèi)核。
剪裁后的嵌入式操作系統(tǒng)二進(jìn)制映象文件所占用的存儲空間極小，體積小于512KB。媒體文件播放和嵌入式操作系統(tǒng)完全一體化，音頻DAC、IDE接口、紅外遙控器接口、控制面板接口等應(yīng)用電路以動態(tài)連接庫（Lib）的形式與嵌入式操作系統(tǒng)編譯連接成一個單獨(dú)的可執(zhí)行程序，固化存儲在ROM芯片中。
由于移動媒體信息終端使用的LCD顯示屏幕面積十分有限，不適合用戶進(jìn)行多窗口操作，因此紫光嵌入式軟件系統(tǒng)使用單窗口的GUI進(jìn)行移動媒體信息終端的人機(jī)交互。單窗口GUI同一時刻只支持一個活動窗口，即每次只能有一個進(jìn)程獨(dú)占屏幕，因而不存在多窗口環(huán)境下多個窗口共享屏幕的現(xiàn)象，可大為簡化屏幕管理和事件處理的難度，不必建立復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，來支持多個窗口的管理和解決窗口之間的遮擋、焦點(diǎn)判斷及窗口切換等問題。單窗口GUI不僅因系統(tǒng)復(fù)雜程度的降低帶來了執(zhí)行效率的大幅提高，而且編譯后的長度只有幾百KB，運(yùn)行時占用最小系統(tǒng)資源，可降低系統(tǒng)功耗。
移動媒體終端（Portable Media Center）是Intel和微軟聯(lián)合開創(chuàng)的新一代便攜式信息終端，是一種集數(shù)字音樂、照片和視頻播放、錄音、錄像、移動存儲、PDA、電子圖書和掌上游戲等功能于一體的便攜式數(shù)字娛樂產(chǎn)品。目前隨著計算機(jī)、通訊和和消費(fèi)電子的進(jìn)一步融合，移動媒體終端已具備GPS、數(shù)字電視、手機(jī)通訊和無線互連等多種功能。
移動媒體終端已成為后PC時代的主流產(chǎn)品和推動IT市場增長的主要動力，為全球信息產(chǎn)業(yè)帶來無限商機(jī)。微軟已從基于PC的操作系統(tǒng)軟件市場，開始延伸至基于各種移動消費(fèi)電子終端的嵌入式操作系統(tǒng)軟件產(chǎn)品市場，國內(nèi)外IT和消費(fèi)電子企業(yè)均開始大規(guī)模進(jìn)入移動媒體終端產(chǎn)品領(lǐng)域。
一、基于Intel通用CPU和微軟Windows Mobile操作系統(tǒng)方案
為了進(jìn)一步拓展計算機(jī)之外的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，Intel于2002年7月正式對外宣布，將使用Xscale架構(gòu)的通用CPU開發(fā)PMC（Portable Media Center）移動媒體終端。PMC配置了一個4英寸LCD顯示屏和20GB硬盤，通過USB接口將PC機(jī)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆撛O(shè)備上，消費(fèi)者可通過PMC隨時隨地欣賞高質(zhì)量的視頻、靜止圖像、音樂及其它類型的媒體節(jié)目。
PMC使用微軟專為其開發(fā)的Media2Go嵌入式操作系統(tǒng)（2003年10月微軟將其更名為Windows Mobile for Portable Media Centers），并利用Windows Media Player軟件進(jìn)行數(shù)字音視頻內(nèi)容播放。Windows Mobile是從Windows CE延伸出的嵌入式操作系統(tǒng)，支持Windows Media 9系列音頻和視頻格式，并采用了與Windows XP Media Center Edition相同的用戶界面。
基于StrongARM技術(shù)的 Xscale微架構(gòu)CPU是專為PDA個人數(shù)字助理、Pocket PC掌上電腦、Smart Phone智能手機(jī)等個人手持設(shè)備推出的通用處理器，目前在PDA和Pocket PC產(chǎn)品上獲得了廣泛應(yīng)用。
為了節(jié)省移動媒體終端廠家的研發(fā)時間和費(fèi)用，降低開發(fā)風(fēng)險，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期， Intel在Xscale架構(gòu)CPU、Windows Mobile和Windows Media Player的基礎(chǔ)上建構(gòu)了一套PMC參考設(shè)計方案。三星、創(chuàng)新、三洋、iRiver和ViewSonic相繼推出了該方案的PMC產(chǎn)品。
