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平臺(tái)的選擇很多時(shí)候和系統(tǒng)選擇的算法是相關(guān)的,所以如果要提高架構(gòu),平臺(tái)的設(shè)計(jì)能力,得不斷提高自身的算法設(shè)計(jì),復(fù)雜度評(píng)估能力,帶寬分析能力。

常用的主處理器芯片有:?jiǎn)纹瑱C(jī),ASIC,RISC(DECAlpha、ARC、ARM、MIPS、PowerPC、SPARC和SuperH),DSP和FPGA等,這些處理器的比較在網(wǎng)上有很多的文章,在這里不老生常談了,這里只提1個(gè)典型的主處理器選型案例。

比如市場(chǎng)上現(xiàn)在有很多高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(HD-IPNC)的設(shè)計(jì)需求,而IPNC的解決方案也層出不窮,TI的解決方案有DM355、DM365、DM368等,海思提供的方案則有Hi3512、Hi3515、Hi3520等,NXP提供的方案有PNX1700、PNX1005等。

對(duì)于HD-IPNC的主處理芯片,有幾個(gè)主要的技術(shù)指標(biāo):視頻分辨率,視頻編碼器算法,最高支持的圖像抓拍分辨率,CMOS的圖像預(yù)處理能力,以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

Hi3512單芯片實(shí)現(xiàn)720P30H.264編解碼能力,滿足高清IPCamera應(yīng)用,Hi3515可實(shí)現(xiàn)1080P30的編解碼能力,持續(xù)提升高清IPCamera的性能。

DM355單芯片實(shí)現(xiàn)720P30MPEG4編解碼能力,DM365單芯片實(shí)現(xiàn)720P30H.264編解碼能力,DM368單芯片實(shí)現(xiàn)1080P30H.264編解碼能力。

DM355是2007Q3推出的,DM365是2009Q1推出的,DM368是2010Q2推出的。海思的同檔次解決方案也基本上與之同時(shí)出現(xiàn)。

海思和TI的解決方案都是基于linux,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的開(kāi)發(fā)而言,開(kāi)源社區(qū)的資源是沒(méi)有區(qū)別的,區(qū)別的只在于芯片供應(yīng)商提供的SDK開(kāi)發(fā)包,兩家公司的SDK離產(chǎn)品都有一定的距離,但是linux的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)并不是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn),所以并不影響產(chǎn)品的推廣。

作為IPNC的解決方案,在720P時(shí)代,海思的解決方案相對(duì)于TI的解決方案,其優(yōu)勢(shì)是支持了H.264編解碼算法,而TI只支持了MPEG4的編解碼算法。雖然在2008年初,MPEG4的劣勢(shì)在市場(chǎng)上已經(jīng)開(kāi)始體現(xiàn)出來(lái),但在當(dāng)時(shí)這似乎并不影響DM355的推廣。

對(duì)于最高支持的圖像抓拍分辨率,海思的解決方案可以支持支持JPEG抓拍3MPixels@5fps,DM355最高可以支持5MPixels,雖然當(dāng)時(shí)沒(méi)有成功的開(kāi)發(fā)成5MPixel的抓拍(內(nèi)存分配得有點(diǎn)兒?jiǎn)栴},后來(lái)就不折騰了),但是至少4MPixel的抓拍是實(shí)現(xiàn)了的,而且有幾個(gè)朋友已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了2560x1920這個(gè)接近5MPixel的抓拍,所以在這一點(diǎn)上DM355稍微勝出。

