基于STB7100的高清IPTV機(jī)頂盒總設(shè)計(jì)方案

標(biāo)簽：STB7100 IPTV

引言

IPTV利用計(jì)算機(jī)或機(jī)頂盒+電視作為接收終端，完成的業(yè)務(wù)包括電視直播、視頻點(diǎn)播、時(shí)移電視、網(wǎng)絡(luò)瀏覽、信息服務(wù)、互動(dòng)游戲，以及未來可擴(kuò)充的業(yè)務(wù)[1]。隨著寬帶用戶的增多，以影視服務(wù)為主的寬帶流媒體服務(wù)成為寬帶增值業(yè)務(wù)中的重要服務(wù)。與此同時(shí)，人們對(duì)高質(zhì)量高清晰影音服務(wù)的需求使得高清發(fā)展成為必然趨勢(shì)。因此，高清與IVI'V的結(jié)合必將成為當(dāng)前寬帶網(wǎng)絡(luò)上最具發(fā)展?jié)摿?、最具盈利前景的熱點(diǎn)寬帶增值應(yīng)用之一。

2 IPTV機(jī)頂盒總體設(shè)計(jì)

根據(jù)高清IPTV機(jī)頂盒所具備的功能，綜合考察ST，Broadcom等幾大主流IPTV芯片廠商的方案以及目前的市場(chǎng)狀況，筆者選擇ST公司的STB7100芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。該產(chǎn)品是世界上第一個(gè)支持H.264/AVC和MPEG一2高清標(biāo)準(zhǔn)的單芯片解決方案，單片集成了高性能多標(biāo)準(zhǔn)的視頻解碼電路和機(jī)頂盒所需的全部功能。STB7100芯片是sTB710x系列中性價(jià)比很高的一款產(chǎn)品，在一個(gè)單片上集成了STB的所有功能和多標(biāo)準(zhǔn)解碼電路，可同時(shí)解碼多個(gè)高清視頻流，并把合成的視頻輸出到2個(gè)電視機(jī)，或以畫中畫的形式顯示到屏幕上。STB7100芯片提供了整套解決方案，嵌入式操作系統(tǒng)可采用Linux，OS21，WinCE中任一種，為上層的軟件開發(fā)提供了更大的選擇余地。

3 IPTV機(jī)頂盒硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)要求制定了硬件結(jié)構(gòu)總體框架圖，如圖l所示，選用專用的機(jī)頂盒解碼芯片作為主控CPU，并設(shè)計(jì)CPU的外圍電路和必要的功能電路[3]。本地存儲(chǔ)器接口模塊(Local Memory Interface，LMI)的32位DDR存儲(chǔ)器用于系統(tǒng)運(yùn)行和音視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ);外部存儲(chǔ)器接口模塊(External Memory Interface，EMI)提供了對(duì)各種外設(shè)的支持，包括Flash，ROM和網(wǎng)卡等。其中，網(wǎng)口模塊用于完成接收及處理IP數(shù)據(jù)和音視頻流功能;音視頻輸出模塊完成音視頻信號(hào)的輸出功能;電源模塊負(fù)責(zé)芯片及整個(gè)系統(tǒng)的供電;外部接口完成CPU對(duì)各功能模塊的信號(hào)傳輸?shù)目刂乒δ堋?/p>

3.1機(jī)頂盒核心處理芯片STB7100

sTB7100是一款高性能、單芯片集成的音視頻解碼的媒體處理器，其主要模塊有：

1)處理器核心器件

主頻為266 MHz的高性能ST40是器件的CPU核心，屬于ST的32 bit RISC系列，采用SuperH體系結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)控制芯片的其他部分，包括與2個(gè)ST231CPU之間的通信。此外，還有2個(gè)主頻都是400 MHz的ST231CPU用于處理音頻和視頻。

2)視頻解碼模塊及接口

sTB7100支持多種視頻解碼標(biāo)準(zhǔn)，包括H.264/AVC，MPEG一2雙向解碼標(biāo)準(zhǔn)。分辨力最高支持1 920×1 080i或l 920×720p。同時(shí)，STB7100擁有D1標(biāo)清輸入、RGB/YPbPr/YC/CBS模擬的高清和標(biāo)清輸出等多種視頻接口，還集成了高帶寬數(shù)字媒體接口(HDMI)和高清晰內(nèi)容復(fù)制保護(hù)接口(HDCP)。