基于Intel通用CPU、Windows Mobile和Windows Media Player播放軟件構(gòu)成的PMC方案缺點(diǎn)是計算速度慢、專用性不強(qiáng)，達(dá)不到消費(fèi)電子產(chǎn)品要求的最小軟、硬件配置，產(chǎn)品成本較高。該方案需要在通用CPU外圍配置NTSC視頻編碼器、音頻DAC，以及用于控制操作的FPGA等外圍芯片。另外，Windows Mobile和Windows Media Player對于系統(tǒng)資源具有巨大的吞噬作用，至少需要64MB的SDRAM和32MB的Intel StrataFlash，而且Windows Mobile的授權(quán)費(fèi)用高達(dá)每臺40美元，因此采用該設(shè)計方案的移動媒體終端產(chǎn)品成本難以降低。
二、基于TI可遍程DSP和DSPLinuxTM 操作系統(tǒng)方案
TI與Ingenient Technologies公司聯(lián)合推出了基于TMS320 DM270 DSP的PMC方案，利用數(shù)字信號處理能力很強(qiáng)的可編程DSP來進(jìn)行媒體數(shù)字信號的運(yùn)算和處理。TMS320 DM270處理器將DSP和MPU融為一體，內(nèi)部集成有TMS320C54x DSP和32位ARM7 CPU。DSP專門用于數(shù)字音、視頻信號處理，而MPU則用來執(zhí)行智能控制任務(wù)，如文件管理、存儲以及用戶界面與外圍器件管理等。
基于可編程DSP的PMC方案需使用DSP應(yīng)用軟件來對各種音、視頻格式的數(shù)字信號進(jìn)行編解碼，優(yōu)點(diǎn)是能靈活地支持多變的各種音、視頻格式，而缺點(diǎn)是必須要使用匯編語言或C/C++語言編寫源程序，因此軟件編程相對復(fù)雜，用戶開發(fā)時間較長。雖然RidgeRun公司為移動終端廠商提供基于TI DSP平臺的DSPLinuxTM 潛入式操作系統(tǒng)和主板支持套件BSP（Board Support Packages），Ingenient Technologies公司提供其MPEG-4解碼軟件，但其昂貴的軟件授權(quán)費(fèi)用大幅度增加了產(chǎn)品成本。
Archos、Sony、RCA（Thomson）、Iriver、Mobinote、MSI、Olympus、Neosol等公司采用了基于DSP和DSPLinuxTM 操作系統(tǒng)的移動媒體終端方案。移動媒體終端廠商不僅要從RidgeRun公司和Ingenient Technologies公司購買DSPLinuxTM 操作系統(tǒng)和MPEG-4解碼軟件使用授權(quán)，而且還要從其它多個第三方公司分別購買MP3、JEPG、MPEG1、MPEG2等解碼軟件，無形中增加了PMC廠商的開發(fā)難度和產(chǎn)品成本。TI已與微軟開始合作，將把微軟Windows Mobile和Windows Media Player移植到TI TMS320 DM270 DSP平臺上，以便讓眾多PMC廠商盡快推出使用TI DSP的移動媒體終端。
三、基于DVD解碼芯片與紫光嵌入式軟件系統(tǒng)方案
美國Sigma Designs公司生產(chǎn)的低功耗DVD解碼芯片EM8510是一種單芯片DMP（Digital Media Processor）數(shù)字媒體處理器，片內(nèi)集成有200MHz 32位RISC CPU、硬件音、視頻解碼器，以及NTSC/PAL編碼器、IDE接口、控制面板和紅外遙控器接口等PMP數(shù)字視聽產(chǎn)品所需的外圍電路。硬件音、視頻解碼器含有專用的硬件邏輯，可高效完成數(shù)字音、視頻信號的計算和處理，進(jìn)行MPEG1、MPEG2 MP@ML、MPEG4、DivX、Dolby AC-3、DTS解碼。32位RISC CPU用于控制硬件音、視頻解碼器的解碼過程，以及運(yùn)行DVD導(dǎo)航軟件，監(jiān)控和執(zhí)行DVD機(jī)的播放過程。
EM8510 DMP的特點(diǎn)是硬件解碼、速度快、功能強(qiáng)、功耗?。ㄗ畲蠊?00mW）、芯片集成度高，是一種單芯片DVD播放機(jī)解決方案，可大幅度縮短用戶的開發(fā)時間和成本，因而在中國DVD播放機(jī)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
