（信号与信息处理专业论文）dvbc机顶盒应用软件的开发.pdf

太原理工大学硕士学位论文 摘要s 1 8 3 9 8 随着信息技术的高度发展，高清晰度数字电视将逐步取代模拟电视， 在模拟电视向数字电视的过渡阶段，机顶盒起了举足轻重的作用。 本文详细介绍了机顶盒的功能、软硬件系统结构。主要研究了基于s t 公司h d t v 解决方案( s t 2 0 + s t i 7 0 0 0 q - s t i 4 6 0 0 ) 的软件设计。所有的软 件都基于s t l i t e0 s 2 0 实时操作系统。研究的目标是在s t 公司提供的参 考软件基础上开发出可适用于变化了的硬件平台且具有基本的机顶盒产 品功能的软件系统。在软件层次上，所有的上层应用都直接基于底层的硬 件驱动，故应用程序以c 语言方式编写。 本文详细分析研究了以下几个方面：1 机顶盒部分底层驱动程序，包 括：前端驱动、f l a s h 驱动、前面板按键接收软件和遥控信号接收软件 等。2 机顶盒节目程序的存储，包括：程序、节目频道参数、整机状态信 息和用户设置信息的存取。3 机顶盒应用程序，包括：机顶盒中文智能化 用户界面的实现、菜单的设计与显示、用户界面菜单用户交互操作的响 应和管理等。 关键字：数字电视，d v b - - c ，机顶盒，f l a s h 存储器，专用汉字库 赢鞲理王太学疆士攀芷沧文 a b s t r a c t w i t h 熟i 馥d e v e l o p m e n to f i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y h d t v ( h i g h d e f i n i t i o nt v ) g r a d u a l l yr e p l a c e sa n a l o gt e l e v i s i o n d u r i n gt h i st r a n s i t i o n s t a g e ，s t b ( s e tt o pb o x ) h o l d st h eb a l a n c e t h i sp a p e rp a r t i c u l a r l yi n t r o d u c e st h ef u n c t i o n ，s o f ta n dh a r d w a r es y s t e m s t r u c t u r eo fs t b i tm o s t l ys t u d i e ss o f t w a r ed e s i g nb a s e do ns th d t v r e s o l v e n t ( s t 2 0 + s t i 7 0 0 0 + s t i 4 6 0 0 ) a n da l ls o f t w a r eb a s e do ns t l i t e o s 2 0r e a l - t i m eo p e r a t i n gs y s t e m 。b a s e do nr e f e r e n c es o f t w a r eo f f e r e db ys t c o r p 。，w ed e v e l o ps o f t w a r es y s t e mw h i c hi st h es a m ew i 也d i v e r s eh a r d w a r e p l a t ea n dp r o v i d e dw i t hb a s a ls t bp r o d u c t i o nf u n c t i o n a ts o f t w a r e a r r a n g e m e n t ，a l lt o p p e ra p p l i c a t i o n sa r ed i r e c t l yb a s e do nr o c k - b o t t o m h a r d w a r ed r i v e ，t h u sw eu s ec l a n g u a g et ow r i t ea p p l i c a t i o np r o g r a m ， s o t t w a r ed e s i g ni n c l u d e st h ef o l l o w i n g ：f i r s t l ys t b p a r t b o t t o md r i v e ： i n c l u d i n gf r o n t - e n dd r i v e ，f l a s hd r i v e ，t h er e c e i v i n gs o l r a r eo ft h ef r o n t b o a r dk e y - p r e s sa n dr e m o t ec o n t r o ls i g n a l s e c o n d l yt h es t o r a g eo fs t b p r o g r a m ：i n c l u d i n gt h es t o r a g eo fp r o g r a mc h a n n e lp a r a m e t e r , s t a t u sm e s s a g e s o fs t ba n du s e rs e t u pm e s s a g e s ，t h i r d l ys t ba p p l i c a t i o n ：i n c l u d i n gt h ed e s i g n a n dt h ed i s p l a yo fc h i n e s eu la n dm e n u ，t h er e s p o n s ea n dt h em a n a g eo fu i 。 