（信号与信息处理专业论文）数字电视条件接收系统多密技术的研究与实现.pdf

摘要 摘要 随着数字电视技术的飞速发展，条件接收系统在数字电视广播中占有越来越 重要的地位。条件接收系统是保证只有被授权的用户才能使用某一业务的系统。 它是数字电视运营商开展付费电视及各种增值业务的关键技术，在为运营商带来 经济上回掇的同时，也能为用户提供更多、更高质量的服务内容。在条件接收系 统中有两种；自i l i 解扰技术，即同密技术和多密技术。相比之下，多密技术更具安全 性、开放性和兼容性，是未来条件接收系统的发展方向。 首先，本文介绍了条件接收系统的相关知识，比较了同密技术和多密技术， 并详细分析了多密技术的通信协议标准d v b c i 标准和多密技术的物理接口规范 p c 卡标准。然后，基于s t i 5 5 1 6 芯片和o s 2 0 嵌入式实时操作系统，给出了多密 技术实现的软硬件设计方法及软件各个模块的具体实现。最后，对实现的各个软 件模块进行了功能测试，给出了测试环境和测试结果。 在多密技术的软件实现中，本文采用了层次化的思想，将整个软件划分为三 层来分别实现，从下往上依次为：底层驱动、命令接口协议栈和主机上层应用， 软件各层之间通过定义的a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t f a c e ) 函数进行关联。 这样，既方便了软件的实现和管理，又保证了命令接口协议栈的可移植性。在命 令接口协议栈的实现中，采用了消息驱动和有限状态机的设计方法，并充分利用 了嵌入式实时操作系统的任务、消息队列等机制。协议栈的每个协议层分别由一 个任务来实现，各任务之间通过消息队列进行消息的传递，协议层任务内部根据 收发消息的情况触发状态机的转移。 目前，本研究成果已经应用于实际产品的数字电视接收机中，能够解扰n d s 、 h d e t 0 、n a 掣a y i s i o n 、永新同方、中视联等不同条件接收系统的节目，达到了一台 接收机对不同条件接收系统的节目进行接收的目的。 关键词：数字电视，条件接收系统，多密技术，公共接口 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fd i g i t a lt vt e c h n o l o g y , c o n d i t i o n a la c c e s ss y s t e m i sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti nt h ed i g i t a lt vb r o a d c a s t i n g c as y s t e mi st h ek e y t e c h n o l o g yf o rt vs e r v i c eo p e r a t o r st ol a u n c ht h ep a y - t vb u s i n e s sa sw e l la sa l ls o r t s o fv a l u e - i n c r e m e n t a lb u s i n e s s t tw i l lb r i n gl a r g ee c o n o m i cr e t u r n st ot h eo p e r a t o r sa n d p r o v i d ec u s t o m e r sw i t hm o r ea n dh i g h e r - q u a l i t ys e i c e s s i m u l c r y p tt e c h n o l o g ya n d m u l t i c r y p tt e c h n o l o g ya r et w ok i n d so fs c r e m b l i n g d e s e r a m b l i n gt e c h n o l o g i 黜i nt h e c a s y s t e m ，a n dt h el a t t e ri st h ed i r e c t i o no f f u t u r ec as y s t e mf o ri t sb e t t e rp e r f o r m a n c e i ns e c u r i t ya n d c o m p a t i b i l i t y f i r s t l y , t h e d i s s e r t a t i o n c o m p a r e ss i m u l e r y p tt e c h n o l o g yw i t l lm u l t i e r y p t t e c h n o l o g ya f t e rt h ei n t r o d u e t i o no fs o m eb a s i ck n o w l e d g eo fc as y s t e m , a n dt h e n a n a l y s e st h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o