简单易控的无机芯汽车音响设计
在汽车电子应用方面，需要用到很多如can、lin、most以及蓝牙等协议，传动系统、底盘、安全系统、仪表盘等等。汽车音响、汽车导航也是重要的一环。
车载信息娱乐系统趋势
传统的车载音响包括tuner及收音机、cd播放功能，随着人们的需求越来越多，可能会加入usb设备、蓝牙等设备的功能，慢慢地人们发现只是听已经不够了，需要有视频、摄像头功能，再后来需要导航功能。在这些其中，如图1所示，车载彩色tft显示音响和车载多媒体音响年增长率是最高的。
图1 车载信息娱乐系统趋势
多媒体功能每年都在增强，如图2所示。对于多媒体功能来说，最先只是cd的播放或者支持usb或者sd卡等，慢慢地随着ipod的普及，需要支持ipod功能和ipod蓝牙的功能，包括usb3.0。而彩色tft从wqvga到vga的显示，到rd的显示以及最后会和smart phone做连接显示等，不难发现，功能会越来越加强。
车载多媒体音响系统模块如图3所示，由一个主控mcu控制的tuner、cd dsp伺服器usb模组和ipod功能等组成。
图2 车载信息娱乐系统的功能
图3 多媒体音响功能模块
在这里，多媒体音响功能有am/fm;cd，usb，sd，ipod，bluetooth;mp3，wma，aac;character display。
ae1-l无机芯车载音响方案
ae1-l是瑞萨电子无机芯车载音响方案。在传统的汽车音响使用ae1-l之后，如图4所示，就可以直接增加音频解码(mp3/wma/aac)和usb/sd接口，并且可以去掉cd机芯变身low cost car audio (lcc audio)。这样就可以变成一个低成本音响方案。这个方案的灵活性是很好的，可以满足不同客户的不同需求。
ae1-l 产品方块图如图5所示，从连通性来说，ae1-l支持usb memory、dmp、ipod、sd、card reader、hub等，所支持的音频包括mp3、wma、aac、wav，ae1-l的内部还带了控制元件，可以做文件系统分析、usb驱动和sd驱动等等。从界面来说，可以支持usb i/f、host i/f、sd(spi) i/f、i2s output、download i/f(64-pin version)和serial flash i/f(ae1-lf)等。
ae1-l分为5个产品线，分为标准级和车规级，从封装上来说分为48-pin和64-pin。其中ae1-l有3款产品是不需要外挂flash的，ae1-lf有2款产品可以支持外部的flash自我升级功能，比如你有ipod功能，当ipod协议发生更改，可以通过外部flash来对ae1-lf进行升级以支持最新的协议，实现自我升级的功能，并且全线都支持mcu功能的自升级。
64-pin的ae1-l支持数据下载功能，传送除了通过usb 存储器和sd卡读取音乐文件外，还可以传送特定文件，传送图片数据，以给外部的图形显示或者由外部mcu进行分析使用的功能。
另外一个显著的功能是mcu自升级功能，mcu可以通过ae1-l来读取外部usb或者sd设备的自身代码系统，实现主控制器的自我升级功能。
ae1-l特性归纳来说就是易控制，是简单设计的usb memory/ipod/sd音频系统，并且还具有低成本的特性，是成本优化的具有连接功能音响。与此同时，还能实现小面积的系统布局。ae1-l提供两种尺寸封装，分别是48-pin和64-pin 封装，48-pin封装尺寸是7mm×7mm ，64-pin封装尺寸是10mm×10mm。客户可以很容易在现有的音频播放器方案上增加ae1-l。
新的socs整合了usb主控制器和音频解码功能，因此单芯片socs可以直接从usb设备，sd卡和其他数码音乐播放器中播放音乐。扩展功能可以用外部flash实现。
图4 传统的汽车音响使用ae1-l
图5 ae1-l产品方块图
ae1-l具有多样的产品特性。usb 2.0 (fs) 主机界面;丰富的连通性包括usb存储器、sd卡、ipod和其他音乐播放器;hub/卡读取器;特色包括即插即播、内置软件和中间件、可升级、不需要开发工具;支持多种音频格式包括mp3/wma/aac/wav;功能更新包括ae1-l(使用内部rom，不需要外部serial flash)，ae1-lf(使用外部serial flash，可随时升级软件)。
简单易控也是ae1-l特性，使用命令可以通过mcu控制ae1-l。瑞萨电子为mask版本和外部falsh版本开发了程序;压缩音频解码(mp3/wma/aac); usb主驱动器;sd驱动(spi);usb文件系统(fat16/32);采用i/f的系统控制器 (api);音频播放 (play，stop，random等)。在现有的mcu s/w上，客户仅仅需要增加ae1-l控制命令便可完成。
