（信号与信息处理专业论文）sdtv机顶盒系统软件及条件接收的研究与实现.pdf

中文摘要 数字电视是继黑白电视和彩色电视之后的第三代电视。我国现在处于由模 拟电视向数字电视过渡的阶段，标准清晰度数字电视机顶盒将是未来几年内的主 要产品。因此，标准清晰度数字电视机顶盒的开发具有很重要的现实意义。 本论文是课题“标准清晰度数字电视机顶盒”的组成部分。该课题的整体 任务就是研制和开发符合d v b c 标准的标准清晰度数字电视机顶盒。本论文主 要涉及到标准清晰度数字电视机顶盒的以下内容：前端控制软件、解复用软件、 节目管理软件、条件接收接口软件。前端控制软件的功能是控制前端，实现q a m 解调和信道解码。解复用软件的功能是控制芯片s t i 5 5 1 8 内的l i n k 模块将传送 流解复用为各种基本流和数据。这些基本流和数据包括视频和音频基本流、p s i ( 节目特殊信息) 的s e c t i o n ( 段) 、p c r ( 节目时钟参考) 和其他数据。节目管 理软件包括对节目和节目数据库的各种操作和管理。节目管理软件涉及到节目信 息的提取、分析、存储等过程，与p s i 有密切的关系。条件接收接口包括智能卡 接口和通用接口，条件接收接口软件就是对以上接口的控制。 另外，论文还对系统的开发平台、s t 2 0 软件调试环境和s t 公司的 s t l i t e 0 s 2 0 实时内核进行了简要的介绍。 在论文工作期间，通过软件编写和调试最终验证了软件是切实可行的。 关键词：标准清晰度数字电视，机顶盒，前端，解复用，节目数据库，条件 接收 d t v ( d i g i t a lt e l e v i s i o n ) i st h et h i r dg e n e r a t i o nt e l e v i s i o na f t e rb l a c kt e l e v i s i o n a n dc o l o rt e l e v i s i o n c h i n ai si nt h ei n t e r i mf r o ma n a l o gt e l e v i s i o nt od i g i t a lt e l e v i s i o n ， s d t vs t b ( s t a n d a r d d e n s i t y t vs e t t o p b o x ) w i l lb em a i n p r o d u c t i nd t v i n d u s t r y i nt h ef u t u r eaf e w y e a r s n ed e s i g no f s d t vs t bh a sg r e a ts i g n i f i c a n c e t h i sd i s s e r t a t i o ni sp a r to ft h et a s k “d e s i g no fs d t vs t b ”t h em a i n o b j e c to f i t i st o d e v e l o pa n dd e s i g n s d t vs t ba c c o r d i n gt ot h ed v b - cs t a n d a r d t h i s d i s s e r t a t i o ns t u d i e st h e f o l l o w i n g s a b o u td t vs t b ：f r o n t - e n dc o n t r o l s o f t w a r e ， d e m u l t i p l e xs o f t w a r e ，p r o g r a mm a n a g es o f t w a r e a n dc a ( c o n d i t i o n e d a c c e s s ) i n t e r f a c es o f t w a r e f r o n t e n dc o n t r o ls o f t w a r e p e r f o r m s t h ef r o n t e n dc o n t r o l i n c l u d i n gq a m d e m o d u l a t i o na n dc h a n n e ld e c o d i n g d e m u l t i p l e xs p l i t st r a n s p o r t s t r e a mi n t oe l e m e n ts t r e a m sa n dd a t au s i n gs t i 5 5 1 8 sl i n km o d u l e t h ee l e m e n t s t r e a m sa n dd a t ei n c l u d ev i d e oe l e m e n ts t r e a m ，a u d i oe l e m e n ts t r e a m ，p s i ( p r o g r a m s p e c i f i ci n f o r m a t i o