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硕士论文应用于i p t v 系统的数字电视机顶盒的研究与开发 摘要 随着信息技术的进步和人民生活水平的提高，数字电视和互联网f 在走进千家万 户，数字电视机顶盒( s t b ) 是目前模拟电视向数字电视过渡的重要设备，如何在此 平台的基础上为用户提供网络服务，是广大机顶盒生产厂家研究的热点之一。本文首 先给出数字电视的基本概念，然后介绍了网络电视( i p t v ) 的概念和目前的发展状 况、技术特点、典型网络构成，分析了实现i p t v 的关键技术，重点阐述了实现网络 电视服务所需要的硬件设各和软件系统，给出了嵌入式操作系统的基本概念，对嵌入 式操作系统i j c o s i 平台做了一些简介，并且从实现功能和重要的数据结构等方面介 绍了一种开源的轻型t c p i p 协议栈l w i p ，并在此基础上分析了在嵌入式操作系统中 如何移植实现t c p i p 协议。最后结合实际的开发项目，介绍了硬件平台设计方案、 l w l p 协议栈在操作系统, u c o s i t 上的移植以及视频点播服务在本平台上的实现。 关键词：数字电视机顶盒网络电视l w l p 协议栈p c o s i i 颇士论文应用于i p t v 系统的数字电视机顶盒的研究与开发 a b s t r a c t w i t ht h e p r o g r e s so fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y a n dt h e i m p r o v e m e n to fp e o p l e s s t a n d a r do f l i v i n g ，d i g i t a lt v ( d t v ) a n di n t e m e ti ss t e p p i n gi n t om o r ea n dm o r ef a m i l i e s s t bi sa ni m p o r t a n tr e c e i v i n g e q u i p m e n ti nt h ei n t e r i mf r o ms i m u l a t i v et vt od i g i t a lt v h o wt op r o v i d ei n t e r n e t - s e r v i c ew i t hs t bi sah o t s p o ti nm a n yc o m p a n i e si nt h i sp a p e r ， t h eb a s i cc o n c e p t so fd i g i t a lt va r ei n t r o d u c e df i r s t l yt h e n ，t h ec o n c e p t so fi p t va n di t s d e v e l o p i n g s t a t u sa r ei n t r o d u c e dt h ee m p h a s i so fo u rr e s e a r c hi st h eh a r d w a r ea n d s o f t w a r ed e s i g no ft h ei p t vs y s t e m ，i n c l u d i n gt h ec o n c e p t so ft h ee m b e d d e ds y s t e ma n d a no p e ns o u r c et c p i ps t a c kl w i pb a s e do nt h e s er e s e a r c h e s ，ab l u ep r i n to fa ni p s t b t h el w i pt c p i ps t a c ka n dt h ew o r ko fp o r t i n gi tt os t ba r ei n t r o d u c e da tt h ee n do ft h i s p a p e r a sa na p p l i c a t i o no ft h ei p s t b 、av o ds y s t e mi sp r e s e n t e d k e yw o r d s ：d t vs t bl w i pt c p i pi p t v i - t c o s i i 硕：匕论文 应用于i p t v 系统的数字电视机顶盒的研究与开发 a t s c b 0 0 t p c d n d h c p d r m d v b d v b c d v b s d v b t e s e p g l s d b m c u m p e g n l t p a t p c r p e s p i d p m t p s p s i s c m s o c s t b t s t s d t v o d 缩略语 a d v a n c e dy e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e b