LEON2應(yīng)用于數(shù)字機(jī)頂盒CPU的FPGA仿真

　　采用免費(fèi)軟核LEON2作為數(shù)字機(jī)頂盒的CPU可以降低產(chǎn)品成本。為了使LEON2軟核能更快更好地應(yīng)用于數(shù)字機(jī)頂盒，選擇先在FPGA開發(fā)板上建立基于LEON2處理器的一個原型，通過這個原型對硬件性能進(jìn)行仿真，并且還可以在線修改程序，這樣就很容易驗(yàn)證系統(tǒng)的性能，加速軟件開發(fā)調(diào)試流程。經(jīng)過在FPGA開發(fā)板上的仿真，對基于LEON2的系統(tǒng)測試取得了預(yù)期的效果。

　　0 引 言

　　近年來，隨著數(shù)字多媒體業(yè)務(wù)和Internet網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，新型數(shù)字機(jī)頂盒可以有效利用我國巨大的有線電視網(wǎng)絡(luò)資源，完成視頻點(diǎn)播、數(shù)字電視的接收及接入Internet等綜合業(yè)務(wù)功能。

　　1 數(shù)字機(jī)頂盒總體設(shè)計(jì)方案

　　數(shù)字機(jī)頂盒分為兩個通道，下行通道接收來自電纜或光纖的有線電視信號，上行通道傳輸從客戶端到服務(wù)器端的指令。

　　下行通道方案如圖1所示，調(diào)諧器接收來自有線網(wǎng)的高頻信號，通過QAM解調(diào)器完成信道解碼，從載波中分離出包含音、視頻和其他數(shù)據(jù)信息的傳送流(TS)。傳送流中一般包含多個音、視頻流及一些數(shù)據(jù)信息。解復(fù)用器則用來區(qū)分不同的節(jié)目，提取相應(yīng)的音、視頻流和數(shù)據(jù)流，送入MPEG一2解碼器和相應(yīng)的解析軟件，完成數(shù)字信息的還原。對于付費(fèi)電視，條件接收模塊對音、視頻流實(shí)施解擾，并采用含有識別用戶和進(jìn)行記賬功能的智能卡，保證合法用戶正常收看。MPEG一2解碼器完成音、視頻信號的解壓縮，經(jīng)視頻編碼器和音頻D/A變換，還原出模擬音、視頻信號，在常規(guī)彩色電視機(jī)上顯示高質(zhì)量圖像，并提供多聲道立體聲節(jié)目。

　　上行通道方案如圖2所示，用戶發(fā)送指令，然后經(jīng)過編碼符合網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，從以太網(wǎng)接口傳輸?shù)秸{(diào)制器，再經(jīng)物理信道傳給終端服務(wù)器。

　　2 LEON2處理器

　　嵌入式CPU是數(shù)字電視機(jī)頂盒的心臟，當(dāng)數(shù)據(jù)完成信道解碼以后，首先要解復(fù)用，把傳輸流分成視頻、音頻，使視頻、音頻和數(shù)據(jù)分離開。CPU是嵌入式操作系統(tǒng)的運(yùn)行平臺，它要與操作系統(tǒng)一起完成網(wǎng)絡(luò)管理，顯示管理、有條件接收管理、圖文電視解碼、數(shù)據(jù)解碼、視頻信號的上下變換等功能。

　　LEON系列32位RISC處理器核的第一個版本是LEONl，它是由歐洲航天局主持設(shè)計(jì)開發(fā)的。LEONl的設(shè)計(jì)初衷是為了使歐洲能夠擺脫在航空航天高性能嵌入式處理器上對美國的嚴(yán)重依賴。以Jiri Caisler為首的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在完成LEONl后從歐洲航天局獨(dú)立出來，成立了Gaisler Research公司，后來就推出了LE—ON2處理器。LEON2是一個可配置的微處理器核，使用SPARC V8指令集，它的源代碼由可綜合的VHDL代碼構(gòu)成。LEON2內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　LEON2的整數(shù)處理單元是5級流水線設(shè)計(jì)，采用SPARC V8(IEEE一1754)指令和體系結(jié)構(gòu)，具有分離的數(shù)據(jù)Cache和指令Cache。LEON2的整數(shù)單元包括一個可選的16×16的MAC單元，能夠完成基本的DSP運(yùn)算，同時還提供了浮點(diǎn)運(yùn)算單元(FPU)的接口和協(xié)處理器(CP)的接口，可以擴(kuò)展浮點(diǎn)運(yùn)算和DSP處理。LEON2選用了ARM公司的AMBA 2.0片上總線標(biāo)準(zhǔn)，用于連接內(nèi)存控制器、定時器、中斷控制器、UART接口、PCI接口、10/100 Mb/s以太網(wǎng)接口等模塊。LEON2同時還提供1個調(diào)試支持單元和1個調(diào)試串口，用于支持片內(nèi)調(diào)試。LEON2的一個非常重要的特點(diǎn)就是具有很好的可配置性。使用者根據(jù)自己的需要，通過一個用tcl/tk腳本編寫的圖形化界面，對LEON2內(nèi)核的絕大多數(shù)模塊進(jìn)行配置，比如可以配置Cache的大小和訪問方式，是否支持硬件乘/除法，是否需要內(nèi)存。