n ) s e c t i o n s ，p c r ( p r o g r a m c l o c k r e f e r e n c e ) a n d s o m eo t h e rd a t a p r o g r a mm a n a g es o f t w a r ei n c l u d e sm a n ym a n a g e m e n t a n d p r o c e s s e sa b o u tp r o g r a m s a n d p r o g r a md a t a b a s e s e x t r a c t i n g ，p a r s i n g , s t o r i n ga n d o t h e rp r o c e s so ft h ep r o g r a m i n f o r m a t i o na r ei n v o l v e di nt h em o d u l e i ti sa l s oh a sac l o s ec o n n e c t i o nw i t ht h ep s i c ai n t e r f a c ea r ec o n t r o l l e d b yc as o f t w a r e i n c l u d e ss m a r tc a r di n t e r f a c ea n d c o m m o ni n t e r r a c e b e s i d e s ，t h i sd i s s e r t a t i o nm a k e s ab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h es y s t e m p l a t f o r m ，s t 2 0 d e b u g g i n g s o f t w a r ee n v i r o n m e n ta n ds t u t e ，o s 2 0r e a l t i m ek e r n e lo f s t i n c o r p o r a t i o n t h r o t i g hd e b u g g i n g a n d t e s t i n g , a l ls o f t w a r ep r o g r a m s a r ea p p l i c a b l e k e y w o r d s ： s d t v ，s t b ，f r o n t - e n d ，d e m u l t i p l e x ，p r o g r a md a t a b a s e ，c a 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：倒翻孥 签字日期：? p 歹 年月2 尹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫生盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤注盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：礴遭孽 签字日期：易。，年月2 ，牮日 翩繇艄 签字日期：c z 哆年月丫日 第章绪论 1 1 数牢电视及其发展 1 1 1 数字电视及箕优点汹 第一章绪论 模拟电视始于2 0 世纪3 0 年代，最初是黑自电视。5 0 6 0 年代先后制定了 n t s c ，p a l 襄s e c a m 三零孛割式懿彩色电援。随襞辩学技术鹣飞速发震，臻爨 技术已避入数字化时代。数字电视( d i g i t a lt v ) 怒从电视节鞲录制、播出到发 射、接收企部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视，是继黑自电视和彩色 电视层蛉第三代电视。 数字瞧撬篷括壬 秘帮s d 稻，。两者速羁主要在子图像蔟燕窝藩遒筵浚掰 占带宽的不同。h d ( 1 0 0 0 线以上) 为商清晰度电视( h i g hd e f i n i t i o n t e l e v i s i o n ) ，图像质量可达到或接近3 5 m m 宽银幕电影的水平；s d t v ( 5 0 0 6 0 0 线) 为豁壤漶曝度惫巍( s t a n d a r d d e f i n i t i o n t e l e v i s i o n ) ，主要楚踺瘦瑷毒亳毫楚豹 分辨率爨缴，其图像质量为演播室水平。 相对模拟电视，数字电视不仅髋改进图像质擞，而且还能与现有的数字通信 韶诗算机技术袒结合，缝为人们提供全颓舱、更爱活、更方便盼服务。具体采滋 数字电视有如下优点：数字电视倍譬在中继和簧制中不会产生噪声积累，可戳采 用纠错编码技术提高抗干扰能力，遮使用户能看到演播室级的网像质量；节目易 于存储而晨不会像磁带那样产生磨损；易于加密和保密通信；可采用大规模綮成 惫路，辫低功耗，减小侮获，提裹褥嚣毪，酶低蔽本：霹使鬟器萋孛逶售线爨秘瓣 络，提供许多新业务，例如视频点播，电子商务等。