ae1-l开发工具包括文件、原理图和固件三个部分。文件包括数据表和用户手册以及应用注解两部分。原理图包括示范板的原理图和pcb布局。固件包括示范板的mcu代码(78k0和r8c)。
ae1-l示范板
ae1-l hdk 主要特征：
• mcu–r8c/2a，时钟频率20mhz，rom 64kb, ram 3kb
•音频芯片–音频解码
•显示设备–oled 256像素×64像素, 支持中英文文字显示
•输入接口–2个旋钮(分别带1个按键)，6个按键
•存储媒介–支持u盘，sd卡
•音频输出–4声道输出，1耳机输出
•音频格式–支持mp3，aac，wma，wav格式
ae1-l (µpd63911/upd63551/upd63531) 和 ae1-lf (μpd63530/ μpd63910) 是集成usb(通用串行总线)主机(host)控制器的音频解码器soc。适于汽车和消费电子应用，如数字汽车音响。单个芯片上整合了usb 2.0 (全速12mbps) 主机控制器以及usb音频系统所需的功能。其内置的标准集成软件包括：usb控制，mp3，wma和aac解码功能，wav文件播放功能，文件系统控制和系统控制功能。用户开发的应用软件只需发送简单的控制命令。从而极大地缩短了开发所需的时间。
mcu内部模块的驱动：
•clock
•timer0, timer1, timer2
•csi0 (mcu与ae1-lf通讯用)
•csi1 (mcu与serial flash通讯用)
•i2c(mcu与e-volume通讯用)
•port (key/ rotary encoder/ led
•reset control/ power control)
•相关中断等等
周边外设的驱动：ae1-l，oled，e-volume，serial flash (字库，log，各图形标识，用户设定参数，恢复播放信息)。
接口内容是抽象化的周边功能和访问外设的api，分别为ae1-l，display，e-volume，serial flash (设计存储字库, log, 各图形标识，用户设定参数等)。
系统服务有应用服务(clock、timer)和错误状态管理。
通过任务管理，实现各功能。主要任务包括：host任务(负责管理设备状态)，ae1-l任务(实现ae1-l功能(存储媒介访问、音频解码))，display任务(在各种状态下显示人机交互信息)，e-volume任务(管理音频属性)。
事件及信息流表现为，当有事件发生，包括按键或者旋钮，根据接收对象来分类，消息类型分为ae1-l模块接收的消息、display模块接收的消息、e-volume模块接收的消息。值得注意的是，host模块只发送消息，不需要接收其他模块发送的消息，display模块只接收消息，ae1-l模块和e-volume模块，则根据场合和功能的不同，既是某些消息的发送方，也是另外一些消息的接收方。
mcu系统时钟，根据不同运行状态，选用两种时钟源：在power on状态下，mcu系统时钟使用片上高速时钟，约40mhz(mcu内部固定2分频)。
在power down状态下，mcu系统时钟使用片上低速时钟，约125khz。值得注意的是，综合考虑mcu用到的2种通信模式(时钟同步串行通讯及i2c通信)，和片上高速时钟精度(常温下约2%),power on状态下选用片上高速时钟。低功耗采用片上低速时钟，3.3v供电/8分频条件下，电流消耗145μa。
host的主要机能有系统管理，主状态管理;解释key和encoder事件，以及产生相应的消息;调度其他小型服务，例如：保存和读取设置参数、led显示、watchdog等。
hdk为外围器件提供可控的3种电源，12v/5v/3.3v。在power down状态下，关闭外围器件电源，以降低功耗。mcu低功耗，采用片上低速时钟(约125khz)方式。理论上，r8c2a在“vcc=3v，系统时钟为片上低速时钟，8分频”的条件下，电流消耗为145μa。
为改善系统的可靠性，使用了watchdog超时复位功能。在系统时钟为片上高速时钟时(在power up状态下)，watchdog定时约为209ms。当系统时钟为片上低速时钟时(在power down状态下)，watchdog定时约为512ms。
目前软件占用mcu的资源有rom code 40kbytes;rom data 11k bytes;ram 2kbytes。
问答选编
问：这个音响方案对于电源干扰的问题如何解决的?