n a e n ua n du s e ra l t e r n a n to p e r a t i o n k e y w o r d s ：d i g i t a lt e l e v i s i o n ，d v b * c ，s t b ，f l a s hm e m o r y ，s p e c i a l c h i n e s ec h a r a c t e rl i b r a r y j 1 鹪章精论 第一耄绪论 由于数字音视频编码压缩技术的迅速发展与实用化，正引发出一场消 费电予产品从模拟技术转向数字技术的革命。1 9 9 5 年，美酗高级电视制式 委员会( a t s c ) 以a d t v 大联攫牙发豹铡式淹基磁，囱联邦逶臻委员会 ( f c c ) 提出了美国数字电视标准的建议。1 9 9 6 年1 2 月，f c c 通过了”a t s c 数字电视标准”，1 9 9 7 年4 月，f c c 为全美1 6 5 0 个电视台指派了用于数字 逛毒趸广搔懿频道，著公奄了到2 0 0 6 每搿有毫享冤台全部实玟数字撵塞，缨 底停止现行模拟广播的日程表。在美国带动下，欧洲、亚洲、澳洲等也纷 纷为其开展数字广播积极地做准备，形成一股全球化的数字浪潮。而自因 特嚣遴入实鼹数来，佟为一释瑟爨数字僖怠蕊浚业务，其鼗务穆类帮用户 数量不断增加，几乎达到”光处不在”的程度，被誉为蕴涵无限商机的金矿。 1 9 9 6 雄，因特网传送运动视频成为现实，使电视机又添新功能，籍由千家 万户菇有的电享冕搂入因特瓣懿w e b y v 疲运露生，成为生产厂家秘翊络服 务商们竞争的热点。但无论是数字电视还是w e b t v ，由于用户端使用的慕 本都怒模拟彩电，无法接收数字信号，因此需要一种接收装置束担当二糟 之藩静桥梁，这藏怒橇顼盒( s t b ，s e t l o pb o x ) 。穰臻盒又稼顼嚣盒，楚 广播媒介实现数字化后接收端的麓要设备，一般罨予电视枫上。零期的执 顶盒是指观众通过避控器戏按键_ 束控制某些收费节目的收麓。近年来，随 着数字广播和因特潮的迅速发展，祝矮盒已觚攀一静解密收费装鬣发展成 为集嬷压缩、w e b 测览、解密收赞和交曩控制为一体躲数字他终端设备。 1 1 国外机顶盒市场动态 币如业内人士预料的一样，囡内外众厂家一致认为，在当今模拟电视 淘数字奄享鼙转佬的露代，谯数字泡褫橇游价格采麓酶至模叛彩电馘藩，新 代数字机项盒是电视接入因特朋和数字广播服务的最便捷途径。据美圜 太原理工大学硕士学位论文 d a t a q u e s t 咨询公司调查，1 9 9 6 年全球数字机顶盒的销量仅为4 3 7 万台， 1 9 9 7 年猛增至1 5 0 0 万台，1 9 9 8 年又翻一番，达到3 2 0 0 万台。由于逐步 认识到数字机顶盒的巨大市场潜力，一时间，消费电子厂家、计算机公司、 通信设备公司以及广播电视公司等纷纷研制开发机顶盒。 在美国，众多机顶盒生产厂家中，美国g i 公司和s - a 公司占据了最 大的市场份额他们认为，机顶盒市场日趋成熟，应该积极开发产品抢占 市场据g i 公司数字网络系统商业副总裁称，在1 9 9 7 年3 月己向t c l ， c o xc o m u n i c a t i o n s 和c o m c a s t 等网络运营公司出售2 0 万台机顶盒，现在 正在进行新一代机顶盒的研制工作与此同时，s a 公司也在忙于为美国 第二大有线电视公司生产5 5 万台电视机顶盒t c l 公司则计划在未来3 年里为有线电视用户提供1 0 0 0 万台机顶盒，以便为用户提供上百个电视 频道和接入因特网的业务 在欧洲，英国b d b 公司已经和六家机顶盒生产厂家签了订单，b s k y b 公司更希望成为英国第一家开通数字电视广播的商家，使其机项盒成为英 国该行业的标准 1 2 国内机顶盒市场前景 模拟电视即将消亡，数字电视和一系列数字化消费电器将是明天生活 的主角。面对国外厂商的激烈竞争，国内情况又如何呢? 数字电视在中国 的推行是必然的趋势。事实上，我国广播电视系统已开始了向数字电视的 转变。1 9 9 6 年8 月，中央电视台率先开通卫星数字电视( s d t v ) 广播业 务，走在了亚洲国家的前列。1 9 9 7 年，又有1 0 家省级电视台开通卫星数 字电视频道，只是在接收方式上，采用的不是直接到户而是分配传输，因 此，电视观众对此毫无觉察。原广电部已决定，今后上卫星的电视广播都 要采用数字技术，并计划于2 0 0 0 年前后开通卫星数字电视直播业务。