JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
 ETN.fi  Annonsera Utgivningsplan Månadsmagasinet Prenumerera Konsultguide Om oss  About / Advertise
söndag 8 december 2019 VECKA 49
Upp till fyra Blackfinprocessorer hanterar multimediasystemet i nya Audi A5, skriver Alexander Schäder på Analog Devices.
Bilbranschen står inför en tuff utmaning. Konsumenterna förväntar sig att integrerade ljud- och multimediasystem ska ingå som standard i nya bilar. De förväntar sig också att bilarnas gränssnitt stöder bärbara enheter som MP3-spelare. Konsekvensen är biltillverkarna och deras huvudleverantörer måste hitta nya vägar för att hålla jämna steg med teknikutvecklingen eftersom konsumentelektroniken utvecklas i en mycket snabbare takt än den traditionellt sett tröga bilbranschen. Bilmultimedia har dessutom blivit ett viktigt verktyg för biltillverkarna när det gäller att särskilja de egna bilarna från konkurrenternas.
Image
Flexibel programvara spelar en avgörande roll i fordonstillämpningar eftersom det ständigt tillkommer nya mediaformat och kommunikationsstandarder. Det betyder att standardprocessorer ofta är ett bra val, då de enkelt och kostnadseffektivt kan anpassas för fordonsintegrerade multimediasystem.

Multimediasystemet i nya Audi A5 är ett bra exempel på en modern lösning. Systemet är utrustat med upp till fyra Blackfinprocessorer och innehåller en DAB-radio (digitalradio), en cd-växlare för sex skivor som spelar MP3-filer samt Audis eget musikgränssnitt. Gränssnittet stöder bärbara mediaspelare som Apple iPod och gör att multifunktionsknapparna på ratten kan användas för att styra multimediasystemet. En surroundförstärkare från Bang & Olufsen (B&O) finns som tillval. B&O-förstärkaren är baserad på ADI:s SHARC-processor och kör filteralgoritmer som anpassar ljudsignalerna efter akustikförhållandena i kupén.

Ur ett inbyggt systemperspektiv är en av de största skillnaderna mellan fordonstillämpningar och andra tillämpningar de busstandarder som används. Vanligtvis sker kommunikationen via en CAN- eller MOST-buss. CAN-bussen fungerar främst som ett styrgränssnitt, då bandbredden på cirka 1 Mbit/s gör att den inte lämpar sig för överföring av multimedia. MOST-bussen används för att överföra multimedia i digital format (PCM-rådata) med en bandbredd på som mest 25 Mbit/s. De MOST- och CAN-nätverkstjänster som krävs integreras via programvara, och realtidsoperativsystemet säkerställer att realtidskraven uppfylls.

Multimediasystemet måste även stödja standardiserade kommunikationsprotokoll som USB, OTG, SDIO och Bluetooth. Systemet måste också stödja mediaspelare som Apples iPod och Microsofts Zune med tillhörande protokoll. Det går att ansluta USB-minnen och en mängd olika multimedia-spelare till systemet som USB-värd. Det är även möjligt att ansluta en persondator till systemet som en USB-enhet. USB- och SDIO-drivrutinerna med tillhörande filsystem utgör som regel en integrerad del av operativsystemet.

För att stödja multimediatillämpningar i bilar har det inbyggda systemet, kallat multimediagateway, till huvuduppgift att dels anpassa och konvertera patenterade och standardiserade kommunikationsprotokoll som Bluetooth och USB, dels avkoda digitala ljudformat. Multimediagatewayen använder sig av skräddarsydda programmerbara processorer som går att uppdatera via programvara. Det gör att biltillverkarna enkelt kan anpassa sina multimedialösningar efter de snabba förändringarna på konsumentelektronikmarknaden.

Tills helt nyligen var mulitmediagatewayen den enda lösningen för fordon. Den nya generationens huvudenheter kommer att kombinera HMI-gränssnittet (human machine interface), som är integrerat i instrumentpanelen, med gatewayens multimediafunktioner. Huvudenheten kan även ha extrafunktioner som kommunikation och navigering. Detta tar visserligen mycket längre tid att integrera, med längre utvecklingstid som en konsekvens. I gengäld är det mycket mer kostnadseffektivt.

Kraven som ställs på programvaran och komponenterna till huvudenheten är högre än de för multimediagatewayen. Anledningen är att processorn, utöver gatewayens vanliga funktioner, ska köra HMI-gränssnittet och en eventuell digitalradiostandard. HMI-gränssnittet körs vanligtvis via en egen processor som är utrustad med ett direktgränsnitt för displayen i instrumentpanelen. Gränssnittet kan även innehålla stöd för taligenkänning och text-till-tal-utmatning. Med sin kraftfulla prestanda kan Blackfin BF549 fungera som en skalbar plattform samtidigt som den tillhandahåller de viktiga funktionerna.

I Audi A5 styrs multimediagränssnittet till displayen på bilradiomodellerna Symphony och Concert via det parallella periferigränssnittet hos Blackfin-processorn ADSP-BF539 (533 MHz). Multimedia-gränssnittet har utvecklats med hjälp av det allra senaste programvaruverktyget för skapande av grafiska användargränssnitt. Med detta verktyg kan användarna skapa en prototyp av HMI-gränssnittet för att simulera fler skräddarsydda versioner.

Audi övervägde även andra processorarkitekturer, men valet föll på Blackfin på grund av dess prestanda, skalbarhet och anslutningsbarhet för hantering av ljudavkodning, DAB-signalbehandling och MMI. Blackfin har även den stödjande infrastruktur som krävs för att utveckla snabbt och med låg risk.