答：我们在电源电路上增加了大电容滤波以及稳压二极管稳压，通过ldo模块实现去除外部电源抖动。
问：请专家介绍mcu自主升级功能?在什么情况下升级?如何操作?
答：如果客户需要修改整个产品功能或者其他要求，就可以通过u盘对mcu进行升级。
问：在汽车设计的哪些领域用到这个芯片呢?
答：汽车音响等需要音频解码的都可以用到。
问：内置flash有多大，外置允许多大?
答：内置flash是无法对用户开放的，用户无法使用，因此不必要关心。外部flash，您可以根据相应的ae1的firmware的大小进行选择合适的serial flash大小，目前大概是100kb。
问：器件是否支持iphone/ipad/ipod的usb播放?是否支持蓝牙?
答：支持iphone/ipad/ipod的usb播放。不支持蓝牙，但可以通过mcu外接蓝牙模块。
问：ae1-l/f实现了简单易控的无机芯汽车音响，那么对环境有什么要求呢?
答：芯片本身对环境没有特别的要求，完整方案需要注意emc设计。
问：ae1-l除了实现usb module功能还具有什么特性?
答：ae1_l除了支持usb之外，还可以支持sd卡、usb hub，也可支持ipod(某些型号的ae1)，另外，可以支持音量大小的调节。
问：请介绍ae1-l的功耗和降功耗特性?
答： ae1-l这款示范板正常运行的功耗大概在200ma左右，低功耗模式下大概在5ma左右。
问：和ae1-l接口的mcu有哪些类型?采用什么样的通信接口?
答： ae1_l和mcu的通讯方式是csi，另外加rts和cts两个pin，也就是说总共5个pin:clk、si、so、rts、cts。demo板有两种：78k0和r8c mcu。
问：要支持视频处理功能等多媒体功能,ae1-l需要增加什么外部器件?
答：可以使用带视频解码的mcu或者单独外接视频处理芯片。renesas有相关带音频和视频解码的mcu，例如sh2a系列。
问：“无机芯”是何具体概念?
在线座谈(online seminar)是中电网于2000年推出的创新服务，通过“视频演示+专家解说+在线问答”三位一体相结合的形式，充分发挥网络平台的便捷性，实现了先进半导体技术提供商与系统设计工程师的实时互动交流，其形式和内容都广受电子行业工程师的好评。
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传统的车载音响包括tuner及收音机、cd播放功能，随着人们的需求越来越多，可能会加入usb设备、蓝牙等设备的功能，慢慢地人们发现只是听已经不够了，需要有视频、摄像头功能，再后来需要导航功能。在这些其中，如图1所示，车载彩色tft显示音响和车载多媒体音响年增长率是最高的。
图1 车载信息娱乐系统趋势
多媒体功能每年都在增强，如图2所示。对于多媒体功能来说，最先只是cd的播放或者支持usb或者sd卡等，慢慢地随着ipod的普及，需要支持ipod功能和ipod蓝牙的功能，包括usb3.0。而彩色tft从wqvga到vga的显示，到rd的显示以及最后会和smart phone做连接显示等，不难发现，功能会越来越加强。
车载多媒体音响系统模块如图3所示，由一个主控mcu控制的tuner、cd dsp伺服器usb模组和ipod功能等组成。
图2 车载信息娱乐系统的功能
图3 多媒体音响功能模块
在这里，多媒体音响功能有am/fm;cd，usb，sd，ipod，bluetooth;mp3，wma，aac;character display。
ae1-l无机芯车载音响方案
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ae1-l 产品方块图如图5所示，从连通性来说，ae1-l支持usb memory、dmp、ipod、sd、card reader、hub等，所支持的音频包括mp3、wma、aac、wav，ae1-l的内部还带了控制元件，可以做文件系统分析、usb驱动和sd驱动等等。从界面来说，可以支持usb i/f、host i/f、sd(spi) i/f、i2s output、download i/f(64-pin version)和serial flash i/f(ae1-lf)等。
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64-pin的ae1-l支持数据下载功能，传送除了通过usb 存储器和sd卡读取音乐文件外，还可以传送特定文件，传送图片数据，以给外部的图形显示或者由外部mcu进行分析使用的功能。
另外一个显著的功能是mcu自升级功能，mcu可以通过ae1-l来读取外部usb或者sd设备的自身代码系统，实现主控制器的自我升级功能。
