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0 引言 近年來(lái)，隨著(zhù)數字多媒體業(yè)務(wù)和Internet網(wǎng)絡(luò )的迅速發(fā)展，新型數字機頂盒可以有效利用我國巨大的有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )資源，完成視頻點(diǎn)播、數字電視的接收及接入Internet等綜合業(yè)務(wù)功能。 1 數字機頂盒總體設計方案 數字機頂盒分為兩個(gè)通道，下行通道接收來(lái)自電纜或光纖的有線(xiàn)電視信號，上行通道傳輸從客戶(hù)端到服務(wù)器端的指令。 下行通道方案如圖1所示，調諧器接收來(lái)自有線(xiàn)網(wǎng)的高頻信號，通過(guò)QAM解調器完成信道解碼，從載波中分離出包含音、視頻和其他數據信息的傳送流(TS)。傳送流中一般包含多個(gè)音、視頻流及一些數據信息。解復用器則用來(lái)區分不同的節目，提取相應的音、視頻流和數據流，送入MPEG一2解碼器和相應的解析軟件，完成數字信息的還原。對于付費電視，條件接收模塊對音、視頻流實(shí)施解擾，并采用含有識別用戶(hù)和進(jìn)行記賬功能的智能卡，保證合法用戶(hù)正常收看。MPEG一2解碼器完成音、視頻信號的解壓縮，經(jīng)視頻編碼器和音頻D/A變換，還原出模擬音、視頻信號，在常規彩色電視機上顯示高質(zhì)量圖像，并提供多聲道立體聲節目。 上行通道方案如圖2所示，用戶(hù)發(fā)送指令，然后經(jīng)過(guò)編碼符合網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議，從以太網(wǎng)接口傳輸到調制器，再經(jīng)物理信道傳給終端服務(wù)器。 2 LEON2處理器 嵌入式CPU是數字電視機頂盒的心臟，當數據完成信道解碼以后，首先要解復用，把傳輸流分成視頻、音頻，使視頻、音頻和數據分離開(kāi)。CPU是嵌入式操作系統的運行平臺，它要與操作系統一起完成網(wǎng)絡(luò )管理，顯示管理、有條件接收管理、圖文電視解碼、數據解碼、視頻信號的上下變換等功能。 LEON系列32位RISC處理器核的第一個(gè)版本是LEONl，它是由歐洲航天局主持設計開(kāi)發(fā)的。LEONl的設計初衷是為了使歐洲能夠擺脫在航空航天高性能嵌入式處理器上對美國的嚴重依賴(lài)。以Jiri Caisler為首的設計團隊在完成LEONl后從歐洲航天局獨立出來(lái)，成立了Gaisler Research公司，后來(lái)就推出了LE—ON2處理器。LEON2是一個(gè)可配置的微處理器核，使用SPARC V8指令集，它的源代碼由可綜合的VHDL代碼構成。LEON2內部結構如圖3所示。 LEON2的整數處理單元是5級流水線(xiàn)設計，采用SPARC V8(IEEE一1754)指令和體系結構，具有分離的數據Cache和指令Cache。LEON2的整數單元包括一個(gè)可選的16×16的MAC單元，能夠完成基本的DSP運算，同時(shí)還提供了浮點(diǎn)運算單元(FPU)的接口和協(xié)處理器(CP)的接口，可以擴展浮點(diǎn)運算和DSP處理。LEON2選用了ARM公司的AMBA 2.0片上總線(xiàn)標準，用于連接內存控制器、定時(shí)器、中斷控制器、UART接口、PCI接口、10/100 Mb/s以太網(wǎng)接口等模塊。LEON2同時(shí)還提供1個(gè)調試支持單元和1個(gè)調試串口，用于支持片內調試。LEON2的一個(gè)非常重要的特點(diǎn)就是具有很好的可配置性。使用者根據自己的需要，通過(guò)一個(gè)用tcl/tk腳本編寫(xiě)的圖形化界面，對LEON2內核的絕大多數模塊進(jìn)行配置，比如可以配置Cache的大小和訪(fǎng)問(wèn)方式，是否支持硬件乘/除法，是否需要內存。 