但 是，我国现有10 0 0 多家电视台，3 亿台模拟电视机，其中彩电1 5 亿台。 第一章缝论 憩钤，在中蓬瓣广大农村还瑟熔麓彩迄黪及阂题。摇藏状撼，如鬃要真委 实现全部环节的数字化，势必要经过相当一段时间。总的来说，数字电视 技术在传输上没有大的问题，但要在接收端的鼹示器件上达到高分辨率， 爨捻搭擦卡分昂贵，鼹夏，遗期躲数字应援更多靛还是将模数彩逛数字纯， 这必将会出现机项盒之类的过渡产品，丽且会有较大市场。 在模拟彩电时代，我国与国外有一定的差距，不可能在技术上有大的 趣越，褥在数字毫褫薅 弋，我国与藿器量其瞧公霉在技本上完全楚弱对惹 步的。在国家”九五”科技攻关计划的支持下，1 9 9 7 年1 0 月，由哈尔滨工 业大学、中科院计算所和算通科技发展公司联含研制的数字卫星接收机顶 盒逶_ 蓬了鉴定，经溅试已这瑙广瞧都数字翌璧接收裁誓行麓定豹要求， 现已转让给国内厂家生产。面对中国这个巨大的机顶盒潜在市场，图外企 业已经虎视眈眈，这对国内企业来说，既是机j 羼又是挑战，熙应紧紧把握 往数字技术嚣雩代豹辣祷，主动出毒，占攥国内南场懿主羲蔽，邃接中国数 字广播时代的到来。 1 3 目前机顶盒技术的发展趋势： 机顶盒的硬件在如下几个方面将有较大发展：c p u 越来越强大；存储 器容量越来越大；m p e g 戆弼器海支持羁对解磷多令h d t v 戆节嚣；图形 功能越来越强大，将从简单的o s d 发展为强大的2 d 、3 d 图形引擎：电 缆调制解调器功能更加完蒋，以支持高速因特网接入和电子邮件，并将 w e b 茭嚣与筏频育掇囊羹融合。 机顶盒将支持越来越多的应用，并且下载的应用越来越多。这些应用 包括电予节目指南、按次付费收看、立即按次付费收糈、准视频点播、数 据广播、嚣将阏接入、毫子郏俘、视频煮潘及l p 电话和可视奄话等。其它 诲多耨的应用也会不断涌现。 在机顶盒的软件方面，标准化的中间件产晶将进一步发展，用户将可 太原理丁大学硕士学位论文 以共享丰富的应用软件。 外部接i ：1 将更加丰富，可以利用机顶盒建立家庭网络，将机顶盒与p c 、 打印机、d v d 机等数字设备连接起来，并通过内置的电缆调制解调器与 因特网相连，真正地成为信息家电。 机项盒将给用户提供更具个性化和方便的导航系统，机顶盒将可以跟 踪用户的观看习惯，扫描宽带网络中的各种数字服务，给用户显示节目和 服务的建议时间表。 在价格方面，现行机顶盒价格下降是必然趋势。业者认为，芯片集成 和大量生产将是机顶盒成本下降的主要原因。 1 4 课题来源 太原风华信息装备股份有限公司于2 0 0 1 年开始研制d v b c 机顶盒用 于数字电视图像、声音接收。由于种种原因，起初公司设计的d v b c 机 顶盒存在种种缺陷，无法较好地满足用户的多种要求，主要存在的缺点有： 系统不能有效地搜索节目( 通常采用固定方法将p i d 写到程序内) ；无节 目存储；无人机界面；无系统设置、节目管理及密码管理等功能。 作者是在这种背景下与太原风华信息装备股份有限公司合作开发 d v b c 机顶盒，并完成硕士毕业论文的。在毕业课题研究中，系统设计存 在的技术难点和需要完成的任务为：需要设计程序节目的存储功能模块； 需要将一级汉字库和多内码转换置入系统，并驱动显示，从而设计友好的 半透明中英文智能化用户界面；需要设计前面皈按键 ：遥控信号接收软 件；此外，还需要增加自动搜索节目、显示数据捉l 文、系统设置、节目管 理以及密码管理等功能。 1 5 本文的章节安排 本文的各章安排如下： 第一章绪论 第一章绪论，展示了机顶盒的现状、发展前景及研究动态，使读者对 机顶盒的用途、重要性有了清晰的认识。 第二章机顶盒的硬件系统概述，介绍了机顶盒硬件结构和各部分完成 的主要功能。 第三章机顶盒软件系统，介绍了机顶盒的软件实现的基本芯片的原理 和软件实现的过程。 第四章机顶盒软件设计，本章根据软件设计的要求和现有软件的缺陷 重新设计了部分应用软件。 第五章中文智能化用户界面的软件实现，详细介绍了中文智能化用户 界面的两种实现方法。 第六章对本文进行了总结，介绍了本文设计上的优点和以后要继续进 行研究的方向。 太原理工大学硕士学位论文 第二章机顶盒硬件结构 机顶盒( s t b ) 的概念是比较广泛的。从广义上说，凡是与电视机连 接的网络终端设备都可以称为机顶盒。按传输网络和功能划分，机顶盒可 以大致划分为以下几种：从基于有线电视网络的模拟频道增补器、模拟频 道解扰器，到将电话线与电视机联在一起的“上网机顶盒”、数字卫星综 合接收解码器( i r d ，i n t e g r a t e dr e c e i v ed e c o d e r ) 、数字地面机顶盒，以及 有线电视机顶盒。从狭义上说，我们可以将模拟设备排除在外，按主要功 能将机顶盒分为上网机顶盒、数字卫星综合接收解码器、数字地面机顶盒， 以及有线电视机顶盒。这些设备由于具有很好的网络功能，因此也成为信 息家电的代表。机顶盒是数字电视结构体系中的终端部分，直接定义了用 户与数字电视以及其他交互业务的界面。经营本地电缆的商家及基于地面 或卫星的运营商通常为用户安装这些设备。 有线电视机顶盒的基本原理与数字卫星机顶盒、数字地面机顶盒相 同，只是信号传输介质是有线电视广播所采用的全电缆网络或光纤同轴混 合网。