o o t s t r a pp r o t o c a l c o n t e n td e l i v e r yn e t w o r k d y n a m i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o c o l d i g i t a lr i g h t sm a n a g e m e n t d i g i t a lv i d e ob r o a d d a s t i n g d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n gc a b l e d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n gs a t e l l i t e d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n gt e r r e s t r i a l e l e m e n t a r ys t r e a m e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n g m i c r o d r o c e s s o rc o n t r o lu n i t m o v i n gp i c t u r e se x p e r tg r o u p n e t w o r ki n f o r m a t i o nt a b l e p r o g r a ma s s o c i a t i o nt a b l e p r o g r a mc l o c kr e f e r e n c e p a c k e t i z e de l e m e n t a r 5 ，s t r e a m p a c k e ti d e n t i f i e r p r o g r a mm a pt a b l e p r o g r a ms t r e a m p r o g r a ms p e c i f i c1 n f o r m a t i o n s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e r s i g n a lo p e r a t i o nc o n t r o l s e t t o p b o x t r a n s p o r ts t r e a m t r a n s p o r ts t r e a md e s c r i p t i o nt a b l e v i d e oo nd e m a n d 高级电视系统委员会 自举协议 内容分送网络 动态主机配置协议 数字版权管理 数字电视广播 有线数字电视广播 卫星数字电视广播 地面数字电视广播 基本码流 电子节目指南 综台业务数掘广播 微处理机控制单元 运动图象专家组 网络信扈、表 节目关联表 节目时钟参考 打包的基本流 包标识符 节目映射表 节目流 节目专用信息 单片微型计算机 信号操作控制器 数字电视机顶盒 传输流 传输流描述表 视频点播 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论 文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究 成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一 同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明确的说明。 研究生签名：盔e 型 沙僻月 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公 布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、 借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对于保密论文，按保密的有关 规定和程序处理。 研究生签名：婢 泖f 年月f 日 坝士论立 应用于i p t v 系统的数字电视机顶盒的研究与开发 1 绪论 1 1 背景介绍 电视是我们获取信息的一个重要媒介，它以其方便性、廉价性、实时性成为倍受 a 4 j 青睐的获取信息的途径。但普通的模拟信号电视无法和其它的数字设备进行交 互，而且其信号占用带宽资源严重、易受外界干扰，因此数字电视的发展就是必然的。 数字电视在欧洲和美国投入商业营运已1 0 余年，它一方面给电视营运商带来了巨大 利益，另方面也为广大电视观众提供了更多的节目和更好的服务。在我国，数字电 视技术开发已被列入国家“十五计划”信息建设的十大优先项目，国家已拨专款立 项进行数字电视标准的制定工作。 但是任何技术的进步都有一个过渡阶段，由于目前的模拟电视机的数量庞大，如 果要把这些模拟电视一下子全部淘汰，换成数字电视机是不现实也是不石】= 能的。为此。 数字电视机顶盒( s e t t o p b o x ，s t b ) 就成为目前模拟电视机向数字电视机过渡这 阶段的有效设备。