數字電視條件接收卡SoC SM1658的硬件結構及實(shí)現方法（下）
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通用加擾算法是DVB標準組織推薦的對于TS流的標準加擾算法。目前，在歐洲的數字廣播節目中普遍采用了這個(gè)算法。我國目前商業(yè)化的CA中，TS節目的加擾也基本上是采用的這個(gè)算法。因此，我們向DVB組織申請了此算法的授權，并以固核的模式嵌入到了我們的SM1658芯片中。
在此固核的設計中充分考慮到了芯片對將來(lái)可能出現的多路高清節目的適應能力，將此解擾模塊的處理能力設計到了175Mbps，可以滿(mǎn)足同時(shí)處理2路高清節目流或4路標清節目流的水平。
6.高性能的TS流處理引擎
在SM1658中，我們還設計了一套TS流處理引擎，用來(lái)對CI接口傳送過(guò)來(lái)的TS流進(jìn)行整形、過(guò)濾、提取特定數據、回送解擾后的節目流等。在此引擎中，我們設計了64個(gè)PID過(guò)濾器和16個(gè)SECTION過(guò)濾器，根據不同的配置狀態(tài)，此引擎可以完成對TS流7種不同的路由功能。
SM1658性能指標
1. 最高工作時(shí)鐘頻率
SM1658芯片采用了中芯國際的0.18um的標準邏輯CMOS工藝生產(chǎn)。在SM1658的芯片設計中，我們采用了ARTISAN的0.18um工藝庫和MC編譯器，采用了SYNOPSYS的DC綜合工具進(jìn)行綜合，并采用最新的CADENCE的后端設計工具ENCOUNTER進(jìn)行布局布線(xiàn)和SI分析，通過(guò)對芯片內部總線(xiàn)、存儲器和關(guān)鍵路徑模塊進(jìn)行優(yōu)化，使芯片的時(shí)序基本上達到了ARM7TDMI IP核手冊上測試的標準性能。
我們完成流片后對芯片進(jìn)行了最高時(shí)鐘頻率的測試。常溫下以1.8V的核心電壓和3.3V的IO口電壓條件，SM1658可以工作在125MHz~135MHz的頻率下，這可能是已經(jīng)商用化的ARM7TDMI類(lèi)芯片的最高工作頻率了。
由于我們對芯片的總線(xiàn)、內部存儲器進(jìn)行了優(yōu)化，為了證實(shí)此優(yōu)化效果。我們對于芯片的最高運算能力進(jìn)行了基準測試。我們的測試程序使用的是ARM公司提供的參考測試程序Dhrystone2.1(C語(yǔ)言編寫(xiě))，以性能最優(yōu)的方式進(jìn)行編譯。該測試程序在芯片的內部SRAM中運行。下表是我們的測試結果以及與軟件仿真測試結果的比較?？梢钥吹?，我們的芯片在最高性能時(shí)的執行效率已經(jīng)基本達到了ARM7TDMI的最好的指標，這也說(shuō)明，我們的設計是非常優(yōu)化的。
表1：SM1658的最高運算能力基準測試結果。
2. 電流消耗
由于芯片內部嵌入了一個(gè)大容量的SRAM和高速PLL，芯片在工作中的主要電流消耗將由其產(chǎn)生。在設計中也充分考慮到了其電源消耗的狀態(tài)，將SRAM的分解成多個(gè)獨立的部分，保證同時(shí)只有一個(gè)部分的SRAM在工作。通過(guò)電路管理和優(yōu)化，芯片全速運行程序時(shí)的平均電源消耗如下表：
軟件體系簡(jiǎn)單介紹
對于任何一個(gè)SoC芯片，其軟件的設計、開(kāi)發(fā)和應用體系是其商用化不可缺少的重要部分。我們從一開(kāi)始設計SM1658芯片的同時(shí)，就在項目?jì)冉M織了一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)團隊對SM1658的軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在芯片的設計過(guò)程中，軟件組同步進(jìn)行設計，在芯片完成設計流片出來(lái)后，我們的軟件底層、應用開(kāi)發(fā)平臺和部分應用軟件就已經(jīng)基本完成了。
