系統(tǒng)設(shè)計是一個復雜的過程，不僅僅是有IC拿來用就可以了，還有很多細節(jié)需要考慮。本文以高保真音樂重放系統(tǒng)為例介紹如何進行芯片選型，以構(gòu)建符合市場需求的系統(tǒng)。

現(xiàn)代集成電路產(chǎn)業(yè)一直嚴格遵循著“摩爾定律”高速發(fā)展，芯片發(fā)展得越快、速度越高，對軟件系統(tǒng)的要求就越低。現(xiàn)在速度就是一切，無論是芯片運行速度、軟件開發(fā)速度，還是產(chǎn)品上市速度。但是有了芯片是否就足夠了呢？下面我們試著從一個相對比較簡單的高保真音樂重放設(shè)備入手，看看我們需要怎么利用市面流通的IC實現(xiàn)一個這樣的系統(tǒng)。

音頻系統(tǒng)對處理器芯片的要求

從信號處理和芯片設(shè)計的角度上看，音頻系統(tǒng)原理并不復雜，因此很多半導體廠商似乎都看不上音頻產(chǎn)品，而去追逐一些量大或者像高清視頻處理等高技術(shù)含量有技術(shù)門檻的產(chǎn)品。筆者在設(shè)計這個高保真音樂重放系統(tǒng)的時候曾經(jīng)和不同的國內(nèi)IC設(shè)計公司的設(shè)計部門溝通過，結(jié)果得到的答復都是以“很簡單沒問題”之類的回復搪塞過去，然而事實上到系統(tǒng)做出來后卻往往發(fā)現(xiàn)效果不盡如人意。可以說我們在開發(fā)這個系統(tǒng)的幾年時間里面由于芯片選型的問題，在硬件性能瓶頸上吃盡了苦頭。

以下是我們對處理器芯片的具體要求：1. 速度要在400MHz以上，最好能解碼APE C4000的碼率；2. 需要能支持USB 2.0 Host/SATA/SD卡；3. 需要支持網(wǎng)絡(luò)；4. 具有128MB以上的RAM，越大越好；5. 具有256MB或以上的NAND Flash；6. 支持I2S多路輸出并可以支持Slave時鐘，支持最高768KHz采樣率，以及最高32位輸出；7. 最好有音頻數(shù)據(jù)后期處理能力；8. 有性能優(yōu)異的時鐘電路和DAC。

芯片能運行的核心速度對解碼效率有至關(guān)重要的影響，比如音頻無損壓縮APE C5000解碼方式對處理器的要求就很高，以英特爾ATOM 1.6G上網(wǎng)本為例，其解碼192k/C5000兩聲道音樂尚且無法連續(xù)播放，何況普通嵌入式系統(tǒng)？因此只能處理較低的碼率。無損壓縮和MP3不一樣，需要還原完全一致的數(shù)據(jù)流，處理器性能決定了解碼的效率，所以太低的核心頻率無法勝任此工作。

USB 2.0對硬件的要求相當高，PHY兼容性是一個很大的問題，數(shù)據(jù)流的效率還是其次。同樣，SD卡接口兼容性也是目前國產(chǎn)芯片一個很頭疼的問題。SATA的需求把處理器周邊外設(shè)速度提到了一個較高的位置，畢竟不是誰都能夠做1.5G/3G PHY的。

系統(tǒng)運行要依存于NAND Flash中存儲的程序，但是NAND Flash發(fā)展速度卻比處理器發(fā)展的速度快。當年定義NAND Flash的時候把ECC設(shè)計在外面，讓處理器永遠落后NAND Flash一段時間，因此NAND Flash轉(zhuǎn)型的時候廠商會因為市場上購買不到芯片而無法出貨或者需要高價搶貨。另一方面，隨著RAM的改進其成本越來越低，致使高成本SDRAM逐漸減產(chǎn)，因此使用老內(nèi)存的處理器先天不足，其系統(tǒng)BOM成本比使用新RAM的系統(tǒng)成本高。所以處理器需要支持多種啟動方式而不僅限于NAND Flash，同時RAM應(yīng)順應(yīng)目前電腦主流，使用DDR2/DDR3等內(nèi)存，這樣的話更能達到低成本高收益。

最后一個最重要的問題就是音頻系統(tǒng)的出口I2S。不管什么數(shù)據(jù)流從哪里流入，都需要從I2S輸出，而這個數(shù)據(jù)流在任何情況下都不允許有任何數(shù)據(jù)的錯誤和流失，除非是處理器速度不夠。同時，處理器內(nèi)部的PLL無法產(chǎn)生我們所需要的I2S時鐘，因此外置時鐘成為必然，Slave I2S接口也是必不可少的。事實上，I2S在我們開發(fā)過程中碰到的問題最多，比如同步不準確、開始播放時左右聲道反轉(zhuǎn)、播放過程中不定期左右聲道反轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)輸出丟幀等情況，都嚴重影響輸出的技術(shù)參數(shù)，以致無法達到設(shè)計要求。

我們在這幾年產(chǎn)品設(shè)計過程中，走的彎路就是因為芯片細節(jié)了解不到位而造成的。因為任何廠家的開發(fā)系統(tǒng)都沒有直接說明是否能支持高清音樂格式，最高支持多少采樣率的音樂輸出，也無法直接評估其平臺是否能夠達到我們所需的性能指標，所以都必須根據(jù)我們的需求對I2S輸出電路進行調(diào)整。為評估系統(tǒng)，我們不得不做了大量的設(shè)計工作（包括軟硬件）之后才能開展評估工作。(責任編輯：admin)