（通信与信息系统专业论文）dvbc数据广播系统接收卡设计.pdf

一 ：；些垄塑型堂堡垒坠；：；：；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 一 摘要 飞速发展的数字电视将逐步取代模拟电视，人们对基于d v b 标准的数字电视 多媒体业务的需求会越来越多。数据广播系统作为一种刚刚兴起的数据传输解决方 案，因其高速、灵活的优点，必将得到广泛的应用。厂 本文是开发浙江省广电科技股份有限公司( 原浙江省广播电视科学研究所) d v b - - c 数据广播系统的结果。( 我做为项目的成员之一，主要负责此系统中d v b c 数据广播接收卡的开发。结合本人的实际工作夕皋文详细描述了整个d v b - - c 数据广播接收卡硬件和软件的方案和实现过程。 d v b c 数据广播接收卡的设计目标是为d v b c 数据广播系统设计基于用户 p c 机的接收平台。它与用户端p c 机一同组成d v b c 数据广播系统的接收子系统。 根据d v b - - c 数据广播系统接收卡的设计目标和实现的功能，d v b c 数据广播系 统接收卡的功能应包括：q a m 解调、纠错解码、m p e g - - 2 系统层解复用、p c i 桥 接及缓冲功能几个部分。其中，q a m 解调和解码功能由一体化高频头来实现。l s i l o g i c 公司的机顶盒专用芯片l 6 4 1 0 8 实现m p e g - - 2 系统层解复用和系统控制功能。 p c i 桥接和数据缓冲功能在f p g a 中实现。c a ( 条件接收) 功能为本系统预留实现 的功能，初步计划使用自行设计的c a 系统。系统程序的开发是在嵌入式p s o s 实 时操作系统的基础上来实现的，p s o s 实时操作系统管理所有的硬件资源和系统程 序，实现系统各个任务间的调度。 f 到本人离开此项目为止，整个系统的硬件部分已经完全调通。系统程序框架已 形成。能够响应来自高频头的新表格到达事件，进行表格分析，生成和维护节目信 息数据结构。对于来自p c 端用户请求，能够将用户相应地节目流数据和节目信息数 、， 掘结构下载到p c 用户。z ，q 【关键字 d v bm p e g - - 2 p s o sf p g a 数据广播实时操作系统条件接收 些尘墼坠兰塑垡二；= 一 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 一 a b s t r a c t t h er a p i d l yd e v e l o p e dd i g i t a lt visr e p l a c i n gt h ea n a l o gt vg r a d u a l l y t 1 1 ep e o p l e sd e m a n d sc o m i n gf r o mt h ec a b l et v sm u l t i m e d i as e r v i c e sb a s e d o nd v bs t a n d a r di n c r e a s e a sa n e wt r a n s ms s i o ns o l u t i o n ，d i g i t a l v i d e o b r o a d c a s t i n gs y s t e m i sb e i n gu s e dw i d e l yb e c a u s eo fi t sh i g hs p e e da n d f 【e x i b i l i t y t h i s t h e s i si st h eo u t c o m eo ft h ed e v e l o p m e n to ft h e d v b cs t a n d a r d d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t i n gs y s t e m ( d v b s ) ， w h i c hb e l o n g st oz h ej i a n g b r o a d c a s t i n gs c i e n c ea n dt e c h n 0 1 0 9 yc o l t d a s am e m b e ro ft h i sp r o j e c t t e a m ，ia mr e s p o n s i b l ef o rt h e d e v e l o p m e n to ft h ed v b sr e c e i v i n gc a r d 1 h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h ed v b sr e c e i v i n gc a r d sd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n b o t hinh a r d w a r ea n ds o f