硬件設(shè)計

    傳統(tǒng)的電視業(yè)務(wù)一致采用單向廣播模式運(yùn)營，隨著科技的進(jìn)步，人們越來越希望在電視中實(shí)現(xiàn)雙向交互功能，通過交互通信，運(yùn)營商能夠及時地得知用戶的需求，而終端用戶也可以改變以往單一被動的信息接收模式，更多地參與到業(yè)務(wù)運(yùn)營中。近期IPTV（網(wǎng)絡(luò)電視）的出現(xiàn)，使這愿望成為可能，它作為電視和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的融合，以IP為傳送通道，能夠向用戶提供包括電視在內(nèi)的更為廣泛的多種交互式視音頻服務(wù)。

    在IPTV的系統(tǒng)中，用戶終端機(jī)頂盒是一個非常關(guān)鍵的設(shè)備，它不但是收看電視節(jié)目的終端，而且還是一個信息匯聚、交互的平臺，被認(rèn)為是構(gòu)成未來家庭多媒體中心的重要組成部分，本文介紹一種基于EM8620芯片的IPTV機(jī)頂盒設(shè)計方案，該方案能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)交互電視業(yè)務(wù)，支持MPEG2、MPEG4、VC－1（WMV9）、Real等多種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)解碼，具有電視節(jié)目錄制、數(shù)字版權(quán)保護(hù)、DVD播放等多種功能。

    1、

設(shè)計原理

   1.3

    遵循IPTV機(jī)頂盒的設(shè)計要求，以EM8620為核心的硬件設(shè)計原理框圖如圖2所示，它包括多個不同的數(shù)據(jù)處理模塊。

圖二

    1.3.1PCI總線

    vPCI總線上連接有一個10/100M的以太網(wǎng)控制器（CTL8100）和一個USB2.0主控制器（VT6212）用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入及USB設(shè)備接入功能。

    1.3.210/100M以太網(wǎng)控制器

    10/100M以太網(wǎng)控制器采用Realtek公司的RTL8100，它是一個高度集成的低成本單片以太網(wǎng)控制器，該控制器具有ACPI電源功能和網(wǎng)絡(luò)喚醒功能，通過使用魔術(shù)包（magicpacket）和喚醒幀的方式可以很方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)，因此使用它可以實(shí)現(xiàn)非常理想的嵌入式網(wǎng)絡(luò)解決方案，同時它還具有PCI/mini－PCI接口和10/100MHz網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應(yīng)功能，并兼容PCI2.2和PC99/PC2001、PCI存儲空間或I/O空間映射數(shù)據(jù)傳輸?shù)绕渌�功能�?BR>
    1.3.3USB2.0主控制器

    USB2.0主控制器采用威盛公司的VT6212，它是一個四端口USB2.0控制芯片，能支持高達(dá)480Mbps的傳輸速度，并采用動態(tài)中止時序控制（DynamicStopClockControl）降低功耗。VT6212利用主機(jī)端控制接口（EnhancedHostControllerInterface）方式提供高速數(shù)據(jù)傳輸，利用通過控制芯片接口（UniversalHostControllerInterface）方式向下兼容低速的USB1.1數(shù)據(jù)傳輸，此外TV6212也支持32－bit卡總線模式、可搭配PCMCIA接口作為USB2.0集線器，增加外設(shè)的接入數(shù)量。

    1.3.4視頻輸出

    EM8620能夠提供模擬和數(shù)字兩種視頻信號輸出，模擬視頻采用復(fù)合（CVBS）、分量（S－Video和YPrPb）方式直接輸出，輸出中都可采用Macrovision技術(shù)進(jìn)行防盜版錄制保護(hù)。數(shù)字視頻（24bitRGB）連接到DVI信號合成芯片（SIL164），編碼為DVD格式后輸出。

    1.3.5DVI信號合成

    DVI是目前使用非常廣泛的數(shù)字視頻接口，既可以適應(yīng)于高/標(biāo)清數(shù)字電視顯示、也可以用于普通的電腦監(jiān)視器顯示。此處選擇SiliconImage公司的SIL164實(shí)現(xiàn)DVI信號合成和發(fā)送。SIL164采用PaneILink數(shù)字技術(shù)設(shè)計，支持從VGA到UXGA（640×480－1600×1200）的清晰度顯示范圍，數(shù)據(jù)速率范圍為25－165Mbps，具有12bit（半像素時鐘沿）和24bit（真彩色支持）兩種設(shè)計模式，同時支持I2C總線控制，具有熱插拔特性，完全兼容DVI1.0規(guī)范。