数字电视机顶盒是信号传输介质与电视机之间的一种接口，它可以 把卫星直播数字电视信号、地面广播数字电视信号、有线电视网络数字信号甚至 i n t e r n e t 的数字信号转换成模拟电视机可以接收的信号，使现有的模拟电视机用户也 能分享数字化革命带来的科技成果，实现电视广播从模拟信号向数字信号的平稳过 渡。 宽带应用是宽带网络竞争真正的主宰者，而网络的流媒体技术则是最重要的宽带 应用之一。作为流媒体技术的龙头应用，i p t v 中的视频点播的产生转变了传统互联 网呆板的内容表现形式，赋予宽带应用更多的娱乐性和互动性，同益成为促进宽带网 络普及的重要推动力。从互联网上传输视频流到电视机上收看，这种融台了i p 网络 和有线电视网络的技术有着广泛的研究的商业应用价值。 在论文期间，我有幸参加了银河电子南京研发中心的有线数字电视机顶盒软件研 发项目。从而有机会在实际开发工作中更深入的研究机项盒软件和网络电视系统，使 研究工作和实践相结合。 1 2 论文所做的工作 本文所做的工作包括了把l w l p 这个轻型的t c p i p 协议栈移植到实时操作系统 “c i o s i i 上以及以机顶盒为平台开发一个可以应用于i p t v 的接收系统。在论文的开 型型兰鱼兰二一! 兰旦堡! ! 至堑坚塑：! 皇塑! ! 堡垒塑婴塑! 兰茎 始介绍了数字电视的概念、优势和发展概况，随后对数字电视机顶盒、网络电视的现 状以及两者的关系进行了说明，重点阐述了在数字电视机顶盒中添加网络模块所需要 做的开发及移植测试的内容，最后介绍基于双模机顶盒的视频点播系统。 1 3 论文结构 本论艾分为7 章，主要内容如下j 第一章：绪论。介绍了本课题产生的背景，说明了本人在该课题中所作的实际工 作，列出了本文的内容结构。 第二章：数字电视机概述。简述了数字电视机的概念、优势、发展概况以及d v b 相关标准。 第三章：i p t v 的体系结构。阐述分析了i p t v 的运营机制以及目前在数字电视 机顶盒平台上开展此项业务所需要添加的功能模块，由此引出在这篇论文中所要提到 的各项工作内容。 第四章：首先介绍了富士通公司的集成性机项盒解码器s m a r l m p e g t m 、s m s c 公司的网络控制芯片l a n 9 115 以及i p 机顶盒的硬件设计，随后介绍了实时操作系统 g c o s i i 和l w l p 协议栈的相关知识。 第五章：l w i p 协议栈的移植。介绍了移植l w f p 协议栈所需做的工作，以及测试 的主要内容。 第六章：介绍了美国影立驰宽带电视有限公司的浏览器在机顶盒中的移植和视频 点播系统。 第七章：对本论文内容的总结以及后续丌发的展挚。 硕士论文 应用于i p t v 系统的数字电视机顶盒的研究与开发 2 数字电视和d v b 标准 2 1 数字电视的概念 数字化是现代信息社会的一个重要标志。在与人们生活密切相关的电脑、手机和 电视三大信启、平台中，电脑和手机已实现了数字化和网络化，为人们带来了多姿多彩 的资讯和娱乐服务，而数字电视将带来数字生活方式的又一场革命，促进信息社会的 高速发展。 数字电视是指从电视节目数字化采集、制作、编辑等，到节目的数字化播出、数 字化传输、用户对数字节目的接收和解码的全过程。利用数字电视广播网络，运营商 能向用户提供的已不仅仅是传统意义上普通的电视节目，而是包括图像、声音、数据 以及交互服务在内的全方位的服务。目前，由于大量已有的节目源都是以模拟信号的 形式存在，并且大部分的节目录制和编辑设备都是以前遗留下来的模拟设备，所以在 目前这个由模拟转向数字的过渡时期，数字电视前端处理一般会包括将模拟电视信号 采样、量化和编码，转换成数字信号这个过程。 目前数字电视的接收基本上要通过机顶盒来实现，真i f 的数字电视机还处于实 验阶段。现在许多商家推出的所谓的数字电视机，只是在原来的模拟电视机中加迸了 一些数字信号处理电路，以获得更好的画质和音质，并不是真f 的数字电视机。 2 2 数字电视的优势 模拟电视向数字电视的演进，不仅仅是模拟方式向数字方式的变化，还意味着新 的功能、新的服务和更好的性能，它是电视技术数字化的必然结果。理论和实践都证 明数字存储、数字处理和数字传输有着系列的优点，这些优点在数字电视上得到了 充分的体现。 1 数字电视传输质量高 在模拟传输过程中不可避免地会引入噪声，最后的输出信号除了不失真地( 理想 情况下) 恢复原信号外，还将系统中产生的噪声也混在其中，导致信噪比下降。如果 在传输过程中，某个环节使信号产生了噪声，那么以后各级电路因无法加以识别而 不可避免地将噪声信号传输下去并加以放大，导致信噪比进一步减小。所以，模拟信 号的传输质量不能得到保证，容易受到干扰。数字信号的传输则不然，因为数字信号 是脉冲信号、其信息不是包含在脉冲的波形上，而是包含在脉冲的有无之中，它涉及 的信号是二进制码值信号。即使在传输过程中产生噪声或失真，只要失真或噪声幅度 硕士论文 应用于t p t v 系统的数字电视机顶盒的研究与开发 不超过信号最大幅度的一半，就可正确判断发出的信号是“1 ”还是0 ，从而把失 真或噪声信号去掉，因而可确保传输过程中信号的信噪比达到要求。