ADI Blackfin 为中国首款WiFi数码相框提供处理器支持
2009-11-10
作者：ADI
数码相框产品多年之前就被半导体企业和设备制造商视为继MP3之后又一热门电子产品。事实上，尽管目前市场远未达到MP3的量级，但市场增长强劲。根据市场调研机构TSR的数据显示，数码相框在2006年全球市场仅280万台，而2008年已经达到2400万台。即使全球持续的金融危机对欧美主要市场产生巨大的冲击，业界对未来几年的市场发展前景依然乐观。市场调研机构In-stat的预测认为，随着BOM成本的降低，预计到2013年全球市场将有超过5000万个数码相框。而在环球资源公司发布的最新全球买家产品查询排行列表中，最多的电子设备是“数码相框”，而2010年最具出口前景的电子设备是“支持WiFi功能的数码相框”。
对比目前数码相框的国内外市场表现，明显地出现一冷一热的不同态势，欧美地区将在很长一段时间内是数码相框产品的主要目标市场。因此，中国企业如何把握欧美市场需求，设计出适销对路的产品非常重要。智能化、网络化和多功能已经成为数码相框发展的必然趋势。
图1：数码相框位成为全球买家查询最多以及2010年最具出口前景的产品。
In-Stat在年初对美国1万8千名技术应用者的无线数码相框使用情况的调查显示，81.5%的用户经常使用WiFi功能进行PC连接，64.3%用户使用WiFi从互联网照片分享网站下载图片，在准备购买新数码相框产品的受访者中，接近50%的受访者希望未来的数码相框能支持视频播放功能。各种信息表明，网络连接功能已经成为业界广泛认可的需求趋势，而WiFi无线连接无疑是最重要的选择。目前，大多数数码相框是预先下载好照片后作为礼物送出，大部分数码相框仍然缺乏互联网无线连接功能。然而，无线数码相框将会是数码相框市场增长的核心推动力，In-Stat预期到2010年它们将以高于整个数码相框市场2倍的速度增长。在日本等很多地方，消费者甚至认为那些不支持互联网连接的数码相框不是完整的产品。事实上，如果不是受到还在持续中的经济危机影响，WiFi数码相框很有可能成为2009年的热销产品。
可扩展性是方案选型的重要准则
数码相框产品经过几年的市场培育和技术发展已经发生很大的变化：图像显示要求支持更高的像素、更高的色彩空间变换，并兼容更多的图形格式；音频播放功能已经成为基本产品特性要求，而视频播放需求正在逐渐增长；基于WiFi等互联网连接技术的应用开发成为了产品发展的主流趋势，照片无线上传、网络分享、各种社交网站的连接等基于互联网的功能扩展已经成为一些领先企业进行差异化设计的关键，这些产品功能特性的变化对于作为应用方案核心的处理器的功能和性能的可扩展性提出了更高要求。
因此，为了适合新一代数码相框产品的市场需求，处理器必须具备高速的图片处理能力，较大的存储器容量，强大的网络处理能力和媒体处理能力以及功能扩展的性能裕量，并且能够允许客户快速灵活地扩展无线网络协议栈和应用以Web技术为主的各类网络。目前市场上采用的相框方案以一些廉价处理器为主，但相对而言这些产品功能比较单一，在图片处理质量、速度以及产品应用种类上都不尽人意。最重要的是，因为这些芯片多为专用解码芯片修改而来，在无线应用扩展方面受到很大限制，不符合目前终端智能化的发展方向。
与此同时，数码相框市场的增长带给该行业的玩家一个令人尴尬的局面是，产品的售价与利润率快速下降，数码相框市场已经红海化，特别是一些低端产品市场尤其如此。如何在提高销量的同时提高产品利润率呢？一些行业人士认为，必须及时推出满足市场新兴需求的产品，保持产品功能和性能领先。如何才能快速推出满足市场需求的新产品？毫无疑问，在相近的成本条件下，方案的灵活性、可扩展性和设计资源的可用性是关键。数码相框作为一个新兴市场，目前并未形成稳定的产品标准，随着技术、成本和应用环境（包括网络环境、内容支持等）的改变将随时出现新的需求变化。能否基于已有的产品方案进行扩展设计，并低设计成本地推出满足市场需求的产品将是决定企业能否赢得市场的关键。
然而，事实上当前很多数码相框方案缺乏这样的低成本设计的灵活性和可扩展性，特别是当前大部分中低端产品方案以“150MHz以下主频处理器+特定格式媒体硬件解码器”为核心的硬件平台，将面临处理器性能不足以及功能扩展较大的开发难度和较长开发周期的尴尬。例如，目前的低价方案通常只支持8MB或16MB内存，内存低带来的问题就是不能对高像素图像进行快速处理。以1600万像素的照片为例，1：1的图像还原需要