EM8510 DMP使用片內(nèi)的硬件MPEG解碼器，可高效完成高質(zhì)量的MPEG2節(jié)目（HDTV）播放。而Intel通用CPU和TI DSP方案使用軟件進(jìn)行解碼，只能播放高壓縮率的MPEG4壓縮節(jié)目。
Sigma Designs公司 DMP成本大大低于Intel的通用CPU和TI的DSP，并包含移動媒體終端產(chǎn)品所需的多種解碼軟件（Firmware）和其它外圍電路，因此是一種理想的PMC硬件平臺方案。
Sigma Designs公司 的EM8510 DMP為了提高實(shí)時性能、并降低運(yùn)行功耗和硬件成本，取消了MMU（Memory Management Unit）部件，采用了可對內(nèi)存進(jìn)行直接訪問的實(shí)存儲器管理策略，因而EM8510只支持沒有虛擬存儲器管理的μClinux，不支持使用虛擬存儲器管理策略的Windows CE和標(biāo)準(zhǔn)Linux操作系統(tǒng)，使移動媒體終端廠家無法利用現(xiàn)有的Windows Mobile for Portable Media Centers快速設(shè)計開發(fā)產(chǎn)品。
Sigma Designs公司為EM8510提供的嵌入式系統(tǒng)軟件是專為滿足DVD導(dǎo)航管理功能而裁減的，因此沒有移動媒體終端所需的GUI圖形用戶接口、電源管理模塊、USB設(shè)備驅(qū)動軟件，以及PDA、E-Book和掌上游戲等應(yīng)用軟件。
利用EM8510作為移動媒體終端的硬件平臺，不僅可減小移動媒體終端產(chǎn)品的體積，降低產(chǎn)品功耗，而且無需使用NTSC/PAL編碼器、IDE接口、控制面板和紅外遙控器接口等外圍電路，可大幅度提高產(chǎn)品集成度和可靠性，降低產(chǎn)品成本。眾多IT和消費(fèi)電子廠商都期待基于EM8510的嵌入式系統(tǒng)軟件，目前雖然有韓國和日本的廠商已推出基于EM8510的PMC產(chǎn)品，但是尚無第三方提供基于EM8510的嵌入式系統(tǒng)軟件。
紫光公司自2003年起開始研發(fā)基于EM8510硬件平臺的μClinux嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式GUI、以及E-Book和掌上游戲等應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字音樂、照片和視頻播放、數(shù)字錄音、移動存儲、電子圖書和掌上游戲等多種應(yīng)用功能。
紫光嵌入式軟件系統(tǒng)根據(jù)移動媒體終端的功能需求和EM8510數(shù)字媒體處理器的具體情況，對開放源代碼的μClinux內(nèi)核重新進(jìn)行配置和編譯，在編譯時仔細(xì)選擇所需要的功能支持模塊，同時刪除不需要的功能，優(yōu)化操作系統(tǒng)代碼，降低整個系統(tǒng)的開銷與能耗，使系統(tǒng)運(yùn)行所需要的內(nèi)核顯著減小，將其剪裁（改造）為一個高性能、輕量級、功能可擴(kuò)展的可配置內(nèi)核。
剪裁后的嵌入式操作系統(tǒng)二進(jìn)制映象文件所占用的存儲空間極小，體積小于512KB。媒體文件播放和嵌入式操作系統(tǒng)完全一體化，音頻DAC、IDE接口、紅外遙控器接口、控制面板接口等應(yīng)用電路以動態(tài)連接庫（Lib）的形式與嵌入式操作系統(tǒng)編譯連接成一個單獨(dú)的可執(zhí)行程序，固化存儲在ROM芯片中。
由于移動媒體信息終端使用的LCD顯示屏幕面積十分有限，不適合用戶進(jìn)行多窗口操作，因此紫光嵌入式軟件系統(tǒng)使用單窗口的GUI進(jìn)行移動媒體信息終端的人機(jī)交互。單窗口GUI同一時刻只支持一個活動窗口，即每次只能有一個進(jìn)程獨(dú)占屏幕，因而不存在多窗口環(huán)境下多個窗口共享屏幕的現(xiàn)象，可大為簡化屏幕管理和事件處理的難度，不必建立復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，來支持多個窗口的管理和解決窗口之間的遮擋、焦點(diǎn)判斷及窗口切換等問題。單窗口GUI不僅因系統(tǒng)復(fù)雜程度的降低帶來了執(zhí)行效率的大幅提高，而且編譯后的長度只有幾百KB，運(yùn)行時占用最小系統(tǒng)資源，可降低系統(tǒng)功耗。
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