原创 基于PR818S的便携式媒体存储盒系统设计

  媒体存储盒(Media Storage Box, MSB)推出的时机，是根据现阶段PMP(媒体播放器)产品发展的限制、应用缺点与营销难处所建议的数字移动多媒体设备。唯这类功能的商品化移动设备可整合的技术五花八门，发展与定位亦有很大的变化空间。以MSB产品为例，当初设计构想即与PMP营销定位脱钩，而把自己定位于PMP的替代衍生性商品，即所谓“多媒体硬盘外接盒”来销售。但就MSB产品功能与规格而言，几乎就是PMP的设计翻版，亦可说是PMP、个人视频播放器(PVP)或MP4播放器等产品的前置技术发展平台，这就是推出MSB此类硬盘型移动设备最重要的技术挑战与思考依据。

    PR818S的开发平台与相关重要器件

    MSB之所以选定矽玛特公司(Sigmatel)的单芯片处理器(SoC)PR818S，在于其强大的技术优越性：

    

    

    

    图1：a. 一方为主体的三态方式。b. 互为主体的方式。 c.电源切换方式。 d.利用开关缓冲器隔离二者。

    1. 强大运算能力

    PR818S为380LTFBGA(小外形尺寸精细间距球栅阵列)包装，封装尺寸为16.5mil(W)×16.5mil(L)，球栅间距为0.65mil，使用0.13微米CMOS工艺，内置ARM922T 220MHz处理器。视频编解码包含MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4均采用硬件化架构(hardwired)，故在纯为视频运用时，ARM922T处理器尚有90%的运算能力盈余。而此运算能力符合广大嵌入式产品的需求，如V2oIP电话(可视IP电话)、媒体网关、IP Cam等，对照前面所述，MSB可视为此类嵌入式产品发展的平台。PR818S主要配合的操作系统为Linux Works公司提供的Blue Cat Embedded 4.0 tool，其Linux Code内核为Ver.2.4.18。

    2. 优越的视频质量

    PR818S采用MPEG4 ASP的压缩技术，其视频质量己接近H.264的质量。分辨率可支持D1、NTSC 720×480、PAL 720×576至30fps(帧每秒)。同时具有全双功同步解码/编码能力，此能力对于实现预约录像(时移功能)实在不可或缺，能支持JPEG亦为PR818S另一特点，可至16M像素分辨率作为图像头端的输入。

    

    

    

    图2：PR818S芯片级系统结构功能框图。

    3. 低功耗

    PR818S的核心运算电压为1.2V，输入/输出为3.3V，芯片本身功耗只有350mW，MSB系统功耗亦低于1W，为便携式嵌入式产品发展的重要元素。

    4. 多元的外接功能

    I2S接口—用来连接音频便***。此处音频便***为Wolfson公司的WM8978，内置PLL并能产生音频时钟至PR818S。

    CCIR656/601接口—用来连接视频***与视频编码器，此处分别采用TI公司的TVP5150与ADI公司的ADV7179，二者均为低功耗设计，其中ADI7179内部支持3个DAC，可作为3种不同信号输出。

    IDE接口—用来连接内置硬盘，其2.5英寸兼容性在PR818S上测试良好。

    MCU接口—用来连结以太网，此处以太网控制芯片为ASIX公司的AX88796L，除了USB连结外，寻求在网络上的储存应用(Network Attached Storage)。

    

    

    

    图3：基于PR818S的MSB功能框图。

    SD接口—SD存储卡是用来将数码相机内容下载到PR818S中。

    USB2.0接口—用来连结PC主机，此处使用来创惟公司(Gensys)的GL811E。GL811E为高速USB2.0到IDE的控制芯片，其有相当市占率与2.5英寸硬盘兼容能力。

