基于ZR39235的單芯片降成本有線機(jī)頂盒方案

陳皚峰，向 麗，榮 瑋，莫 輝

（康佳集團(tuán)，廣東 深圳 518053）

1 引言

數(shù)字電視逐步替代模擬電視是一次新的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。中國(guó)擁有巨大的數(shù)字電視潛在消費(fèi)市場(chǎng)，確立中國(guó)自己的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來發(fā)展擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字電視事業(yè)，不僅可以滿足廣大人民群眾日益增長(zhǎng)的物質(zhì)、文化需求，還可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，擺脫在DVD、數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域受國(guó)外專利困擾的尷尬局面。

由于目前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各廠家紛紛壓縮成本，以價(jià)格優(yōu)勢(shì)來取得市場(chǎng)。在這種情況下，集團(tuán)公司急需開發(fā)一款性價(jià)比高、運(yùn)行穩(wěn)定、操作方便的經(jīng)濟(jì)型有線機(jī)頂盒，因此，本方案應(yīng)運(yùn)而生。本方案基于卓然公司ZR39235[1]芯片的主流方案功能實(shí)現(xiàn)，基于此單芯片搭配凌訊公司的LGS-8913[2]解調(diào)即可實(shí)現(xiàn)完整的標(biāo)清有線機(jī)頂盒方案，進(jìn)而成為一款高性價(jià)比、低成本、標(biāo)清產(chǎn)品線的主打產(chǎn)品。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 芯片介紹

ZR39235[1]是高性能集成芯片，功能較強(qiáng)大，具備以下優(yōu)勢(shì)：1）處理速度快，CPU主頻300 MHz，32位處理器，遠(yuǎn)高于現(xiàn)行的芯片主頻，支持硬件浮點(diǎn)運(yùn)算；2）綠色設(shè)計(jì)，通過先進(jìn)的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)，使芯片在體積與功耗上下降，可通過Zoran芯片本身實(shí)現(xiàn)低功耗待機(jī)；3）集成度高，集成Demodulator，DDR Memory，SPI Flash Memory支持等，可在很大程度上滿足用戶對(duì)機(jī)頂盒功能和性能的需求；4）擴(kuò)展能力強(qiáng)，支持2～4 Mbyte的串行Flash,與64 Mbyte的DDR內(nèi)存。帶USB接口，可擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)更多的多媒體功能。

2.2 方案介紹

2.2.1 整體方案

圖1為本方案硬件系統(tǒng)框圖。主電路采用ZR39235作為系統(tǒng)控制、解擾、解復(fù)用、MPEG-2解碼及視頻編碼、音頻D/A轉(zhuǎn)換等功能控制的主芯片，采用300 MI/s（兆指令/秒）的32位高集成度單芯片，信道部分為芯片內(nèi)部負(fù)責(zé)解調(diào)，配合各種外圍電路，電源電路配有讀卡器，構(gòu)成滿足國(guó)標(biāo)要求的接收DVB-C標(biāo)準(zhǔn)的CA機(jī)。

在電路接口方面，接口兼容SDC251系列機(jī)頂盒的主板、控制板、卡板的接口標(biāo)準(zhǔn)，以便今后能使多機(jī)型共用相同的新主板、控制板、卡板和電源板。

用高效率開關(guān)電源供電，CPU支持低功耗模式，支持1 W以下低功耗待機(jī)。

2.2.2 工作原理

ZR39235采用最新的128LQFP封裝，內(nèi)置300 MHz，390 MI/s的32位RISC CPU和DMA控制器以及統(tǒng)一的OSG存儲(chǔ)器和A/V存儲(chǔ)器，集成多標(biāo)準(zhǔn)的編碼器以及可獨(dú)立編程的視音頻DAC。

由高頻頭電路輸出的中頻信號(hào)，通過解調(diào)芯片LGS-8913完成QAM解調(diào)及FEC前向糾錯(cuò)，以并行或串行方式送出TS流。

ZR39235接收來自信道解碼器FE的TS流后，送到內(nèi)部的TSD模塊中，由其對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解復(fù)用，形成音頻和視頻PES分組數(shù)據(jù)，通過A/V接口輸出給PDU MPEG-2解碼器進(jìn)行解碼。PDU將PES分組進(jìn)行解碼，輸出數(shù)字音頻和數(shù)字視頻各一組。一組數(shù)字視頻信號(hào)送到視頻解碼器中，被轉(zhuǎn)換成全電視信號(hào)（CVBS）或S端子信號(hào)（Y/C），經(jīng)過外部低通濾波后，便可直接送到電視機(jī)中。數(shù)字音頻信號(hào)送到音頻DAC中，轉(zhuǎn)換成立體聲模擬信號(hào)，經(jīng)外部低通濾波后輸出。

