基于CY7C68013A和 LGS一8GL5的USB電視棒設計

1 USB電視棒系統(tǒng)設計
    圖1為USB電視棒系統(tǒng)整體框圖。虛線包含部分為電視棒主要數(shù)據(jù)流框圖，從外部接收的數(shù)字電視射頻信號經(jīng)過調(diào)諧、解調(diào)后，以MPEG2并行形式傳送給CY7C68013A芯片，再由芯片將其轉(zhuǎn)為USB數(shù)據(jù)包傳送給上位機。上位機的控制信息也經(jīng)由USB數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給CY7C68013A。該芯片將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)化為本地對各個外設(主要是調(diào)諧器和LGS一8GL5)的操作。除了正常的數(shù)據(jù)包，USB芯片還承擔轉(zhuǎn)發(fā)遙控器信息等其他擴展功能任務。系統(tǒng)主要功能模塊分為tuner(調(diào)諧器)、demoduldator(LGS-8GL5解調(diào)器)、USB transceiver(CY7C68013A)。USB芯片作為I2C master控制調(diào)諧器的調(diào)諧和解調(diào)器的工作。LGS一8GL5解調(diào)后的TS流通過MPEG2接口傳輸給USB芯片轉(zhuǎn)發(fā)給播放設備。電視棒設計工作主要包括處理TS流數(shù)據(jù)和控制各芯片進入對應的工作狀態(tài)。下面分別論述TS流處理和芯片的控制。

2 TS流處理
2．1 TS流硬件連接
    MPEG2視頻傳輸接口標準分為異步串行接口標準ASI和同步并行接口標準SPI。ASI連線少，適合長距離傳輸?shù)翘幚韽碗s，CY7C68013A在硬件上沒有提供接入異步串行標準的接口；SPI接口共有11位信號，分為8條數(shù)據(jù)線、1條時鐘線、1條同步信號線和1條數(shù)據(jù)有效指示信號線，連線多但是處理簡單。能否提供TS流硬件接口是在設計USB電視棒時選擇USB芯片的一個關鍵因素。CY7C68013A具備可編程的slave FIF0接口，工作方式依據(jù)設置可為主或從。SPI方式符合其FIF0工作的一種模式，圖2以LGS一8GL5并行SPI連接為例，給出了解調(diào)芯片和USB芯片之間的連接方式。

2．2 TS流數(shù)據(jù)處理
    數(shù)據(jù)達到CY7C68013A后，可選是否需要USB芯片干預接收的數(shù)據(jù)或由USB自動提交數(shù)據(jù)到主機。前者的優(yōu)點為可以通過USB芯片過濾部分錯誤和冗余數(shù)據(jù)包，或進行節(jié)目過濾以減小主機的負載，但是由于受USB芯片內(nèi)部8051處理器性能的影響，對碼流有一定限制；后者采用直通形式，能夠有效發(fā)揮USB芯片的全速功能，但對主機端軟件要求較多。由于TS流數(shù)據(jù)為持續(xù)的數(shù)據(jù)流而且對數(shù)據(jù)錯誤不敏感，由主機來對原始數(shù)據(jù)流處理具備較高的靈活性，在速度上也能適應更寬的要求。實際過程中設置CY7C68013A使其對slave FIF0中的數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)發(fā)。