    硬件设计概念与设计突破

    就MSB整个硬件设计而言，主要有二大瓶颈需仔细考虑：

    1. IDE线路设计

    创惟GL811E芯片与PR818S各为独立个体，而且同一时间只能有一个可以工作，二者对HDD而言是相互并连，所以一般在应用上有四种方式：以一方为主体的三态方式，下拉另一方的复位信号来迫使它无法访问HDD(图1a)；互为主体，一方工作时下拉另一方的复位信号(图1b)；以电源方式切换作法，使其一方有电源时，另一方无电源供给(图1c)；利用开关缓冲器(switch buffer)隔离二者(图1d

    一般市面上所采用的大部份为第一种模式，而此MSB硬件采用第三种方式，但以技术应用而言硬件工程师乐意采用第四种。简言之，各有其优缺点。

    2. 线路布局方面

    整个电路板最难在于如何把PR818S内圈线走出PR818S外，主要原因在于PR818S的球间距(0.65mil)过小，最大线宽5mil且过孔必须在四球正中心，所以布局设计工程师无人用5mil线去走PR818S内圈线，当所有线拉出来后，一切均很容易了。

    MSB系统的规格

    MSB既然定位为PMP衍生性商品，其设计理想是像PMP一样能提供“Video-To-Go”，只不过不能让消费者“随时随地”欣赏影片，而是把影片从PVR或PC网络上转载下来，从计算机、监视器或电视屏幕(车载屏幕等)上播放影片，但它不只是播放影片，如前所述它还具有硬盘外接盒(U盘)、相片浏览器与录像机功能：)。

    

    

    

    图4：MSB电路板布局。

    硬盘容量：2.5英寸容量高达120G

    传输接口：高速USB2.0×1

    高速以太网×1 影片播放支持：MPEG1(.Dat)、MPEG2(.MPG、.VOB)、MPEG4(.AVI、Divx)。

    影片控制：播放、暂停、停止、快进、快进和声音大小调节

    影片录像格式：MPEG4 ASP

    影像档案支持：JPEG

    音乐播放支持：MP3 WAV

    外接输出：AV out/in将影片输出/入至PAL或NTSC电视系统

    三种语言：简体中文/繁体中文/英文

    电源：外接电源供应器

    尺寸：13cm(L)×7cm(W)

    

    

    

    图5：PCBA框图。

    MSB产品是否能很快为市场所接受，价格当然是一大关键。至少，它解决了PMP“四不一无”的问题，即动力不够，是指电池续航力可能不足，各式解压缩可能吃力，LCD响应不顺畅，很显然MSB无此问题；画面不清晰，是指掌上型尺寸面板、画质、分辨率有限，观赏上会有些压抑与沉闷感，显然MSB也无此问题；不够便宜，目前HDD型PMP动辄300美元直逼PDA，而MSB之销售为零售市场，硬盘是属于售后市场；不够“聪明”，是指视频格式转换困难(例如DV-MPEG4)，仅少数专家或玩家在计算机上编辑使用，而MSB有编码功能，能从模拟视讯(如DV/VCD/VHS)直接录像压缩编码成为适合播放的档案并储存；无足够且便利的影片内容，是指一般适合小尺寸播放的影像准备与安排均属不易，而MSB既然支持多种视频格式，分辨率易高达D1，自然丰富了内容的来源来支持动态影像功能。

    下一代系统规格的考虑

    至于下一代MSB的设计发展方面，则往轻巧易携带的方向思考，如2.5英寸HDD改成1.8英寸HDD，电源则改为内置，LCD的种类与尺寸则是见仁见智，但不应是影响售价的关键因素。 MSB功能中有模拟视频“直接录像”，甚至进阶到高端机种“预约录像”，加上电视调谐器功能更是物超所值！此外，既然电源已内置提升USB设备至OTG(On-The-Go)功能，方便读存储卡(或U盘)或连接数字相机，搭配作数据库与照片浏览器岂不更加是一台超功能移动伴侣设备，这就是前述整合技术五花八门的原因。