数字电视的这些优点使之具 有强大的生命力和光明的前景，数字电视将会大大丰富人们的嫩活，并最终取代 模搬电睾燕。 1 1 ，2 数字电视猩凋外的发麟 晕期的数字电视发展由于受到带宽的限制，发展缓慢。厝来，随着视频压 缡技术熬发疑，夫袋黯撬频压缭冀滚豹基本握繁澎藏了共识，势裁定了一系列筏 频压缩标准。如：m p e g 1 ，m p e g - 2 ，m p e g - 4 等。在这些压缩标准中，其压缩核 心是采用d c t 变换编码、运动估德和哈夫曼熵编码。这些标凇的制定，大大推 动了数字奄携鲍发葳。 美国的念数字h d t v 美幽的全数字h d t v 的发展备受世人瞩目。1 9 9 3 年由美圈七家公司组成了 第一章绪论 大联盟( g a ) ，目标是制定美国的h d t v 地面广播标准。1 9 9 5 年，美国高级电 视制式委员会( f c c ) 提出了美国数字电视标准的建议。1 9 9 6 年1 2 月，f c c 通 过了“a t s c 数字电视标准”，1 9 9 7 年4 月，f c c 为全美1 6 5 0 个电视台指派了用 于数字电视广播的频道，并公布了到2 0 0 6 年所有电视台全部实现数字播出，彻 底停止现行模拟广播的日程计划。美国提出的全数字、频道兼容、基于m p e g 一2 压缩编码的h d t v 体制，既适合卫星广播，也适合地面广播和有线电视系统传 输，它仅占用一个地面广播电视频道( 6 m h z - 8 m h z ) ，而其1 0 0 0 线以上的高清 晰度画面和5 1 声道的环绕立体声达到了视听的理想境地。同时，数字传输的特 点为多种信号复用提供了方便。因此这种全数字频道兼容h d t v 己为世界各国 所公认和接受。美国于1 9 9 8 年1 1 月启动数字h d t v 广播，有2 0 多个电视台正 式广播了h d t v 节目。根据c e s 的统计和估计，美国数字电视机的销售呈稳定 增长趋势，2 0 0 1 年底，数字电视机的拥有量已达2 2 2 万台。 欧洲的数字电视 1 9 9 5 年，欧洲1 5 0 个组织合作开发数字视频广播( d v b ) 项目，并成立了d v b 联盟。d v b 联盟是一个由3 0 多个国家的2 3 0 多个成员组成的国际机构。该机构 的首要目标是在全球范围内发展和推广共同的数字电视广播标准。d v b 联盟共 同制定了数字电视的d v b ( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t ) 标准。d v b 标准规定数字 电视系统使用统一的m p e g 一2 压缩方法和m p e g 一2 传输流及复用方法；声音标 准比较灵活，可以采用m u s i c a m 立体声、m u s i c a m 环绕立体声或杜比a c 3 环绕 声；在调制方式上，卫星广播采用q p s k ，有线电视采用q a m ，而地面广播则 倾向于c o f d m 。 从1 9 9 6 年开始，欧洲数字电视市场无论从订户数量、还是产值上都有相当 高的增长率。到1 9 9 9 年中，欧洲数字电视有了快速发展，其中英国和瑞典既有 卫星和有线数字电视，又有地面数字电视：在卫星数字电视方面，卫星电视广播 的数字化已接近1 0 0 ，几乎所有的欧洲卫星电视频道都是按d v b s 标准广播。 有线数字化自1 9 9 7 年末以来取得重大进展，到1 9 9 9 年6 月近5 0 0 0 万有线终端 升级为数字传输( 占有线接通家庭的6 5 ，1 9 9 7 年是5 0 ) 。欧洲数字电视频道增 加得非常快，达到每年新增1 0 0 个数字频道，到1 9 9 9 年末欧盟已有约4 0 0 个数 字电视频道。数字电视频道主要是1 6 ：9 格式数字电视、p p v 和n v o d 节目， 同时有许多节目分类频道( 如电影、体育、记录片、家庭购物等) 。电子节目指南 f e p g ) 、电子商务、电视银行、信息和新闻、游戏、电视电子邮件、电视互联网 接入和交互电视等业务得到了广泛的应用。根据n t l 的估计，到2 0 0 4 年，英国 卫星d t v 用户为7 0 0 万，有线d t v 用户为1 2 0 0 万，地面d t v 用户为3 0 0 万。 最近英国提出全面普及数字电视的时间表，最早可能从2 0 0 6 年开始，计划在2 0 1 0 第章绪论 年停止模拟地面电视广播，这将墩决于：首先数字电视信号必须能够覆盖龛匿 9 9 4 瓣入疆，其次9 5 懿家庭巍翁数字宅撬撬鬣獍顼盒等数字电视接l | 芟装鬻。 日本的数字电视 日本是世界上最早推出h d t v 广播的国家。其h d t v 采用m u s e 制式，使 用里鬣避嚣模毅传辏。尽管懿此，霆本劳没鸯忽掇数字电视熬磷究王撵。叁1 9 8 5 年以束，一个称之为“综合业务数字广播( i s d b ) ”的研究项弱一直进行着，并 在1 9 9 9 年发布了其数字电视的标准。i s d b 能适廒不同的新业务，灵活的将不同 业务的数据复接起来，同时还具有与通信鼹和计算机系统的交嚣性。追予美圃躲 全鼗字h d t v 静影灞裙压力，露本援在计划开发淹蘑予2 毽纪静数字逛鬟技术， 称之为u d t v 。