ls t a n d a r da n dt h ep h y s i c a li n t e r f a c es t a n d a r do f m u l t i c r y p tt e c h n o l o g yi nd e t a i l s e c o n d l y , b a s e do ns t i 5 5 1 6c h i pa n do s 2 0e m b e d d e d r t o s ，t h ed e s i g nm e t h o d so ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fm u l t i c r y p tt e c h n o l o g ya n d t h er e a l i z a t i o np r o c e s s e so f t h es o f t - w a r ea r eg i v e n f i n a l l y , w et e s tt h ef u n c t i o n so f e a c h p a r ta n dg i v et h er e s u l t so f o u rt e s t s i nt h es o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o no fm u l t i e r y p tt e c h n o l o g y , w ea d o p tt h el a y e r i n g a r c h i t e c t u r ea n dp a r t i t i o nt h ep r o 乒a m si n t ot h r e el a y e r sw h i c ha r ed e v i c ed r i v e r , c o m m a n di n t e r f a c ep r o t o c o ls t a c ka n dt h eh j 曲l e v e la p p l i c a t i o nf r o mb o r o mt ot o p t h r e el a y e r sa r er e l a t e dt h r o u g ha p if u n c t i o n s t h m , t h es o f t w a r ec a nb ei m p l e m e n t e d a n dm a n a g e de a s i l y , a n dt h ec o m m a n di n t e r f a c ep r o t o c o ls t a c kc a nb et r a n s p l a n t e dt o o t h e rd i g i t a lt vr e c e i v e rp l a t f o r m se a s i l y m o r e o v e r , m e s s a g ed r i v e nm e c h a n i s m ，f i n i t e s t a t em a c h i n et h e o r y , a n dt h em e c h a n i s m so f e m b e d d e dr t o ss u c ha st a s ka n dm e s s a g e q u e u e a r ea d o p t e di nt h ei m p l e m e n t a t i o no f c o m m a n di n t e r f a c ep r o t o c o ls t a c k a tp r e s e n t , o u rw o r kh a sb e e na p p l i e dp r a c t i c a l l yt ot h ed i g i t a l i vp r o d u c t s i tc a n d e s c r a m b l ed i f f e r e n tc as y s t e m s p r o g r a m ss u c ha st h o s eo f n d s ，i r d e t o ，n a g r a v i s i o n , n o v e l - t o n g f a n ga n dd t v i a k e y w o r d s ：d i g i t a lw c o n d i t i o n a la c c e s ss y s t e m ( c a s ) ，m u l t i c r y p tt e c h n o l o g y , c o m m o nl a t e r f a c e ( c o 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：廛筮壁 日期：加7 年中月彩日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：蔓筮谴导师签名： 日期：幼 第一章引言 第一章引言 数字电视是从节i + i 采集、编辑制作到信号的发送、传输和接收全部采用数字 处理的全新电视系统，它利用了先进的数字图像压缩技术、数字信号纠错编码技 术、高效的数字信号调制技术等，在处理、传输信号过程中引入的噪波，只要幅 度不超过一定的门限都可以被清除掉；即使有误码，也可利用纠错技术纠正过来。 