t w a r e t h ed v b sr e c e i v i n gc a r di sar e c e i v i n gp l a t f o r mf o rd v b st o g e t h e rw i t h th ec u s t o m e r sp c t h ed v b sr e c e i v i n gc a r da n dt h ec u s t o m e r sp cb u i l d - u p t h ed v b s sr e c e i v i n gs u b s y s t e m t h ed v b sr e c e i v i n gc a r d sf u n c t i o np a r t s in c l u d eq a md e m o d u l a t i o n ， e r r o r c o r r e c t i n gd e c o d i n g ，s y s t e m l e v e d e m u l t i p l e x i n g ，p c ib r i d g ea n db u f f e r i n g t h et u n e ri sf o rq a m d e m o d u l a t i o n a n d e r r o r c o r r e c t i n gd e c o d i n g f u n c t i o n s t h el 6 4 1 0 8 c h i p f u l f i lst h e s y s t e m 一1 e v e ld e m u l t i p l e x i n ga n ds y s t e mc o n t r o l l i n gf u n c t i o n s p c ib r i d g eis fi n i s h e di nf p g a c a ( c o n d i t i o n a la c c e s s ) isaf u t u r ef u n c t i o na n dw ep l a n t ou s eo u ro w nc as y s t e m t h es y s t e ms o f t w a r ei sb a s e do nt h ep s o sr e a l - t i m e o p e r a t i n gs y s t e m p s o sr e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e mm a n a g e st h eh a r d w a r ea n d s y s t e ms o f t w a r er e s o u r c e s ， s c h e d u l e sa 1 1o ft h es y s t e mt a s k s t h ew h o l es y s t e mh a r d w a r eh a dw o r k e dp e r f e c t l yt o g e t h e rw i t ht h es y s t e m p r o g r a mf r a m eb e f o r ei1 e f tt h ed e v e l o p m e n tt e a m t h es y s t e mp r o g r a mc a n r e s p o n s et ot h en e wt a b l ea r r i v i n ge v e n t ， c r e a t ea n dm a i n t e n a n c et h ep r o g r a m 1n f o r m a t i o nd a t as t r u c t u r ea f t e ra n a l y z i n gt h et a b l e s t op cu s e r sr e q u e s t ， th es y s t e mp r o g r a mc a nd o w n l o a dt h ep r o g r a md a t as t r e a m sa n ds e n dt h ep r o g r a m ln f o r m a tio nd a t as t r u c t u r et ot h ep cu s e r 【关键字】d v bm p e g - - 2 p s o s f p g ac ar e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e m 4 ：= ： ：= = ： 堑鋈查兰堡圭兰堡篁苎：；= = = = = = = = = = = = = ：= = 一 第一章d v b c 数据广播系统 d y b c 数据广播接收卡是d v b c 数据广播系统基于计算机的接收平台，它与 用户端p c 机一同组成d v b c 数据广播系统的接收子系统。为了设计d v b c 数 据广播接收卡，就先要对d v b - - c 数据广播系统的工作原理有一个全面地理解。