基于ARM9的DVB-S2机顶盒研究
嵌入式技术应用与开发(论文)
设计题目：基于ARM9的DVB-S2机顶盒研究
学生姓名： 肖前兴
学生学号： 070305038
学院系别：电子与信息工程学院通信工程
2010年4月20日
摘 ? 要
本文设计了一款基于PXA270和STi710x的双CPU DVB-S2标准卫星数字机顶盒方案，充分发挥了STi710x和ARM9的优势。该方案不仅能完成现有数字机顶盒的所有功能，而且能用于上网，游戏，数字节目的管理和存储。
关键词? PXA270 DVB-S2 机顶盒 传输流 双CPU ARM9
引言
?? 随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展，电视系统的数字化是一个必然的趋势。有媒体报道，美国将在2010年停播模拟电视而全面实现数字电视。目前，因为数字节目少、技术等原因，我国电视数字化进程还比较慢，这个时期也是我国电视系统数字化技术和资金积累时期。现在虽然市面上有数字电视机顶盒，但这些机顶盒的功能简单，仅仅是完成将数字信号转换成模拟电视能接收的信号。论文设计了一款全新的基于ARM9的DVB-S2数字卫星机顶盒，充分利用Sti7109 CPU和PXA270 CPU的强大优势，不仅能完成现有机顶盒的所有功能，而且能完成电视节目的海量存储；连接互联网、游戏，从网上下载影片或音乐；和家用电脑连成局域网，实现资源共享等功能。
?基于ARM9的DVB-S2卫星数字机顶盒方案
??? ARM技术是ARM公司所有的RISC CPU技术，ARM公司作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从 ARM 公司购买其设计的 ARM 微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。目前，采用 ARM 技术核的微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于 ARM 技术的微处理器应用约占据了32 位 RISC 微处理器75%以上的市场份额，ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。
1? ARM9 的CPU选取
??? 在众多的ARM核的生产厂家中，Intel生产的ARM9核的PXA270以其极高的运行速度、强大功能而在高端的嵌入式产品中使用的比较广泛，如个人数字助理PDA，智能手机，数字机顶盒等。??? PXA270以其强大的功能作为本卫星数字机顶盒的主CPU。
??? (1)运行的速度相当的快，最高工作频率可达624MHz，而其它的ARM9的工作频率只有200MHz左右。
??? (2)7条到8条流水线使PXA270具有很高的速度和极低的功耗。
??? (3)32K的指令缓冲器和32K的数据缓冲器使PXA270的速度进一步的提升，而其它的ARM9的处理器只有16K的指令缓冲器和16K的数据缓冲器。
??? (4)PXA270采用Xscale微结构体系架构；具有Intel的无线多媒体扩展技术，能够流畅的运行三维游戏和播放高质量的多媒体视频文件。
??? (5)PXA270的Quick Capture技术使其能够拍摄高达400万像素的图片和视频，并支持低功耗，实时的回放处理，支持24位色的LCD显示，具有256K的片上SRAM帧缓冲，这和Quick Capture一起加速了图像的回放。
??? (6)支持Intel专用的无线SpeedStep动态电源管理技术，SpeedStep技术可以将PXA270的主频在26MHz~624MHz之间自由调节，在系统完全空闲时，PXA270可运行在26MHz的主频下，此时的功耗将低于0.1毫安。
??? (7)此外还有丰富的外围接口：三个串行口，分别是标准串行口，蓝牙和全功能串行口；红外线接口；I2C串行总路线接口；AC′97编码器接口；I2S音频编码器接口；USB主机接口和从接口；液晶接口，输入多种显示信号；MMC、SD卡、SDIO卡接口；键盘接口和测试接口等。
所以本文选PXA270作为DVB-S2标准的卫星数字机顶盒的另一CPU。
2? 基于PXA270的DVB-S2的机顶盒的逻辑结构图
图2? 基于PXA270的数字卫星机顶盒方案逻辑框图
卫星数字机顶盒由三大部分组成，它包括前端接收部分，传输流处理部分，节目存储部分。前端接收部分由ST公司的TB6100和STV0900完成，主要功能是完成信号的接收、下变换、放大、输出传输流TS；传输流TS处理部分由ST公司的STi710x完成，主要功能是完成信源的解码，将分离的视频ES和音频ES分别转换成PAL/NTSC制的电视信号和音频信号，并完成解扰功能；节目存储和连接互联网部分由英特尔公司的PXA270完成，主要功能是完成数字节目的存储、连接互联网、下载视频和音频数据、视频点播等功能。