u d t v 具有2 0 0 0 行扫描线，预计2 0 0 5 年投入使用。 1 1 3 数字电视农我国的发震 我潮在数字电视领域一开始便与科技先进豹发达国家傈持同步。1 9 9 5 年中央 电视台u 丌始利用数字电视系统播出加密频道，利用卫星向有线电视台传送4 套加 密电视节e t 。1 9 9 6 年开始通过卫凝传输数字电视信号。卫星既能发送模拟傣号 也麓发遴数字信号。秘落，忍乎联有省嘉戆电裰螽都上了卫星，发送豹都怒数字 信号。1 9 9 8 年9 月，我国研制成功篇一套数字商清晰度电视系统，成为继美国、 欧洲和腭本之后世界上第四个拥有数字高清晰度嘏视地面广播传输系统的图家。 在9 舞8 曩至1 2i q 懿5 天时霹墨，审夹电援塔到惩这套系绞试发射了数字惫撬 节目。豳庆5 0 周年庆典上，我国也在北京试播了高清晰度数字电视。这次试播 所使用的制式为d v b t 和a t s c 两种，并通过试播实地考察测量它们的性能 指标，为最后确定我因数字电视h d t v 制式提供第一手资料。 孰数字电视豹发缀趋势来看，我蘑数字毫褫发展大致可分为三令酚羧。 第一阶段：现在2 0 0 3 。这阶段数字电视的有线广播国家标准尚未完成， 数字电视的产业链还笼法形成，不可能进行大规模的数字电视产业化。在这阶 段，枣疑茨熬点在予滚援台魏设餐瑟瑟与舞缀，运是鼗字电筏产选健麴先行嚣。 在s d t v 制作播岛设备大规模进入电视台的同时，h d t v 制作播出设备也开始 进入大烈电视台。 第二除段：2 0 0 3 2 0 0 5 年。我匿主要城枣的蠢线数字电襁产业纯开始癞动。 主要城市中s d t v 开始大规模的滋入家庭，普邋模拟电视落可戳通过热装祝顼 盒来实现数字电视的功能。在一些艘达地区，人们开始逐渐接触h d t v 。 第三阶段：2 0 0 5 2 0 0 8 年。我困主要城市将嫒步普及高清晰度数字电视的商 翌摇窭。城枣中h d t v 盛为电裁瓠产鑫溃费的煮浚+ 这一黢羧蠢螽下疑点：在 数字电视播 = h 前端，h d t v 制作播出设备所占的比重进一步增加，在一些主骚城 3 第一章绪论 市，将成为设备更新的主流，这些地区h d t v 开始普遍进入家庭。人们对电视 的要求进一步提高，拥有数字电视产业核一i i , 技术的企业优势突显，机遇掌握在那 些拥有核心技术并不断创新的企业手中。 我们相信随着我国申办2 0 0 8 年奥运会的成功，为我国数字电视和高清晰 度电视的发展提供了难得的机遇，广播电视发展前景广阔。 1 2 论文的工作内容 无论是以前的模拟彩电还是现在的数字处理电视，都不具备对全数字电视 信号进行解码的功能( 数字电视接收显示一体机除外) ，因而需要一种能够接收 数字电视信号，并能够解码输出用于显示的中间设备，这就是数字电视机顶盒。 数字电视机顶盒是充当着电视台发送的数字电视信号与用户的显示设备二者之 | - 白j 桥梁的一种接收装置，是随着数字电视广播的发展而出现的，同时也在随着数 字电视广播的发展而不断发展。中国数字电视不可能一步到位而直接发展到 h d t v ，各种清晰度电视将长期共存。在未来几年内，s d t v 将成为市场发展的 主流，其主要原因是：第一，h d t v 接收机的整机制造成本高；第二，h d t v 电 视节目源的制作费用高；第三，s d t v 增值业务空间大，经济效益好，运营商将 更有积极性进行运作；第四，不同节目内容对电视收视的清晰度效果有不同需求， s d t v 节目有较大的应用市场；第五，消费者的购买力是制约其购买h d t v 的 关键性因素。因此，标清数字电视机顶盒的研究具有重要的意义。 表1 1 课题任务划分 功能模块勘能任务描述 信道解调解码板设计信道q a m 解调和信道解码电路 硬件信源解码板设计s t i 5 5 1 8 信源解码电路 控制面板设计控制面板电路实现红外接收和控制按键 视频解码使用视频解码的驱动软件编写应用程序 音频解码使用音频解码的驱动软件编写应用程序 系统解复用研究开发解复用相关的程序 软件节目管理设计和编写与节目管理相关的软件 前端控制开发前端的控制程序 o s d 控制菜单实现o s d 控制界面 硬盘录像机控制编写硬盘录像机的功能 条件接收控制开发智能卡接口和c i 的控制程序 其他f l a s h 、e 2 p r o m 、r s 2 3 2 、红外接收软件 第一章绪论 本论文是课题“标准清晰度数字电视虮顶盒”的组成部分。该课题的整体l 壬 务藏是磅翻窝开菱簿含d v b c 标准鹣季| 有硬盘鞠蠢条俘接狡竣强翁蠡准瀵灏寝 数字电视机顶盒，包括其软件和硬件。功能划分见寝1 1 所示。本论文的工作 是开发该机顶盒的部分软件。主要包括以下部分： 1 蘸端静软俘控划 2 解复用软件的研究与开发 3 节目操作软件的设计和开发 4 。条件接收的研究和接口设计 第二章数字电视机项盒的结构 第二章数窜电毒羹撬顼盒酶结梅 2 1 数牢电视机顶盒的特点 数字电援捉臻盒疑箕结季奄上潞大薅土霹敬分成两部分：蔼遴解潺解玛都分 和信源解码部分。信i 麓解调解码部分即前端，负资对射频信号避行解调接收和信 道解码，针对不同的信道可以配以不同的信道解调解码器。