实践证明，在一 个干扰严重的信道中传输数字信号，只要有2 0 d b 的信噪比就能可靠地工作；而在同 一信道中，如果传输的是模拟信号，则至少要求4 0 d b 的信噪声。而且，在信号干扰 严重的情况下，数字传输还可以利用校验码等方法进行错误检测和部分恢复。因此 数字电视信号具有很强的抗干扰性，传输质量高。 2 数字电视传输信道利用率高 由于数字电视的信号是经过压缩编码的，消除了视频和音频信号中的大部分冗余 信息，大幅度降低了每套节目所占用的带宽。原来传输1 套模拟电视节目所需要的带 宽可以用来传输6 8 套数字电视节目，大大提高了传输信道的利用率。信道利用率 的提高，一方面可以节约有限的信道资源，特别是卫星信道；另一方面，可以提供更 丰富的节目内容。例如，采用数字电视技术，有线电视运营商可以在原有网路的基础 上，传输3 0 0 6 0 0 套的数字电视节目，这足以满足绝大多数市民的收视需求。 3 数字电视视听效果好 模拟电视的分辨率较低，已经越来越不能满足观众的需求。而数字电视则可提供 不同分辨率的影像，加之数字传输技术的保障，基本上可以获得与演播室播出时相同 的图像质量。数字电视按图象质量，一般可分为高清晰度数字电视( h i g h d e f i n i l i o n t v ，h d t v ) 、增强清晰度数字电视( e n h a n c e d d e f i n i t i o nt v ，e d t v ) 和标准清晰 度数字电视( s t a n d a r d - d e f i n i t i o nt v ，s d t v ) 。目前的数字电视基本上是指标准清晰 度数字电视，其图象质量和d v d 相当。高清晰度数字电视还处在实验室阶段，高清 晰度数字电视可以提供影院级画质、多声道环绕立体声音响效果和多种语言能力等。 由于采用了数字音频技术，使得数字电视的伴音音质更好、更逼真。目前，大部 分数字电视的伴音为双声道立体声，音质可以达到v c d 音频的质量水平，欧美发达 国家的些数字电视节目已经采用a c 3 音频信号压缩技术，可以传输5 1 声道的环 绕立体声信号，可以达到家庭影院的音响效果。 4 数字电视能提供更丰富的增值服务 由于使用全数字信号传输处理数据，数字电视开发增值业务更容易。伴随着数字 电视丰富的节目内容，需要有方便快捷的手段来让用户选择想收看的电视节目。电子 节目指南( e l e c t r o n i cp r o g r a m g u i d e ，e p g ) 就是这样一种应用。它能够向用户提供方便 而且直观的节目预告和选择功能。有了e p g ，用户可以用图形用户界面的方式、交 互式地选择自己喜爱的节目。可以想见，数字电视时代，电视报将成为历史。更多的 增值业务，例如，准视频点播( n e a rv i d e o o n 。d e m a n d ，n v o d ) 、股市行情、信息 浏览、图文电视等都己进入实用阶段，甚至成为当前数字电视广播的标准业务。还有 一些增值业务，比如，电视购物、远程教学、远程医疗、多角度多画面实况转播等都 硕士论文 应用于i p t v 系统的数字电视帆顶盒的研究与开发 己在实验或试用。 目前，有线电视网络的双向改造还处于起步阶段，改造完成后，可以提供更多的 交互业务。到那时，数字电视将成为集节目收视、网页浏览、信息交互为一体的，真 f 的多媒体家庭娱乐平台。 2 3 数字电视发展概况 数字电视的研究始于上世纪6 0 年代末。当时英国广播公司( b b c ) 、英国独立广 播公司已经开始研究p n l 制彩色电视信号的数字化问题，并探索数字电视的应用。 进入2 0 世纪7 0 年代，数字电视研究有了较快的发展，各种数字电视设备相继研制成 功。国际无线电咨询委员会( c c i r ) 、欧洲广播电视联n ( e b u ) 、美国电影电视工程师 学会( s m p t e ) 等世界著名的广播电视组织和学术团体都成立了专门小组审议和研究 数字电视技术问题。进入2 0 世纪8 0 年代后，随着电子科学技术、微电子技术的发展 和数字压缩技术的成熟，数字电视研究有了突破性的进展。在9 0 年代中后期，逐渐 形成了3 大标准体系：美国的a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ，先进 电视系统委员会) 标准体系、日本的i s d b ( i n t e g r a l e ds e r v i c e s d i g i t a lb r o a d c a s t i n g ， 综合业务数据广播) 标准体系和欧洲的d v b ( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t ，数字视频广播) 标准体系。其实，无论是d v b ，a t s c ，i s d b ，还是其他数字电视广播标准，都是基 于m p e g 2 的传送流( t r a n s p o r ts t r e a m ，t s ) 机制，数字电视广播标准就是用采定义在 不同传输介质上如何实现丁s 流的传输。 进入2 1 世纪，数字电视凭借其特有的优势，和广阔的市场前景，赢得了全世晃 的青睐，各主要国家都制定了自己的数字电视发展规划。