DAB-radion och dess funktioner drivs av en ADSP-BF532-processor. Audis DAB-bilradiosystem Symphony/Concert är av typen programvarudefinierad radio (SDR), vilket innebär att Audi kan integrera nya radioprotokoll med ny programvara. Och framtida uppgraderingar kräver endast ett programvarutillägg.

En annan Blackfin-processor som är ansluten till MOST-bussen driver den MP3-kompatibla cd-växlaren för sex skivor. Processorn kör MOST-nätverkstjänster i programvara.

Ytterligare en Blackfin-processor driver A5:ans musikgränssnitt, Audi Music Interface. Gränssnittet gör det möjligt att ansluta bärbara mediaspelare, exempelvis Apples iPod, till bilstereon. Efter anslutning visas information om enheten på instrumentpanelen och det går att styra spelarens funktioner via knapparna på ratten. Gränssnittet återskapar även iPod:ens gränssnitt på bilstereons display och visar titlarna på spåren.

För multimediatillämpningar i bilar krävs det en kraftfull processor. Med sin integrerade 32-bitars-arkitektur och sitt snabba DDR-minnesgränssnitt klarar Blackfin-processorn BF549 av att bearbeta videodata med en maximal upplösning på WVGA (800 x 480). Processorns höga kapacitet innebär också att den klarar av att bearbeta ljudfiler samtidigt som den hanterar MOST-nätverkstjänster och kommunikation via Bluetooth.

Utvecklare från alla designteam på ADI som var involverade i Audis A5-projekt använde sig av ADI:s programvarumiljö IDDE (integrated development and debugging environment) VisualDSP++. Den innehåller bland annat integrerade C/C++ kompilatorer, avancerade grafiska plottningsverktyg, verktyg för skapande av statistiska profiler samt VisualDSP++ Kernel (VDK), som gör det möjligt att integrera kod på ett strukturerat sätt och som går enkelt att skala.

Musik som köpts på nätet kan vara DRM-skyddad. För att kunna spela upp de digitala ljudfilerna måste avkodarna stödja det aktuella DRM-formatet. För att kunna avkoda Microsofts DRM (PlaysforSure) krävs det ett DRM-certifikat. Detta måste dessutom sparas på gatewayen. Lagringen av DRM-certifikatet är ett delikat problem, eftersom det är viktigt att DRM:en också skyddas mot obehörig användning.

Blackfin-processorerna skyddas av ett säkerhetskoncept som bygger på autentisering av program- och maskinvara. Lockbox, som tekniken heter, har utvecklats speciellt för administration av digitala rättigheter. DRM-certifikatet lagras i ett separat OTP-minne. Det går endast att komma åt material lagrat på OTP-minnet via en tillämpning som autentiseras under startsekvensen. Tillämpningen kan också kodas delvis eller helt för att förhindra att någon olagligt kopierar den.

I framtiden kommer trådlös dataöverföring att spela en framträdande roll, eftersom denna anslutningsmetod lämpar sig särskilt väl för överföring av ljud- och videodata mellan bärbar terminalutrustning och olika typer av fordon. Förutom att Bluetooth-protokollet är känt för att möjliggöra handsfreekommunikation (HPF, hands free profile), så stöder det även en rad nya profiler. En av dessa är A2DP-profilen, med vilken användarna kan spela upp ljudfiler som finns lagrade på deras mobiltelefoner via bilstereon. Förkortningen A2DP står för Advanced Audio Distribution Profile – komprimerat ljud, exempelvis MP3 och AAC.

A2DP kompletteras av AVRCP-profilen. Med hjälp av denna profil kan användaren spela upp musik från mediaspelaren i mobiltelefonen. Profilen ger tillgång till standardfunktioner som spela upp, stoppa/pausa, nästa/föregående spår och snabbspolning framåt/bakåt av ett spår. Profilen stöder även metadata. I framtiden kommer det även att vara möjligt att visa spårtiteln på bilradions display och att välja spår och spellista via det centrala användargränssnittet.

DUN-profilen (Dial-UP Network) är en annan viktig profil. Den erbjuder ett flertal alternativ för uppkoppling mot basstationer för mobiler, men också direktuppkoppling mot internet. Dataöverföringshastigheten beror på vilken överföringsstandard som används. Detta ger tillgång till ett stort antal telematikfunktioner.
Utöver att fungera som ett renodlat kommunikationsstöd hanterar gatewayen även samtidig avkodning av flera digitala ljudfiler, inklusive DRM-skyddade filer. I framtiden kommer bilarna att vara indelade i två till tre separata ljudzoner för att tillgodose behoven hos alla de som åker i bilen.

Efter ljudtillämpningar står videotillämpningar på tur, och dessa kommer att öka hårdvarukraven ytterligare. Medan ljudfiler kräver hastigheter på några hundra kbit/s så kräver video datahastigheter på flera Mbit/s. I dagsläget måste videodata distribueras via en eller flera videokällor, till exempel från en DVD eller hårddisk, inne i bilen.

I framtiden kommer MOST-standarden (MOST150), som fortfarande är under utveckling, att stödja överföringshastigheter på uppåt 150 Mbit/s. Bluetooth-standarden kommer att närma sig sin kapacitetsbegränsning när videodata ska överföras eftersom Bluetooth ger en maximal datahastighet på 2 Mbit/s, vilket endast räcker för uppspelning av små videofiler. När det gäller trådlösa nät med kort räckvidd kommer Bluetooth att ersättas av en ny trådlös USB-standard med en kapacitet på 480 Mbit/s.

Den enda fråga som återstår att besvara är hur bilen kommer att vara uppkopplad mot internet i framtiden. Utvecklingen går mot allt högre datahastigheter, och det är en utveckling som inte går att stoppa. 
MER LÄSNING:
 
Branschens egen tidning
För dig i branschen kostar det inget att prenumerera på vårt snygga pappers­magasin.

Klicka här!
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)