数字电视采用压缩编码技术，在只能传送一套模拟电视节目的频带内可传送多套 数字电视节目，使电视频道数迅速增多【”，便于开展多种数字信息服务。数字电视 和模拟电视相比有着图像传输质量高、频谱资源利用率高、多信息多功能等优点， 是电视发展的必然趋势。 在数字电视广播系统中，条件接收系统是一个非常重要的组成部分。它是数 字电视广播运营商开展付费电视及其它各种增值业务，保障投资利益回收的技术 基础。 1 1 条件接收系统描述 条件接收是指这样一种技术手段，它只容许被授权的用户使用某一业务，未 经授权的用户不能使用这一业务。条件接收系统正是实现该功能的系统。 条件接收系统能实现各项数字电视广播业务的授权管理和接收控制。该系统 是一个综合性的系统，系统集成了多种技术，包括系统管理技术、网络技术、加 解扰技术、加解密技术、数字电视编解码技术、数字复用技术、机顶盒技术、智 能卡技术等，同时也涉及到用户管理、节目管理、收费管理等信息管理应用技术。 条件接收系统是数字电视接收控制的核心技术保障系统。该系统可以根据不 同情况对数字电视广播业务按时间、频道和节目进行管理控制。 在用户端，未经授权的用户将不能对加扰节目进行解扰，而无法收看该节目。 条件接收是现代信息加密技术在数字电视领域的具体应用，一方面实现了节目及 业务信息的分类和管理；另一方面哥实现节目的条件接收1 2 】。 电子科技大学硕士学位论文 1 2 条件接收系统的构成 条件接收系统由用户管理系统、节目信息管理系统、加密倩￥密系统、加扰解 扰系统等构成，系统各部件之间通过相关接口进行通讯和数据传输 2 1 。 1 用户管理系统 用户管理系统，主要针对数字电视用户和智能卡管理，包括对用户信息、用 户设备信息、节目预订信息、用户授权信息、财务信息等进行处理、维护和管理。 2 。节目信息管理系统 节目信息管理为即将播出的节目建立节目表。节目表包括频道、日期和时间 安排，也包括要播出的各个节目的c a ( c o n d i t i o n a l a c c e s s ) 信息。节目管理信息 被s i ( s e r v i c ei n f o r m a t i o n ) 发生器用来生成s i p s i 信息，被播控系统用来控制节 目的播出，被c a 系统用来做加扰调度和产生授权控制信息( e n t i t l e m e n tc o n t r o l m e s s a g e , e c m ) ，同时送入用户管理系统。 3 加扰解扰系统 加扰是为了保证传输安全而对业务码流进行加密。通常在广播前端的条件接 收系统控制下改变或控制被传送业务的某些特性，使得未经授权的接收者不能得 到正确的业务码流。解扰是加扰的逆过程，在用户接收端的解扰器中完成。 4 加密解密系统 在条件接收系统中存在两种类型的加密单元：( 1 ) 对授权管理信息( e n t i t l e m e n t m a n a g em e s s a g e ，e m m ) 进行加密处理，然后以单独授权或分组授权的方式发送到 用户接收终端的相应处理装置；( 2 ) 对授权控制信息e c m 进行加密处理，其中 e c m 信息中包含了对业务的访问准则信息以及用于解扰的信息。解密操作在接收 机端进行。通常为了安全，解密操作和接收机分离，在一个可分离的模块中进行， 如智能卡，以利于增强系统的保密性。 1 3 条件接收系统的基本工作原理 条件接收系统( c o n d i t i o n a la c c e s ss y s t e m ，c a s ) 的基本原理就是，在发送端 利用控制字( c o n t r o lw o r d ，c w ) 按一定的算法对t s 流进行加扰，同时利用分层 加密的方法对控制字进行加密，并复用到t s 流中，通过传输网络传送到用户接收 端。在接收端，通过解复用、解密等操作得到原控制字，作为解扰密钥进行解扰， 恢复原t s 流【2 】。 2 第一章引言 如图1 1 所示，在c a s 的前端，c w 发生器每隔5 1 0 s 就产生一个新的控制 字c w ，系统使用控制字c w 对传输流t s 进行加扰，当前使用的c w 由业务密钥 ( s e r v i c ek e y , s k ) 加密处理之后通过授权控制信息e c m 传送，e c m 中还包括了 节日来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息，然后s k 经用户个人分配密钥 ( p e r s o n a ld i s t r i b u t ek e y , p d k ) 加密后，通过授权管理信息e m m 传送，e m m 中 还包括了地址、用户授权信息，这是一个三层密钥体系【3 】o 在c a s 的用户终端，用户通过接收机和智能卡来完成密钥解密和t s 流解扰 的工作。