基于STB7100的高清IPTV機頂盒總設計方案
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引言
IPTV利用計算機或機頂盒+電視作為接收終端，完成的業(yè)務(wù)包括電視直播、視頻點(diǎn)播、時(shí)移電視、網(wǎng)絡(luò )瀏覽、信息服務(wù)、互動(dòng)游戲，以及未來(lái)可擴充的業(yè)務(wù)[1]。隨著(zhù)寬帶用戶(hù)的增多，以影視服務(wù)為主的寬帶流媒體服務(wù)成為寬帶增值業(yè)務(wù)中的重要服務(wù)。與此同時(shí)，人們對高質(zhì)量高清晰影音服務(wù)的需求使得高清發(fā)展成為必然趨勢。因此，高清與IVI'V的結合必將成為當前寬帶網(wǎng)絡(luò )上最具發(fā)展潛力、最具盈利前景的熱點(diǎn)寬帶增值應用之一。
根據高清IPTV機頂盒所具備的功能，綜合考察ST，Broadcom等幾大主流IPTV芯片廠(chǎng)商的方案以及目前的市場(chǎng)狀況，筆者選擇ST公司的STB7100芯片進(jìn)行設計[2]。該產(chǎn)品是世界上第一個(gè)支持H.264/AVC和MPEG一2高清標準的單芯片解決方案，單片集成了高性能多標準的視頻解碼電路和機頂盒所需的全部功能。STB7100芯片是sTB710x系列中性?xún)r(jià)比很高的一款產(chǎn)品，在一個(gè)單片上集成了STB的所有功能和多標準解碼電路，可同時(shí)解碼多個(gè)高清視頻流，并把合成的視頻輸出到2個(gè)電視機，或以畫(huà)中畫(huà)的形式顯示到屏幕上。STB7100芯片提供了整套解決方案，嵌入式操作系統可采用Linux，OS21，WinCE中任一種，為上層的軟件開(kāi)發(fā)提供了更大的選擇余地。
3 IPTV機頂盒硬件結構設計
根據系統要求制定了硬件結構總體框架圖，如圖l所示，選用專(zhuān)用的機頂盒解碼芯片作為主控CPU，并設計CPU的外圍電路和必要的功能電路[3]。本地存儲器接口模塊(Local Memory Interface，LMI)的32位DDR存儲器用于系統運行和音視頻數據存儲;外部存儲器接口模塊(External Memory Interface，EMI)提供了對各種外設的支持，包括Flash，ROM和網(wǎng)卡等。其中，網(wǎng)口模塊用于完成接收及處理IP數據和音視頻流功能;音視頻輸出模塊完成音視頻信號的輸出功能;電源模塊負責芯片及整個(gè)系統的供電;外部接口完成CPU對各功能模塊的信號傳輸的控制功能。
3.1機頂盒核心處理芯片STB7100
sTB7100是一款高性能、單芯片集成的音視頻解碼的媒體處理器，其主要模塊有：
1)處理器核心器件
主頻為266 MHz的高性能ST40是器件的CPU核心，屬于ST的32 bit RISC系列，采用SuperH體系結構，負責控制芯片的其他部分，包括與2個(gè)ST231CPU之間的通信。此外，還有2個(gè)主頻都是400 MHz的ST231CPU用于處理音頻和視頻。
2)視頻解碼模塊及接口
sTB7100支持多種視頻解碼標準，包括H.264/AVC，MPEG一2雙向解碼標準。分辨力最高支持1 920×1 080i或l 920×720p。同時(shí)，STB7100擁有D1標清輸入、RGB/YPbPr/YC/CBS模擬的高清和標清輸出等多種視頻接口，還集成了高帶寬數字媒體接口(HDMI)和高清晰內容復制保護接口(HDCP)。
3)音頻解碼模塊及接口