但由于有线电视网络较好的传输质量以及电缆调制解调器技术的成 熟，使得该类机顶盒可以实现各种交互式应用，并被业界广泛看好。 2 1 有线电视机顶盒提供的业务 电子节目指南( e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e ，e p g ) 电子节目指南给用户提供了一个便捷的、具有友好界面且可快速 访问节目的方式；用户还可通过该功能收看一个或多个频道，甚至所 有频道上近期将播放的节目。同时，e p g 可提供分类功能，帮助用户 浏览和选择各种类型的节目。 准视频点播( n v o d ) 也称为增强先进的p p v ，是一个特殊的广播应用。n v o d 用户 第二章机项盘硬件结构 和服努提供糟之间没有真正的交慝，服务提供者将节目的标题广播下来， 精户仪可选择所提供的频道，舔不能点播未施供静颥遒。该祝翻爨出e p g 来支持的。n v o d 豹功能包括： 预媳：在用户购买前，对想购买的节目进行预览； 选撵：在嚣p g 中选择一个已购买的节嚣； 暂停：停止播放该节目； 恢复：在暂停后恢复观肴该节目： 侠避，快遥：对该节目安现侠避，陕逡搡作。 数据广援 d v b 的数据广播规范具有很强的数据业务支持能力，机顶盒实现 对上述数据广播业务的支持，英作用类似个程用户家中的数据通信 网关。极顶盒本身可以不对接收数器的鸯效受载进 亍处理，只是通：；建 解复用实现数据分流，将相应的数据传送给处理终端。 软件在线升级 软传在线嚣级是数据广撵豹应用之一。数撂广撵缀务器按d v b 数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号， 禚版本不同时接收该软件，并对傈存在存储器中的软件进行更新。 i n t e r n e t 接入和瞧子女 孛 有线电视机顶盒可以通过内暨的电缆调制解调器方便地实现 i n t e m e t 接入功能，并可以掇供以太网接翻，用来连接p c 。使用电缆 溺麓勰落器懿逮凄与瞧话调露l 解调器相魄，提麓了1 0 0 倍，簸离霹达 到1 0 m b p s ，所以非常具有竞争力。目前市场上最为火爆的电缆调制 解调器鼹m c n s 定义的d o c s i s 标准。 l p 电话 通过电缆调制勰调器，逐可以实现i p 电话功能，用户在使用该劝 太原理t 人学硕l 学位论文 能时，只需将普通电话与机顶盒的r j l l 接口相连即可。电缆调制解 调器可以保证传输语音时的服务质量。 视频点播 为每个用户提供视频点播功能，即让用户能在所希望的时间和地 点收看想看的节目，是服务提供商的主要目标。有线电视机顶盒利用 交互式的数据信道和广播信道，为实现该功能提供了理想的技术基 础。 2 2 有线电视机顶盒的功能及其关键技术 2 2 1 有线电视机顶盒的功能 机顶盒最基本的功能是接收数字电视节目，具体一些讲，就是对来自 信道的数字电视信号首先进行解调制和信道解码，得到传输流数据，再出 后端对传输流进行解复用，分出音、视频基本流，之后经过音、视频解码， 输出解码后的视频和音频信号。此外，某些机顶盒还具有w e b 浏览功能， 或交互业务功能，这些机顶盒除了需要信息的下传通道外还需要一个上传 通道，在结构上比前者要复杂些。 2 2 2 有线电视机顶盒的关键技术 机顶盒的关键技术可以总结为如下几点： 解复用与解压缩技术： 下行数据解调与信道解码技术； 实时软件操作系统技术； 上行数据的调制编码技术。 前三项是实现机顶盒基本功能所必须的技术，下行数据解调与解码技 术实际就是前端技术，解压缩技术也就是音、视频解码技术。实时软件操 作系统是包含多个任务的系统控制软件的调度器，因而是必不可少的。上 行数据的调制编码则是针对需要实现交互功能的机顶盒而言的，如v o d 第二章帆硬盘璎传结搀 ( 视频点播) 、网页浏览等，由于包含这螳功能的机顶盒需要通过上 亍通 邋进行上传某她数掘，所以它不仅需要下行数据通道，同时也要考虑上行 数据豹谲割弱编码闰筵。 2 + 3 鸯线逢视誊晁联盒硬体结梅 有线电视机顶盒从其结构上讲大体可以分成两部分：信道部分和信源 解码部分。信j = l i ! 部分即前端，负责对数字电视信号进行解调接收和倍道解 麓，针对不阂鹃信遭可敬嚣以不弱静信遘解调解码器。磊蔫，信遂部分主 要商三种，即卫星、有线署地厦传输。信源解码部分也穆后端，它主要竞 成从t s 流输入到解码后的青、视频输出之间的所有功能，是机顶盒的核 ) 心都分。 有线电视机顶盒硬件结构采用模块化设计，如图2 l 所示。 幽2 一l 枫顶盒蠖织：架 从图中可看出，其结构包括5 个模块：信道解码模块、s t i 5 5 0 0 主模 块、存储模块、外围接口模块、音视频放大输出模块，其中s t i 5 5 0 0 是核 - t l , 部分，完成m p e g 2 鼹复耀，m p e g 2 解舀等功能。兹模块舔懿璃部 分，后四模块属于后端部分。 2 3 1 信邀解码模块 太蠛理t 大学硕士学位论义 有线电视机项盒的信道模块主要完成信号的接收、变频和解调。它包 括t u n e r ( 调谐器) 、q a m 解调、a d 转换及声表面滤波等元器件。