Gaisler Research公司還提供了比較完善的基于LEON2的GNU軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。使用者可以使用TSIM或GRMON進(jìn)行LEON內核的調試仿真。 LECCS是專(zhuān)門(mén)針對LEON的交叉編譯系統，可以進(jìn)行C/C++的編譯和調試。SnapGear Linux是基于LClinux的實(shí)時(shí)Linux內核，它的LEON版提供了對LEON處理器的全面支持，可以支持MMU和NOM—MU等不同配置方案。 由以上描述可以看出，LEON2具有強大的硬件配置和完備的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境支持，可以承擔數字機頂盒CPU要求的各種信號處理任務(wù)。 3 在FPGA開(kāi)發(fā)板上建立LEON2的SoC平臺 3.1 硬件平臺的建立 圖4就是基于LEON2的平臺的模塊框圖。LE—ON2處理器作為核心部分，片內ROM存放Monitor負責系統初始化和將程序拷貝到片外SRAM內的任務(wù)，片外RAM是FPGA開(kāi)發(fā)板上Memory，用來(lái)存放程序和數據。設計的IP核通過(guò)AHB總線(xiàn)和LEON2相互交互。 FPGA開(kāi)發(fā)板主要有以下資源：50 MHz有源時(shí)鐘;1塊Altera公司的核心FPGA芯片EP2C20F484一C8，邏輯單元18 752個(gè);2片512 KB的IS61LV25616一AL SRAM芯片組成32 b寬共1 MB容量，其中每片設計為可兼容1 MB，總共最大可擴充到2 MB;JTAG接口(通過(guò)JTAG接口可以從PC機上對EP2C20F484C8進(jìn)行編程);串口與計算機COMl相連，可以用于程序下載。 將配置好的LEON2的VHDL代碼，加入設計的HDL代碼，一起使用Synplify綜合工具生成FPGA的網(wǎng)表文件;然后使用Quartus進(jìn)行布局布線(xiàn)，將LEON2核同片內ROM和片外SRAM連接，布局布線(xiàn)完成后生成相應的SOF文件;通過(guò)JTAG端口將SOF文件下載到片子上去，對FPGA硬件進(jìn)行配置，最后占用FPGA資源是5 800個(gè)邏輯單元，可以達到的時(shí)鐘頻率最大為46 MHz。 3.2 軟件設計 由于Quartus軟件可以預先配置EP2C20F484C8片上ROM，所以可以在LEON2的片上ROM預先配置好的1 KB大小的Monitor軟件。Monitor的主要作用是在LEON2系統reset初始化時(shí)首先對處理器初始化，對LEON2的存儲配置寄存器進(jìn)行配置;然后向UART口發(fā)送啟動(dòng)信息;等待UART信息。當軟件部分使用交叉編譯器LECCS在PC上編譯完畢后，PC機通過(guò)UART口和FPGA開(kāi)發(fā)板相互通信，就可以將編譯好的srec文件下載到：FPGA開(kāi)發(fā)板上，放置在片內ROM里面的Monitor程序就讀入程序的內容以及程序的起始地址。開(kāi)始Monitor將srec程序拷貝到SRAM程序區，等全部程序下載好以后，Monitor最后1條程序就會(huì )自動(dòng)跳轉到程序的起始位置，執行SRAM里的程序。這樣就可以反復修改程序，反復下載程序，便于軟件的開(kāi)發(fā)和調試。 4 結語(yǔ) 通過(guò)將片上系統映射到FPGA，這樣可以在接近運行速度的前提下，驗證硬件和軟件。這樣不僅為軟件部分能盡早地進(jìn)行開(kāi)發(fā)與調試工作提供了原型，同時(shí)也可以在實(shí)際運行中發(fā)現一些在系統設計中沒(méi)有注意的地方。最終可以縮短設計周期，同時(shí)為ASIC設計一次成功提供了更大的把握。 在FPGA開(kāi)發(fā)板上建立基于LEON2處理器的SoC平臺后，使用這個(gè)原型系統，就可以很容易驗證系統的性能，并且加速軟件開(kāi)發(fā)調試流程。 |