采用1個(gè)400 MHz的ST231 CPU作為解碼器，兼容所有通用的音頻標準。音頻流輸入可以是I2S格式的PCM數字輸入或經(jīng)過(guò)內存的傳輸子系統內部源輸入。輸出接口包括S/PDIF串行數字音頻輸出和24 bit立體聲模擬輸出。
4)其他外設接口
STB7100提供了豐富的外設接口供選擇，包括UART接口、紅外接口、SmartCard接口以及1個(gè)串行ATA(SATA)硬盤(pán)接口和1個(gè)USB2.0主控制器端口。
3.2本地存儲器接口模塊(LMI)
為滿(mǎn)足不同類(lèi)型視頻的要求，必須有足夠的內存空間用于存儲和解碼視音頻流。LMI選擇64 Mbyte大小的內存用于H.264解碼或MEPG一2雙向解碼，其連接方式如圖2所示。
其中，DDR的內部塊尋址由BAO和BAl決定，可尋址4個(gè)內存塊，即一個(gè)內存芯片存在4個(gè)Bank。A0一A12用于對塊內行地址進(jìn)行尋址，AO～A8用于對塊內列地址進(jìn)行尋址，所以每個(gè)芯片的容量為32 Mbyte。由于每個(gè)內存芯片的位寬是16位，CPU的數據位寬是32位，為了和CPU保持協(xié)同工作，必須傳輸和CPI.I總線(xiàn)位寬一致的數據量，所以需要2個(gè)內存芯片，以達到32位數據寬度。2個(gè)32 Mbyte內存芯片同時(shí)工作，用同一個(gè)片選信號CS控制，也用相同的BA0和BAl信號來(lái)控制Bank的選擇。
3.3外部存儲器接口模塊(EMI)
EMI是sT芯片用來(lái)支持一般用途的外部存儲器接口，被分成5個(gè)Bank，允許系統支持各種類(lèi)型的存儲器、外部處理器接口和其他設備，通過(guò)5個(gè)不同的片選信號訪(fǎng)問(wèn)5種不同的設備。系統中提供了FLASh{和網(wǎng)卡兩種類(lèi)型的設備。下面分別介紹這兩種設備：
1)FLASH是用于存儲U-boot引導代碼、內核以及文件系統的設備，其首地址默認為系統上電時(shí)的起始地址。FLASH采用了ST公司的M58LW064D，它是一個(gè)64Mbyte FLASH存儲器，采用0.15μm NOR工藝，使用2.7～3.6 V單電源。存儲器被分成可單獨擦除的64塊，每塊1 Mbyte。編程和擦除命令通過(guò)接口寫(xiě)進(jìn)存儲器，在實(shí)際應用中，通過(guò)U-boot下的cp，erase和protect命令對FLASH進(jìn)行寫(xiě)入、擦除和保護操作;狀態(tài)存儲器提供了各種操作的狀態(tài)信息;存儲器寫(xiě)緩沖區允許處理器以并行方式編程l～16 byte。為了能對其他塊進(jìn)行編程、擦除，正在編程的塊可先掛起，然后恢復;塊保持功能使被保護的塊不能編程和擦除。上電時(shí)，所有塊均被保護，塊保護命令可用于保護或中止保護某些塊。當編程、擦除能使Vpen低電平時(shí)，則阻止了所有編程和擦除。STS信號可被設置為準備好/忙(RY/BY)兩種模式，高電平為準備好，低電平為忙，在這里設置為高電平，始終為準備好狀態(tài)。 2)在綜合考慮功能和價(jià)格等各個(gè)方面的因素后，采用了DAVICOM公司高性?xún)r(jià)比的DM9000AE快速以太網(wǎng)控制處理器作為網(wǎng)絡(luò )接口，其電路原理圖如圖3所示。其中網(wǎng)絡(luò )變壓器用的是PPT公司的PM34-1006M，本身不支持AUTO MDIX，所以需要將CTp0與CTsl，CTsO與CTpl連起來(lái)。
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