所 以，下面分别从d v b - - c 数据广播系统工作原理、提供的服务以及系统的特点和优 点三个方面来分析d v b - - c 数据广播系统。 i id v b c 数据广播系统工作原理 d v b c 数据广播系统是把数字化了的视频、音频、图文、图象、动画等数据 信号，经过数字调制和载波调制到有线电视网( h f c 网) 上的某一空闲频道。然后 同有线电视台的其它频道的电视节目一起传送到h f c 网络的用户。用户接收端接收 后，经过相反的处理过程，再将信号还原成视音频和图文的数据提供给用户。如图 1 1 所示。 卜一数据广播系统前端一 卜一数据广播系统用户端 - q 图1 1 数据广播系统示意图 本d v b c 数据广播系统的系统前端和用户接收端之间的通信完全符合d v b c 标准。数据传输格式采用m p e g 一2 标准的编码方式。8 m h z 作为一个模拟电视 频道。采用自行设计的简单c a 系统，适用于相配套的d v b - - c 数据广播接收卡收 系统。如果采用6 4 q a m 调制方式，符号率为6 8 7 5 m s p s ，除去所罗门前向纠错码 ( f e c ) 等开销，一个模拟电视频道可以4 0 m b p s 的速率进行高速数据广播。一个 频道划分为多个虚拟频道( v c ) 。每个虚拟频道可以进行不同内容的广播。还可以 根据各种不同的应用对带宽的不同要求，自由地分配每个虚拟频道的速率。如果把 4 0 m b p s 平分成4 0 个虚拟频道的话，每个虚拟频道的速率为1 m b p s ，是目前一般电 话线调制速率( 3 3 6 k b p s ) 的3 0 倍。 根据d v b c 数据广播系统的原理，将d v b - c 数据广播系统分成三个子系统： 播出子系统、传输子系统、接收子系统。如图1 2 所示，下面就分别来介绍这三个 子系统。 1 播出子系统 图l 一2 数据广播系统结构和组成 播出子系统完成节目的制作、播出和管理，同时包括用户的授权和管理。它由 多媒体服务器、节目管理工作站、播控管理工作站、用户管理工作站、c a 控制器 和多协议封装器等组成。多媒体服务器是播出子系统和传输子系统的接口，负责信 息的播出。当数字节目频道增多时，需增加多路复用器，最多可将4 路数字信息混 合进个p a l 制正程频道。节目管理工作站完成各节目单的制作、引入和导入。播 控管理工作站完成各栏目的播出、停止及进行流量控制，l p 到p i d 映射，i p 数据打 成d v b 传输流数据包并从播出卡输出传输流。还由j 按入实时数掘流，进行动态数 ： ：塑垩叁耋些! 兰篁呈垒兰：；：= = = = = = = = = = = = = = = = = 一 j i 信息节目橘。用户管理工作站按频道、栏目对信息卡用户进行授权、管理。播 h ；子系统主要功能包括： ( 1 ) 视音频节目和数据信息的录入。 ( 2 ) 节目的管理。 ( 3 ) 节目的播出和加扰。 ( 4 ) 用户管理。 ( 5 ) 网络管理等。 2 传输子系统 传输子系统由q a i v l 调制器和h f c 网组成。它将来自播出子系统的符合d v b c 标准的节目流数据经过数字调制和载波调制到h f c 网。它使用现有的有线h f c 网络。并支持各种频宽的h f c 和全同轴网络，不需任何改造和升级工作。随着城市 嘲的升级和7 5 0 m h zh f c 网络的建成，h f c 系统可容纳8 0 多个电视频道。每一频 道的带宽为8 m h z 。若采用6 4 q a m 调制技术，6 8 7 5 m s p s 的符号率，一个模拟电视 频道的数据传输率可达4 0 5 0 m b p s 。 3 接收子系统 接收子系统由d v b - - c 数据广播接收卡和用户计算机组成。有线 乜视信号进入 用户家庭后，进入用户计算机。用户计算机内胃的d v b c 数据广播接收卡对有线 乜视信号进行解调。d 、b c 数掘广播接收卡可以调谐在各频段中不旧的频点上进行 接收( 通过系统程序运行控制) 。在家庭电脑中，后台运行着的节日接收软件对通过 7 i 线fl l 视输入的码流运行解析。按照事先编制好的协议标准，确认该码流是否该接 收、何时j r 始接收、何对接收结束。由d v b - - c 数据广播接收卡接收到本地的码流 经p c 机后台程序还原为信启节目。用户定制好自己偏好的信息。1 7 h 后，即可通过 标准浏览器( 或专用墨而) 进行浏览收看。接收由相应的数据广播前端系统所播出 的视频和数据信息( ：；享合d v b 标准) 。接收子系统主要实现的功能如下： ( 1 ) 实时接收笋用软件解码m p e g 1 2 视音频节目( 输入流格式为m p e g 2 传输流) 。 ( 2 ) 接收各种数据广播信息，并下载到本地硬盘( 数据广播标准采用d v b 规 定中的多协议封装) 。 ( 3 ) 接收电子节目指南( e p g ) 。 ( 4 ) 实时接收芳观看网页类数据信息( 可不进行下载) 。 ；鳖垒兰墼垡堡垒坠；：一 ( 5 ) 下载各种格式的数据文件。 1 2d v b c 数据广播系统提供的服务 d v b c 数据广播系统提供给用户的服务1 非常广泛，通常有以下几个方面： ( 1 ) 远程教育。与国内的名校名师合作开辟同步课堂、目标测试、考前训练 等内容，使学生可以足不出户上国内或省内重点中学。 ( 2 ) 股票实时行情的传送。d v b - - c 数据广播系统可以充分发挥其数据传输 率高的特点( 行情动态刷新快、分时数据补齐快、历史数据补齐快) ，使系统的准确 性大大提高( 信息不乱码、内置检错、排错机制) 。 ( 3 ) l n t e m c t 信息的传送。采用高速数据广播系统可以以高出电话线路几百倍 的速率将i n t e m e t 数据下载到用户的本地硬盘，以满足大多数用户浏览和获取信息 的需要。而且，该系统收费只有邮电的电话线传输的几十分之一。 ( 4 ) 视频点播( v o d ) 业务。目前的电视传送方式是点对面的单向传播过程， 用户只能被动地选择电视节目。随着信息化的进程，双向交互式视讯服务将逐步代 替单向传播。通过交互式业务，用户可以在需要的时候看到自己所需看的节目，并 且可以直接控制节目的播放。v o d 就是一种交互式业务，用户可以通过v o d 系统 获得用户需要看的电影、戏剧和影视节目。 1 3d v b c 数据广播系统的特点 d v b - - c 数据广播系统采用q a m 调制方式。既提高了网络容量，又兼容未来 的发展趋势，是宽带多媒体信息系统的理想选择。d v b - - c 数据广播系统有如下一 些特点： ( 1 ) d v b 标准有丰富、完整的传输接口协议。数据可以容易地通过现有的有 线电视网进行数据传输。适合于从主干网到地区网、城域网、小区等不同规模的传 输方式进行数据广播。 ( 2 ) 传送率高，误码率低。在h f c 中采用6 4 q a m 调制方式，一个标准的8 m 电视频道传数据率可达4 0 5 0 m b p s 。用户的接收速度可达2 m b p s 。接收1 0 0 m 的文 件只需2 0 分钟，是逆程图文卡速率的4 0 倍，电话线的4 0 0 倍。 ( 3 ) 内容丰富多彩。含实时股票信息、远程同步教育、电子报刊、数字视音频 等。还可以同时接收数据广播节目和数字视频广播节日，数据和视频节目可以在同 一个频道传输 ( 4 ) 使用完善的d v b 条件接收( c a ) 系统，保证完备的授权控制机制。 = ：塑鋈查堂堡圭耋堡篓兰：= = = = = = = = ；= = = = = = = = = = = = = = = = = 一 ( 5 ) d v b 有完善的网络及回传协议，可以选择多种回传形式。将来，可以通 过逐步改进现有的有线网络设备，实现真正意义上的双向网传输。 1 4 本人的主要任务和工作 本系统是由浙江省广电科技股份有限公司开发的应用于有线电视网上的符合 d v b - - c 标准的数据广播系统。从1 9 9 9 年1 0 月至2 0 0 1 年1 2 月，经过项目组成员 的共同努力，本d v b - - c 数据广播接收卡己完成硬件平台的搭建和调试。建立了系 统程序的框架，并能够下载指定的节目流数据。 我作为本项目的主要成员之一，在整个参与过程中主要的工作有： 1 d v b - - c 、m p e g - - 2 协议地理解和分析。理解协议中有关系统层节目组织 信息，特别是p s i ( 节目特殊信息) 和s i ( 服务信息) 表。理解节目复用 原理，为d v b - - c 数据广播接收卡作准备。在此期间，我还单独完成了“d v b c 数据盘后分析系统”，此分析系统完成对传输数据流的系统级分析，可 作为今后d v b - - c 相关工作的工具。 2 完成一体化高频头的理解和测试。包括编写高频头控制接口函数( 通过1 2 c 总线) ，高频头的锁定。以及在此基础之上的各功能函数的编写( 初始化函 数、频道选择函数、符号率设置、误码率等各参数测试函数) 。为下一步系 统程序调用作准备。 3 参与d v b - - c 数据广播接收卡硬件调试。包括下载系统程序和调试环境的 搭建，理解和修改b s p ( b o a r ds u p p o r tp a c k e t ) 。最终使“h e l l ow o r l d ”程序 能通过r s 2 3 2 串行总线下载到目标板，并在硬件平台上运行起来。 4 结合p s o s 实时操作系统的概念，进行系统程序的规划设计和最后的实现。 按功能将整个系统进一步的划分为不同的子系统，定义每个子系统的程序 接口。建立了系统程序框架，完成任务的划分。完成部分子系统接口程序。 ：塑型篓坠望堡垒呈= 一 第二章i ) v b c 数据广播接收卡硬件设计 本章通过对d v b c 数据广播接收卡功能的进一步细化，提出了d v b c 数 据广播接收卡的功能框图1 2 l , 然后就功能框图的各个功能模块，在比较了不同的实 现方案后，确定了最后的实现方案。并得出了详细原理结构图。 2 i 接收卡功能 d v b c 数据广播接收卡是为d v b c 数据广播系统设计基于计算机的接收平台 t 3 1 。