??? STi710x接收来自前端输出的传输流，其内部解复用器解调出不同的节目频道，提取相应的音视频流和数据流，其输出为MPEG-2音视基本流及一些数据净荷。MPEG-2解码器和相应的解析软件用数字信息的还原。对于加密的电视节目，条件接收模块可以通过智能卡对音视频进行解扰。MPEG-2解码器用于音、视频解压缩，经过视频编码器和音频编码器还原模拟音视频信号。解复用及音视频解码STi710x扩展功能模块如图3所示。
??? 在STi710x模块中，E2PROM用于存放工作过程中的配置参数，同步存储器SDRAM用来运行程序，Flash用于烧写启动程序，智能卡接口用于完成条件接收功能。同时该扩展模块输出数字电视和VGA显示器所需要的信号，双口RAM用于完成STi10x和ARM板之间的通信。
图3 解复用、音视频解码模块
3? 中央处理器PXA270模块
??? PXA270是Intel公司设计开发的基于精简指令集的ARM9核的CPU，工作频率可以达到了600MHz，且具有丰富的外围组件，其中主要包括：存储器管理单元MMU，32KB的指令缓冲器和32KB数据缓冲器，存储器控制器(SDRAM控制器)、NAND Flash 和NOR Flash 控制器，4通道的外部DMA请求控制，3个串行口，其PXA270扩展板的逻辑结构如图４所示。
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图４? ARM9扩展板的逻辑结构
??? ARM9扩展板中由PXA270 CPU、64M闪存、64M的同步存储器、键盘和USB接口；处理数字电视信号的部件主要由硬盘、互联网接口、红外线发送与接收和双口RAM组成。该模块的主要功能是完成数字电视节目的存储，连接到互联网，红外线的控制，通过I2C接口控制前端调谐器，通过双口RAM完成与Sti5528的数据交换。系统中的64M闪存用来存放CPU的启动程序和Linux操作系统；64M的同步存储器用来运行操作系统和应用程序；键盘用来输入数字；USB接口用来外接USB设备，如USB 移动硬盘、USB打印机等等；硬盘用来存储数字电视节目和其它信息、数据；互联网接入模块用于宽带接入互联网；红外线模块控制遥控器的发送与接收，选择电视节目或实现其它功能；双口RAM用来实现与STi710x的数据交换[5]。
4 ?卫星数字网络机顶盒的软件和功能
??? 由于嵌入式系统软件和微处理器密切相关，所以通常采用分层模型来描述，软件层次结构自底而上分为固件层、驱动层、中间件、应用层，这样，一旦硬件模块发生变化，软件的修改只发生在和硬件相关的固件层，中间件和应用层可以保持不变，能够减少编程工作量，缩短软件开发时间。层次构建遵循的原则：某一层的模块可调用下层模块，同时又能被上层调用，同层之间一般不能调用。
??? 卫星数字网络机顶盒的硬件组成相当于一台奔Ⅲ的计算机和数字机顶盒，所以其功能既能够完成计算机的功能又能够完成数字机顶盒的功能。该数字网络机顶盒的主要功能是：①数字电视节目的接收；②DVB公共解扰算法和条件接收；③支持PAL/NTSC/SECAM；④支持MPEG2图像和MP3、杜比5.1音质；⑤远程教育；⑥按次付费电视收看；⑦电子节目指南；⑧互联网的接入；⑨数字电视节目存储；⑩视频点播(VOD)；11交互式电视游戏等等。可以看出，数字网络电视机顶盒的功能十分强大。
总 结
本文创新点是完成了基于ARM9 PXA270和STi710x的卫星数字机顶盒硬件平台的设计。文中对传统的数字机顶盒和双CPU卫星机顶盒方案作了对比，同时给出了卫星机顶盒的硬件逻辑方框图，以及软件模型和功能。该设计实现后，不仅能够完成传统数字机顶盒的功能，还能够完成DVB-S2标准电视节目的存储和连上互联网的功能，随着数字电视时代的到来，该设计能得到广泛的应用。
参考文献
[1] 蒲海铭，荆涛，彭贵定. 高清数字电视机顶盒的研究与设计[J].电视技术，2007(9)：40-42
[2] 刘渝，李立萍.数字卫星机顶盒的三种设计方案及其性价比[J].电路与应用.2005，4(274)：36~38
[3] 侯冬晴，张榜英.基于ARM9 和AL128 的网络机顶盒设计[J].微计算机信息，2007，5(23)：158~160
[4] 陈良银，李志蜀，杨建波等.基于Sti5518机顶盒系统开发[J].计算机应用，2004，11：136~138
[5] 纪宗南.数字卫星机顶盒中的调谐器[J].世界电子元器件，2001，3：50~53
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