    1.3.6音頻輸出

    EM8620可提供三路I2S和一路SPDIF等兩種串行數(shù)字音頻信號，其中每路I2S信號承載兩個聲道的PCM數(shù)據(jù)，三路I2S信號連接到音頻DAC

    后,轉(zhuǎn)換為6路模擬音頻，用于實(shí)現(xiàn)DolbyAC3的5.1聲道環(huán)繞聲；SPDIF串行數(shù)字信號直接輸出，可承載兩路PCM音頻或壓縮的5.1聲道DolbyAC3音頻。

    1.3.7外設(shè)總線

    外設(shè)總線上連接有IDE硬盤、DVD光驅(qū)和Flash存儲器，IDE硬盤用于實(shí)現(xiàn)個人錄像機(jī)功能，用戶可以將播放的電路節(jié)目方便地存儲到IDE硬盤，同時也可以用于存儲通過增殖業(yè)務(wù)從網(wǎng)絡(luò)上下載的各類其他數(shù)據(jù)；DVD光驅(qū)可使機(jī)頂盒實(shí)現(xiàn)DVD播放功能，F(xiàn)lash存儲器的作用非常重要，用于存儲整個機(jī)頂盒的操作系統(tǒng)軟件。雖然也可以將操作系統(tǒng)安裝到IDE硬盤，但是IDE硬盤的穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如Flash存儲器，并且還會受到其他應(yīng)用程序，特別是病毒的攻擊，非常容易造成系統(tǒng)崩潰。

    1.3.8FP/VFD和紅外信號接收

    FP/VFD用于機(jī)頂盒的前面板控制和狀態(tài)顯示，紅外信號接收用于接收遙控器發(fā)送的控制信號。

    1.3.9UART

    雖然IPTV具有雙向業(yè)務(wù)通道，能夠采用認(rèn)證的方式實(shí)現(xiàn)節(jié)目的版權(quán)保護(hù)，但是考慮到目前數(shù)字電視中的條件接收到多采用智能卡方式，為保護(hù)系統(tǒng)的兼容性，此處仍然設(shè)計有基于UART的智能卡通信模塊，用于支持使用智能卡進(jìn)行密鑰解密的工作方式。

軟件設(shè)計

   2、

    軟件主要包括嵌入式的操作系統(tǒng)和各類驅(qū)動及應(yīng)用軟件。由于當(dāng)前Linux有著優(yōu)良的可移植性和廣泛的兼容性，因此在本方案中操作系統(tǒng)采用μCLinux實(shí)現(xiàn)，而應(yīng)用軟件主要包括電子節(jié)目指南、數(shù)字版權(quán)保護(hù)和條件接收、瀏覽器、圖形用戶界面、軟件解碼模塊等。

    2.1嵌入式操作系統(tǒng)

    μCLinux是面向MMU（內(nèi)存管理單元）設(shè)計的嵌入式操作系統(tǒng)。內(nèi)核由Linux2.0Kernel發(fā)展而來，同標(biāo)準(zhǔn)Linux相比，它繼承了原有的工作穩(wěn)定性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大等主要優(yōu)點(diǎn)。此外，它具有占用空間小、執(zhí)行效率高等特點(diǎn)，由于IPTV機(jī)頂盒需要實(shí)現(xiàn)各種基于網(wǎng)絡(luò)的增殖業(yè)務(wù)，因此對于網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的需求比較廣泛，μCLinux包括TCP/IP等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，能夠支持當(dāng)前各種基于IP的業(yè)務(wù)，同時它還具有良好的開放性，任何新協(xié)議都可以很方便地加入到內(nèi)核中，具備了持續(xù)升級的可擴(kuò)展能力。