因?yàn)樵诟咔宸直媛氏拢珻CD傳感器非常昂貴,而CMOS傳感器像原尺寸又做不大,導(dǎo)致本身在低照度下就性能欠佳的CMOS傳感器的成像質(zhì)量在高分辨率時(shí)變差,于是TI在DM355處理器內(nèi)部集成了一個(gè)叫做ISP的圖像預(yù)處理模塊,它由CCDC,IPIPE,IPIPEIF和H3A模塊組成,能幫助實(shí)現(xiàn)把CMOS的RAWDATA(一般是指Bayer格式數(shù)據(jù))轉(zhuǎn)成YCbCr數(shù)據(jù),同時(shí)實(shí)現(xiàn)包括白平衡調(diào)節(jié),直方圖統(tǒng)計(jì),自動(dòng)曝光,自動(dòng)聚焦等采用CMOS解決方案所必須的功能,故DM355處理器就可以無(wú)縫的對(duì)接各種圖像傳感器了。而海思的解決方案對(duì)于CMOS的選擇就有局限性,它只能用OVT一些解決方案,因?yàn)镺VT的部分Sensor集成了圖像預(yù)處理功能。但是DM355不僅可以接OVT的解決方案,還可接很多其他廠家的CMOSsensor,比如Aptina的MT9P031。所以在圖像預(yù)處理能力方面,DM355繼續(xù)勝出。

在IPNC這個(gè)領(lǐng)域,只要每臺(tái)掙1個(gè)美金就可以開(kāi)始跑量,所以在那個(gè)時(shí)代,很少有人會(huì)去死摳H.264和MPEG4的性能差異,而且TI已經(jīng)給了市場(chǎng)一個(gè)很好的預(yù)期,支持H.264的DM365很快就會(huì)面世。所以IPNC這個(gè)方案而言,當(dāng)時(shí)很多企業(yè)都選擇了DM355的方案。有些朋友現(xiàn)在已經(jīng)從DM355成功過(guò)渡到DM365、DM368,雖然你有時(shí)候會(huì)罵TI,為什么技術(shù)不搞得厲害點(diǎn),在當(dāng)年就一步到位,浪費(fèi)了多少生產(chǎn)力。但是技術(shù)就是一點(diǎn)一點(diǎn)積累起來(lái),對(duì)于個(gè)人來(lái)不得半點(diǎn)含糊,對(duì)于大企業(yè),他們也無(wú)法大躍進(jìn)。DM355的CMOS預(yù)處理技術(shù)也有很多Bug,SDK也有很多bug,有時(shí)會(huì)讓你又愛(ài)又恨,但是技術(shù)這東西總是沒(méi)有十全十美的,能在特定的歷史條件下,滿足市場(chǎng)需求,那就是個(gè)好東西。

當(dāng)然海思的解決方案在DVS、DVR方面也大放異彩,一點(diǎn)也不遜色于TI的解決方案。

其它芯片的選型則可以參考各芯片廠商官方網(wǎng)站的芯片手冊(cè),進(jìn)行PK,目前大部分芯片廠商的芯片手冊(cè)都是免NDA下載的,如果涉及到NDA問(wèn)題,那就得看個(gè)人和公司的資源運(yùn)作能力了,一般找一下國(guó)內(nèi)相應(yīng)芯片的總代理商,溝通一下,簽個(gè)NDA還是可以要到相應(yīng)資料的。每隔一周上各IC大廠的官方主頁(yè),關(guān)注一下芯片發(fā)展的動(dòng)態(tài)這是每個(gè)電子工程師的必須課啊,這不僅為了下一個(gè)方案設(shè)計(jì)積累了足夠的資本,也為公司的產(chǎn)品策略做足了功課。芯片采購(gòu)是電子電路設(shè)計(jì)過(guò)程中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。一般情況下,在各IC大廠上尋找的芯片,只要不是EOL掉的芯片,一般都能采購(gòu)到。但是作為電子電路的設(shè)計(jì)者,很少不在芯片采購(gòu)問(wèn)題上栽過(guò)。常見(jiàn)的情況有以下幾種:

1,遇到經(jīng)濟(jì)危機(jī),各IC廠商減產(chǎn),導(dǎo)致芯片供貨周期變長(zhǎng),有些IC廠商甚至提出20周貨期的訂貨條件。印象很深的2009年上半年訂包PTH08T240WAD,4-6周就取到了貨,可是到了2009年下半年,要么是20周貨期,要么就是價(jià)格翻一番,而且數(shù)量只有幾個(gè)。