首先接收机从传输流 i s 中过滤出e c m 和e m m ，从得到的e m m 中获取 用户授权信息，并且与用户私有信息中的用户信息相比较，如果该私有信息的用 户订制了当前的节目或者服务，那么私有信息中的用户信息就能够和e m m 中的用 户授权信息相匹配，然后接收机读取用户私有模块上固化的p d k ，通过p d k 解密 e m m 密文得到s k ，再通过s k 对e c m 的密文解密，得到c w ，将c w 送至解扰 器，对t s 流解扰，获得透明的t s 流，从而获得订制的节目和服务。如果私有信 息的用户没有订制当前的节目或者服务，私有信息中的用户信息就不能和e m m 中 的用户授权信息相匹配，c a 模块就会终止对密钥的解密，无法获得c w ，也就无 法恢复加扰的t s 流。 如扰墨i 下i lc w 发生器 豆 i 加密嚣2 专 用户授权系 统 s k 加密器1 下i 1 甩户管理系统 已加扰t s 日佃眩生器 日 传输网络 图1 - 1 条件接收系统工作原理图 3 加扰t s e 例 日州 翟型 巴 型 脯统t 上螺噬l | 电子科技大学硕士学位论文 1 4 同密技术和多密技术 1 4 1 同密技术 同密技术是指通过同一种加扰算法和加扰控制信息，使多个条件接收系统一 同工作的技术f l 】。同密技术基于d v b ( d i 【g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 统一规定的加 解扰算法和广播运营商与各个c a 厂商之间关于条件接收的商业协议，适合于c a 软件嵌入到接收机中的情况。在广播网络前端，所有实现同密的c a 系统都要遵循 d v b 通用加扰算法，但对控制字的加密和传送，各c a 系统则分别采用各自独立 的机制，也即分别产生各自的e c m 和e m m 。在接收端，内嵌不同c a 系统的接 收机分别过滤接收符合条件的e m m 和e c m ，进而完成授权信息的接收和控制字 的获取，通过通用的解扰器进行解扰。 同密技术标准化了加解扰算法，使得不同的条件接收系统可以在相同的加解 扰器上运行，有利于共享服务和节目资源及管理方法，促进了条件接收厂商之间 的合作【4 】。但是由于针对不同c a 系统，接收机中需嵌入不同的c a 软件，一款接 收机一般只能捆绑接收一种特定c a 系统加密的节目，对用户和运营商存在更换 c a 系统就需要更换接收机的风险。此外，由于在同密的接口上对重要的加解扰信 息( 如c w ) 进行交换，这就使系统的安全性受到威胁。 1 4 2 多密技术 多密技术是指接收机对多个不同条件接收系统的节目进行接收的技术【。多密 技术的基本思想是将解扰以及其他需要保密的专有功能集中于一个可拆卸的模块 ( p c 卡) 【9 】中，并可插入接收机的插槽上。接收机( 又称主机) 功能可以趋于通 用化，其中只包含调谐器、解调器、m p e g - 2 解码器、解复用等必须的设备，具有 接收未加扰或已解扰的m p e g - 2 视音频、数据的功能。在主机和模块之间定义一 个标准公共接口( c o m m o ni n t e r f a c e , e 1 ) 忉进行连接和通信。这种方案的好处在于， 同一个接收机可接收任意c a 系统加扰控制的节目，当选择更换c a 时只需换用相 应的c a 模块，接收机可以保持不变。 图l - 2 是多密技术的原理框图。 4 第一章引言 主机 口 图l - 2 多密技术原理框图 采用多密技术，从接收机制造厂商角度讲，由于从功能上简化了接收机的设 计，从而使接收机趋向标准化。标准的接收机只需要包含标准的组件就可以了， 因此可以灵活地适应新的应用，同时也更加适合大规模的生产【4 】。从用户角度讲， 不会因购买某一特定c a 的接收机而受限于该c a 系统所提供的服务，用户还有选 择其它c a 服务的可能性，同时c a 系统的更新升级也十分方便。从安全的角度讲， 通过公共接口将解调后的全部数据流送入条件接收模块，处理后再将解扰的数据 送回，这样就避免了c a 信息在接口间传递，从而大大提高了c a 系统的安全性。 从上面可以看出，多密技术相比同密技术有着多方面的优势，必将成为市场 的主流。实现多密技术的关键就是在接收机中实现连接主机和c a 模块的公共接 口，使主机能够控制多种c a 系统的模块对节目进行解扰。 1 。5 多密技术的国内外发展状况 多密技术是欧洲d v b 组织为解决条件接收的相互兼容性和平等竞争问题提出 的一种解决方式。1 9 9 5 年d v b 组织就颁布了多密技术的通信协议标准d v b c 妒1 ， 多密技术在国外特别是欧洲已有多年的实用经验。 然而，多密技术在我国的发展才刚起步。前些年由于c a 模块的成本太高，不 符合我国的国情，限制了多密技术在我国的发展。随着技术的逐步成熟，c a 模块 的成本逐渐降低，特别是近年来我国部分企业已能自己生产c a 模块，像深圳国微， 更是进一步降低了其成本，为多密技术在我国的发展奠定了基础。