3 控制信息的傳遞
    控制信息包括通過I2C接口的對解調(diào)器和調(diào)諧器的控制命令、狀態(tài)信息，以及從USB芯片接收的紅外遙控命令。控制模式可采用兩種方式：直接將各種控制打包成USB信息發(fā)送給主機，USB芯片僅保證基本數(shù)據(jù)通信的正確性，不對數(shù)據(jù)內(nèi)容和返回信息做處理；另外一種方式為將對電視芯片的控制命令進行封裝，重新定義和主機的通信命令，兩種通信的數(shù)據(jù)流模型分別如圖3(a)和3(b)所示。圖3(a)中，主機對具體的控制命令不可見，其發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)都是和USB固件約定的調(diào)用封裝，數(shù)據(jù)的傳輸過程為：應用→庫(將命令轉(zhuǎn)換為USB包／USB解析出命令執(zhí)行結(jié)果)→USB總線→CY7C68013A→USB固件(將命令轉(zhuǎn)換為實際設備操作命令／將執(zhí)行結(jié)果轉(zhuǎn)換為和應用約定的返回值)→設備操作／應答。傳輸過程中實際的命令由CY7C68013A來完成。這種模式將對電視棒外圍設備的操作都封裝到USB固件中，簡化了主機端驅(qū)動的操作。圖3(b)對模塊的控制和傳輸數(shù)據(jù)是透明的，實際通信內(nèi)容的解析完全由主機的驅(qū)動完成，其數(shù)據(jù)傳輸過程為：應用→庫→對虛擬設備的操作命令→對設備的操作轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)包/USB數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為操作結(jié)果→USB總線→固件→固件執(zhí)行I2C基本操作或紅外操作→設備執(zhí)行操作命令。該模式將設備的操作直接交給應用庫完成，簡化固件編程要求。

4 USB固件設計要求
    USB固件設計考慮代碼容量絕不能超過CY7C68013A代碼空間的限制。雖然CY7C68013A的128腳封裝可以擴展代碼和數(shù)據(jù)空間，基于成本考慮，要求代碼和數(shù)據(jù)不超過USB芯片內(nèi)部SRAM的容量限制，這也是制約固件功能不能太復雜的一個關鍵因素。CY7C68013A支持從EEPROM或主機加載固件兩種模式。直接將固件燒入EEPROM，對固件的升級相對比較繁瑣，適合固件比較穩(wěn)定的情況。采用動態(tài)加載固件的方法，能夠方便地升級固件，是一種推薦的方法。USB固件的主要功能如下：初始化USB芯片狀態(tài)，包括CPU時鐘的設置、USB端點(EP)的設置以及針對實際物理連接的slave FIFO的設置；接收主機的I2C命令，轉(zhuǎn)化為本地設備的操作；接收紅外信息傳送給主機。
    TS流的傳輸因為設置為自動傳輸，發(fā)送過程中USB芯片中CPU不干預，故在流程圖不可見。對遙控器的紅外接收數(shù)據(jù)和I2C設備執(zhí)行結(jié)果統(tǒng)一通過EPlIN采用中斷模式上傳給主機。

5 上位機控制要求
    上位機對數(shù)字電視的應用針對不同操作系統(tǒng)已經(jīng)定義出不同的架構(gòu)。在常見的微軟Windows平臺上有TVand Broadcast Driver Architecture(簡稱BDA架構(gòu))。有關BDA詳細信息請參考微軟官方網(wǎng)站http：／／www．mi—crosoft．com／whdc／archive／broadcast．mspx；在Linux平臺上有Linux Digital Video Broadcast(DVB) subsystem，其維護網(wǎng)站為http：／／linuxtv．org／。兩種架構(gòu)都對上層應用屏蔽了具體設備的細節(jié)，實現(xiàn)這種屏蔽需要編寫相應的驅(qū)動完成從系統(tǒng)調(diào)用到自定義操作的轉(zhuǎn)換過程。虛擬設備的操作直接暴露給操作系統(tǒng)以增強靈活性，而實際的操作轉(zhuǎn)換為基本的I2C操作或紅外操作，并經(jīng)過USB進行包裝發(fā)送給底層固件，固件剝離出原始數(shù)據(jù)后對模塊執(zhí)行實際的I2C操作或返回紅外設備數(shù)據(jù)。針對不同操作系統(tǒng)，各自驅(qū)動的編寫分別為：在Linux上主要為注冊dvb_USB_devlceproperties結(jié)構(gòu)中相關的方法；在BDA架構(gòu)上主要為填充Bda—sup．1ib中要求的屬性方法集。對主機的要求主要集中在兩個方面：具備能夠流暢解碼當前數(shù)字電視壓縮的音視頻的能力；操作系統(tǒng)最好支持多線程，以方便解碼和播放同步操作。