    在使用μCLinux進(jìn)行軟件設(shè)計時，一個需要著重考慮的問題是內(nèi)存管理，由于EM8620沒有MMU管理存儲器，因此μCLinux不能使用虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，內(nèi)存訪問應(yīng)采用直接尋址方式，所有程序訪問的地址都是實(shí)際的物理地址，操作系統(tǒng)內(nèi)存空間失去保護(hù)后，系統(tǒng)內(nèi)各個進(jìn)程實(shí)際上是共享同一個內(nèi)存空間，因此在設(shè)計多進(jìn)程任務(wù)時就需要特別注意進(jìn)行內(nèi)存保護(hù)，防止程序操作越界溢出。具體而言，就是在每個進(jìn)程初始化時，μCLinux會根據(jù)用戶的申請分配一段連續(xù)的堆棧地址空間，而后該進(jìn)程中所有的數(shù)據(jù)操作都在此內(nèi)存空間內(nèi)完成，所以開發(fā)人員必須對每個任務(wù)進(jìn)程所需的最大內(nèi)存空間做出正確估計和分配，一旦生成的數(shù)據(jù)空間大于所分配的內(nèi)存空間，就會產(chǎn)生內(nèi)存溢出，侵犯其他程序的地址空間，從而導(dǎo)致程序的運(yùn)行異常，嚴(yán)重者將導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。傳統(tǒng)Linux最大的缺點(diǎn)之一是，系統(tǒng)非正常關(guān)閉后，經(jīng)常會產(chǎn)生硬盤碎片，使操作系統(tǒng)無法正常引導(dǎo)啟動，此處，將μCLinux編譯后燒寫到Flash上采用Flash內(nèi)核啟動方式，避免了上述缺點(diǎn)。

    2.2應(yīng)用軟件

    2.2.1電子節(jié)目指南

    電子節(jié)目指南是用戶獲取電視節(jié)目播出信息的直接途徑，從現(xiàn)有數(shù)字電視用戶的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，電子節(jié)目指南是當(dāng)前最受用戶歡迎的功能，電子節(jié)目指南一般包括電視節(jié)目單、節(jié)目簡介、當(dāng)前節(jié)目信息顯示、節(jié)目預(yù)定等多個環(huán)節(jié)，通常它的設(shè)計采用基于中間件或定制編寫軟件模塊的方式實(shí)現(xiàn)，過程復(fù)雜、靈活度差。此處采用基于瀏覽器的電子節(jié)目指南設(shè)計，電視節(jié)目信息以HTML方式或XML方式傳送，機(jī)頂盒接收后利用瀏覽器顯示給用戶觀看，其風(fēng)格和瀏覽方式都具有很強(qiáng)的靈活性，由于其他類型的增殖業(yè)務(wù)如網(wǎng)絡(luò)瀏覽、電視購物等方式都需要瀏覽器，因此使用瀏覽器不會增加系統(tǒng)的額外開銷。

    2.2.2數(shù)字版權(quán)保護(hù)

    數(shù)字版權(quán)保護(hù)設(shè)計分為兩種，一種是針對已錄制節(jié)目的保護(hù)，另一種是針對實(shí)時播出節(jié)目的保護(hù)，由于機(jī)頂盒具有個人錄像機(jī)功能，用戶能夠方便地將實(shí)時播出的電視節(jié)目錄制到硬盤上，并通過USB接口拷貝出去進(jìn)行散發(fā)。為防止這種盜版拷貝的情況發(fā)生，設(shè)計了嚴(yán)格的數(shù)字版權(quán)保護(hù)模塊，當(dāng)用戶進(jìn)行錄像時，對存儲到硬盤的節(jié)目進(jìn)行加密處理，加密密鑰由每個機(jī)頂盒特有的硬件信息生成，這樣即使將節(jié)目拷貝到其他同類型機(jī)頂盒中也不能進(jìn)行播放，從而實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格的版權(quán)保護(hù)功能，對于實(shí)時播出的加密節(jié)目，沿用了基于智能卡的工作方式，首先提取IP網(wǎng)絡(luò)傳送過來的密鑰數(shù)據(jù)流，通過UART接口送到智能卡中進(jìn)行解密，解密后控制字存儲在內(nèi)存中使用后即刻銷毀，防止盜取和破解。

    2.2.3圖形用戶界面

    為方便地對IDE硬盤及其他接口進(jìn)行操作，此處為用戶提供了圖形用戶界面，它采用MiniGui引擎，界面啟動后，用戶可以通過遙控器或連接USB鼠標(biāo)/鍵盤非常方便地進(jìn)行操作。

    除了上述應(yīng)用軟件外，還可支持各種Java、flash程序運(yùn)行，便于實(shí)現(xiàn)電視購物、在線游戲等功能，此外其包括WMV9、Real等一系列多媒體播放程序，用于各種類型的網(wǎng)絡(luò)音視頻節(jié)目及本地的DVD光盤播放。

軟件調(diào)試

    2.3軟件調(diào)試

    軟件調(diào)試分為內(nèi)核調(diào)試和應(yīng)用程序調(diào)試兩個步驟。