數字有線(xiàn)電視機頂盒單芯片QAMi5516及應用

３．１ 高性能的ＣＰＵ

ＱＡＭｉ５５１６中的ＳＴ２０－Ｃ２０１ＣＰＵ內核由ＳＴ２０Ｃ２＋ＣＰＵ、一個(gè)用于實(shí)時(shí)調試的診斷控制器單元（ＤＣＵ）、內部存儲器（８ｋＢＳＲＡＭ、８ｋＢ指令緩存、８ｋＢ數據緩存）和一個(gè)１６級中斷控制器組成。其中，ＳＴ２０Ｃ２＋ＣＰＵ是高性能的３２位增強型ＲＩＳＣＣＰＵ，主頻高達１８０ＭＨｚ。ＤＣＵ用于引導ＣＰＵ，并通過(guò)符合ＩＥＥＥ１１９４．１標準的測試訪(fǎng)問(wèn)端口Ｔｅｓｔ ＡｃｃｅｓｓＰｏｒｔＴＡＰ來(lái)實(shí)現對所有片上系統的監控。ＤＣＵ內部帶有在線(xiàn)仿真單元（ＩＣＥ）和邏輯狀態(tài)分析單元（ＬＳＡ），可支持軟件的實(shí)時(shí)跟蹤調試。對于中斷，用中斷級控制器（ＩＬＣ）可將３８個(gè)中斷源映射到中斷控制器的１６個(gè)可編程中斷級輸入端，并可由軟件來(lái)控制和改變，在所有１６級中斷中，第１５級優(yōu)先級最高，第０級優(yōu)先級最低。

３．２ 外部存儲器及其接口

ＱＡＭｉ５５１６的外存可通過(guò)外部存儲器接口（ＥＭＩ）來(lái)進(jìn)行擴展，其工作頻率最高達１００ＭＨｚ，并支持１ＧＢ的地址空間，這對于嵌入式系統來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。整個(gè)存儲地址空間分為四個(gè)區域，區域０映射到片內ＳＲＡＭ，區域１映射到片外ＳＤＲＡＭ（通過(guò)ＳＭＩ接口擴展），區域２映射到片內外圍設備寄存器，區域３映射到外部存儲器（通過(guò)ＥＭＩ接口擴展）。其中區域３又分為６個(gè)大小可編程設置的ＢＡＮＫ，最大為２５６ＭＢ，最小為４ＭＢ。表１是該區域的典型配置方式。

表1 區域3的典型配置方式

BANK 起始地址 結束地址 大?。∕B） 使用類(lèi)型

３．３ ＱＡＭ解調器

ＱＡＭ解調器全面兼容Ｉ-ＴＵ－Ｔ Ｊ．８３ ＡｎｎｅｘｅｓＡ／Ｂ／Ｃ和ＤＶＢ－Ｃ標準，支持１６、３２、６４、１２８和２５６ＱＡＭ等不同調制方式的解調。對于日本ＤＢＳ系統，它還能夠對ＴＳＭＦ進(jìn)行后處理，以從多路幀中提取單獨的傳輸流（ＴＳ）。

ＱＡＭｉ５５１６解調器內部集成有一個(gè)高性能的模－數轉換器，可以直接處理從調諧器出來(lái)的中頻信號（包括７．２ ＭＨｚ、３６ ＭＨｚ和４４ＭＨｚ，最高達５７ＭＨｚ）。另外，還帶有用于調諧器增益控制和中頻增益控制的數字ＡＧＣ等，并可降低ＱＡＭ調制比特流恢復的比特誤碼率（ＢＥＲ）。

３．４ ＳＴＢｕｓ互連總線(xiàn)

為了改善芯片內部數據傳輸總線(xiàn)瓶頸問(wèn)題，ＱＡＭｉ５５１６采用基于ＯＭＥＧＡ２（奧米加）技術(shù)的高速先進(jìn)的ＳＴＢｕｓ來(lái)實(shí)現互聯(lián)。ＯＭＥＧＡ２能夠為各個(gè)模塊之間的數據傳輸提供較高的片上帶寬和較低的訪(fǎng)問(wèn)延遲，其多路路由器允許多模塊之間進(jìn)行同步讀和寫(xiě)，這樣使得有效帶寬得到最大的使用率。

３．５ ＭＰＥＧ視頻解碼器

ＭＰＥＧ視頻解碼器用于ＭＰＥＧ２比特流的解壓縮和視頻流的構建，它實(shí)際上是通過(guò)對一副副圖片（畫(huà)面）進(jìn)行解碼來(lái)實(shí)現的。一般來(lái)說(shuō)，在新畫(huà)面顯示的同時(shí)，下一副畫(huà)面就已開(kāi)始插入相應的啟動(dòng)代碼檢測器，這樣ＣＰＵ就可以自動(dòng)設置相應的寄存器對下一副畫(huà)面進(jìn)行解碼。此外，該視頻解碼器還包括ＭＰＥＧ子圖解碼器、圖像顯示單元及ＯＳＤ單元，而其多層顯示功能也大大豐富了電視顯示效果。