信 道解码模块结构如图2 2 所示。 调谐器采用p h i l i p s 公司的t d a l 3 l l ，将从信道来的射频信号f 变 频到一个固定的中频( 3 6 1 5 m h z ) ，然后送入a d 转换器进行a i d 转换为 数字信号，a d 转换器件采用1 0 b i t 、4 0 m s p s 采样率的h 1 5 7 4 6 ，再送入 q a m 解调模块进行q a m 解调，q a m 解调采用s t v 0 2 9 7 ，支持1 6 q a m 、 3 2 q a m 、6 4 q a m 、1 2 8 q a m 、2 5 6 q a m 等解调方式，最后输出m p e g 传 输流的串行或并行数据。 高 3 6 中心频率m h z 、l 1 个 频 头 带宽为 “i 。 、 a g c s t v 0 2 9 7 m r e u l5 图2 - 2 信道解码模块 中频频率伊：3 6 1 5 m h z f l = 1 f f c l k 由于采样频率f c l k = 4 x 所以凡腩= 0 8 i f = f 3 6 1 5 0 8 ) m h z = 2 8 2 9 m h z 2 3 2s t l 5 5 0 0 主模块 s t l 5 5 0 0 架构如图2 3 所示。 s t l 5 5 0 0 具有很高的集成度，集m p e g 2 解复用、m p e g 2 解扰、3 2 位c p u 、m p e g 一2 音视频解码、视频d a 和编码于一体。 m p e g 一2 传送流解复用共有三种方式：1 ) 采用软件来完成m p e g 。2 第一章机项盒耻件结构 传送流的解复用，对c p u 的资源占用较大；2 ) 采用固定的硬件解复用， 占用c p u 的资源较少，但不灵活：3 ) 软硬件混合方式。 经过多次试验，本项目解复用采用软硬件混合方式，c p u 用d m a 方 式将输入的m p e g 一2 传送流放入存储器中，用软件来判断码流的类型并解 复用。这样既灵活又不过多占用c p u 资源。 【e e e l 3 9 4 h a r d w a r e t r a n s p o r t d e m u x 2 k b y t e s i n s t r u c t i o n c a c h e 2 k d a t a c a c h ea n d 2 ks r a m 0 s m 2 u a r t l k z m 3 p w m 图2 _ 3s 1 5 5 0 0 加 自 2 3 3 存储模块 s t l 5 5 0 0c p u 支持3 2 位寻址空间，有线电视机顶盒上电后，从 0 x 7 f f f f f f f 处引导系统，内存映像如图2 4 所示。 存储模块包括串行e 2 p r o m 、f l a s h 存储器、s d r a m 器件。其中， 韶重等篁蔓蔓至怒 每鬻 太原理t 人学硕士学位论义 f l a s h 存储器( 快闪存储器) 用于存储有线电视机顶盒的操作系统、应用 程序和各种参数( 如频道、节目、广播列表参数以及整机状态信息等) 。 当需要更新f l a s h 存储器内容时，需要将v p p 连接到3 3 v 。在设计 过程和试点期间，机顶盒软件更新换代很快，宜采用f l a s h 存储器。当软 件技术成熟后，叮将软件中4 i 易变的部分( 如中义字库、常用幽彤、操作 系统等) 存放在e 2 p r o m ，从而可降低成本。有关f l a s h 的具体内容将在 后面章节详细给出。 e m ib a n k 3 一 r e g i o n 3 e m ib a n k 2 e m lb a n k l 一 e m lb a n k 0 r e g i o n 2 接口配置寄存嚣 不用 r e 2 i o n i 一 m p e g 2 解码用s d r a m 不用 r e g i o n 0 2 k 字节数据缓冲区 2 k 字节s r a m 罔2 - 4 内存分配 2 3 4 外围接口模块 外围接口模块包括r s 2 3 2 、按键、遥控、前面板l e d 显示、智能卡、 o s l i n k 、并行口等。 r s 2 3 2 接口：主要是完成机顶盒与外界的低速数据通讯，传输波特率 为9 6 0 0 波特。存牛产测试时，通过r s 2 3 2 接几连接下仿真终端可测试 机顼盒的故障。 第一帝机顶盒耻件结构 前面板按键、遥控：遥控和自u 面板按键的接收是通过中断米完成的。 、有遥拧珀u 而扳按键拔下时，就产7 l 相应的r | 1 断，将叶1 断信号置位，对应 的中断处理程序就会被调用。 l e d 显示：用于显示频道参数、初始化信息等，由于本项目信息主要 是通过o s d 显示，前面板显示的：# 要目的是用于装饰，故存设计前而板 时，没有采用价格昂贵的l c d 。 p h i i d ss a a l 0 6 4l e d 驱动控制器内置1 2 c 总线与s t l 5 5 0 0 通讯，l e d 显示选用动态模式，通过设置占空比等参数可以调整l e d 的显示亮度。 