2 0 0 6 年3 月， 5 电子科技大学硕士学位论文 我国信息产业部发布了主机和c a 模块之间的通讯接口标准d t v - c i 标准n 们，进一 步推动了多密技术在我国的发展。 1 。6 论文结构安排 本论文是根据作者在“多密卫星专业接收机”项目开发中所做的工作完成的。 本文总共分为六章，结构安排如下： 第一章：引言。介绍了条件接收系统的基本知识及条件接收系统中的两种加 解扰技术：同密技术和多密技术。 第二章：多密技术相关标准介绍。介绍了多密技术的通信协议标准d v b c i 标准和多密技术的物理接口标准p c 卡标准。 第三章：开发平台介绍。介绍了本项目所使用的主芯片s t i 5 5 1 6 和操作系统 o s 2 0 。其中，s t i 5 5 1 6 芯片通过寄存器的配置可在e m ib a n k 3 上支持d v b 公共接 口，使得公共接口的硬件设计比较简单。 第四章：多密技术的实现。这章是论文的主体，详细阐述了作者在本项目选 用的开发平台上对多密技术实现的过程，包括公共接口的硬件连接，公共接口的 驱动实现，公共接口中命令接口各协议层的实现和主机中相关上层应用的实现。 第五章：多密技术实现的测试。在这章中对本论文实现的公共接口及相关上 层应用进行了测试，给出了测试环境和测试结果。 第六章：结束语。对本论文完成的工作进行了总结并提出了下一步的工作。 6 第二章多密技术相关标准介绍 第二章多密技术相关标准介绍 2 1d v b 公共接口标准 公共接口是多密技术的基础。在1 9 9 5 年d v b 组织颁布了d v b c i 标准f ”，该 标准描述了主机和c a 模块之间的公共接口。公共接口在逻辑上分为两个接口： m p e g - 2 传送流接口和命令接d t t l 。这两个接口都采用分层结构，使得设计、实现 更加容易。 2 1 1 传送流接口 传送流接口实现t s 流在主机和c a 模块闽的双向传输功能。主机解调后的 m p e g - 2 数据流通过传送流接口送入外部的c a 模块，如果包未加扰，则模块按原 样返回。如果t s 包是加扰的并且包属于已选定的服务，而且模块也能够允许接收 这个服务，那么模块将返回对应的已解扰的包。传送流接口层次如图2 1 所示。其 中，物理层、链路层取决于模块的具体物理实现，传输层和高层次在m p e g - 2 规 范中定义。本标准的物理接口是建立在p c 卡标准上，传送流接口包括一个8 比特 并行输入，单独的8 比特并行输出，控制信号，字节时钟【7 1 0 1 。 2 1 2 命令接口 图2 - 1 传送流接口层次图 命令接口负责模块和主机之间的通信。它在层次结构上分为五层：物理层、 链路层、传输层、会话层、应用层，如图2 2 所示。命令接口的各层都有特定的 p d u 编码规则，通讯数据用“对象”来定义。对象采用a s n 1 语法的通用t l v 编 7 电子科技大学硕士学位论文 码方法，即：o b j e c t t a g ；l e n g t h ；v a l u e ； m 。 应用层( 资源) 司冈网阿雨 会话层 传输层 p c 卡链路层 p c 卡物理层 图2 - 2 命令接口层次图 1 物理层 命令接口的物理层主要负责与模块直接相关的一些操作，如： 拆除，向模块发送数据，从模块读取数据等。还有就是与链路层进行l p d u ( 链路 协议数据单元) 的交换。 物理层与模块之间的操作是通过三个占用p c 卡接口4 字节地址的寄存器来实 现的。字节偏移量为0 的是对模块进行读取或写入数据的数据寄存器。字节偏移 量为1 的是控制寄存器和状态寄存器，读取的是状态寄存器，写入的是控制寄存 器。大小寄存器是偏移量为2 、3 的1 6 位寄存器，包括偏移量为2 的低半部分l s ， 偏移量为3 的高半部分m s u i 。寄存器的地址对应见表2 - i 。 表2 - 1 寄存器地址表 偏移量寄存器 o 数据寄存器 l 命令状态寄存器 2大小标识寄存器低位字节( l s ) 3大小标识寄存器高位字节( m s ) 状态寄存器如表2 - 2 所示。当模块有数据要发送给主机时设置d a ( 数据可用) 为1 。当模块处在空闲状态并可以接收来自主机的数据时，或者在由模块硬件复位 或r s 命令引起的复位周期结束时，设置f r ( 空闲) 为l 。r 为保留位，通常为0 。 w e ( 写错误) 和r e ( 读错误) 用来表示在执行读写操作时的长度错误。 8 第二章多密技术相关标准介绍 表2 - 2 状态寄存器 b i t76543210 命令寄存器如表2 - 3 所示。r s ( 复位) 设置为l 表示对接口复位。s r ( 读取 大小) 设置为1 ，请求模块提供它的最大缓冲区大小，当数据传送完成后主机将其 复位为0 。s w ( 写入大小) 设置为l ，告诉模块使用缓冲区的大小，当数据传送 完成后主机将其复位为0 。h c ( 主机控制) 由主机在启动数据写入序列前设为1 。 当数据传送完成后主机将其复位为o 。r 表示为保留位，它们通常为0 。 表2 3 命令寄存器 b i t765432l0 2 链路层 命令接口的链路层是对物理层传来的l p d u ( 链路协议数据单元) 和传输层传 来的t p d u ( 传输协议数据单元) 进行处理。