有专家称，数字电视将是未 来l o 年新的经济增长热点。 23 1 国外数字电视发展概况 目前，数字电视在发达国家已经日益普及。在美国，联邦通信委员会于1 9 9 6 年 确定a t s c 作为美国的数字电视地面广播标准。19 9 8 年开始f 式播出数字电视节目， 目前，数字电视广播覆盖率已超过9 0 。美国计划于2 0 0 6 年全面停播模拟电视。 整个欧洲基本上采用以d v b 为框架的数字电视标准，发展的侧重点放在标准清 晰度数字电视，向用户提供增强型数字电视业务，推动代价小，商业化运作较为成功。 欧洲很多国家都将于2 0 1 0 前后关闭模拟电视广播。 日本于】9 9 9 年在d v b 技术的基础上，研制出世界上第三个拥有独立知识产权的 数字电视地面广播标准i s d b ，此标准于2 0 0 1 年被i t u ( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m - 硕_ ：论文应用于i p - r v 系统的数字电视机顶盒的研究与开发 m u n i c a t i o n su n i o n ，国际电信同盟) 接受。日本于2 0 0 2 年开始试播数字电视，并在 2 0 0 3 年正式启动地面数字电视广播，但仅限于部分城市。按计划，只本将于2 0 0 6 年 全面实行数字电视广播。 23 2 我国数字电视发展概况 上世纪9 0 年代初，国家广电总局就开始着手进行数字电视标准的研究制定工作， 先后出台了多项标准。但是，在一些关键标准上，出现了长期的争论，一直到2 0 0 1 年，广电总局才最终决定将我国数字电视的发展重点放在有线电视上。2 0 0 3 年1 0 月， 广电总局发布了我国有线电视向数字化过渡时间表，确定2 0 1 0 年全面实现数字广 播电视，2 0 1 5 年关闭模拟电视，完成向数字电视的全面转变。到目前，全国大部分 地级市都一开始试播有线数字电视。一些重点城市的有线数字电视广播已基本稳定， 各种增值服务也正在轰轰烈烈的开展。以南京有线电视为例，目前已在播出的有线数 字电视节目己达9 0 多套，大大超过了现有的模拟电视节目。另外，提供了2 0 多个视 频点播节目，股票行情、数据广播和电子节目指南等增值服务已基本稳定，并在进一 步的测试中。 虽然，数字电视发展前景一片光明，但有一些问题不能不引起人们的关注。虽然 广电总局制定了一系列的国家标准，但一些关键标准的迟迟不能出台，导致了数字电 视行业形成了事实上的行业标准，这些标准都是基于欧洲的d v b 系列标准的。而已 经制定的标准中也有很多是参考d v b 标准的，比如数字电视广播业务信息规范、 数字电视广播条件接收系统规范等。当然，制定有自主知识产权的数字电视标准， 避免类似与d v d 版权费的争端是非常必要的。但在完善的国家标准出台前，先研究 作为其参考的d v b 标准还是很有必要的。 2 4d v b 标准 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 ，数字电视广播) 是欧洲多个组织参加的一个项 目。1 9 9 3 年，欧洲多家公司联合签署了d v b 备忘录，之后在同内瓦成立了欧洲d v b 组织，负责协调数字电视系列标准的制定。 d v b 定义了卫星、有线和地面三大传输媒体的信道编码和调制方式，并扩充了 m p e g 2 系统层的复用部分，加入了数字电视服务信息s 1 ，使得d v b 系统成为集视 频、音频、数据通信为一体的多媒体开放系统。d v b 系统充分考虑了与现有网络和 业务的兼容性，为未来各种新的增值业务的拓展提供了灵活的发展空间。d v b 是数 字电视系统中体系最完整、内容最为丰富的标准体系。 硕士论文应用于i p t v 系统的数字电视机顶盒的研究与开发 d v b 系列标准可分为信源编解码、信道编解码、复用、字幕、交互、m h p 、接 口、互联网协议、条件接收、测试等几方面。因为本文在后面会涉及到几个播放视频 的函数，所以在这里介绍几个有关概念和结构，其它本文不涉及的内容就不过多阐述， 请参考有关资料。 2 4 1p e s 封装 m p e g - 2 根据不同的压缩编码方式，将原始的音视频数据分别压缩成不同的数据 帧。这些数据帧按照不同的组合组成图像组，再加上序列头等数据组成基本码流 ( e l e m e n t a r ys t r e a m ，e s ) 。 基本码流e s 建立后还要以p e s ( p a c k e t i z e de l e m e n t a r ys t r e a m ，打包的基本流) 的格式进行打包e s 数据被暂时分割成一个个的数据包，而且保持串行顺序。这 些数据包加上p e s 包头后就构成了p e s 包。个p e s 分组包只能包含同个e s 流 的数据。p e s 包的长度是可变的，但其长度在大多数实际应用中相对较长，可达6 4 k b 的长度。p e s 包的结构太复杂，在此不做详细介绍。 2 4 2s e c t i o n 封装 p s i 数据以s e c t i o n ( 段) 的方式进行封装，s e c t i o n 的一般结构如表2 42 1 所示。 