基于Hi2011的DVB-C机顶盒设计与实现

1.引言

数字电视机顶盒(SetTopBox,STB)是扩展电视机功能的一种新型家用电器,分为卫星数字电视机顶盒(DVB-S)、地面数字电视机顶盒(DVB-T)和有线数字电视机顶盒(DVB-C)三种。目前国内的DVB-C机顶盒普遍采用外国厂商提供的流媒体处理器和与其捆绑销售的操作系统及在此系统上的开发工具,国内厂商将很难做到自主开发,必须高度依赖国外厂商的技术支持。本文采用国产的流媒体处理器―Hi2011和开源的嵌入式实时操作系统μC/OS-II进行了DVB-C数字电视机顶盒的设计和研究。

2.硬件架构设计

STB硬件方面的主要单元可分为接收广播信号，并将其转换为数字传输串流的前端芯片，即调谐器和调变/解调变器；后端芯片包括电视解码器/编码器、MPEG-2Transport、MPEG-2MP@ML或HL解码器、微处理器、绘图芯片、音频处理器、音频DAC、视频DAC；以及DRAM/SDRAM、Flash等存储、电源元件及其他标准离散元件。有的STB高端产品还会整合安全芯片、调制解调器（modem）或家庭网络芯片，以及可录像的硬盘（HDD）。STB对数字电视信号的处理过程为：电视射频信号经Tuner（高频头）调谐，进行模数转换，输出36MHz的中频数字信号送入OFDM解调模块进行解调之后，变成TS流后经信道解码得到MPEG-2TS流，经解复用模块（集成解扰模块）选出一路MPEG-2音视频流和对应的数据信息，经信源解码后得到所选节目的数字信息。然后将数字信息转换为模拟信号输出给模拟电视。

Hi2011处理器是北京海尔集成电路有限公司研发的一款流媒体处理器,该处理器具有的特点是：采用QFP160封装；低功耗、高集成度和低成本的系统方案；0.18μm工艺,工作频率可达108MHz；三个脉宽调制输出。同时,该处理器集成了完全兼容51的CPU,工作时钟13.5MHz至27MHz,四个时钟的指令周期,完全兼容标准的8051指令；集成了DSP,可以实现16位乘/累加操作的协处理器,提高8051的运算性能。在该处理器上,还集成了MPEG解码器、视频播放、OSD和音频播放等硬件模块。

本系统硬件以Hi2011芯片为核心,配备一定的外围设备和接口,构成DVB-C数据机顶盒的硬件部分。

3.软件体系设计

DVB-C软件体系采用分层结构,首先对系统的软件进行分层,然后进行模块化的层次划分。

3.1软件层次结构

按照机顶盒软件系统中不同软件功能和作用,将软件系统按层次进行划分,可分为操作系统层、驱动层、中间层和应用层

其中操作系统层主要包括操作系统内核、硬件平台抽象和操作系统抽象；硬件平台抽象又叫硬件抽象层,主要是将CPU的相关操作和功能部分进行封装,以提供给上层调用,从而避免直接与硬件直接相关性,同时为系统软件的移植、操作系统的更换等带来极大的方便；操作系统抽象主要是将与操作系统直接相关的操作进行抽象化、模块化,以提供给应用程序简单方便的接口,同时使软件系统具有良好的可移植性。

在硬件平台和软件结构基本构建好以后,就选择适合高效的多任务系统环境的嵌入式实时操作系统,而μC/OS-II采用基于优先级的多任务抢占式调度策略；内核短小,实时性好,能进行快速的上下文切换(小于5µs),效率高；内存要求低鉴于这些特点,在本系统中,选择嵌入式实时多任务操作系统为μC/OS-II,作为该机顶盒的操作系统,并将其移植于Hi2011系统上,同时设计操作系统抽象层,封装操作系统与用户相关的操作。

3.2操作系统

在硬件平台和软件结构基本构建好以后，就选择适合该系统的嵌入式实时操作系统。在选择嵌入式实时操作系统（real－timeoperationsystem，RTOS）时，应该具有以下特征的RTOS：基于优先级的多任务抢占式调度策略；内核短小，实时性好，能进行快速的上下文切换（小于5µs），效率高；开放源代码，并且支持一系列的处理器芯片；低的内存要求；具有可裁剪、可移植性。

因为这样的RTOS是高效率的操作系统，能够为DVB-C提供高效的多任务环境，包括任务调度管理、时钟管理、内存管理、中断处理、通过信号量实现同步和互斥、以及通过消息队列实现消息通信等等。比如μC/OS-II、μCLinux、Vxworks、OS20等操作系统，都具有上述特征。

在本系统中，选择嵌入式实时多任务操作系统为μC/OS-II，作为该机顶盒的操作系统，并将其移植于Hi2011系统上，同时设计操作系统抽象层，封装操作系统与用户相关的操作。