基于ST40GX1與STi5514網(wǎng)絡(luò)交互式數(shù)字機(jī)頂盒硬件設(shè)計(jì)

2 基于STi5514和ST40GX1的系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)STi5514和ST40GX1的功能特點(diǎn)提出的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。

2.1 前端解碼部分

由于STi5514內(nèi)置三路TS流解擾通道，故采用雙路的Turner+STV0297QAM解調(diào)器同時(shí)解調(diào)兩個(gè)頻道的基于DVB-C的視頻數(shù)據(jù)傳輸流。充分利用STi5514的硬件解擾、控制處理以及解碼能力，可以實(shí)現(xiàn)畫中畫功能。其中Turner可以采用MicroTune的MT2040單芯片調(diào)諧器以節(jié)省空間和成本。此外，通過(guò)外接STE422，對(duì)IEEE1394接口輸入提供支持。

2.2 后端解碼部分

后端解碼由STi5514完成。STi5514通過(guò)外接8MB共享的SDRAM完成在信道解調(diào)、解復(fù)用以及解碼過(guò)程中所需要的存儲(chǔ)資源，STi5514通過(guò)MPX總線共享位于ST40GX1 EMI接口上的16MB FLASH。通過(guò)ATA接口外接硬盤存儲(chǔ)器以擴(kuò)展VCR應(yīng)用。STi5514解碼后的符合ITU-R601_656標(biāo)準(zhǔn)的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)視頻輸出端口直接輸入到ST40GX1的兩路視頻輸入端口中的DVP0。STi5514向ST40GX1發(fā)送27MHz的像素時(shí)鐘以及同步信號(hào)，以確保STi5514視頻數(shù)據(jù)正確接收。

2.3 圖形處理及便于交互式應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)接口

交互式應(yīng)用硬件實(shí)現(xiàn)部分由ST40GX1以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口完成。

2.3.1 ST40GX1二維圖形處理

ST40GX1接收來(lái)自STi5514輸入的解碼視頻流，并經(jīng)過(guò)插值、色彩空間坐標(biāo)變換后，與網(wǎng)頁(yè)瀏覽等其它視頻流進(jìn)行透明度處理(Alpha blending)、飽和度處理(Gamma Processing)等復(fù)合處理，形成統(tǒng)一的視頻幀緩存數(shù)據(jù)，并通過(guò)內(nèi)部的DENC將其編碼為模擬電視能接收處理的復(fù)合視頻信號(hào)CVBS、SVideo或分量信號(hào)RGB、YUV等輸出。

由于ST40GX1只支持3.3V的PCI接口，可通過(guò)Intel的SB21150BC擴(kuò)展3.3V或5V的PCI插槽;在需要3D圖像處理的情況下，可以外插PCI 3D圖形加速卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)接口

考慮到網(wǎng)絡(luò)接口的寬帶接入方式要求，利用ST40GX1對(duì)外部提供的PCI總線接口，集成Cable Modem、Ethernet等高速接口。

2.3.2.1 Cable Modem

選擇符合Docsis1.1/Euro-docsis1.1規(guī)范的Cable Modem前端單芯片接口芯片STV0396作為Cable Modem解決方案，這一部分既可以作為一個(gè)獨(dú)立的PCI卡來(lái)設(shè)計(jì)，也可以將其直接嵌入母板上。STV0396是一個(gè)高度集成的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，包括支持上行和下行符合DOCSIS1.1規(guī)范的物理層規(guī)范接口，媒體接入控制(MAC)以及功能強(qiáng)大的32位ST20 RISC處理器、PCI、EMI/MPX等與ST40GX1相兼容的外部接口。STV0396采用316管腳的BGA封裝，除需外接雙向調(diào)諧器外，還需要添加下行方向的聲表面波濾波器SAW、上行方向的線路放大器以及時(shí)鐘等，才能實(shí)現(xiàn)與線纜頭端設(shè)備CMTS之間的通信連接。其典型接口電路如圖2所示。

2.3.2.2 以太網(wǎng)接口

選擇基于RTL8139C的3.3V以太網(wǎng)芯片組作為接口芯片，主要考慮到該芯片具有高度集成、在嵌入式系統(tǒng)中使用廣泛以及10/100M自適應(yīng)特性、自帶PCI接口、在類Linux操作系統(tǒng)下驅(qū)動(dòng)程序容易找到等優(yōu)點(diǎn)。RTL8139采用128管腳的 QPF/LQPF封裝，并通過(guò)PCI總線接口與ST40GX1相連接。

2.3.2.3 V.90軟件Modem的支持

對(duì)V.90軟件Modem的支持，直接利用ST40GX1的Modem前端接口MAFE來(lái)完成。不使用硬件Modem是考慮到充分利用ST40GX1的運(yùn)算處理能力以降低成本。

2.4 啟動(dòng)及通訊

ST40GX1與STi5514通過(guò)配置各自MPX總線接口的主/從(Initiator/target)方式來(lái)決定系統(tǒng)的啟動(dòng)順序。在這里，由于系統(tǒng)啟動(dòng)代碼位于ST40GX1的局部FLASH中，故將ST40GX1配置為主(Initiator)，將STi5514配置為從(target)。具體的啟動(dòng)順序?yàn)椋篠T40GX1首先控制MPX總線并且先啟動(dòng)，在啟動(dòng)期間阻止STi5514使用MPX總線，直到其完全完成從Flash里面讀取啟動(dòng)代碼和初始化為止。接著ST40GX1利用MPX總線拷貝STi5514的啟動(dòng)程序以及應(yīng)用程序代碼到自己的LMI DDR內(nèi)存中。拷貝完成后，ST40GX1釋放并允許STi5514控制MPX總線，STi5514從ST40GX1的DDR SDRAM中拷貝自己的啟動(dòng)程序及應(yīng)用程序代碼。借鑒這一點(diǎn)，通過(guò)MPX總線可以實(shí)現(xiàn)多CPU之間的存儲(chǔ)共享。

STi5514通過(guò)MPX總線可以訪問(wèn)ST40GX1上的Mailbox寄存器。Mailbox被固定映射于ST40GX1存儲(chǔ)空間的基地址0x1B150000處，該寄存器對(duì)兩個(gè)CPU都能產(chǎn)生中斷信號(hào)。通過(guò)Mailbox寄存器，ST40GX1與STi5514能實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步、消息傳遞等進(jìn)程間通信。

本文較為詳細(xì)地介紹了基于ST40GX1和STi5514的高性能網(wǎng)絡(luò)交互式數(shù)字電視機(jī)頂盒的系統(tǒng)構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)。雖然低端的基本付費(fèi)/免費(fèi)數(shù)字電視機(jī)頂盒會(huì)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)成為消費(fèi)者的選擇，但隨著用戶對(duì)功能需求的增加以及有線運(yùn)營(yíng)商服務(wù)內(nèi)容的豐富，為用戶提供此類高端應(yīng)用的數(shù)字電視機(jī)頂盒也會(huì)得到日益廣泛的應(yīng)用。