表2 421s e c t i o n 结构 语法 比特长度 p s i s e c t i o n ( ) t a b l e i d 8 s e c t i o n s y n t a x i n d i c a t o r l p r i v a t e i n d i c a t o r l r e s e r v e d2 s e c t i o n l e n g t h 】2 f o “i 2 0 ：i i n p u t 0 及 n e t i f - o u t p u t 0 进行以太网数据包的收、发等操作。驱动程序需要实现网络接口的收、 发、初始化以及中断处理函数。驱动程序工作在i p 协议模型的网络接口层，它提供 硕士论文 应用于i p t v 系统的数字电视机顶盒的研究与开发 给上层( i p 层) 接口函数供其调用。 ( 1 ) 网卡初始化函数。 v o i ds m s c i n i t ( s t r u c tn e t i f + n e t i f ) ： ( 2 ) 网卡接收函数，从网络接口接收以太网数据包并把其中的i p 报文向i p 层 发送。 v o i ds m s c i n p u t ( s t r u e tn e t i f + n e t i o ； ( 3 ) 网卡发送函数，给i p 层传过来的i p 报文加上以太网包头并通过网络接口 发送。， e r rts m s c o u t p u t ( s t r u c tn e t i f + n e t i f ，s t r u c tp b u f + p ，s t r u c ti p _ a d d r + i p a d d r ) ； ( 4 ) 网卡中断处理函数i s r v o i ds m s c i s r ( v o i d ) ； 在移植过程中，根据网络控制芯片的特点实现以上的函数就是网络设备驱动部 分最主要的工作。要实现以上函数，需要对l a n 9 1 15 的各个寄存器和芯片的数据接 收和发送过程有详细的了解，图511l 和图5 1 ，1 2 说明了数据的发送、接收流程。 图51 11 数据接收过程示意图 无 不 堡圭丝苎 窒旦王! ! 翌墨竺塑塑! 堡塑墅型里垒堕塑兰墨 图5 11 2 数据发送过程示意图 5 1 2 与编译器和c p u 相关的头文件 在l w i p 协议栈的”c a r c h i n c l u d e a r c h 目录下c ch 、c p uh 、p e r f h 中有一些与c p u 或编译器相关的定义，如数据长度，字的高低位顺序等。这应该与用户实现h c o s1 1 时定义的数据长度等参数是一致的。其中需要注意的主要有以下几个方面： ( 1 ) 表示小端存储系统的宏定义：# d e f i n eb y t e _ o r d e rl i t t l e e n d i a n 。 ( 2 ) 数据类型长度的定义：由于各种原因一些常用的数据类型在l w i p 中被 定义为特殊的符号而使用的，为了与原系统中的数据类型相一致，需要对这些定义作 通一的规定，这个过程必不可少，否则的话后续的工作就不可能进行下去。 ( 3 ) 一般情况下c 语言的结构体s t r u c t 是4 字节对齐的，但是在处理数据包的 时候，l w l p 使用的是通过结构体中不同数据的长度来读取相应的数据的，所以，一 定要在定义s t r u c t 的时候使用p a c k e d 关键字，让编译器放弃s t r u c t 的字节对齐。 堡主堡奎 壁旦王! ! 墨竺竺垫兰皇塑塑堡垒竺竺茎! ! ! 堕 5 1 3 操作系统相关部份 s v sa r c h h 与s y sa r c h c 中的内容是与o s 相关的一些结构和函数，主要可以分为 四个部份： 1s v ss e r el 信号量 l w i p 中需要使用信号量通信，所以在s y s a r c h 中应实现信号量结构体和处 理函数： 结构体定义：s t l t l c cs 3 ，s s e w i t 创建一个信号量结构：s y s s e mn e w ( ) 释放一个信号量结构：s y s s e m f r e e ( ) 发送信号量：s y s s e r es i g n a l ( ) 请求信号量：s y sa r c h s e m w a i t ( ) 出于g c o s l l 已经实现了信号量o s e v e n t 的各种操作，并且功能和l w l p 上面几个函数的目的功能是完全样的，所以只要把g c o s i i 的函数重新包装成 上面的函数，就可以直接使用。 2 s y s m b o x t 消启、 l w i p 使用消息队列来缓冲、传递数据报文因此要在s y s a r c h 中实现消息 队列结构s y s m b o x i ，以及相应的操作函数： 创建一个消息队列：s y s _ m b o x _ n e w ( ) 释放一个消息队列：s y s m b o x _ f r e e ( ) 向消息队列发送消息：s y s m b o xp o s t ( ) 、 从消息队列中获取消息：s v s a r c h m b o x f e t c h ( ) u c o s i i 同样实现了消息队列结构o s q 及其操作，但是p _ c o s l l 没有对消 息队列中的消息进行管理，因此不能直接使用必须在p c o s i i 的基础上重新实 现。