2 3 5 音视频放大输出模块 人多数v c d d v d 播放机的斤视频输出没仃采门 隔离放大，造成了音 视频指标的降低。当采用隔离放大电路时，可彻底解决了上述问题。 音频输出：采用隔离放大器，保证两路输出信号互不干扰。音频输出 采用l m 8 3 3 放大器。 视频输出：s 视频( 模拟分量) 将色度信号和亮度信号分离，减少了 色度和亮度的f 扰，提高了图像的质量。复合视频和s 视频( 摸拟分量) 采用2 n 2 9 0 7 等三极管放大。 每个模块都通过1 2 c 总线或其它总线与主模块相连接，除主模块外， 其它模块硬件完全独立。山于采用1 2 c 总线，有线电视机顶盒具有如下优 点： 1 ) 最大限度地简化了硬件结构，省去了电路板上的大量走线，减少了 电路板面积，提高了可靠性，降低了成本。 2 ) 实现了馒件的模块化、标准化设计。 3 ) 大大缩短了丌发周期。 4 ) 各个模块具有独赢的电气特性，在相瓦不受影响的情况下，甚罕存 系统供电的情况下，可以接入或撤出。 太原理工大学硕士学位论文 5 ) 在增加新的模块时，甚至可以不用调整原来的设计。 6 ) 通过1 2 c 总线可以对某一模块进行故障诊断和跟踪，有极好的可维 护性。 2 4 小结 本章在讲述机顶盒的类别、原理的基础上，介绍了机顶盒的业务范围 和功能技术，详细阐述了机顶盒的硬件结构。该结构采用模块化没i t 不 仅有利于简化结构、提高效能、节省材料，而且实现了标准化。设计时将 各模块( 除主模块外) 相互独立，避免了相互阳j 的干扰。由于各模块可以 单独调试，从而大大提高了开发进度。 第二章机顶俞软件系统 第三章机顶盒软件系统 本项目软件系统的开发是在s t 2 0 一t p 3 传输流解复用芯片上进行的， 并以s t 2 0 的集成丌发工具包为运行、调试的基础。 3 1 s t 2 0 t p 3 解复用芯片简介 s t 2 0 t p 3 是s t 公司出品的一种功能强大的解复用芯片它集机顶盒 传输流解复用i c 和系统微控制器的功能于一身。其微处理核能够进行如 下工作： 1 、硬件驱动及同步； 2 、系统管理功能： 3 、电子节目指南功能和用户接口： 4 、有条件接收控制； 5 、解释并执行可下载的应用程序。 s t 2 0 - - t p 3 芯片的特点如下： _ 增强的3 2 b i tc p u ，一5 0 m h z 时钟 具有快速的整数运算和位运算功能及高密度的代码 高效的存储器c a c h e ( 高速缓存) 子系统 2 k 字节指令c a c h e 2 k 字节数据c a c h e s r a m 4 k 字节s r a m 一 可编程的传输流输入接口 可以接收字节宽度的b i t 流 具有传输流解复用器 d v b 解密器 s e c t i o n 滤波器 太原理丁人学倾i 岸位论史 _ 可编程的外部存储器接口( e m i ) 分成4 个独立的可配置的区域 能够以8 1 6 3 2 b i t s 的宽度进行访问 支持混合的存储器 2 个时钟周期的外部访问 支持页模式的d r a m 支持对m p e g 解码器的访问 _ d m a 引擎及接口 2 个m p e g 解码器的d m a 按块移动的d m a t e l e t e x t ( 图文) 接口( i o ) i e e e l 2 4 8 接口 高速的数据接口支持外部i e e e 3 9 4 a v 层链接的输入输出包 - 中断控制系统 中断分为多个优先级 8 个级别的中断抢占 相应时间5 0 0 n s 串行通信口 o s l i n k 接口 2 个具有1 6 字节f i f o 的可编程u a r t 口( a s c ) 2 个同步串行接口( s s c ) 一1 2 c s p i 两个s m a r t c a r d 接口 _ p w m 计数器模块 三个8 - b i t 的p w m ( 脉冲宽度调制器) 四个3 2 - b i t 的计数器和捕获寄存器 瓣= 带挑璜赣软嵇幕统 i3 2 佼的可缡程l 触口 一低功耗控铡器实辩的澈镑，喾f 1 狗 3 2 机顶盒软体系统的集成并发环境 3 2 。1 软释携爨残弹发环壤 较停静集成歼发环臻包括一个h d t v 鍪褫嚣、一个硬箨歼波平螽、 爨软 牛缡译调试系统、一台p c 枫域工作站、个微枫到歼发平螽的j t a g 接i z t 设备( j p i ) 及数字魄卒璺僖号潦，粥鬣3 一 掰示。窝嚣要豹落，逐霹臣 蠢啻稽、礴漉发生器箨舞帮设备。 ， 匦p 篡黧柏| 图3 - 1 集戏舞发环境承意强 冀中，驻裰器耱蓊噙设器璃来嶷接硷溅枫顶蠡系绞啻、褫频解弱输懑 馈号静爱确与溪。p c 枫工终站是敬传开发时繇霉豹烹规系缝。掇溪鑫应 稍软件的下装、遮行、调试等郡奁主概上进幸亍搽作，主机与一个微机翻开 发平台硬 孛缀熙攘瑟瑟 孛( j p i ) 稠连，遗遵该设备与秀发乎螽上的调试诊 鹫接疆( j t a g 接臼连接，并遴行遴穰，宠袋程孝黪下装翻在线调试。 微机与歼笈板豹接口，方面，可以将来自主丰凡的命令、数弼等经过转换 传送戮开发叛，努一方瑟，瞧可以跌歼发平台懿诊聚按制接霹读出数攥， 爱馈给烹聿燕，遮裂稷痒谣试兹瓣熬。