它主要完成两项工作【6 】：i 、将t p d u 分成块，在物理层有限的缓冲区上传输t p d u ，并在接收端将t p d u 重新组合。2 、 把几个传输连接同时复接到一个链路连接上去。 模块初始化时和主机协商的缓冲区大小决定了l p d u 的大小。每个l p d u 总 的大小不超出协商的缓冲区大小，由2 个字节的头文件和多个t p d u 块组成。头 的第一个字节是t p d u 块的传输连接标志。第二个字节的第一个位是更多，最后标 志，如果为1 表示其后至少还有多于一个t p d u 块，如果为0 表示这是该传输连 接的最后( 或仅有) 的t p d u 块。第二个字节的其他位全为保留位，应设为0 1 7 。 图2 3 是l p d u 的结构图。 图2 - 3l p d u 结构图 每个t p d u 以一个新的l p d u 开始，即l p d u 若载有传输连接上的先前的 t p d u 的最后块，则不能同时载有下一个t p d u 的第一个块。如果在多个传输连 接中都有t p d u 要发送，链路层将轮流发送每个t p d u 的块，这样带宽将合理地 分配到所有传输连接上。 9 电子科技大学硕士学位论文 3 传输层 命令接1 2 1 传输层采用命令一响应的工作模式。主机采用命令传输协议数据单 元c _ t p d u 的形式向模块发送命令，等待模块采用响应传输协议数据单元r d u 形式进行响应。模块不能主动发起通信过程，必须等待主机先发送对象。命令传 输协议数据单元ct p d u 和响应传输协议数据单元r t p d u 的结构分别如图2 _ 4 和图2 - 5 所示。 广_ 型! 一一 一 墅堑 ， l! 尘塑! 塾壁竺塑竺 l竺竺竺翌i 图2 - 4ct p d u 结构图 h e a d e r b o d ys t a t u s 图2 - 5 r _ t p d u 结构图 传输协议由1 1 个传输层对象支持，其中一部分只在主机的ct p d u 中出现， 另一些只在模块的r t p d u 中出现，有些则在两部分中都出现。1 1 个传输协议对 象的定义及功能如下【仉 c r e a t e t c = 建立传输连接。它只由主机发起，并包含所建立连接的传输连 接标志。 c t _ c r e p l y ：模块对c r e a t e t c 的响应。包含有所建立连接的传输连接标 志。 d e l e t e _ tc ：删除已存在的传输连接。它含有要删除的传输连接的传输连接 标志。它可以由主机或模块发起。 dtc 对 的响应。r e p l y ：d e l e t e te r e q u e s t _ t _ c ：请求主机产生一个新的传输连接。它由存在传输连接的模块 发出。 n e wtc ：对r e q u e s ttc 的响应。 t _ ee r r o r ：用来告知错误信息，含有l 字节的错误代码来描述错误信息。 ts b ：载有从模块到主机的状态信息。 t 豫r ：由主机发送，请求模块想要发送的数据。 t d a t a m o r e 、t d a t a l a s t ：含有主机和模块之间传输的数据，可以包含在 ct p d u 和rt p d u 中。 l o 第二章多密技术相关标准介绍 4 会话层 命令接口的会话层为模块中的应用提供与资源通信和利用资源的机制。资源 是一种在应用层封装功能的机制，将在下一节详细描述。在会话层使用会话协议 数据单元s p d u 交换数据，s p d u 的结构如图2 - 6 所示。 ，一望竺堕一一，一墅堂， is p d u _ t a g 】血g 山_ 】ds c s s _ o b j _ v a l u e i d a t a _ f i e l dm a d eo f a p d u i 图2 - 6s p d u 结构图 会话层定义了7 个会话对象，其描述及功能如下 7 1 ： o p e ns e s s i o nr e q u e s t ：打开会话请求。由应用在传输连接上发送给主机， 请求使用资源。 o p e n：打开会话响应。由主机发给请求资源的应用作为sessionr e s p o n s e 响应，以分配一个会话d ，或者告诉模块该请求不能完成。 c r e a t es e s s i o n ：建立会话。由主机发给模块中的资源提供者，以扩展另一 个传输连接上的应用的会话请求。 e r e a t es e s s i o n 机，这样主机可以告诉发起的模块此会话是否可以打开。 c l o s es e s s i o n 话。 d o s es e s s i o ny c s p o n s e ：关闭会话响应。由模块或主机发出，告知会话已 关闭。 s e s s i o nn u m b e r ：会话d 。总是在包含a p d u 的s p d u 前面。 5 应用层 命令接口的应用层实现一整套基于资源的协议。每个资源支持一套对象，以 及对象交换的协议。资源之间的通信是通过和该资源相关的会话实现的。 资源可以由主机直接提供，也可以驻留在其他模块中。