电动汽车警示音系统基于Blackfin的解决方案

基于Blackfin的解决方案

ADSP-BF706 Blackfin®处理器为音频处理和CAN总线接口提供单芯片解决方案。ADI公司开发了在ADSP-BF706上运行的CAN软件协议栈，使得用户能以极少的工作量构建汽车级演示(也可以使用Vector公司CAN协议栈)。此外，ADI公司提供完整的硬件和软件参考设计，以及用于实时参数调试的SigmaStudio™开发环境。

图1显示了ADSP-BF706内部的不同算法模块。外部波形音频文件(WAV)存储特征发动机声音或音频信号音。从SPI接口最多可以同时访问25个WAV文件。这些文件先在数字信号处理器(DSP)内部进行频移和混频，然后添加动态音量控制。

图1.Blackfin+处理器内的算法模块

ADSP-BF706采用存储器映射SPI接口，通过它可以更快速、更简便地访问外部存储器，无需为此应用外配DDR存储器。从SPI闪存最多可以同时访问25个WAV文件。可访问的WAV文件个数有助于创造更逼真的发动机声音。

ADSP-BF706还能实现高达16倍的音调调整，这是美国(US) NHTSA提出的一项建议，即随着车速的增加而提高输出声音的频率。根据CAN总线送来的车速数据，ADSP-BF706可以动态控制音量。

图2显示了系统详细框图。Power By Linear™ LT8602四通道单片同步降压型稳压器从12 V汽车电池电源产生系统中所需的全部供电电压。2 MHz开关频率让用户可以避开关键的噪声敏感频段，例如AM频段。LT8602的3 V至42 V输入电压范围使该器件成为汽车应用的理想选择，因为汽车应用必须承受冷启动和启停场景，最低输入电压低至3 V，电源切断瞬变超过40 V。

图3显示了另一个系统框图，其中减少了外设和连接器，一个通过汽车认证的连接器包含了所有相关信号。该方案允许设计更小尺寸的电路板。

由于ADSP-BF706同时充当了微控制器和音频处理器，因此该系统解决方案可降低系统物料(BOM)成本。

欲了解详细信息，请参阅软件下载包中提供的“EVWSS v1演示手册”和“EVWSS v2演示手册”。该软件包(EVWSS-BF_SRC-Rel2.0.0)可通过ADI公司网站上的软件申请表页面申请获得。有关ADSP-BF706的详细信息，请参阅ADSP-BF70x Blackfin+™处理器硬件参考和ADSP-BF7xx Blackfin+™处理器编程参考。

图2.采用Blackfin+处理器的全功能板的详细系统框图

图3.采用Blackfin+处理器、器件有所减少的小尺寸板的详细系统框图

针对ADSP-BF706 BLACKFIN+处理器的EVWSS软件架构

EVWSS软件架构基于ADSP-BF706硬件架构。处理器依赖硬件架构的原因在于存储器映射SPI。利用存储器映射SPI，ADSP-BF706可以直接读取闪存。此特性降低了EVWSS库的复杂性，使得用于生成警示音的内存访问效率更高。

软件组件

EVWSS软件架构由图4所示的组件构成。

图4.EVWSS软件架构框图

本部分详细介绍软件组件。SPORT回调特性映射到音频数据采样速率，并在SPORT收发器中断服务例程(ISR)上下文中运行，读取闪存文件(SPI存储器映射)，利用EVWSS库执行音频处理，并通过SPORT收发器接口送出处理过的音频。EVWSS库存有合成警示音的不同函数。EVWSS库还接收来自CAN协议栈的车速输入(或由UART接口进行调试)。TDA7803驱动器控制外部功率放大器来生成警示音。EVWSS应用程序框架配置系统外设、CAN协议栈和TDA7803驱动程序。

EVWSS库函数

下面介绍EVWSS库函数。有关详细信息，请参阅软件下载包中的“车辆电子警示音系统版本信息”。

音调控制

音调调整是指基于控制输入来调整音频信号的频谱。在EVWSS应用中，WAV文件的基本音调根据车速输入而变化。

频率调制和相位调制

发动机声音取决于发动机冲程，包括进气、压缩、做功(膨胀)和排气。这些冲程产生频率调制信号音，而不是纯信号音。改变采样的音调调整参数以实现频率调制。

此应用包括两种调制(锯齿形和三角形)。在锯齿形调制中，频率从最低斜坡上升到最高，然后跳回最低。在三角形调制中，频率从最低斜坡上升到最高，然后斜坡下降到最低。

压摆混音

对于混音，应相对于车速配置不同增益。

WAV文件播放

尽管所需的WAV文件保存在闪存中，但用户可以播放或停止某些WAV文件，具体取决于动态条件。

基于SigmaDSP的解决方案

对于入门级应用，ADAU1450 SigmaDSP处理器可以替代ADSP-BF706处理器。为了进行评估，可以使用EVAL-ADAU1452评估板。

图5显示了SigmaDSP处理器内部的不同算法模块。

图5.SigmaDSP处理器内部的算法模块

ADAU1450使用SigmaStudio编程环境支持以下软件要求：

多信号音生成

动态音量控制，最多64级

混音

限幅器

音调调整，即随着车速增加提高音调

同时播放SPI闪存中的最多5个WAV文件

ADI公司在SigmaStudio中提供了一个发动机声音模拟器模块，以简化发动机声音调整并减少所需的外部同步WAV文件数量。发动机声音模拟器可以在内部产生多达32个谐波。这些谐波的阶数和幅度可以通过图形用户界面(GUI)进行编程。发动机声音模拟器模块在SigmaStudio中已发布，可通过ADI网站上的软件申请表页面申请获得。

请注意，SigmaStudio不支持CAN软件协议栈，需要外部微处理器。

SigmaStudio

SigmaStudio是一种图形开发环境，最初针对SigmaDSP系列处理器而设计。该软件内置了专门为汽车应用开发的算法库。GUI简化了调整过程，并提供控制功能和滤波器系数，无需编写代码便可动态改变滤波器系数。SigmaStudio可以从ADI公司网站SigmaStudio页面下载。

推荐阅读：

地铁屏蔽门系统划分及如何保证通讯的稳定？

如何正确测量无线通讯功耗？

低功耗蓝牙传感器网络拓扑结构

单片机中的高阻态典型应用

单片机串行通信的结构组成解析