這里簡(jiǎn)單介紹一下SM1658的軟件體系結構。SM1658的軟件體系可以分為兩個(gè)大的部分：API庫(應用程序接口)和應用程序。API類(lèi)似WINDOWS下的API庫，它完成了與芯片硬件相關(guān)的所有驅動(dòng)和上層軟件開(kāi)發(fā)需要的一些基本和專(zhuān)用的函數庫(包括OS系統的基本功能函數)，用戶(hù)在A(yíng)PI庫的基礎上可以比較方便地建立起用戶(hù)應用程序。
API庫又可以分為底層硬件驅動(dòng)函數庫、基本應用服務(wù)函數庫和高級應用服務(wù)函數庫。SM1658的底層驅動(dòng)程序包括基本設備如定時(shí)器、看門(mén)狗、存儲器管理、中斷管理、串口等設備的驅動(dòng)之外，還包括專(zhuān)用的智能卡接口、機卡分離CI接口、TS流處理引擎驅動(dòng)等特定設備的物理驅動(dòng)。底層驅動(dòng)的功能是完成設備的初始化配置、工作狀態(tài)的變換、基本數據包的發(fā)送接收校驗、與其他設備的握手、錯誤狀態(tài)的處理等與硬件密切相關(guān)的基本處理工作。
基本應用服務(wù)包括TS流處理狀態(tài)的管理、CI命令通道數據的管理、智能卡的底層協(xié)議實(shí)現等功能，包括OS系統的底層管理功能。它提供了一些比較底層的函數，用戶(hù)可以通過(guò)這些函數的調用，比較深入仔細地控制芯片的一些工作狀態(tài)。也可以針對應用中的一些特殊情況，優(yōu)化某些應用任務(wù)的性能。
高級應用服務(wù)實(shí)現具體的各個(gè)設備的資源管理、用戶(hù)顯示界面MMI管理、CAT和EMM數據的管理、智能卡的應用接口以及OS系統的高層管理功能。它提供了一些比較上層或抽象的函數調用。用戶(hù)通過(guò)對這些函數的調用，可以比較簡(jiǎn)單地完成一些任務(wù)和功能，讓用戶(hù)專(zhuān)注于建立應用體系的內容。
在本軟件體系的API庫中還比較完整地實(shí)現了兩套通訊協(xié)議接口，它們分別是DVB-CI協(xié)議和智能卡的7816協(xié)議。用戶(hù)直接使用這些協(xié)議的上層函數，可以大大簡(jiǎn)化在進(jìn)行CAM卡應用設計時(shí)的軟件開(kāi)發(fā)工作量。
在操作系統方面，我們采用了非常靈活的ECOS作為此嵌入系統的操作系統。ECOS系統功能強大，但是又有非常方便的可訂制的配置模式，特別適合本系統及將來(lái)擴充模式的需要。由于當前的CAM既不需要文件管理，又沒(méi)有GUI界面，所以在ECOS針對此芯片進(jìn)行配置后，其OS核心代碼只有50KB左右。
本文結論
作為數字電視傳播環(huán)節中一個(gè)部分，CAM還有一個(gè)重要的特色是內容保護和拷貝管理(CPCM)功能。由于機卡分離導致的透明節目流在接口上面出現，不利于節目產(chǎn)品的版權保護，所以，必須要在機頂盒與CAM之間加入一種防拷貝機制。在美國，POD標準的內容中早已經(jīng)有了CP方面的內容；而在歐洲，有關(guān)CPCM的內容也已經(jīng)在2005年的第四季度公布了；目前在國內，有關(guān)CP保護的標準也在制訂中。一旦國家的CP標準宣布，我們就可以在SM1658的基礎上加入符合標準的CPCM結構，完成一個(gè)真正的CAM需要的全部基本功能。
參考文獻：
1、ARM7TDMI(Rev4) Technical Reference Manual
2、ISO/IEC 7816 Specification
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