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图4 传统的汽车音响使用ae1-l
图5 ae1-l产品方块图
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•clock
•timer0, timer1, timer2
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系统服务有应用服务(clock、timer)和错误状态管理。
通过任务管理，实现各功能。主要任务包括：host任务(负责管理设备状态)，ae1-l任务(实现ae1-l功能(存储媒介访问、音频解码))，display任务(在各种状态下显示人机交互信息)，e-volume任务(管理音频属性)。
事件及信息流表现为，当有事件发生，包括按键或者旋钮，根据接收对象来分类，消息类型分为ae1-l模块接收的消息、display模块接收的消息、e-volume模块接收的消息。值得注意的是，host模块只发送消息，不需要接收其他模块发送的消息，display模块只接收消息，ae1-l模块和e-volume模块，则根据场合和功能的不同，既是某些消息的发送方，也是另外一些消息的接收方。
mcu系统时钟，根据不同运行状态，选用两种时钟源：在power on状态下，mcu系统时钟使用片上高速时钟，约40mhz(mcu内部固定2分频)。
在power down状态下，mcu系统时钟使用片上低速时钟，约125khz。值得注意的是，综合考虑mcu用到的2种通信模式(时钟同步串行通讯及i2c通信)，和片上高速时钟精度(常温下约2%),power on状态下选用片上高速时钟。低功耗采用片上低速时钟，3.3v供电/8分频条件下，电流消耗145μa。
host的主要机能有系统管理，主状态管理;解释key和encoder事件，以及产生相应的消息;调度其他小型服务，例如：保存和读取设置参数、led显示、watchdog等。
hdk为外围器件提供可控的3种电源，12v/5v/3.3v。在power down状态下，关闭外围器件电源，以降低功耗。mcu低功耗，采用片上低速时钟(约125khz)方式。理论上，r8c2a在“vcc=3v，系统时钟为片上低速时钟，8分频”的条件下，电流消耗为145μa。
为改善系统的可靠性，使用了watchdog超时复位功能。在系统时钟为片上高速时钟时(在power up状态下)，watchdog定时约为209ms。当系统时钟为片上低速时钟时(在power down状态下)，watchdog定时约为512ms。
目前软件占用mcu的资源有rom code 40kbytes;rom data 11k bytes;ram 2kbytes。
问答选编
问：这个音响方案对于电源干扰的问题如何解决的?
答：我们在电源电路上增加了大电容滤波以及稳压二极管稳压，通过ldo模块实现去除外部电源抖动。
问：请专家介绍mcu自主升级功能?在什么情况下升级?如何操作?
答：如果客户需要修改整个产品功能或者其他要求，就可以通过u盘对mcu进行升级。
问：在汽车设计的哪些领域用到这个芯片呢?
答：汽车音响等需要音频解码的都可以用到。
问：内置flash有多大，外置允许多大?
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问：器件是否支持iphone/ipad/ipod的usb播放?是否支持蓝牙?
答：支持iphone/ipad/ipod的usb播放。不支持蓝牙，但可以通过mcu外接蓝牙模块。
问：ae1-l/f实现了简单易控的无机芯汽车音响，那么对环境有什么要求呢?
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问：ae1-l除了实现usb module功能还具有什么特性?
答：ae1_l除了支持usb之外，还可以支持sd卡、usb hub，也可支持ipod(某些型号的ae1)，另外，可以支持音量大小的调节。
问：请介绍ae1-l的功耗和降功耗特性?
答： ae1-l这款示范板正常运行的功耗大概在200ma左右，低功耗模式下大概在5ma左右。
问：和ae1-l接口的mcu有哪些类型?采用什么样的通信接口?
答： ae1_l和mcu的通讯方式是csi，另外加rts和cts两个pin，也就是说总共5个pin:clk、si、so、rts、cts。demo板有两种：78k0和r8c mcu。
问：要支持视频处理功能等多媒体功能,ae1-l需要增加什么外部器件?
答：可以使用带视频解码的mcu或者单独外接视频处理芯片。renesas有相关带音频和视频解码的mcu，例如sh2a系列。
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