它与用户端p c 机一同组成d v b c 数据广播系统的接收系统。d v b - c 数据广 播接收卡为接收数字电视、数据广播和v o d 点播应用提供基于p c 机的软解码形式。 d v b c 数据广播接收卡设计采用p c i 插板的方式，配有该插卡的p c 机有能力接收 通过有线电视网传送的符合d v b c 标准的高速多媒体数据。初步要求应具有以下 几大功能： ( 1 ) q a m 解调、纠错解码。考虑采用一体化高频头来实现。一体化高频头 输入为来自h f c 网络的q a m 调制信号。经过一体化高频头的解调与解 码，输出为符合m p e g - - 2 标准的正确无误的并行传输流数据。 ( 2 ) m p e g 2 系统层解复用能力。根据p s i 和s i 信息，将属于某路节目的节 目流数据包下载到用户p c 机。 ( 3 ) p c i 桥接及缓冲功能。p c i 桥及缓冲主要实现节目流数据包的存储及与 p c 端用户应用程序的通信。完成节目流数据及服务信息的传输。 ( 4 ) c a 条件接收系统的功能。c a 条件接收功能为本系统预留实现的功能。 在第一阶段，先不进行考虑，既假设所有的节目流数据和服务信息都没 有经过加扰。所以在进行解复用的同时，不必进行解扰处理。 2 2 接收卡系统组成及各功能模块单元的设计 根据设计目标的要求和d v b c 数据广播接收卡实现的功能，接收卡总体上应 ； 包括一体化高频头( 解调和纠错) 、解复用模块，p c i 接口模块、控制模块和一个缓 冲区模块。功能框图如图2 一l 所示。 o 、 撇弋吁r p 尹 f c 网j 控制 传输予系统接收卡 图2 l 接收卡功能框图 2 2 1 网络接口单元 网络接口单元完成基带信号到传输数据流( t s ) 的恢复，完全满足d v b c ( e n 3 0 04 2 9 ) 的标准。主要功能有：信号接收、变频、自动增益控制、信号的解 调和解码等。在这里采用一体化高频头h 1 ，一体化高频头完成q a m ( 1 6 、3 2 、6 4 、 1 2 8 、2 5 6 ) 解调和r e e d s o l o m o n 码的纠错功能。高频头输出纠错后的传输流。高频 头的控制通过1 2 c 总线来完成。对高频头的控制工作主要有： ( 1 ) 内部模块的初始化。 ( 2 ) 据用户的选择，进行频道的切换，并锁定频道。 ( 3 ) 实时监视锁定状态。 ( 4 ) 比特误码率的统计测试、监控。 2 2 2 解复用及控制单元 解复用及控制单元完成某路服务( s e r v i c e ) 的解复用。根据传输流的m p e g - 2 标准，通过对节目特殊信息( p s i ) 和服务信息( s d 的分析。将属于此路服务的 节目流数据从其它的数据当中分离出来。 解复用有两种方案。种是采用机项盒中使用的专用解复用芯片，另一种是在 f p g a 中自行设计简单的解复用功能。专用解复用芯片功能强大。内嵌m i p sr i s c 处理器。可以在接收板上实现表格分析和表格更新监控，减小主机的工作压力。并 且带有1 2 c 总线接口、智能卡接口、符合d v b 标准的通用解扰器，可以方便地连接 高频头、智能卡。很容易接入视音频解码器并实现升级。内嵌处理器可以大大增加 ：些坚垄墅垡兰丝坠一：= = = = 一 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 一 接收卡的灵活性。比如可以用处理器控制f p g a 的配置，将配罱数据存放在处理器 的f l a s h 中，以增加保密性、可升级性、可扩展性和降低成本。 在f p g a 中设计简单的解复用功能从技术上讲并不复杂。而且可以使卡的成本 降到最低( 用一块f p g a 完成除解调外的全部功能) 。但是辅助功能的设计难度和 强度都很大。其中包括必须设计一个1 2 c 总线接口来控制高频头、必须设计一个智 能卡接口、必须考虑加入独立解扰模块的控制接口等。所有这些功能都很复杂，会 大幅度增加开发难度和开发周期，并且给升级造成困难。 综合上述因素，最后决定采用专用解复用芯片l s il o g i c 公司的l 6 4 1 0 8 。 2 2 3 缓冲及控制单元 高速数据的缓冲可以使用f i f o 、s d r a m 或d r a m 。出于对p c i 总线传输效 率的考虑，必须使用3 2 位字长的缓冲，因为不使用3 2 位字长的缓冲将不可能实现 p c i 总线上效率比较高的突发传输。 p c i 总线控制器分为两部分，主设备控制器和目标设备控制器。在同一时刻， 两个控制器只能有一个占用p c i 总线。主设备控制器用于发起d m a 传输。它将根 据d m a 控制寄存器的设置申请p c i 总线控制权，并将缓冲中的数据以突发方式传 输到内存中。传输完成后向主机发出中断，使主机能及时处理。 目标设备控制器负责将主机发起的传输根据地址导向正确的寄存器，如1 2 0 通 道，控制寄存器等。