图2：世勤电子基于ADI Blackfin处理器的数码相框方案结构图。
中国第一款WiFi数码相框方案之变
一、低主频处理器的尴尬
支持以WiFi为主要无线网络连接功能已经成为公认的数码相框发展趋势。然而，对于熟悉无线终端产品开发的工程师来说，自然明白支持WiFi功能绝非简单地在原有的方案中增加WiFi模块，因为这将涉及到整体方案的市场定位（目前主要针对中高端方案）、方案可用的资源（包括处理器性能、整体架构、可用外设等）。对于一直采用中低端解决方案的开发商来说，进行包括WiFi在内的功能扩展将对已有的方案提出严峻挑战。
上海世勤电子科技有限公司是一家业内领先的嵌入式无线方案供应商，有多年的数码相框方案设计经验，在数码相框产品领域具有相当的知名度，是中国企业最早推出具备WiFi功能数码相框产品的公司。作为第一款WiFi数码相框，其目标定位已经脱离之前的有线连接PC加载照片的传统数码相框市场。然而，该款产品最初的硬件方案采用了主频为76MHz ARM7内核的某款处理器，有限的处理器性能很难以实现功能和性能扩展以提升产品定位：由于主频有限，数码相框的WiFi数据传输速度基本上限制在50KB以下；更重要的是，由于处理器主频较低，在网络下载的同时产品的并行处理能力急剧下降，用户难以体会到并行操作性能的方便和乐趣；支持的图片格式有限，由于主频过低，扩展实现其它格式的软件解码方案时性能面临局限性；主频低对于实现包括基于互联网的功能应用扩展时都面临性能瓶颈。例如， 64/128位WEP以及更高级的WiFi加密算法需要的计算量较大，对低主频的处理器来说负担很重，必须采用外置硬件加密方案。
二、可扩展性方案带来不一样的设计体念
经过多方比较和权衡，世勤电子最终选择了ADI Blackfin BF527处理器作为新一代WiFi数码相框的方案平台。在同等价位的方案中，Blackfin具有极大的性能优势，在保证高性能和高扩展性的前提下，Blackfin处理器具有最佳的单位处理能力价格。
BF527属于ADSP-BF52x处理器系列，该系列处理器时钟频率有从300MHz到600MHz多种配置。BF52x为满足便携式应用的苛刻要求，其性能已实现最优化。为了降低BOM成本、缩短研发时间以及使电路板尺寸最小化，BF52x处理器集成了多种系统周边电路，包括高速USB OTG、10/100以太网、主机DMA端口、NAND 闪存控制器，多达48个GPIO端口等等。另外，BF
图3：BF52x系列DSP芯片功能框图。
除了应用于数码相框产品以外，该处理器已经广泛应用于便携式媒体播放器、VoIP电话机、IP摄像机以及移动电视，其强大的音视频性能得到了众多行业领先企业的验证，并已经形成了大量ADI及第三方提供的各种库资源，可以极大地加快数码相框产品在多种功能新品开发上的开发进度。在支持高质量图片解码功能上，基于BF52x处理器的解决方案能够支持足够的内存，最高可以达128MB，完全能满足高像素图像的解码以及图形缩放等操作需求。
世勤电子利用BF527开发的数码相框有效克服了原有方案的性能局限性，网络传输速度有巨大的提升。测试表明WiFi实际数据传输速度最高可达200KB左右，比原有方案提升近四倍。更重要的是，WiFi与目前市面上一般的数码相框方案不同，世勤电子的数码相框方案可以允许用户在下载的同时并行操作其他任务，并且不会感觉到明显的响应延迟，用户体验有极大提升。由于高达400MHz的主频确保了处理器性能极大的裕量，方便基于软件方式的其它功能的开发。世勤数码相框产品Xi-BF52W35就基于Blackfin处理器的强大处理能力实现了WiFi加密的软件实现方案，支持64/128位WEP加密、WPA加密，降低BOM成本约3至4美元。另外值得一提的是，同价位的其它方案鲜有能支持Linux操作系统的，对于熟悉嵌入式产品开发的工程师来说，当然知道Blackfin支持Linux对于降低成本、迅速推出中高端数码相框产品来说的重要性，尤其是在ADI提供的Linux开发套件的支持下。