2,有些芯片雖然在datasheet上寫(xiě)明了有工業(yè)級(jí)產(chǎn)品,但是由于市場(chǎng)上用量非常少,所以導(dǎo)致IC廠商生產(chǎn)非常少,市場(chǎng)供貨也非常緊缺,這就讓要做寬溫工分析系統(tǒng)主芯片對(duì)紋波的要求由于直流穩(wěn)定電源一般是由交流電源經(jīng)整流穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)而形成的,這就不可避免地在直流穩(wěn)定量中多少帶有一些交流成份,這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱之為紋波,紋波對(duì)系統(tǒng)有很多負(fù)面的影響,比如紋波太大會(huì)造成主處理器芯片的重啟,或者給某些AD,DA引入噪聲。一個(gè)典型的現(xiàn)象就是,如果電源的紋波疊加到音頻DA芯片的輸出上,則會(huì)造成嗡嗡的雜音。下表是設(shè)計(jì)中所使用芯片對(duì)紋波的要求,以及電源芯片能夠提供的紋波范圍,紋波是選擇電源芯片的重要參數(shù),這里只列舉一兩個(gè)芯片進(jìn)行說(shuō)明:

芯片紋波統(tǒng)計(jì)表

分析系統(tǒng)主芯片的電壓上電順序要求當(dāng)今的大多數(shù)電子產(chǎn)品都需要使用多個(gè)電源電壓。電源電壓數(shù)目的增加帶來(lái)了一項(xiàng)設(shè)計(jì)難題,即需要對(duì)電源的相對(duì)上電和斷電特性進(jìn)行控制,以消除數(shù)字系統(tǒng)遭受損壞或發(fā)生閉鎖的可能性。一般這個(gè)在芯片手冊(cè)中會(huì)有詳細(xì)說(shuō)明,建議遵守芯片手冊(cè)中的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

分析系統(tǒng)所有芯片的功耗統(tǒng)計(jì)板卡上用到的所有芯片的功耗,大部分芯片的功耗在芯片手冊(cè)上都有詳細(xì)說(shuō)明,部分芯片的功耗在手冊(cè)上沒(méi)有明確寫(xiě)明,比如FPGA,這時(shí)候可以根據(jù)以往設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)值,或者事先將FPGA的邏輯寫(xiě)好,借助EDA工具進(jìn)行統(tǒng)計(jì),比如ISE的XpowerAnalyzer,下面的表格是一個(gè)功耗分析的統(tǒng)計(jì)案例。注:因?yàn)閿?shù)據(jù)比較多,所以這里只選擇了3.3V的幾個(gè)芯片作為代表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

論證選擇的電源方案能否滿足以上的所有要求根據(jù)對(duì)上電順序的要求,紋波以及功耗的分析,選擇正確的電源方案。電源設(shè)計(jì)是一個(gè)細(xì)活,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理是一個(gè)不可缺少的工種,養(yǎng)成良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣,是“一板通”必需的環(huán)節(jié)。

電源方案的選擇,學(xué)問(wèn)非常多,分析的文章更是數(shù)不勝數(shù)。在這里只列舉幾個(gè)規(guī)律性的東西。

在消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品里面,由于成本非常敏感,散熱要求比較高,所以一般傾向于DC/DC的解決方案,而且現(xiàn)在越來(lái)越多傾向于PowerManagementMulti-ChannelIC(PMIC)的解決方案。DC/DC的一個(gè)比較大的缺點(diǎn)就是紋波大,另外如果電感和電容設(shè)計(jì)不合理的話,電壓就會(huì)很不穩(wěn)定。

印象非常深的就是有一次用DC/DC給FPGA供電時(shí),根據(jù)FPGA的PowerDistributionSystem(PDS)分析,加了足夠多的330uF鉭電容,結(jié)果DC/DC就經(jīng)常出問(wèn)題,所以DC/DC的設(shè)計(jì)一定要細(xì)心。大功率電路設(shè)計(jì)時(shí),電感的選擇也非常的關(guān)鍵,參考設(shè)計(jì)中很多電感型號(hào)在北京中發(fā)電子市場(chǎng)或者深圳賽格廣場(chǎng)上都是買不到的,而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的替代品往往飽和電流要小于參考設(shè)計(jì)中電感的要求值,所以建議設(shè)計(jì)時(shí)也要先買到符合要求的電感之后

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