若是内嵌处理器到主机的1 2 0 通道被写入，则向主机发出中断。 目标设备控制器必须配合p c i 桥的接口逻辑的时序要求完成传输。 控制部分在f p g a 中实现。控制部分主要实现解复用芯片和p c i 桥之间的数据 通道、控制通道和中断。并控制f i f o 的读写和复位，以及p c i 总线上的数据传输。 缓冲控制器控制缓冲区的工作，包括缓冲区的复位、读写、切换，空满控制，字节 双字变换、传输和溢出中断的产生。同时还必须配合p c i 总线控制器的突发传输工 作。在概要设计中提到若缓冲区字长不是3 2 位，则会极大地影响p c i 总线的传输 效率，而f p g a 管脚数量和器件成本不允许使用字长3 2 位的f i f o 。因此，必须在 f p g a 中增设字长3 2 位的二级缓冲，以满足高速突发传输的需要。这个缓冲容量在 4 到8 个双字左右，会占用比较大的f p o a 资源。 f p g a 采用x i l i n x 公司的低成本s p a r t a ni i 器件。做样板时可以使用规模比较 大的器件，比如1 0 到1 5 万门，定型后可以根据实际使用情况决定f p g a 的确切容 量。出于必须在f p g a 中设计二级缓冲，因此对f p g a 的容量要求会比较高。采用 2 0 8 脚5 万门的s p a r t a ni i 器件时，最大可用的1 0 管脚为1 4 0 个。p c i 总线使用5 0 个管脚，l 6 4 1 0 8 扩展总线接口( e s b ) 用6 7 个管脚，f i f o 接口为1 3 个管脚。a u x 接口为3 个管脚，总共1 3 3 个管脚，剩余管脚用作机动。 1 2 0 通道组为主机和内嵌处理器之间的交互通道，可以相互以中断方式发送数 据。它可以作为主机和内嵌处理器之间的低速通信接口。目前暂定为两个双向1 2 0 通道，一个用于传输数据，另一个传输控制和状态。1 2 0 通道可以作为主机和内嵌 处理器之间相互唤醒的机制。两个1 2 0 通道在主机和内嵌处理器中的相对地址均为 o 和1 。接收卡详细原理如图2 2 所示。 图2 - - 2 接收卡原理结构图 ： ：塑鋈查兰堡圭茎堡：篁塞 2 2 4d r a m 及f l a s h 的选择 d r a m 连接在解复用芯片的d r a m 控制器上。d r a m 字长为1 6b i t ，容量为 2 m b y t e ，行列分布为lk 行lk 列。d r a m 时钟为2 7 m h z ，支持e d o 和f a s t p a g e 力式。在价格差别不大的情况下尽可能使用单片字长1 6b i t 的e d o 或f a s t p a g e d r a m 芯片，以提高效率并节省印刷板面积。 f l a s h 的字长可以为8b i t 或1 6b i t ，容量不大于2m b y t e ，工作时钟2 7m h z 。 f l a s h 连接在内嵌处理器的扩展总线e s b 上，幽e s b 上的c s n o 信号作为片选信号。 d 1 于f l a s h 连接在内嵌处理器的扩展总线e s b 上，因此应尽可能使用字长1 6b i t 的 f a s h ，以免影响效率。调试时可以选用容量比较大的f l a s h ，定型后可以根据实际使 用情况决定f l a s h 的确切容量。 2 3 本章小结 本章根据接收子系统实现的功能设计出d v b - - c 数据广播接收卡的功能框图， 并针对功能框图中的每一模块进一步的细化。根据实现的功能比较了不同的实现方 案和器件，最后得出了具体的实现功能结构图。 ：望l 兰叁耋堡! ：耋堡! ：苎二：= = = = = = = = = = = = = = = 一 第三章接收卡内部功能模块 本章结合第二章图2 - - 2 的原理结构图，分析了d v b c 数据广播接收卡各个 内部功能模块的工作过程和实现的具体功能。哪些功能已经由硬件完成，哪些功能 必须由系统程序来完成。因此，这一章是下面软件设计部分的基础，十分重要。结 合本人的实际工作内容，下面着重分析高频头和解复用模块。 3 i 高频头工作原理及实现功能 一体化高频头充当网络接口单元，它将射频信号转换成完全符合d v b - c 标准 的传输数据流( t s ) 。对它的控制是由系统程序通过1 2 c 总线来实现的。为了更好地 理解高频头内部各参数的意义，下面详细分析高频头的工作过程及系统程序部分需 要实现的功能。 3 1 1 1 高频头功能及工作过程 高频头输入信号为来自h f c 网络经q a m 调制的射频信号，输出为正确无误 的符合m p e g 一2 标准的传输流信号。该传输流信号可以直接作为解复用器的输入 信号。高频头的工作过程如下：来自h f c 网络的射频信号经过调谐器。将载波频率 在5 0 - - 4 6 6 m h z 之间的射频信号调谐到载波为3 6 m h z 的中频信号。中频信号经矩型 滤波器整形，经过a g c 自动增益控制电路后进入电平转换模块，作为专用芯片 s t v 0 2 9 7 ”1 的输入。