为了实现对消息的管理，定义了以下结构： t y p e d e fs t r u c t o s e v e n t + p q ； v o i d + p v q e n t r i e s m a x q u e u e e n t r i e s ： s y s m b o x j ； 在以上结构中，包括o se v e n t 类型的队列指针( p q ) 和队列内的消息 ( p v q e n t e s ) 两部分，对队列本身的管理利用g c o s i i 自己的o s q 操作完成， 然后使用u c o s i i 中的内存管理模块实现对消息的创建、使用、删除回收，两部 分综合起来形成了l w l p 的消息队列功能。 3 s y s _ a r c h _ t i m e o u t 函数 3 r 坝士论文 成用于i p t v 系统的数于电视机顶盘的研究，开发 l w l p 中每个与外界网络连接的线程都有自己的t i m e o u t 属性，即等待超时时 间。i g + n 性表现为每个线程都对应一个s y s _ t i m e o u t 结构体队列，包括这个线 程的t i m e o u t 时间长度，以及超时后应调用的t i m e o u t 函数，该函数会做一些释放 连接，回收资源的工作。如果一个线程对应的s y s _ t i m e o u t 为空，说明该线程对 做永久链接的等待。 t i m e o u t 结构体己经由l w l p 自己在s y s h 中定义好了，而且对结构体队列的 数据操作也由l w i p 负责，这里实现的是如下函数： s t r u c ts y s t i m e o u t s + s y s a r c h _ t i m e o u t s ( v o i d ) ； 这个函数的功能是返回目前正处于运行态的线程所对应的t i m e o u t 队列指针。 t i m e o u t 队列属于线程的属性，是与操作系统有关的函数。 4 s y s t h r e a d f l e w 创建新线程 l u , 7 i p 可以是单线程运行，即只有一个t c p i p 线程( t c p i p t h r e a d ) ，负责处理所 有的t c p u c p 连接，各种网络程序都通过t c p i p 线程与网络交互。但l w i p 也可以 多线程运行，以提高效率，降低编程复杂度。这时就需要用户实现创建新线程的 函数： v o i ds y s t h r e a d f i e w ( v o i d ( + t h r e a d ) ( v o i d + a r g ) ，、t o l d + a r g ) ： 在i j c o si i 中，没有线程( t h r e a d ) 的概念，只有任务( t a s k ) 。它已经提供 了创建新任务的系统a p i 调用o s t a s k c r e a t e ( ) ，因此只要把o s t a s k c r e a t e ( ) 封装一下，就可以实现s y s t h r e a d n e w ( ) 。需要注意的是l w l p 中的t h r e a d 并没 有p c o s1 1 中优先级的概念，实现时要由用户事先为l w i pq ，g , j 建的线程分配好 优先级。 5 1 4j j b _ a r c h 中库函数的实现 l w i p 协议栈中用到了8 个外部函数，这些函数通常与用户使用的系统或编译器 有关。 1 6 位数据高低字节交换u 1 6 一th t o n s ( u 16 _ t u 1 6 一tn t o h s ( u 1 6 一tn ) ： 3 2 位数据大小头对调u 3 2th t o n l ( u 3 2tn )u 3 2tn t o h l ( u 3 2tn 、： 返回字符串长度i n ts t r l e n ( c o n s tc h a r * s t r l ： 字符串比较i ms t r n c m p ( c o n s tc h a r * s t r l ，c o n s tc h a r * s t r 2 ，i n tl e n ) ： 内存数据块之间的互相拷贝v o i db c o p y ( c o n s tv o i d + s r c ，v o i d * d e s t ，i n tl e n 、： 内存中指定长度的数据块清零v o i db z e r o ( v o i d * d a t a ，i n tn 1 ： 在移植过程中g l u t 上述的前面四个函数，剩余的几个可以在原系统中找到功能 相同的函数，所以只需要替换成原有函数或者简单地对其包装一下就可以使用。 皇型兰兰生里星三! ! 