目前，信道部分生要 有三琴争铸羧方式：里震、毫线秘缝嚣传输。在d v b 标准孛里攫绩辕采用q p s k 方式调制，有线传输采用q a m 方式调制，地面传输剜采用c o f d m 方式。倍源 解码部分也称后端，它主要完成从t s ( 传送流，t r a n s p o r ts t r e a m ) 输入到解码腐的 音、视频输出之间的所有功能，龟播t s 解复用、啻频解码和戡频孵码等+ 怒枫 顶盒懿孩心部分。 数字电视机顶愈的主要功能鼹完成对数字魄视信号的接收，具体讲就是把 从信道传输过来的射频信号，通过机顶盒前端的调谐器和q a m 解调芯片完成解 遥| 秘僖遴惩疆，簪窭t s 簧埃流) 。然曩逶造爨蛹逡簿舞复溺分爨音、程赣簇本 流，群缀过音、视频解码，输出解码后的数字视频和数字音频信号。最后通道视 频后处理单元和音频d a 转换器形成p a l 、n t s c 或s e c a m 制式的模拟电视信 号和模拟啻频信号送入显示器显示翱援放。除了究成主要功能外，机顶盒述可以 通过疆伟稻软件的功缝扩震实现w e b 溺览，交赋整务瑷及个人数字录豫瓿葫麓。 2 2s l 公司的s t i 5 5 1 8 方案的特点和结构。1 s t 公司的s t i 5 5 1 8 标准清鞭液数字窀裰撬预盒方案其鸯以下几个饶赢： 1 技术相对成熟。s t i 5 5 1 8 是以s t i 5 5 0 0 为基础而开发的新一代数宰电 视解码芯片，再此之前s t i 5 5 0 0 已经农数字机顶盒市场上得到了广泛 兹应爱。s t i 5 5 1 8 继承了麓一代产晶豹疆套特点，露显逐缮热了搴主逡 数字音频和m p 3 解码功能，以及硬盘接口。 2 单片解决方案。s t i 5 5 1 8 方案核心芯片只有s t i 5 5 1 8 ，它可以完戚包 括系统控制、解复用、视频解玛、音频鼹码、视频惩处理在内的全部 功蕤。西丽系统开发辩难度帮成本都籀对撼小。 3 s t 公司掇供完善的嵌入式实时操作系统s t l i t e o s 2 0 和强大的s t a p i 软件包，这些方便的开发工具提高了开发速度。 4 。努蘸接嗣宠善。芯冀糖供了多令爵缡程i o 目( p 妁) 、u a r t 固、智 能卡接翻、i i c 总线、a t a p i 接口、红外接收，发送接口、i e e e l 3 9 4 6 第二章数字电视机项盒的结构 等，这些接口方便了机项盒功能的实现。 s t i 5 5 1 8 是采用s t 2 0 内核的3 2 位c p u ，具有4 k b 内部s r a m ，2 k b 的指 令c a c h e 和2 k b 的数据c a c h e 。其音频解码器可以支持杜比5 1 声道和m p e g 一2 的音频解码，以及m p 3 解码。视频解码器最高可以支持m p e g - 2m p m l 的解 码。 s t i 5 5 1 8 有线数字电视机顶盒方案的工作过程是这样的：首先，前端在c p u 的控制下( 通过i i c 总线) 把调谐器调谐到某个数字频道，通过前端芯片s t v 0 2 9 7 进行q a m 解调和信道解码，解出数字电视的t s ( 传输流) 数据传送到后端 的信源解码器：然后，t s 进入s t i 5 5 1 8 ，通过解复用功能模块分出传输流中的音 频、视频基本流，分别送往音频解码器和视频解码器的缓冲区，同时，提取出码 流中的p c r ( 节目时钟参考) 信息，用于时钟恢复；通过解复用分出的音频基 本流通过芯片内的音频解码器的解码输出音频的p c m 信号，经过音频数模变换 后输出最多六个声道的模拟音频信号，或直接输出s p d i f 信号；视频基本流在 s d r a m 的配合下经过视频解码器的处理之后输出解码后的亮度和色差数字信 号，通过视频后处理电路处理，输出r 、g 、b 或y 、p r 、p b 模拟视频分量信号； 另外，视频解码器输出的信号还可以通过一个n t s c p a l 视频编码器，编码输 出n t s c 或p a l 制的模拟电视信号( c v b s 和y c ) ：机顶盒的软件固化在f l a s h 罩，开机后程序被调到r a m 中运行；系统与用户的接口是前面板和o s d 菜单。 前面板具有按键和红外遥控器接收装置。用户观看o s d 菜单上的信息，通过按 键或遥控器操作，前面板接收到信息并传送到c p u 中，由c p u 控制实现具体功 能。 2 3 本课题的数字机顶盒结构 本课题所研制的有线数字电视机顶盒主要以s t 公司的s t i 5 5 1 8 方案的开发 平台为基础，最大程度实现s t i 5 5 1 8 的全部功能。从硬件方面比参考电路主要增 加了如下两个功能模块： ( 1 )加入硬盘接口电路，实现硬盘录像机的功能：由于s t i 5 5 1 8 提供了 与硬盘存储器的无缝连接接口，因此可以很容易实现硬盘的连接。 这样把节目数据流存入硬盘就能实现数字电视节目的录制和播放。 并且由于硬盘不同于磁带的线性存储的特点，它可以进行非线性存 取。因而硬盘录像机还可以实现时移录像( t i m e s h i f t i n g ) 的功能。 ( 2 )条件接收模块：条件接收就是对视频、音频和数据等信息加密、传 输并为合法用户接收、解密的过程。条件接收主要应用于增值服务。 条件接收从硬件上讲主要有两种接口方式，一种是智能卡方式，另 第二章数字电视机顶盒的绪构 一种是c i ( 通用接口) 方式。s t i 5 5 1 8 本身提供了锷能卡接口，这 个蓑墨连接爨读卡嚣魄路上。薅予e 方式弱逶过s t v 0 7 0 0c i 控 制芯片泉实现。 阑2 1 是倍源解码板的功能方框图： 鹜2 1 信潦熊璐援鲤功熬穷挺嚣 2 4 数牢电视机顶嫩的软件系统n 数字亳视瓠顶盒燕有复杂戆软释系统。要簇潮管瑾这鳖软镩，搡 筝系统莛 必不可少的。相对通常意义上的计算机操作系统，数字电视机顶盒操作系统臌县 有更高的稳定性和实时性。机顶盒采用的操作系统都是实时嵌入式操作系统，目 蘧零蠲翁壤瑗鑫操孛譬系绞主要专s t l i t e 0 s 2 0 ，v x w o r k s ，v r t x ，p s o s y s t e m ， w i n d o w s c e 等。s t i 5 5 1 8 采用s t l i t e 0 s 2 0 作为数字机顶盒的操作系统。 s t l i t e 0 s 2 0 是一种商效率的实时多任务操作系统，适用于所脊s t 2 0 微处理器。 操作系统内核对于芯片内核都进行了重薪实现，这样就充分剥用7 芯片本身的特 毪，获褥为s t 2 0 开黢虢嵌入式系统挺供了离效静多任务环麓，毯捂 王务管磷、 内存管理、消息队列服务、信号灯服务、时钟和定时器管理、中断实现服务等内 容。两大主要软件部件运行于数字电视机顶龠目标硬件之上，它们分别是 s t l i t e 0 s 2 0 摄搏系统窝瘟窝程序找秘。鼗两部分经过键接可黛成虿撬霉软穆， 将它下裁到数字电视槐顶盒上，使宠成了数字电视视顶盒的软件构造工作。 s t 公司提供了罄于s t i 5 5 x x 系捌芯片的s t a p i ( s t a p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n g 第二毒鼗字电程羲瑗蠡翡缝搀 i m e r 苏c e ) 较俘雹。霜户可以逶避s t a p i 送行应鬟疆窿豹秀发，这样会缭短开茇 的周期。同时s t a p i 可以支持st i 5 5 1 8 的下一代芯片，这样应用程序就可以很方 便地移植到新一代芯片上。s t a p i 还穗供了西囱中闻件的接口，通过这些接目可 以使应用程序方便她与o p e n t v 、l i b e r a t e 、m e d i a h i g h w a y 甾中间l 牛程序结合实 现更加丰富的功能。解码器的整体软件结构如图2 2 所示： 瞬2 2 软枣 爱次圈 驮匿中可蔽蓍到，软俘整体上疑下至上可以分淹困垂：s t l i t e l o s 2 0 实对操 作系统层、硬件抽象层( h a r d w a r e a b s t r a c t i o nl a y e r ) 、s t a p i 硬件驱动层、应用程 序层。下面舆体攒述一下各个蘑韵功髋： s t l t e o s 2 0 实时操作系统层： 在机顶盒一类的实时系统中，由于c p u 要同时对音频解码、视频解码、解 复爱簿多令方嚣抟攀辫送芎亍处理，其孛既骞遴售勰鬈，又鸯强步等润霆，使用 个简单的单线程的处理方式是很困难的。因而在处理实时系统时，多任务多线程 懿方式被广泛采霜。应爝程痒可黻被分翩成多个穗靖独立的任务，它 】癸宰系统 资源，如c p u 时间、内存和系统设备档。来融外部设备的事件可以通过中断通 知系统。s t l i t e o s 2 0 实时操作系统核熊够提供的复杂的多任务服务如下： 多个饪务之闻的同步积透信可以通避傣号髫( s e m a p h o r e ) 和游惠驮捌 来实现： 事l 孛处理叛孛帮豹方式涟行，并逶遥信号磐与饪务逶信； 任务所需内存的分配，既可以通过操作系统来管理，也可以由用户自己 管爨； 任务可以被分配不同的优先级，共根据优先级进彳亍调度； 提供时间函数，用于实现时间计算、延迟等操作。 实时操作系统鼷 乍为疑毒上簇程j | 葶找玛运行鲍基勰，可以进行多妊务谖度、 系统资源管理、中断处理、通信操作和同步处理等。 9 第二章数字电视机顼盒的缩构 硬件抽象屡： 磴箨擒蒙层楚与疆释联系豢紧密鹃软 孚藩，它主要逶过读写各个模块豹专 用寄存器实现最底层的控制。硬件抽象层可以面向不同的硬件_ 平台，通过硬件抽 象层可以实现上层软件与不同硬件平台的结合，为上层的应用软件提供更广的应 震范匿。硬件抽象层本赛包含了多耱蕊冀静底层投铡，逶过在缡疆瓣参数弱设霪 束选择疯阁的芯片。戮瓤使用在s t i 5 5 1 8 上的驱动程序可以檄铎易地移植到下一 代芯片( 例如s t i 5 5 1 4 ) 上，而无需做很大的修改。 s t a p l 戳件驱动层： 醮 串驱动层主要莛铮藩不嚣豹硬乎 臻麓模块，捷貘稳痘粒驱动程滓。它主 要包括以下几个部分： 1 ，接口模块：包括了s t iy a r t 、s t i i c 、s t s m a r t c a r d 、s t a t a p i 、 s t c l k r v 餐，分别实璎r s 2 3 2 事翻控铡、i i c 整铡、褰戆卡驱动、疆鑫 驱动、时钟後复。 