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)務包括電視直播、視頻點播、時移電視、網(wǎng)絡瀏覽、信息服務、互動游戲，以及未來可擴充的業(yè)務[1]。隨著寬帶用戶的增多，以影視服務為主的寬帶流媒體服務成為寬帶增值業(yè)務中的重要服務。與此同時，人們對高質(zhì)量高清晰影音服務的需求使得高清發(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)絡上最具發(fā)展?jié)摿?、最具盈利前景的熱點寬帶增值應用之一。
根據(jù)高清IPTV機頂盒所具備的功能，綜合考察ST，Broadcom等幾大主流IPTV芯片廠商的方案以及目前的市場狀況，筆者選擇ST公司的STB7100芯片進行設計[2]。該產(chǎn)品是世界上第一個支持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系列中性價比很高的一款產(chǎn)品，在一個單片上集成了STB的所有功能和多標準解碼電路，可同時解碼多個高清視頻流，并把合成的視頻輸出到2個電視機，或以畫中畫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(tǒng)可采用Linux，OS21，WinCE中任一種，為上層的軟件開發(fā)提供了更大的選擇余地。
3 IPTV機頂盒硬件結構設計
根據(jù)系統(tǒng)要求制定了硬件結構總體框架圖，如圖l所示，選用專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(tǒng)運行和音視頻數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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系統(tǒng)的供電;外部接口完成CPU對各功能模塊的信號傳輸?shù)目刂乒δ堋?/p>
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ST231CPU之間的通信。此外，還有2個主頻都是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，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(shù)字媒體接口(HDMI)和高清晰內(nèi)容復制保護接口(HDCP)。
3)音頻解碼模塊及接口
采用1個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(shù)字輸入或經(jīng)過內(nèi)存的傳輸子系統(tǒng)內(nèi)部源輸入。輸出接口包括S/PDIF串行數(shù)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個串行ATA(SATA)硬盤接口和1個USB2.0主控制器端口。
3.2本地存儲器接口模塊(LMI)
為滿足不同類型視頻的要求，必須有足夠的內(nèi)存空間用于存儲和解碼視音頻流。LMI選擇64 Mbyte大小的內(nèi)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(nèi)部塊尋址由BAO和BAl決定，可尋址4個內(nèi)存塊，即一個內(nèi)存芯片存在4個Bank。A0一A12用于對塊內(nèi)行地址進行尋址，AO～A8用于對塊內(nèi)列地址進行尋址，所以每個芯片的容量為32 Mbyte。由于每個內(nèi)存芯片的位寬是16位，CPU的數(shù)據(jù)位寬是32位，為了和CPU保持協(xié)同工作，必須傳輸和CPI.I總線位寬一致的數(shù)據(jù)量，所以需要2個內(nèi)存芯片，以達到32位數(shù)據(jù)寬度。2個32 Mbyte內(nèi)存芯片同時工作，用同一個片選信號CS控制，也用相同的BA0和BAl信號來控制Bank的選擇。
3.3外部存儲器接口模塊(EMI)
EMI是sT芯片用來支持一般用途的外部存儲器接口，被分成5個Bank，允許系統(tǒng)支持各種類型的存儲器、外部處理器接口和其他設備，通過5個不同的片選信號訪問5種不同的設備。系統(tǒng)中提供了FLASh{和網(wǎng)卡兩種類型的設備。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(nèi)核以及文件系統(tǒng)的設備，其首地址默認為系統(tǒng)上電時的起始地址。FLASH采用了ST公司的M58LW064D，它是一個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接口寫進存儲器，在實際應用中，通過U-boot下的cp，erase和protect命令對FLASH進行寫入、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;存儲器寫緩沖區(qū)允許處理器以并行方式編程l～16 byte。為了能對其他塊進行編程、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，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，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格等各個方面的因素后，采用了DAVICOM公司高性價比的DM9000AE快速以太網(wǎng)控制處理器作為網(wǎng)絡接口，其電路原理圖如圖3所示。其中網(wǎng)絡變壓器用的是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。
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