这墨掰巍瓣骥律开发乎螽，是s t 公 司提供的一个完整高清晰度电季觉桃顶盒硬件歼笈系统中的一部分，如聚要 成为完熬戆系绫，还疫聪以瓣端投酾个藏嚣嘏。渡牙发乎蠢镪含了搬礞 纛惹蠲掰纛瓣掰奄主要嚣僚察技瑟，它蕊可渡舔予较 警开发，落霹蔽俸为 完整机预盒埂件设计的基础。它主要有如下几个特点： 太簸理工大学硬圭掌侥论文 支持数字惑援极骥盒掰嚣要静辫有接勰 r g b y u v h d 视频输出 淞i 树善s c 和音频输出 嚣个s m a r t c a r d 接弱 两个r s 一2 3 2 接口m o d e m 和d a t ar s 2 3 2 a c 3s p d i f 接口 外部i e e e t 2 8 4 i c 攘蕊 标准清晰度电视的s c a r t s ，v h s 接口 支持调试诊断j t a g 接硝及逻辑分析仪接口 符合工监标准酌l v d s e c l 包接注入弱窝嚣游模块接日 软件开发和调试应用接口等 3 2 2 软件开发互其包 s t 2 0 戆嶷戏开发z 县鬯怒鼹其软蒋逡孪亍开发的基懿，它支持s t 2 0 软 件的编程及通过诊断控制单元( d c u ) 的调试。主要特点如下； 工具包可以在p cw i n d o w s 9 5 n t 和s u n 工作站上安装使用 撬供秀发工其、支撩部分露函数 舆有可扩展的调试工具，包括： 一个合成的下装和窗口调试器，它可以完成以下工作： 夺将程滓代码下装到s 程镑芯片或傍真器，并在葵上运彳亍； 夺交互式的潺 式诊断、跟踪镣； 夺在调试中使用断点等； 夺产生帮显示程序指令的跟踪信惠。 谓试状态下匏文髂输入埝出工具 s t l i t e o s 2 0 黛时多任务核支持s t 2 0 某燃特殊的性能，并有助于 冀较俘程不同的s t 2 0 平台上的可移植性 第三章机顶盒软件系统 一套强大而通用的命令语言接翻，它握供： 辩代码连接静灵活控鼷； 可以产生调试记录； 代码和数据的位置的合理安排。 两释系统窟凌懿方式； 从r o m 的启动； 从诊断接口控带4 器启动的调试运行方式。 3 3机顶盒软件系统的整体框架结构 3 1 3 1 橇臻纛软昝系统缝梅 在s t 公司h d t v 机顶盒方案中，d t v 的软件采用了一种基于分层的 框架结构，其中部分程序由s t 公司在其d t v 参考软件中掇供，国外一部 分零要麦霜户鑫行嚣发。撬顶鑫软终懿整薅缨梅舞黧3 - 2 联示。 图3 - 2 枫顶盒软传分层梃架结构示意圈 注：其中灰色的部分为需由用户自行开发的部分 缀据圈3 2 瑟零，整髂软 孛终梅毒以分为嚣令层次：躅户痊弱程痔层、 用户威用层、硬件驱动层和实时操作系统层。下面就分别予以说明。 一、实时操作系统层 本课瑟鹃软锌搿发孛毽雳静实肆操作系统是s t 公司瓣s t l i t e o s 2 0 实对掇作系统。该操作系统具有内存管理、多任务调度和实时时钟管理的 太隙埋t 人学坝i j 学位论文 实时操作系统。该操作系统具有内存管理、多任务调度和实时时钟管理的 能力，并提供消息队列和信号灯两种进程通信方式。s t l i t e o s 2 0 的最大 特点是其内核小，实时性好，币好适合像机顶盒这样的小型系统。 s t l i t e o s 2 0 能够提供复杂的多任务服务如下： 1 多个任务之间的同步和通信可以通过信弓灯和消息队列来实现： 2 事件处理以中断的方式进行，并通过信号灯与任务通信； 3 任务所需内存的分配，既可以通过操作系统来管理，也可以由用 户自己管理： 4 任务可以被分配不同的优先级并根据优先级进行调度： 5 提供u , j 间函数，用 i 实现时f u 川算、延迟等操作。 实时操作系统层作为所有上层程序代码运行的基础，可以进行多任务 调度、系统资源管理、中断处理、通信操作和同步处理等。与此层有关的 模块有s t s y s ，s t e v t ，s t w d g ，s t t b x 。s t s y s 模块包含对所有硬件 设备访问的操作及存储器资源的管理；s t e v t 模块是事件处理模块，用于 不同d r i v e r 之间及d r i v e r 与应用程序之间的异步通信；s t w d g 模块提供 了几个软件w a t c h d o g ，主要用于超时控制等功能的软件实现。在后面章节 将以遥控前面板模块为例对s t l i t e o s 2 0 的应用作进一步论述。 此层中的各模块和操作系统库已在d t v 参考软件和软件集成丌发工 具包中提供。 二、硬件驱动层 硬件驱动层提供多个d r i v e r ，主要针对各硬件模块，提供相应的驱动程 序。该层通过操作系统层提供的工具，实现对硬件设备和接口模块的控制 和管理等。