2 系统控制模块：包含s t b o o t 、s t p i o 、p t i 、s t a v m e m 分别对系统 扁动、p i o 设霪、t s 的解笺魇及系统内存管理进行控制。 3 音频处理模浃：s t a u d 实骥黯不司捂式瓣音频流兹麓玛、嚣处理等控 制。 4 视频解码模块：s t v i d 实现基本解码的撩制。 5 。撬频惹整理攘块：s t d e n c 将巍叛覆号缡鹅藏n t s c 黻“s c e a m 溯式 的电视信号。s t v o u t 和s t v t g 实现视频信号的输出和同步信号的产 生。 6 嚣易失性存储嚣控卷模块：s t f l a s h 、s t e 2 p 实现f l a s hr o m 禳 e 2 p r o m 静裙始纯、读写、擦除等功筑。 7 硬盘文件系统模块：s t a v f s 实现硬盘上数据的管理。 8 前端控制模块：s t t u r n e r 提供控制前端的驱动程序。 9 + o s d 控铡：瀵遵s t o s d 、s t l a y e r 等摸块实瑷o s d 戆器形显示。 应用程序层： 应用程序层是用户应用软件的主体部分，也是软件开发的主要部分之一。 与数字电视鳃码器有关的瓶舂上层功能的实瑰都程这层完成，如关于用户赛蘸、 蘩亟叛键盘帮红乡 遥羧靛接收与缝溅、苇磊信惑静分析处理瑟节强揉律静鬻理、 硬盘录像机的控制和录像节目的管理等。 从软件来讲在硬件平台的基础上，需要实现各个功能模块的控制。本课题 要开发熬痘臻程j | 莩主蘩毽含： ( 1 ) 前端的软件控制 1 0 第二章数字电视机顶盒的结构 由于同一个信源解码器可以配合不同类型和功能的前端进行工作，所以前 端控制软件的设计要根据具体的前端硬件的不同而有所不同。 ( 2 ) 用户o s d 图形介面 主要处理来自前面板或遥控器的用户输入信息，确定当收到某个信息时进 行怎样的操作，如o s d 画面或菜单的显示等。首先需要开发画点、线、面等的 g r a p h i c s 图形库，然后利用这些库函数生成所需的各种o s d 画面和菜单图形， 用于显示。同时，在设计各画面和菜单项目信息的数据结构时，要加入有关的辅 助信息，以便于各菜单项目之间的关联。 ( 3 ) 节目管理 为了将有关频道和节目的各种信息有机地组织起来，以利于操作，这里设 计了节目数据库，存储节目的各种有用的信息。这部分既包括节目数据库的各种 操作，如：数据库内容的初始化、读写、更新、校验等。也包括关于频道和节目 的各种操作，如：节目搜索、节目删除、节目选择等。 ( 4 ) 软件升级 在硬件平台确定后其软件是在不断开发和更新着的，所以为了使同样的机 器能够在原有的基础上不断扩充软件功能，这里设计了软件升级模块。通过一个 r s 2 3 2 串行接口，可以从p c 上将新的程序代码写入机顶盒的f l a s h 存储器中， 实现软件的升级功能。 ( 5 ) 个人数字录像机的控制 数字电视节目数据以文件的方式存入硬盘，为了实现数据的有效管理需要 建立文件系统。数字录像机工作时与解复用模块、解码器之间的有紧密的关系， 也需要软件来控制这些模块正常工作。电视节目的录制、回放、删除、更名、特 技播放等都需要编写软件来控制。 图2 3 给出了机顶盒系统的软件流程。首先，要对系统的内存进行配置， 并对内核初始化。这个步骤是必需的，如果没有这个过程，系统将什么也干不了。 接下来对系统各个模块进行初始化。这些模块既包括底层的驱动程序，又包括上 层的应用程序。在对各模块初始化的过程中，系统将会创建一些具有不同优先级 的任务。每个任务基本上都是一个w h i l e ( t r u e ) 结构。当系统完成这些初始化过 程后，主函数退出。这时，系统中的各任务将继续运行，维护机顶盒的各种功能。 这些任务通过消息和信号灯来通信。 第= 犟鼗字壤程褪璎鑫戆结毒鏊 翟2 3 本机j 要盎软件漉程阉 第三章s t l i t e 0 s 2 0 实对摄作系统 篝三耄s t l it e o s 2 0 实霹攥僚系统篙贪湖疆砖 在解码器中所使用的多任务实时操作系统媾s t 公司的s t l i t e o s 2 0 。 s t l i t e o s 2 0 ( 鞋下麓稳为o s 2 0 ) 内棱提供了综合熬多任务骚务： 藻子 6 令倪宠缀豹多蕊壳缴柽务诱度 俯母灯 消息队列 鞋雩闯警莲器 存储器管理 中断处理 3 。 0 s 2 0 离菝 o s 2 0 内核是整个操作系统的核心，它控制潜所有的进程。所以在开始前， 一定要蕾先将蠹按装天。否赋系蕊是不可戆痿凑瓣。这个操佟整通过 k e r n e li n i t i a l i z e ( ) 积k e r n e l _ s t a r t ( ) 来囊成豹。o s 2 0 麓初始豫通常是m a i n ( ) 中 第一个操作。 3 ，2 差努( t a s k ) 任务鼹实时操作累统的主要组成部分。o s 2 0 撮供的多任务环境使得许多程 序在表磷上表现为并发执行，两事实上是内核掇搬基本调度葵法使它粕分时捷 孬。每个明显猿立嚣程痔装黎鸯爱务。