E.6 案例研究：Sanyo VPC-SX500 数码相机

数码相机是另一种非常熟悉的嵌入式系统。这里考察 Sanyo VPC-SX500。开机后，相机的微处理器首先对所有部件执行诊断，并把错误信息显示在相机背面的液晶显示屏（LCD）上。这款相机采用 1.8 英寸低温多晶硅薄膜晶体管（TFT）彩色 LCD。拍照时，摄影者先将快门按下一半，让微处理器测量光照。随后，微处理器保持快门打开，以获得所需的光量；电荷耦合器件（CCD）把光捕获成红、绿、蓝像素。CCD 是一块 1/2 英寸、1360 × 1024 像素的逐行扫描芯片。像素逐行读出，经过白平衡、颜色和混叠校正程序处理，再存入 4 MB 帧缓冲区。下一步是把图像压缩为 JPEG 等标准格式，并存入可移除的 Flash 存储器。摄影者选择压缩方式，在这款相机中称为精细（fine）或普通（normal），压缩比为 10 至 20 倍。512 MB Flash 存储器至少能保存 1200 张精细质量的压缩图像，或约 2000 张普通质量的压缩图像。随后，微处理器更新 LCD，显示剩余可拍摄照片数减少了一张。

前一段概括了数码相机的基本工作方式，但相机还包含许多其他功能：在彩色 LCD 上显示已拍摄的图像、通过睡眠模式节省电池电量、监控电池剩余能量、利用缓冲快速连续记录未压缩图像；这款相机还支持以 MPEG 格式录制视频，以及以 WAV 格式录音。

相机的电子大脑是一台嵌入式计算机，芯片上集成了多种专用功能 [Okada et al. 1999]。图 E.13 给出了一颗与该相机所用芯片相似的芯片框图。如 E.1 节所述，这类芯片称为片上系统（SOC），因为它基本把过去一块小型印刷电路板上的所有部件集成到单颗芯片中。与集成程度较低的方案相比，SOC 通常可以缩小尺寸并降低功耗。Sanyo 声称，其 SOC 使相机只需竞争对手相机一半数量的电池，而且外形更小。

为了提高性能，它配有两条总线。16 位总线连接许多较慢的 I/O 设备，包括 SmartMedia 接口、程序及数据内存和 DMA。32 位总线连接 SDRAM、信号处理器（连接 CCD）、Motion JPEG 编码器，以及 NTSC/PAL 编码器（连接 LCD）。注意，与桌面微处理器不同，这颗芯片必须集成种类繁多的 I/O 总线。32 位 RISC MPU 采用专有设计，运行频率为 28.8 MHz，与总线时钟频率相同。这颗芯片功耗为 700 mW，采用 0.35 微米工艺，在 10.5 × 10.5 mm 的裸片中集成了 180 万个晶体管。

图 E.13 Sanyo 数码相机中的片上系统（SOC）。 该框图来自 Okada 等人 [1999]，对应正文所述相机中 SOC 的前代芯片。后继 SOC 名为 Super Advanced IC，采用三条总线而非两条，运行频率为 60 MHz，功耗为 800 mW；它采用 0.35 微米工艺，在 10.2 × 10.2 mm 的裸片中集成了 310 万个晶体管。注意，这个嵌入式系统的晶体管数，是 1990 年最先进高性能微处理器的两倍！图中的 SOC 最多处理 1024 × 768 像素，而后继芯片支持 1360 × 1024 像素。

图中的 32 位信号总线（Signal bus）连接 SDRAM 控制器、信号处理器、MJPEG 和 NTSC/PAL 编码器，并通过双通道视频 D/A 连接 LCD/TV。总线桥（Bus bridge）将其与 16 位 CPU 总线相连。CPU 总线一侧包括 RISC 核、SSFDC 控制器、DRAM 控制器、两个 UART、IrDA、PCMCIA 控制器、SIO/PIO/PWM、DMA 控制器，以及音频 D/A、A/D；外围设备包括 CCD、SDRAM、SmartMedia、存放程序的 Flash、DRAM、RS-232、IrDA 端口、PCMCIA 卡、麦克风、扬声器和其他设备。各接口缩写及数据位宽保留原图标识。