PCI接口IP核的DVB碼流接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著數(shù)字化廣播電視技術(shù)的迅速發(fā)展和基于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的圖像壓縮和復(fù)用技術(shù)的完善，利用PC對大容量信息的處理變得日益重要，如基于PC的軟復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)，使得通過PC接收DVB(數(shù)字視頻廣播)碼流已逐漸成為一項(xiàng)不可替代的多媒體數(shù)據(jù)接收技術(shù)。因此，設(shè)計(jì)基于PC平臺(tái)的DVB碼流接收卡是數(shù)字廣播電視發(fā)展的需要。

　　由于DVB-ASI信號(hào)的平均傳輸速率為270 Mbps，而DVB傳輸流又要求保證接收的實(shí)時(shí)性，因此本文選擇了PCI總線。33MHz、32位的PCI總線的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)133MBps, 完全可以滿足高速實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枨?。選擇了Altera公司的PCI編譯器軟件包來實(shí)現(xiàn)PCI接口控制電路。該軟件包為PCI接口提供了一個(gè)完整的解決辦法，包含了PCI控制電路的所有功能。用戶可以通過修改參數(shù)生成所需的IP核模塊，以設(shè)計(jì)自己的外部設(shè)備接口邏輯。本文選擇了其生成的PCI_MT32功能模塊。

　　系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)要求：能將傳輸速率為270 Mbps的串行DVB—ASI碼流實(shí)時(shí)、無損地通過PCI接口傳輸?shù)絇C，以供PC上的應(yīng)用程序做進(jìn)一步處理。在操作和使用上要方便，在設(shè)計(jì)上要求結(jié)構(gòu)緊湊、接口簡單、性能可靠、易于升級(jí)。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

　　從圖中可以看出，由于使用了FPGA及PCI IP核，使整個(gè)硬件電路顯得特別簡潔。它主要由DVB碼流輸入模塊和核心控制模塊組成。串行DVB傳輸流經(jīng)同軸電纜進(jìn)入DVB碼流輸入模塊，轉(zhuǎn)換為8位并行輸出。核心控制模塊對并行數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并采用DMA方式傳輸給PCI總線，完成本地總線和PCI總線的可靠通信。

　　DVB碼流輸入模塊

　　本文選用ASI接口。ASI信號(hào)由同軸電纜經(jīng)BNC接頭輸入，經(jīng)過互感(用PE65508芯片)轉(zhuǎn)換為PECL(正向發(fā)射極耦合邏輯)差分電平信號(hào)，再經(jīng)過耦合電路，到達(dá)CY7B933的差分線輸入端。 CY7B933是Cypress公司的一種用于點(diǎn)對點(diǎn)高速串行數(shù)據(jù)通信的接收芯片，它完成碼流輸入模塊的核心功能。它有三種工作模式，這里選用它的解碼模式對輸入信號(hào)進(jìn)行8B/10B解碼和串并轉(zhuǎn)換。最后輸出經(jīng)過字節(jié)對齊的8位并行TLL信號(hào)，輸出的信號(hào)包括 MPEG-2傳輸流和作為同步字使用的逗號(hào)字符(在8B/10B傳輸碼規(guī)則中定義為 K28.5專用字符)，其輸出速率恒定為27MBps。

　　圖1 系統(tǒng)硬件框圖

　　核心控制模塊

　　核心控制模塊由FPGA控制電路和異步FIFO組成。主要完成對輸入ASI信號(hào)的緩存和對PCI總線信號(hào)的控制的功能。其中最主要的部分是FPGA控制電路?；谡麄€(gè)系統(tǒng)的性能的考慮，選擇Altera公司的EP1C12。這款芯片有12060個(gè)邏輯單元，52個(gè)RAM塊等資源，完全可以支持本設(shè)計(jì)的要求。

　　FPGA控制電路內(nèi)部框圖如圖2所示，它是本設(shè)計(jì)的核心部分，對輸入的ASI信號(hào)保留有效的DVB傳輸流，發(fā)送到FIFO輸入端進(jìn)行緩存。并將FIFO緩存后輸出的數(shù)據(jù)用DMA傳輸方式通過PCI總線實(shí)現(xiàn)對PC內(nèi)存的存取，同時(shí)利用FIFO的標(biāo)志信號(hào)控制DMA傳輸過程。下面對FPGA控制電路的各模塊進(jìn)行介紹。

　　PCI_MT32功能模塊

　　本文在選擇PCI接口芯片時(shí)，選擇了Altera公司的PCI 編譯器軟件包，它可以參數(shù)化地生成用于PCI接口的IP核----MegaCore。這個(gè)可編譯和綜合的MegaCore有以下4種宏功能模塊：PCI_MT64、PCI_MT32、PCI_T64和PCI_T32。它們都可以完成總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將復(fù)雜的、電氣和時(shí)序要求高的PCI總線邏輯轉(zhuǎn)換為易于操作的本地接口邏輯，遵循PCI總線協(xié)議2.2版，經(jīng)過嚴(yán)格的工業(yè)級(jí)驗(yàn)證并支持多款優(yōu)化FPGA。其中，PCI_MT32是支持33/66MHz工作頻率、32位PCI總線、支持主/從模式的PCI IP功能模塊。考慮到市場的需求，通常的PC主板都支持32位PCI，且在主模式下DMA控制器才能工作，因此選擇了PCI_MT32。 本地信號(hào)都以l (local)開頭，其中以lt_開頭的是從控信號(hào)，以lm_開頭的是主控信號(hào)。

　　要使用PCI_MT32功能模塊就要了解其配置寄存器，配置寄存器中的基址寄存器最為重要，PCI_MT32共提供了6個(gè)基址寄存器，可以映射6個(gè)存儲(chǔ)器或I/O 空間。在操作系統(tǒng)啟動(dòng)前后，基址寄存器分別起到兩個(gè)作用。在操作系統(tǒng)啟動(dòng)前，基址寄存器存放定義的空間長度。以使加電軟件以確定在系統(tǒng)中有多少存儲(chǔ)器以及系統(tǒng)中的 I/O 控制器要求多少地址空間，然后才可以把 I/O 控制器映射到合理的地址空間并引導(dǎo)系統(tǒng)。在操作系統(tǒng)啟動(dòng)后，基址寄存器又要起到存放基地址的作用，通過對要存取的基址寄存器用配置寫操作寫入基地址，再通過基地址加偏移量就可以訪問想要存取的空間。

　　圖2 FPGA控制電路內(nèi)部框圖