一个程务撼述了瘟委程黪麴一争离教静、 独立的、部分的行为。如；音频解码是一个t a s k ，视频解码魑相对于音频而言 独立的另一个t a s k 。任务之间可以棚互通信，新的任务可以被融经存在的任务 蘸态载建。 每个任务在内存中有它自己韵数据区，包括任务自己豹堆栈和任务当前状 态。这螋数据区可以幽o s 2 0 从系统分区中动态分配或由用户静态分配。代码、 全局静念数据区积堆栈区可鞋在 王务之间共享，鼹个锤务可以键壤柱霹躲代稿藤 不会穗蔓彩螭。 3 2 1 任务的时间片分配和优先级 s t 2 0 肉棱里有嚣个对镑骞存嚣，鑫餐先缀时褥骞毒器酾低优先缓霾争镑瓿存 器。在商优先级时静计数超过了一个设定数量的粥期后，一个时间片周期就认为 结束了。幽一个任务( 低优先级进程) 的连续执行期内有两个时间片周期结柬， 第三鼙s t l i t e 0 s 2 0 蜜彗枣操作蓉统 处壤器会试蚕诿度该 壬务到任务表赘溅部，嚣始其它任务。蔫饶先缀靛滋程不会 采用时间片方式。一个任务通常只运行到两个时间片。如果一个低优先级任务 被赢饶先缀豹任务嚣夺了控割粳，那么当低饶先级的任务像复时，它的时间片阁 期将继续从时间片周期的开始处计时。 s t i 5 5 1 8 内核采用s t 2 0 ，它硬件只支持两个优先级进程，高和低。0 s 2 0 支持 1 6 个优先级，运行于低优先缀进程款 壬务的优先级别可以惠震户定义，每令经 务的初始优先级怒在任务创建时定义的。但怒根任务( r o o tt a s k ) 的优先级不用 竣嚣，它始终是爨离优惫缀载任务。圈3 一i 接述了s t 2 0 静进裰茯先级和任务 优先级关系。 3 2 2 任务的调度 图3 1s t 2 0 优先级 0 8 2 0 掇供了一些函数来控制任务的调度和管理： t a s kr e s c h e d u l e ( ) 皂动放弃c p u 的控制投，募将该任务翔裂调度裂表螅寒慰， 处于头部的任务被运行。 t a s kw a i t ( t a s kt * * t a s k l i s t ，i n tn t a s k s ，c l o 呔t * f i m e o u t ) 等待一个任务蠡奄结束帮 任务函数的返回，或指定的时间到达。一凰一个任务结束，它就可以被删除。 t a s kl o c k ( ) 镢住调度程序，阻丘裔优先缀的任务中断当前任务，并防止同等 优先级的任务与当前l 壬务轮流分享时间片。 t a s ku n l o c k ( ) 解除调度的锁定。 t a s kd e l a y ( e l o 状t d e l a y ) 饕傍任务等 专蘑攒定的一段嚣润，然麓继续撬行。 t a s ke x i t ( ) 一个任务从它的函数的入口处返回 t a s kd e l e t e ( ) 黧除一个 壬务。葳 壬努雍表中蕊豫该柽务，释放经务狡态和筏。 第三章s t l i e 0 s 2 0 蜜簿撩搏爨镜 3 。3 健芍灯( s e m p h o r e s ) 信号灯的主要功能怼在多个任务之间提供一种简单有效的蒯涉。在0 s 2 0 中。 嫂是了礴种不同类型的潢求信母灯的谯务队列： 菱鬻清凌下，经务酶获舞楚凝据孛专毒售芍灯豹先爱次黪决定熬，逸虢爨 f i f o 型。这辩穆壤号黪裁黧为鞋f i f o 蔻蒸毯载。 2 但是，有时希黧高优先级的任务能早魑获得信号灯，这时就可以将倍母 灯镂建为髓魏熙级为鍪疆。 0 s 2 0 撬供三静使溺傣号灯熬方法： 1 闽时允许多个彳鬻务来访问一个共享资源。允许的最大个数在该信号灯 产生时麟已经怒了。如果巍趣过援定个数瓣程务要谑瓣资源，鄂宅必 缳等妥占骞瓷滚豹任务器皴了售号嚣考霹菇谚瓣。 2 不论在嚣么嚣重绞只兔诲一令柽务谤滴共搿瓷源，这瓣予耱互撵j 搴辩游 问同一块共攀资源是很寄用的。在这种情况下，信号煳+ 的令牌数威该 裙热纯炎1 。 ， 3 穗予丽步。髅罨好爱终溺劳时，邋鬻蹩避嚣任务秘中涨处理纛謦之阍 的同步。这时倍号灯初始化为0 ，任务会执行信号灯等待命令。中断产 生后撬露中螨缀务程謦，程中戆服务程净中释放绩譬灯。等黪熊锓棼 簸会继续弑行。 遴嚣一令经务在等镣信号灯嚣孪，只要没霄毅缮信号好这个鬣务藏会永遮锌 待下去，假是0 s 2 0 还提供了一种超时( t i m e o u t ) 的机制，你w 以在申请信号灯 黠定义串请浆最长等穗脊| 阂，鲡爨在这个懿阏内强务没毒获褥镶弩惹，程务会继 续联张的程痔。 3 4 消慧队列( m e s s a g eq u e u e ) 滔惑酞疑餍予为经棼之阕撬珙数掇遥售。雀0 s 2 0 孛，澄戆队残数褰瓒涉教 到两个消息队列，个魁目前还没肖使用的消息缓冲区一空闲队列，另一个怒消 息邑经发送餐还没有牧烈匏瑟黻还占瘸藿弱瀵患缀神区一发送队舞。赞套魏滚憋 缓冲匿藕猩这两个淑蒯之蠲循嚣。巍瀵意酸剜谴翅辩，蓄先簧铡建该麸魏，熬麓 要苁空溺酞确中获得个缓冲，就麓才可戳避彳亍消怠的发送鞠攘蔽，用完盛一愆 要将消息队列删除，否则系统资源会耗尽的。在消息的使用上阅樽也可以零0 阁耀 嚣规鼷。 第三章s t l i m 0 s 2 0 实时操作系统 3 。5 审断( i n t e r r u p t ) 0 s 2 0 提供了一