世勤电子选择Blackfin更看重该方案的持续扩展灵活性，根据未来客户提出的功能需求，他们完全能在现有的方案上迅速进行扩展，甚至在不改变任何硬件设计的条件下即可快速低成本地推出新的产品。实际上，Blackfin的开放通用架构使得世勤电子在其数码相框方案中实现了一个极富扩展性的应用软件开发和运行的平台，无论是世勤电子自身还是其客户，均可在这个开发平台上快速地开发和部署新的应用如互联网视频(Youtube)、互联网广播等，极大地缩短开发周期，降低了产品设计成本。未来将可以逐步实现支持视频，由于Blackfin是通用处理器，对各种视频的支持通过软件设计即可实现，而Blackfin处理器针对视频应用进行过优化，并提供成熟的库支持，更可加快视频功能的开发。
此外，BF52x支持的Lockbox安全技术提供单次可编程（OTP）片上存储器，实现了芯片级基于标准算法的数字签名认证概念，为执行代码与需要保护的数据提供安全处理环境，可以实现敏感操作和资料的保存。例如在线交易和私密图片可以在上面进行操作，这也是未来产品开发中可以被深入利用的技术特性。世勤电子已在产品方案中开始加入对OTP的支持，以满足高端用户对版权控制和隐私保护的需求。
三、良好的技术支持加速产品开发
消费电子产品无论是研发周期还是产品寿命周期都越来越短，如何迅速推出满足市场需求的消费电子产品，即时抢占市场窗口期非常关键。除了上面谈到的方案的持续可扩展性以外，方案可用的各种设计资源和方案提供商的技术支持能力与产品开发难度、产品面市时间以及开发成本直接相关。
Blackfin处理器专门针对音视频应用进行了优化，在处理器架构、外设接口、指令结构、内存等方面对于以图形和音视频为主要目标功能的数码相框来说独具优势。更重要的是，Blackfin已有的大量各种库资源，在进行数码相框产品开发时很多都直接可用，例如其它方案可能需要花费数周时间来实现特定图片格式的软件解码设计，而采用Blackfin方案直接可以使用已有的成熟解码器程序库。而如果需要对产品增加网络电台和各种音频解码功能，在Blackfin通用处理器平台上直接利用库资源即可实现。
作为市面上独一无二的汇聚式处理器，利用Blackfin在图像和音视频处理方面的高端DSP性能和管理uClinux、GUI及WiFi和USB协议堆栈的微控制器功能，设计工程师可高效率地开发出全集成产品。利用可直接从开源社区得到驱动程序和协议这一特点，在Blackfin处理器上使用uClinux操作系统可加速产品面市，其结果是极大地减少因增加像设备触摸屏界面这种功能所需要的开发时间。ADI提供的Blackfin uClinux内核/平台发行包包括了内核及应用程序，对世勤电子开发上层软件带来极大的便利。事实上，经过多年积累，Blackfin uClinux已经成为最为稳定的嵌入式Linux发行包之一。
作为一款具有创新性特点的产品，世勤电子的产品开发过程中出现了像USB-SD卡接口设计、显示带宽优化和内存管理方面的等较为复杂的技术问题，ADI的本地技术支持团队为以上问题的顺利解决提供了最有力的保障。而ADI开辟的“EngineerZone”DSP技术支持论坛（ez.analog.com）让世勤电子的工程师可以24小时通过网络利用到ADI全球工程师的智慧，快速而圆满地帮助解决所有技术难题，事实上这个平台在他们的产品开发中发挥了重要作用。
关注未来产品发展趋势
前面我们提出了智能化和网络化是数码相框的必然发展趋势的观点，然而我们并不确定这些趋势在产品功能特性上的具体体现形式以及市场需求出现的时机。以网络化为例，欧美移动网络运营商近年来也逐渐关注到数码相框带来的商机，一些运营商计划定制支持
在世勤的产品中已经实现了多种网络应用，包括连接到在线相片管理和分享网站如flickr、实时天气预报、RSS新闻阅读、相片电子邮件等。但是，目前数码相框基于网络的功能应用并无可循的标准，或者说尚未形成真正的主流市场需求，基于宽带连接的功能开发具有很大的想象空间。Youtube、Facebook等社区网站在欧美的影响力如日中天，这些虚拟世界不仅影响了网民的生活，也将影响未来电子产品的发展趋势，了解并掌握这种趋势对于像数码相框这类以欧美市场为主的产品来说至关重要。
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