３．６ 數字編碼器

數字編碼器用于將４:２:２的數字視頻流轉換成標準的ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭ／ＮＴＳＣ模擬基帶信號，也可以將４:４:４的數字視頻流轉換為ＲＧＢ和ＹＵＶ信號。它提供有６路模擬輸出，可以支持Ｓ－ＶＨＳ(Ｙ／Ｃ)＋ＣＶＢＳ＋ＲＧＢ、Ｓ－ＶＨＳ(Ｙ／Ｃ)＋ＣＶＢＳ＋ＹＵＶ、Ｙ１＋Ｃ１＋ＣＶＢＳ１＋Ｃ２＋Ｙ２＋ＣＶＢＳ２等三種組合輸出方式。此外，ＱＡＭｉ５５１６內部還集成有音頻子系統、調制解調器、時(shí)鐘發(fā)生器等單元模塊，還有智能卡接口、異步串口、Ｉ２Ｃ收發(fā)器以及ＩＥＥＥ１２８４增強型高速并口等片內外設接口。 電源電壓1 VDD3MAX 3.0 3.3 3.6 V
電源電壓2 VDD18MAX 1.6 1.8 2.0 V
輸入和雙向引腳容限電壓 VI18MAX GND-0.5 VDD18+0.5 V
輸入、輸出和雙向引腳容限電壓1 VI5MAX GND-0.5 5.5 V
輸入、輸出和雙向引腳容限電壓2 VO3MAX GND-0.5 VDD3+0.5 V
輸出電流 IOMAX 20 mA
貯存溫度 TSMAX 55 20 125 ℃
偏置溫度 TAMAX -55 20 125 ℃

４　典型應用

在應用設計中，要充分考慮到芯片的性能要求和極限參數，表２給出了ＱＡＭｉ５５１６的主要參數。

表2 QAMi5516極限參數和電特性參數

參 數 符 號 最小值 典型值 最大值 單位

圖2典型DVB-C應用功能示意圖

圖２是一個(gè)基于ＱＡＭｉ５５１６的典型ＤＶＢ－Ｃ數字有線(xiàn)電視機頂盒的功能示意圖。當ＤＶＢ－Ｃ有線(xiàn)電視網(wǎng)利用同軸電纜傳送的數字電視射頻信號（頻率范圍為５０ＭＨｚ～８７０ＭＨｚ）送到前端調諧器（Ｔｕｎｅｒ）后，該信號會(huì )變換為一個(gè)中心頻率為４３．７５ＭＨｚ的中頻信號，并通過(guò)ＩＦｉｎ輸入到ＱＡＭｉ５５１６內部的ＱＡＭ解調器，以完成信號的定時(shí)恢復、載波恢復、數據成型、自適應均衡和維特比解碼（Ｖｉｔｅｒｂｉ，又叫格形解碼）、解交織、ＲＳ解碼和去隨機化，最后將得到的符合ＭＰＥＧ－２標準的傳輸流經(jīng)過(guò)ＴＳＯＵＴ串／并口輸出。這樣就完成了整個(gè)信道解碼。顯然，這部分功能主要是由硬件來(lái)完成的，軟件只需對相應的寄存器進(jìn)行初始化和控制。

從ＴＳＯＵＴ輸出的ＭＰＥＧ－２傳輸流又將從ＴＳＩＮ１／２送到信源解碼模塊以進(jìn)行解復用、視頻解碼和音頻解碼；然后再經(jīng)過(guò)ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭ／ＮＴＳＣＳ視頻編碼器、音頻ＤＡＣ等處理模塊，就可以輸出相應格式的音視頻信號了。

存儲器模塊主要包括ＦＬＡＳＨ、ＥＥＰＲＯＭ和ＳＤＲＡＭ等。其中ＦＬＡＳＨ用于存放用戶(hù)應用程序，ＥＥＰＲＯＭ用于存放系統、用戶(hù)配置信息以及所有的節目信息，ＳＤＲＡＭ是系統和應用程序運行的地方，而視頻ＳＤＲＡＭ則用作視頻解碼緩沖區以存放ＯＳＤ數據。

外圍接口模塊包括與外界的接口及控制電路。其中ＲＳ－２３２和ＲＪ４５網(wǎng)絡(luò )接口用于系統和主機的數據傳輸，也可用于系統軟件升級和機頂盒故障診斷。前面板和遙控接口用于接收前面板和遙控器的輸入。智能卡接口用于支持ＣＡ有條件訪(fǎng)問(wèn)控制系統，該接口符合ＩＳＯ７８１６－３國際標準。此外，ＪＴＡＧ接口用于軟件調試和下載。

在工程設計中，對芯片操作系統的選取也是至關(guān)重要的，但這方面較易被忽視。事實(shí)上，操作系統往往會(huì )對系統的開(kāi)發(fā)時(shí)間、難度和整機價(jià)格起到相當大的作用。ＳＴ在其配套的軟件開(kāi)發(fā)包中帶有專(zhuān)門(mén)針對ＳＴ２０內核優(yōu)化的專(zhuān)用嵌入式操作系統ＳＴＬｉｔｅ／ＯＳ２０，因而可大大減輕軟件程序員的工作。

５　結束語(yǔ)

為了盡可能地最小化設計成本，加速數字電視機頂盒的開(kāi)發(fā)速度，ＳＴ在推出ＱＡＭｉ５５１６的同時(shí)，還提供了完整的設計支持，包括電路設計方案、ＰＣＢ布線(xiàn)布板硬件、核心嵌入式操作系統、完整的軟件開(kāi)發(fā)包和相應的ＤＥＭＯ程序代碼等軟件，因而可大大縮短機頂盒產(chǎn)品的上市時(shí)間，滿(mǎn)足競爭需要。