资源由资源标识来识 别，资源标识包括 7 1 ：资源类、资源类型、资源版本号。资源类定义了一套对象以 及使用这些对象的协议。资源类型在一个类中定义了明确的资源单元。同一类所 有的资源类型使用相同的对象、协议，但提供不同的业务，或者属于用一业务的 不同实例。资源版本允许主机在多于一个版本的情况下识别最新的版本，而且这 些版本的类、类型相同。 在d v b c i 标准中定义了下面几种资、源t t j t 8 】：资源管( r e s o u r c e m a n a g e r , r m ) 电子科技大学硕士学位论文 资源、应用信息( a p p l i c a t i o ni n f o r m a t i o n , a i ) 资源、条件接收支持( c o n d i f i o n a l a c c e s ss u p p o r t , c a s ) 资源、人机接口( m a n - m a c h i n ei n t e r f a c e ，m m d 资源、日期 时间( d a t ea n dt i m e , d t ) 资源、主机控制( h o s tc o n t r o l ，h c ) 资源和通信资源。 其中，r m 资源、a i 资源、c a s 资源和m m i 资源是主机必须提供的资源，其它是 可选资源。 2 2p c 卡标准 p c 卡标准是p c m c i a ( p e r s o n a lc o m p u t e rm e m o r yc a r di n t e r n a t i o n a l a s s o c i a t i o n ，p c 机内存卡国际协会) 1 4 】制定的一种接口标准。p c 卡标准最初的意 图是给移动电脑添加内存，后来经过几次扩展，现在已用于多种插件，如视频会 议卡、调制解调器等。p c 卡标准总共分为1 1 卷，定义了p c 卡的各个方面，包括 p c 卡的物理设计、插槽的物理设计、p c 卡的接口电气特性及软件构架等。 d v b c i 标准是采用p c 卡接口作为其物理接口m 。下面就p c 卡标准中的相关 内容作简单介绍。 1 卡类型 p c 卡标准中定义了三种类型的p c 卡：t y p e1 、t y p e2 和t y p e3 。三类卡 的长宽均为8 5 6 r a m 5 4 蛐，厚度不一样：t y p el 为3 3 m m ，t 1 门e2 为5 o m m ， t y p e3 为1 0 5 衄【。 d v b c i 标准中支持t y p e1 和i 弋 p e 2 两种类型的p c 卡叽 2 p c 卡和主机之间的连接器 p c 卡标准中定义p c 卡的内部互连系统是6 8 个插针，双排插槽结构。插槽的 接触点应该在p c 卡连接器的内部【9 】【1 习。p c 卡主机连接器是具有方向性和键性的 6 8 针开口连接器，其引脚特性如表2 - 4 所示。 表2 _ 4 主连接器引脚特性 引脚类型引脚长度( 单位：n u n )引脚数 卡检测 3 5 03 6 3 7 通用4 2 5 所有其他引脚 电源地 5 o o l ，1 7 ，3 4 ，3 5 ，5 1 ，6 8 p c 卡主连接器的引脚长度不一样，其中电源地的引脚最长。当p c 卡插入插 槽时，电源地引脚最先接触，在其它引脚还没完全接触前首先供电；当p c 卡拔 第二章多密技术相关标准介绍 出时，其它引脚先脱离接触，最后才停止供电。p c 卡的这种特点决定了p c 卡可 支持热插拔。 3 c i s 和c o r i g j c i s ( c a r di n f o r m a t i o ns t r u c t u r e ，卡信息结构) 是存储在p c 卡的属性存储区 的一个数据结构，它包括了p c 卡的各种信息：p c 卡的类型、速度、字长及需要 的系统资源等。p c 卡标准中规定每个p c 卡都必须包含一个c i s 信息。 c i s 是从属性存储地址空间的起始地址0 开始，其组织形式是以“t u p l e ”为单 元的一个链表。c i s 数据只映射在偶地址中，因此其信息只在低字节数据线( d 7 ：d 0 ) 中传输，这样便于与8 位的系统兼容。 所有的t u p l e 都有一个统一的格式，第一个字节为t u p l ec o d e ，表示该t u p l e 的类型；第二个字节为t u p l el i n k ，表示t u p l e 的长度，不同类型的所_data t u p l e 包含的t u p l e的字节数不一样；从第三个字节开始就是数据内容。_datat u p l e d a t a 一个t u p l e 结束后紧跟着就是下一个t u p l e ，这样只要读到了第一个t u p l e 就可以访 问到整个c i s 信息。 c o r ( c o n f i g u r a t i o no p t i o nr e g i s t e r ，配置选项寄存器) 是p c 卡标准定义的各种 配置寄存器中p c 卡必须具有的一种寄存器。通过配置该寄存器可以将p c 卡配置 为其支持的某种工作模式。