这部分主要包括： 1 接口模块 p c r ：时钟恢复和v c x o 控制 第二章机顶盒软件系统 i i c ：i i c 接口操作控制，用于访问i i c 接口标准的外部芯片 u a r t ：异步串行接口控制 1 2 8 4 ：i e e e l 2 8 4 并行口控制 2 t a p i 模块：并行传输流输入接口控制单元，对输入的t s 流进行处 理，负责解复用功能的实现 3 音频：音频流解码输出控制( 包括数：# 音频流和n t s c 模拟音频信 号解码处理及音量控制等) 4 视频 v t g ：s t i 7 0 0 0 的水平垂直同步输出信号的控制模块 o s d 0 s d 图形显示操作 户v i d e o ：视频解码输出控制 5 d e n c ：s t v 0 1 1 8 n t s c p a l 视频编码器控制 6 d 1 输入：主要是对s a a 7 1 1 l a 的控制，完成对n t s c ，p a l 制复合 基带视频信号的解码和模拟y u v 信号的数字化 7 f l a s hr o m ：f l a s hr o m 的擦除、编程等操作的控制 8 酊端：p h i l i p s 的8 v s b 前端调谐控制 9 e 2 p r o m ：e 2 p r o m 的初始化，数据的读、写、更新等操作的控制 此层中的硬件驱动，部分已在d t v 参考软件中给出，如上述模块中的 l 4 ；部分由于使用了与原先不同的芯片，其驱动也需要做相应的改动， 如j 7 ；另部分为新增硬件模块的驱动，需要f 1 行丌发，如r 、9 。 三、用户应用层 用户应用层的主要功能是在应用程序开发时提供所需的信息输出等功 能。用户存丌发应用软件并连机调试时，往住希望程序存运行过程中能反 馈啮信息，以方便柙序的调试。存木套软件系统巾，这功能以t e s t t o o l c o m m a n d 的形式出现，t e s t t o o lc o m m a n d 是州户编写的一些测试命令，通 太蒹理王丈学袋士学疰论文 过在毽亭技行戆调试巧壤下键入这些鑫令，霹疆激发某个瓣数豹逡簿或装 个任努的启动，并能够在屏幕上显示出相应的反馈信息。此层包食所有有 关t e s t t o o l 功能的娥现，如程序中的出错报告、文字信息输出、t e s t t o o l 命 令分据等。 d t v 参考软件中己提供了部分t e s t t o o l 命令，用于程序的部分功能演 示和软件模块的调试，但对于用户自行丌发的模块，如果希望以t e s t t o o l 命令豹形式送行调试，剽掰有与获缮模块存关憝t e s t t o o l 念令丞数，都嚣 出用户编写，这也是软件开发中的一个重要环节。 四、用户应用程序 蠲户癀鬻程序瑟是趸户痉雳轶 孛鹃生髂帮分，或是较静开发豹主要部 分之一。与数字电视机顶盘有关的所有上层功能的实现都在这层完成，如 关于用户界磷、用户信息输入输出控制、节目信息的分析处理和节目操作 懿管纛等。这部分辑包含的主要模块魏罄3 - 3 掰示。 圈3 - 3 用户廊用程序层中的主簧模块 d 1 v 参考软件融提供的内容包括：较完熬的实辩操俸系统层软件、部 分硬 牛驱动鼷d r i v e r 和部分t e s t t o o l 会令，能够突理浆功能主要包括：各秘 接1 ：3 功能，如1 2 c 、1 2 8 4 、u a r t 等；m p e g 和a c 3 音频解码、m p e g 视 频解码和显示、基本流解爱用、s e c t i o n 滤波、o s d 涌试功能、时睾率恢复和 s d 输出等。用户嚣要开发戆部分主要骞：耨增加或有变动豹硬 譬模块毂 d r i v e r 、部分新增加的t e s t t o o l 功能已经绝大部分上层应用程序，主要包括： 前端的控制、e 2 p r o m 的驱动、f l a s hr o m 的驱动、s a a 7 | i l a 的控制、 第：幸$ l 臻盒较拳 最缭 o s d 溷形露、键攥，静嚣叛按键接牧、弱户爨嚣程序、节毅操馋模块等。 在节目操作和管理模块软件的开发中，其主体部分在用户成用程序层。但 由于节目的操作功能与许多硬件模块有关，如前端，解复用模块、音、视 频艇玛模块等，爨嚣，泼摸块豹软 孛设诗与蠲户应髑瑟帮嫒箨裂勰层也骞 关。 3 3 2 机顶禽软件的总体流程 橇臻盒软佟滚程銎魏溷3 - 4v f 示。 舞掂 系统轫始纯、是存辆韬纯 申龋韧姆他 息动系统内核 信号量新始化 调试模块轫始仡 韶稚他s d r a m 接口 勘始化 2 c 总线 智能卡接口初始化，创建进 f l a s h 初始化，创建进程 p t i 初始化 p w m 初始化 p c r 初静化 串口初始化，螂建进程 m p e g 初妊纯，创建迸糕 g p r i m 轫始化 d v bs e c t i o n 初始化、创建 d v bd b a s e 初始化，创建进 d v b 高频头初始化，创建 d v b 键盘初始化，创建进程 d v b 用户接口初始化，创建 表初始化，埘琏进程 结束 幽3 - 4 机颇盒软件流鞋幽 从系统软件的联次结构、软件流程及用户应用程序层的主要软件模块 太j 泉理t 人学顽l 学位论义 可以看出，用户界面控制模块( 用户输入输出控制模块) 和节目操作管理 模块，构成了用户应用软件的主体。本论文的任务是应用软件的开发，下 文将主要讨论这部分软件的设计与丌发。 3 4 小结 本章先介绍了机顶盒软件系统丌发所采用的功能强大的s t 2 0 t p 3 解 复用芯片，以及该软件系统的集成开发环境和软件开发工具包，之后着重 论述了该系统的结构，包括实时操作系统层、硬件驱动层、用户应用层和 用户应用程序层。文章还给出了机顶盒的软件流程图，使得该软