s t v 0 2 9 7 对输入的信号做q a m ( 1 6 、3 2 、6 4 、1 2 8 、2 5 6 ) 解 调和r e e d s o l o m o n 码的纠错，然后输出正确无误的传输流信号。s t v 0 2 9 7 的内部 结构参看图3 4 。 除了必要的解调模块和前向纠错模块外，高频头内的s t v 0 2 9 7 芯片还提供了 些实时的质量监控参数和锁定状态参数。系统程序通过这些参数可以知道 s 下v 0 2 9 7 当前的状态。s t v 0 2 9 7 的输出端还提供了a g c ( 自动增益控制电路) 及 1 2 c 控制总线。通过这些控制电路和总线来控制前端的调谐器，同时也简化了程序 的设计。对高频头的控制完全由系统程序通过内部的一系列寄存器来完成。高频头 内部结构原理如图3 一l 所示。 图3 1 高频头内部结构原理图 6 ：堡垒望型兰篁坠坠：= = = = = = 一 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 一 高频头的输出接口符合d v b c 标准的通用接口形式。有并行和串行两种模式， 输出接口的并行或串行模式可以通过寄存器c 0 c f 加以设置a 我们选择了并行方式。 在并行方式下的通用接口时序图如图3 2 所示。 m c k o u ! 厂 厂 厂 厂 厂 厂 厂 厂 厂 厂 m 、，a l ms y n c 厂 _ 一l 。一 m d a t a 二 二五二工二 二 二工二工二 图3 2d v b 通用接口时序 下面是图3 2 中主要的输出信号定义。 m c k o u t ： 数据时钟 me r r ：数据出错信号，当前的传输包出错时此信号变高 ms y n c ：此信号标志为传输包的第一个有效的字节( 即同步头0 x 4 7 ) m _ d a t a 7 0 】： 传输包1 8 8 字节中的一个字节 3 1 2 高频头内部模块 ( 1 ) 下变频模块 接收端的功能是将输入的射频信号还原至基带。在高频头中，先用下变频模块 将输入信号调谐到3 6 m h z 的中频信号。然后对中频信号做进一步的处理。下变频 模块包括混频电路、高频和中频放大电路以及表面声波滤波电路。 ( 2 ) a d 模块 a d 采样由h f c 网络调谐器产生的中频信号，采样频率高达3 6 m h z 。因此很 宽的频率范围内的中频信号都能被a d 处理，如：3 6 m h z 、4 4 m h z 、7 2 m h z 等。 ( 3 ) a g c 控制模块 在不同线路环境下，高频头的输入信号的电平可能有几十d b 的变化。这就需 要a g c 电路调节下变频模块输出信号幅度使得输入信号变化时，输出幅度仍然 在a d 器件的上下参考电位之间，并且峰一峰值尽可能接近参考电位。 s t v 0 2 9 7 有两个用于a g c 控制的p w m ( 脉冲宽度调制) 输出信号。一个用 ：墅呈垒塑些垡型鳖篁圣：一 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 一 于调谐器增益控制( a g c l ) ，另一个用于i f 增益控制( a g c 2 ) 。如图3 3 所示。 p w m 信号经过低通滤波器得到模拟增益控制信号量。提供两个a g c 控制信号，能 够使高频头在输入最高增益时也能有一个很好的性能。 a g c 2 ( m a x ) a g c l ( m “) a g c 2t h r e s h o a g c 2 ( m i n ) a g c l ( m i n ) t a k eo v e r p o i n t 图3 3 高频头内a g c 控制电平 对于低电平r f 输入信号，a g c lp w m 频率被固定在最大的允许值。对于高 电平r f 输入信号，a g c l 、a g c 2 同时有效，a g c 2 起主要作用。增益拐角点 ( t a k eo v e rp o i n t ) 通过a g c 2 中的一个门槛值来定义。整个自动增益控制环的响 应由系统程序编程控制的。输入的参考电平也是可编程的。 a g c l 和a g c 2 的p w m 频率可以被设置成最小和最大值。它们能通过系统 程序来锁定，或在检测到a g c 锁定后由s t v 0 2 9 7 自动锁定。当两个a g c 同时有 效时，总的动作是a g c i 和a g c 2 作用的总和。它们对总动作所起的作用的大小也 是由系统程序来决定的。 ( 4 ) 载波恢复电路模块 收发端的本振时钟不精确相等。在传输过程中信道特性的快速变化使得被传 输信号偏离其中心频谱，都会导致下变频后的“基带”中心频率偏离零点。同时， 信号的相位在传输中也会受到损害。因此需要载波恢复模块把伪基带信号搬移至基 带，同时跟踪该基带信号的相位。 ( 5 ) 信道前端纠错模块( f e c ) 在q a m 调制时。常常采用信道编码，以提高信号传输时的抗干扰能力。信道 编码包括差分编码、r - s 编码、交织等。前端纠错模块用来进行信道解码，它包括 差分解码、r - s 解码、解交织等。 = ：望鎏垡丝篁型垒坠：= = = = = = = = 一 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= 一一 昌昌 岫 旨军军事享享 与 雾 室 善 羹室 刃 o 圣皇 图3 4s t v 0 2 9 7 内部结构图 3 1 31 2 c 控制总线 j 总线是种双向串行数据总线，具有多端控制能力。i2 c 总线由串行数据 ( s d a ) 线和串行时钟( s c l ) 线组成。i2 c 总线在c p u 与被控i c 之间进行数据双向 传输，最高传输率为1 0 0 千比特秒。s d a 线与s c l 线均为双向i 0 线，经电阻接+ 5 伏。当总线空闲时，两线为高电平。当i c 总线有所挂i c 准备发送数据时，它把集 9 n j ( m ) ( 1 1 ：；：塑兰叁兰坠篓丝些些：= 一 ：= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 一 电极电压拉低，使与之相连的s d a 线电压降低，占据了s d a 线发送数据a 在传送数 掘过程有三种信号出现，分别是： 丌始信号。s c l 线为高电平，s d a 线由高电平变低电平，视为开始传送数据。 结束信号。s c l 线为高电平，s d a 线由低电平变高电平，视为结束传送数据。 应答信号。接收数据的i c 收到1 字节( 8 比特) 数据后，向发送数据的i c 发出低电平脉冲信号，视为已收到信号。 1 调谐器和s t v 0 2 9 7 的读写形式 高频头通过1 2 c 总线来控制。高频头内部的s t v 0 2 9 7 的设备地址为“0 0 1 1 1 0 0 ” 调谐器的设备地址为“1 1 0 0 0 0 0 ”。调谐器的写方式如表3 1 所示。 表3 1 调谐器的写方式 b y t e m s bl s b 1a d d r e s s1lo00oooa c k 2d i v i d e r l0n 1 4n 1 3n 1 2n 1 ln 1 0n 9n 8a c k 3d i v i d e r 2n 7n 6n 5n 4n 3n 2n ln oa c k + l 4c o n t r 0 11c p00ll1oa c k + l - 1 5b a n ds wb 4b 3b 2b la c k + l ：未用，可写任意值l ：传输时间 c p ：电流选择b l 4 ：输出口控制 n 1 4 n o ：代表频率计算公式如下：振荡频率= f r * n ( n 为调制方式) 对s t v 0 2 9 7 的写数据的形式如图3 5 所示。 s t a n i o x 3 8 1 o ia c k ：l8 。堂冀? i a c ki 8 比特数据ia c ki8 比特数据l a c k 乳a n io x 3 8 oi a c k 2 l 的地址i a c k lb 五el| a c kib 五e ：l 8 比特数据ii8 比特数据ii ia c kiia c ki s t o p b y t e3iib y t e nli 图3 - 5s t v 0 2 9 7 的写数据形式 s t v 0 2 9 7 的读数据的形式如图3 6 所示。 8 比特目 ls t a r to x 3 8 oa c ka c k s t o p 的地址 8 比特数据8 比特数据 ls t a r t0 x 3 8 la c ka c ka c k s t o p b y t e1b v t e n 图3 - - 6s t v 0 2 9 7 的读数据形式 所以s t v 0 2 9 7 的8 位写地址为0 x 3 8 ，读地址为0 x 3 9 。 2 1 2 c r e p e a t e r 当读写s t v 0 2 9 7 时，1 2 cr e p e a t e r 无效，调谐器与1 2 c 总线不相连接，i n n t g 提高了调谐器抗干扰的性能。当对调谐器读写时，1 2 cr e p e a t e r 有效，这时调谐器就 挂在了1 2 c 总线上。内部的连接如图3 7 所示。 图3 71 2 cr e p e a t e r 3 2 l 6 4 1 0 8 解复用及控制原理 l 6 4 1 0 8 是整个系统的核心部分，对它的内部结构及工作原理必须有一个全面 的掌握。l s i l o g i c 公司的l 6 4 1 0 8 是一个高度集成的用于机顶盒的控制和通信设备。 它集成了大多数数据广播系统中所必须的功能。l 6 4 1 0 8 内部有一个m i p s 系列的 墼垩叁兰坠! 兰些篁鳖 ：= = = = = = = = = = = = = = c p u ( c w 4 0 0 1 及周边模块) 、m p e g 2 解复用模块、各种外设接口及一个扩展总线 控制器。m p e g 2 传输流解复用器能同时处理多达3 2 路不同p i d 的传输包。传输包 的种类包括：视频、音频及通用的数掘包。解复用模块中还集成了与d v b 标准兼 容的解扰模块，大大增强数据广播系统的安全性能。 3