p c 卡插入连接器后都是处于默认的m e m o r y - o n l y 模式， 在该模式下可以读取p c 卡的c i s 信息，通过分析c i s 信息可以得到p c 卡支持的 各种工作模式的配置索引号。将相应的配置索引号写入c o r 即可将p c 卡配置为 某种工作模式。 1 3 电子科技大学硕士学位论文 3 1 硬件平台 第三章开发平台介绍 本次设计采用了s t m i c r o t r o n i c s 公司提供的s t i 5 5 1 6 芯片作为主芯片【l l l 。该芯 片集成了3 2 位c p u 、存储器、解复用模块、m p e g 音视频解码器、 p a i - 瓜t s c s e c a m 编码器以及各种接口模块，功能强大，只需在芯片的外部辅以 存储器、调谐器、a v 输出等模块，加以软件控制，就可以完成数字电视接收的 工作。 s t i 5 5 1 6 芯片集成有两个存储器接1 3 ：s m i ( s h a r e dm e m o r yi n t e r f a c e ) 和 e m i ( e x t e r n a lm e m o r yi n t e r f a c e ) t 1 1 1 。s m i 是一个数据总线宽度为1 6 b i t 的接口，支 持6 4 m b i t 和1 2 8 m b i t 的s d r a m 。e m i 是一个通常意义的外部存储接口，它允许 系统支持多种存储器类型、外部操作接口和设备。e m i 的地址空间被划分成6 个 独立的区域( 称为e m ib a n k s ) ，每个b a n k 可单独配置来支持不同的设备，其中b a n k 3 可配置支持d v b 公共接口。 3 2 软件平台 本次设计采用了o s 2 0 实时操作系纠1 2 1 。该操作系统的内核提供了多任务服 务，各个任务可通过信号量和消息队列进行同步和通信。各种事件可通过中断处 理并使用信号量和任务进行通信。内存分配可由用户或o s 2 0 来管理。用户可以给 各任务分配相同或者不同的优先级。0 s 2 0 实时内核还提供了时钟函数。 0 s 2 0 实时操作系统有以下特点【1 2 】【1 3 】： 与硬件高度集成 1 6 个优先级，抢占式调度 提供信号量 提供消息队列 提供时钟 提供内存管理 提供中断处理 1 4 第三章开发平台介绍 上下文切换时间小等于6 微秒 1 内核 0 s 2 0 使用了一个很小的调度内核。调度策略使用基于优先级的抢占式调度。 内核保证了当前运行的任务总是就绪任务中优先级最高的。 内核维护着两个重要的信息： 当前正在执行的任务及其优先级 当前准备就绪的任务的列表 当需要进行调度对内核就会被调用。以下三种情况需要进行调度： ( 1 ) 当一个任务需要被调度时，调度程序先判断这个新任务的优先级是否比 当前正在执行的任务的优先级高。如果是，那么当前任务的状态信息被保存，新 任务的状态信息被载入，并开始运行。 ( 2 ) 当当前运行的任务进入等待状态时，调度程序将使就绪的任务中优先级 最高的一个运行。 ( 3 ) 调度程序会被周期性地调用以使具有相同优先级的任务能够每隔一定的 时间片轮换着执行。 2 内存和分区 由于嵌入式系统中的存储器通常很小，而且需要有较好的访问效率，所以嵌 入式系统中的内存管理是非常重要的。鉴于此，0 s 2 0 提供了三种不同的内存管理 方式，给用户管理内存分配提供了很大的方便，用户可在时间和空间的效率上权 衡利弊。 内存管理的基本工作是允许应用程序从一大块内存中分配和释放- d , 块内 存。o s 2 0 中使用了分区这一概念来代表大块内存。有三种类型的分区： ( 1 ) 堆分区。和传统的c 语言运行环境中的“堆”风格相同。可从此分区中 分配并释放不同大小的内存。堆风格的内存分配给用户提供了很通用的功能，但 也具有很多缺陷。 ( 2 ) 固定式分区。在这种分区当中，分配的内存是固定大小的，从而克服了 堆分区的一些缺点。 ( 3 ) 简单分区。对于这种分区中的内存分配采取了一种简单的策略，每次只 是对一个指针进行累加，使其指向下一段可被分配的内存。这就意味着不能再释 放已分配的内存，但其好处是不会浪费一点内存，各种大小的内存都可以分配， 每一次分配消耗的时间也是固定的。所以，非常适合用于宝贵的高效的较小的片 上内存。 1 5 电子科技大学硕士学位论文 0 s 2 0 不会自己动态地分配内存，因此用户可以管理所有的内存分配，构造完 全确定的系统。但是操作系统的很多函数需要进行分配内存的操作，在这种情况 下，0 s 2 0 要求定义两个预定义分区： ( 1 ) s y s t e m 被 中的大多数模块使用，包括信号量、消息队列_ p a r t i t i o n 0 s 2 0 以及任务的数据结构中的静态部分和栈。这一分区要求是堆分区。 ( 2 ) i n t e r n a l _ p a r t i t i o n 只被由t a s kc r e a t e 开创的任务的数据结构中的动态部分 使用。为了提高上下文切换的时间，这一分区最好从片上内存中分配，最好是简 单分区。 3 任务 任务是独立运行的线程。一个任务描