3)音頻解碼模塊及接口

采用1個(gè)400 MHz的ST231 CPU作為解碼器，兼容所有通用的音頻標(biāo)準(zhǔn)。音頻流輸入可以是I2S格式的PCM數(shù)字輸入或經(jīng)過內(nèi)存的傳輸子系統(tǒng)內(nèi)部源輸入。輸出接口包括S/PDIF串行數(shù)字音頻輸出和24 bit立體聲模擬輸出。

4)其他外設(shè)接口

STB7100提供了豐富的外設(shè)接口供選擇，包括UART接口、紅外接口、SmartCard接口以及1個(gè)串行ATA(SATA)硬盤接口和1個(gè)USB2.0主控制器端口。

3.2本地存儲(chǔ)器接口模塊(LMI)

為滿足不同類型視頻的要求，必須有足夠的內(nèi)存空間用于存儲(chǔ)和解碼視音頻流。LMI選擇64 Mbyte大小的內(nèi)存用于H.264解碼或MEPG一2雙向解碼，其連接方式如圖2所示。

其中，DDR的內(nèi)部塊尋址由BAO和BAl決定，可尋址4個(gè)內(nèi)存塊，即一個(gè)內(nèi)存芯片存在4個(gè)Bank。A0一A12用于對(duì)塊內(nèi)行地址進(jìn)行尋址，AO～A8用于對(duì)塊內(nèi)列地址進(jìn)行尋址，所以每個(gè)芯片的容量為32 Mbyte。由于每個(gè)內(nèi)存芯片的位寬是16位，CPU的數(shù)據(jù)位寬是32位，為了和CPU保持協(xié)同工作，必須傳輸和CPI.I總線位寬一致的數(shù)據(jù)量，所以需要2個(gè)內(nèi)存芯片，以達(dá)到32位數(shù)據(jù)寬度。2個(gè)32 Mbyte內(nèi)存芯片同時(shí)工作，用同一個(gè)片選信號(hào)CS控制，也用相同的BA0和BAl信號(hào)來控制Bank的選擇。

3.3外部存儲(chǔ)器接口模塊(EMI)

EMI是sT芯片用來支持一般用途的外部存儲(chǔ)器接口，被分成5個(gè)Bank，允許系統(tǒng)支持各種類型的存儲(chǔ)器、外部處理器接口和其他設(shè)備，通過5個(gè)不同的片選信號(hào)訪問5種不同的設(shè)備。系統(tǒng)中提供了FLASh{和網(wǎng)卡兩種類型的設(shè)備。下面分別介紹這兩種設(shè)備：

1)FLASH是用于存儲(chǔ)U-boot引導(dǎo)代碼、內(nèi)核以及文件系統(tǒng)的設(shè)備，其首地址默認(rèn)為系統(tǒng)上電時(shí)的起始地址。FLASH采用了ST公司的M58LW064D，它是一個(gè)64Mbyte FLASH存儲(chǔ)器，采用0.15μm NOR工藝，使用2.7～3.6 V單電源。存儲(chǔ)器被分成可單獨(dú)擦除的64塊，每塊1 Mbyte。編程和擦除命令通過接口寫進(jìn)存儲(chǔ)器，在實(shí)際應(yīng)用中，通過U-boot下的cp，erase和protect命令對(duì)FLASH進(jìn)行寫入、擦除和保護(hù)操作;狀態(tài)存儲(chǔ)器提供了各種操作的狀態(tài)信息;存儲(chǔ)器寫緩沖區(qū)允許處理器以并行方式編程l～16 byte。為了能對(duì)其他塊進(jìn)行編程、擦除，正在編程的塊可先掛起，然后恢復(fù);塊保持功能使被保護(hù)的塊不能編程和擦除。上電時(shí)，所有塊均被保護(hù)，塊保護(hù)命令可用于保護(hù)或中止保護(hù)某些塊。當(dāng)編程、擦除能使Vpen低電平時(shí)，則阻止了所有編程和擦除。STS信號(hào)可被設(shè)置為準(zhǔn)備好/忙(RY/BY)兩種模式，高電平為準(zhǔn)備好，低電平為忙，在這里設(shè)置為高電平，始終為準(zhǔn)備好狀態(tài)。 2)在綜合考慮功能和價(jià)格等各個(gè)方面的因素后，采用了DAVICOM公司高性價(jià)比的DM9000AE快速以太網(wǎng)控制處理器作為網(wǎng)絡(luò)接口，其電路原理圖如圖3所示。其中網(wǎng)絡(luò)變壓器用的是PPT公司的PM34-1006M，本身不支持AUTO MDIX，所以需要將CTp0與CTsl，CTsO與CTpl連起來。

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