网络变互式数字电视机顶盒硬件平台设计

道的DMA握手信号和EMI接口信号被用于MPX总线操作。

图1 基于STi5514和ST40GX1的系统结构图

1.2.2 外设接口模块

外设接口模块包括通用接口模块和视频专用接口模块。

通用接口模块包括两个的ST40系列处理器兼容的全双工异步串行通信端口、中断控制器、符合IEEE1149规范的调试控制器、实时时钟、4个用户可编程的PLL、24位输入输出方向可配置的并行I/O口，两个符合v1.1规范的USB主控制器和收发器、Modem模拟前端接口MAFE、两上可配置为支持I2C或SPI总线接口标准的同步串行控制器（SSC0,SSC1）、Teletext输入接口、两个使用异步协议的SmartCard接口、用于和外部微处理器通信的存储映射邮箱（Mailbox），符合PCI2.1规范的PCI接口控制器、两路音频PCm输入接口和一路PCM输出接口等。

视频专用接口以及处理模块包括字视频输入端口和2D图像处理器。

两个CCIR601-656视频输入端口（DVP0,DVP1）可以同时输入YCbCr 4:2:2格式的视频数据，并将其装入局部存储器。对没有内嵌同步信号的视频还根据SAV/EAV协议提供了外同步信号支持，用户可以从输入的视频图像中设定视频捕获窗口以及活动窗口的子窗口。数字编码器（DENC）将数字视频流转换为标准的模拟基带PAL/SECAM/NTSC信号以及RGB和YUV模拟分量信号。如果在LMI上使用32位的DRAM，则可以获得RGB24位的数字视频流。

2D图像处理器（或图像块传送引擎）拥有两个2D DMA图像数据输入源，可完成一整套强大处理操作。除了完成普通2D图形加速功能外，还可完成不同图形格式（RGB/YUV等）之间的转换，其中包括块填充、块拷贝、异步复合、色彩变换以及2D缩放处理等功能。

2 基于STi5514和ST40GX1的系统构成

根据STi5514和ST40GX1的功能特点提出的系统总体结构方案如图1所示。

2.1 前端解码部分

由于STi5514内置三路TS流解扰通道，故采用双路的Turner+STV0297QAM解码器同时解调两个频道的基件解扰、控制处理以及解码能力，可以实现画中画功能。其中Turner可以采用MicroTune的MT2040单芯片调谐器以节省空间和成本。此外，通过外接STE422，对IEEE1394接口输入提供支持。

2.2 后端解码部分

后端解码由STi5514完成。STi5514通过外接8MB共享的SDRAM完成在信道解调、解复用以及解码过程中所需要的存储资源，STi5514通过MPX总线共享位于ST40GX1 EMI接口上的16MB FLASH。通过ATA接口外接硬盘存储器以扩展VCR应用。STi5514解码后的符合ITU-R601_656标准的视频数据通过视频输出端口直接输入到ST40GX1的两路视频输入端口中的DVP0。STi5514向ST40GX1发送27MHz的像素时钟以及同步信号，以确保STi5514视频数据正确接收。

2.3 图形处理及便于交互式应用的网络接口

交互式应用硬件实现部分由ST40GX1以及相应的网络接口完成。

2.3.1 ST40GX1二维图形处理

ST40GX1接收来自STi5514输入的解码视频流，并经过插值、色彩空间坐标变换后，与网页浏览等其它视频流进行透明度处理（Alpha blending）、饱和度处理（Gamma Processing）等复合处理，形成统一的视频帧缓存数据，并通过内部的DENC将其编码为模拟电视能接收处理的复合视频信号CVBS、SVideo或分量信号RGB、YUV等输出。

由于ST40GX1只支持3.3V的PCI接口，可通过Intel的SB21150BC扩展3.3V或5V的PCI插槽；在需要3D图像处理的情况下，可以外插PCI 3D图形加速卡来实现。

2.3.2 网络接口

考虑到网络接口的宽带接入方式需求，利用ST40GX1对外部提供的PCI总线接口，集成Cable Modem、Ethernet等高速接口。

2.3.2.1Cable Modem

选择符合Docsis1.1/Euro-docsis1.1规范的Cable Modem前端单芯片接口芯片STV0396作为Cable Modem解决方案，这一部分既可以作为一个独立的PCI卡来设计，也可以将其直接嵌入母板上。STV0396是一个高度集成的调制解调系统，包括支持上行和下行符合DOCSIS1.1规范的物理层规范接口，媒体接入控制（MAC）以及功能强大的32位ST20 RISC处理器、PCI、EMI/MPX等与ST40GX1相兼容的外部接口。STV0396采用316管脚的BGA封装，除需外接双向调谐器外，还需要添加下行方向的声表面波滤波器（SAW）、上行方向的线路放大器以及的时钟等，才能实现与线缆头端设备（CMTS）之间的通信连接。其典型接口电路如图2所示。
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    2.3.2.2 以太网接口

选择基于RTL8139C的3.3V以太网芯片组作为接口芯片，主要考虑到该芯片具有高度集成、在嵌入式系统中使用广泛以及10/100M自适应特性、自带PCI接口、在类Linux操作系统下驱动程序容量找到等优点。RTL8139采用128管脚的QPF/LQPF封装，并通过PCI总线接口与ST40GX1相连接。

2.3.2.3 V.90软件Modem的支持

对V.90软件Modem的支持，直接利用ST40GX1的Modem前端接口MAFE来完成。不使用硬件Modem是考虑到充分利用ST40GX1的运算处理能力以降低成本。

2.4 启动及通讯

ST40GX1与STi5514通过配置各自MPX总线接口的主/从（Initiator/target）方式来决定系统的启动顺序。在这里，由于系统启动代码位于ST40GX1的局部FLASH中，故将ST40GX1配置为主（Initiator），将STi5514配置为从（target）。具体的启动顺序为：ST40GX1首先控制MPX总线并且先启动，在启动期间阻止STi5514使用MPX总线，直到其完全完成从Flash里面读取启动代码和初始化为止。接着ST40GX1利用MPX总线拷贝STi5514的启动程序以及应用程序代码到自己的LMI DDR内存中。拷贝完成后，ST40GX1释放并允许STi5514控制MPX总线，STi5514从ST40GX1的DDR SDRAM中拷贝自己的启动程序及应用程序代码。借鉴这一点，通过MPX总线可以实现多CPU之间的存储共享。

STi5514通过MPX总线可以访问ST40GX1上的Mailbox寄存器。Mailbox被固定映射于ST40GX1存储空间的基地址0x1B150000处，该寄存器对两个CPU都能产生中断信号。通过Mailbox寄存器，ST40GX1与STi5514能实现进程同步、信息传递等进程间通信。

本文较为详细地介绍了基于ST40GX1和STi5514的高性能网络交互式数字电视机顶盒的系统构成及实现。虽然低端的基本付费/免费数字电视机顶盒会在很长时间内成为消费者的选择，但随着用户对功能需求的增加以及有线运营商服务内容的丰富，为用户提供此类高端应用的数字电视机顶盒也会得到日益广泛的应用。

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