型墨垄竺垫兰皇塑垫堡垒望型窒兰茎垄 5 2 移植的效果以及测试 做完上面的移植修改工作以后，就可以在f a c o s i i 中初始化l w r p ，并创建t c p 或u d p 任务进行测试了al w i p 的初始化必须在 _ t c o s l l 完全启动之后也就是在任务 中进行，因为它的初始化用到了信号量等o s 相关的操作。这部分的代码完全是用c 实现的，关键部份的代码和说明如下： v o i de t h e r n e t t a s k ( v o i d * d a t a ) 变量定义 e t h l n i t s t a c k o ； 地址设定 s y s t h r e a d n e w ( t c p e c b o a p i t h r e a d ) s y s t h r e a d n e w ( l w i p t c p l i s t e n ) ； e t h i “i s t a 。k ( ) 包括了一系列的初始化过程，其中为了下边的测试方便，人为地 把机顶盒的i p 地址设置为某个固定地址，如19 21 6 8 o1 0 。 任务。p e c h o a p l _ t h r e a d 实现的是一个t c pe c h o 服务器，监听7 号端口。编译运 仃后，用p i n gi p 地址命令可以得到i c m p r e p l y 响应。厦明a r p 、i c m p 、f p 、丁c p 协议都已f 确运行。 s t a t i c 、o i dl p _ t c p l i s t e n ( v o i d4 a r g ) f i f ( 7 “0 】= = g & & r q 1 = = 。e & & r q 2 一。t 1 & & r q 3 】一1 1 ) n 。o n n 一”兀把( 。o n n ，( v o i d + ) h t t p h t m l h d r ，s i z e o f ( h t t p h t m l h d r ) n e t c o n nc o p y ) ： ) ) l w i p j p l i s e n 实现的是一个类似w e b 服务器的功能，监听8 0 号端口。在与机 硕1 论文成用十i p t v 系统的数字电视机顶盒的研究与开发 项盒相连的计算机的i e 地址栏中键入1 9 2 】6 8 0 1 0 ，在一切正常的情况下，程序在经 过判断处理后，把事先准备好的字符串发送出去，在请求方的浏览器上显示出来。 5 3 本章小结 作为轻型的t c p i p 协议栈和实时操作系统，l w l p 协议栈和g c o s i i 操作系统的 结合在嵌入式领域有着非常广泛的应用。本节介绍了l w l p 协议栈移植到p c o s i i 操 作系统中所要做的具体工作，根据两者的设计特点，移植工作关键在于统一它们的数 据格式、处理好接口函数以及对消息管理机制的补充等包括相关头文件的修改，接 口函数的定义和实现。在本章的最后是对移植的效果进行测试，作为具有t c p i p 协 议栈的操作系统，应该能够做到响应p i n g 命令以及网页访问等功能，这些在测试中 部顺利实现。 硕_ 二论文 应用于i p t v 系统的数孚电视机顶盒的研究与开发 6 视频点播系统 6 1 视频点播 视频点播，就是客户端根据自己的需求向视频服务器发出请求，主动点播自己想 看的节目，随点随放，不用下载，也叫v o d 即v i d e oo nd e m a n d ，按需点播。视频 点播是近年来新兴的传媒方式，该技术是计算机技术、网络通信技术、多媒体技术、 电视技术和数字压缩技术等多学科、多领域融合交叉结合的产物。它从根本上改变了 传统单向传播，用户无选择权的状况，使用户不仅可观看固定节目，而且还可以选择 存放在视频点播系统中的视频信息，随时点播自己想看的节目。v o d 技术早在七十 年代就引起人们的关注，但当时其应用范围有很大的局限性。随着“信息高速公路” 的兴起和发展，数字压缩技术的出现，使得视频点播系统进入了新的领域，并且为行 业用户提供了多种解决方案，满足用户的各种需求。 图6 11 视频点播系统结构 从图611 中可以大致了解到要实现视频点播功能，在数据传输方面必需保证前 端和用户之间如控制信号、视频流等信息的交互。这些信息可以都通过有线网络传递， 在连接到互联网以后，还可以在互联网上传输控制信息甚至视频信号，这样就可以大 4 2 坝t 论文应用于i p t v 系统的数字电视机项盒的研究与开发 大提高线路的使用效率，方便管理者和用户之间的交流f 2 4 1 1 2 5 1 1 2 6 1 。 6 2e n r e a c h 浏览器的移植 e n r e a c h 公司提供以电视为核心的软件来实现基于宽带i p 网络的交互式多媒体 服务。它的软件产品由中间件和应用软件组件组成从而既可以作为整体解决方案也可 以作为单独的模块使用。e n r e a c h 公司己将相应的软件通过主要的消费类电子产品制 造商与相当数量的机顶盒相结合，它的软件还被用于许多操作系统和基础软件。 e n r e a c hb r o w s e r 50 是一款非常小巧、功能独特的、基于h t b l l 语言的浏览器，可用 于各种机顶盒和基于电视的设备上，为宽带i p 服务提供商顺利开展服务。 为了维护浏览器系统