2.2.3 關(guān)鍵技術(shù)分析及實(shí)現(xiàn)途徑

關(guān)鍵技術(shù)一：低門限值的實(shí)現(xiàn)。無線接收環(huán)境存在各種各樣的干擾（用門限值指標(biāo)無法控制），降低門限值方面，主要從PCB排版優(yōu)化設(shè)計(jì)入手，保證鎖定信號(hào)以后，傳輸鏈路上干擾最小。優(yōu)化電源設(shè)計(jì)也可以提高接收性能。對(duì)其他抗干擾的控制，需要模擬現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)整。

關(guān)鍵技術(shù)二：輸出視頻指標(biāo)的保證。采用IC每通道0.5美元，分離元件每通道1.0元人民幣，但對(duì)元件參數(shù)要求嚴(yán)格。為節(jié)約成本，本方案采用分離元件方案，為提高音視頻性能，必須從更改電路、調(diào)整走線、調(diào)整電路參數(shù)等方面著手提高視頻和音頻性能。

關(guān)鍵技術(shù)三：主板PCB設(shè)計(jì)。全新設(shè)計(jì)主板，考慮到公司的品質(zhì)控制新要求，需要與結(jié)構(gòu)、PCB等設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)工作，共同協(xié)商方案。既要兼顧EMC特性、熱可靠性的一致性，又要考慮電路的可生產(chǎn)性，更要考慮美觀、成本等因素，設(shè)計(jì)出不采用特殊、貴重的EMC器件，并能保持樣機(jī)和量產(chǎn)機(jī)一致的新產(chǎn)品。電源將采用新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更低成本、更好性能。電源的EMC設(shè)計(jì)很重要，不但電源自身的紋波要小，抗外部干擾的能力強(qiáng)，還要盡量減少主電路的干擾。SDC251主板電路布局如圖2所示。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 整體方案

圖3為終端軟件的基本結(jié)構(gòu)圖，其具有如下特性：1）采用了同時(shí)具有穩(wěn)定性和擴(kuò)展性獨(dú)立的通用模塊結(jié)構(gòu)，充分應(yīng)用成熟的技術(shù)成果，使構(gòu)建的系統(tǒng)更安全可靠；2）采用層次化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，虛擬驅(qū)動(dòng)層采用類中間件技術(shù)，使上層應(yīng)用開發(fā)與底層驅(qū)動(dòng)分隔開來，各層間接口規(guī)范化，使軟件的定制化更快更安全；3）建立一個(gè)規(guī)范的界面開發(fā)接口，使在業(yè)務(wù)開發(fā)中更改最多的界面開發(fā)快速穩(wěn)定，大大降低了軟件的故障率，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量；4）集成了國(guó)內(nèi)主流CA系統(tǒng)，如Irdeto、NDS、同方、數(shù)碼視訊、算通、Conax和Viaccess等，數(shù)據(jù)廣播集成了茁壯、佳創(chuàng)、影立馳和天柏等。此數(shù)字電視終端軟件平臺(tái)的應(yīng)用，能快速和可靠地滿足運(yùn)營(yíng)商多變的、不斷擴(kuò)展的業(yè)務(wù)需求。

根據(jù)用戶需求，軟件總體功能包括：1）運(yùn)行狀態(tài)控制，包括運(yùn)行、待機(jī)、關(guān)機(jī)和待機(jī)管理等。2）服務(wù)搜索功能，分為自動(dòng)搜索、手動(dòng)搜索和全頻段搜索，同時(shí)對(duì)NIT表、SDT表、PAT表和PMT表等的變化都要實(shí)時(shí)監(jiān)控并且給出提示讓用戶重搜。3）預(yù)定管理功能，包括節(jié)目預(yù)定、預(yù)定定時(shí)器管理、預(yù)定定時(shí)器瀏覽或刪除。4）節(jié)目管理功能，包括節(jié)目的編輯（刪除、交換），以及節(jié)目屬性的設(shè)定（喜愛、加鎖）。5）密碼管理，對(duì)機(jī)頂盒的密碼進(jìn)行管理，包括密碼的修改、啟用和停用。6）聲道選擇，包括對(duì)節(jié)目播放的伴音通道的選擇。7）顯示屬性調(diào)整功能，對(duì)機(jī)頂盒選單的透明度進(jìn)行調(diào)整，以及對(duì)圖像的顯示亮度、對(duì)比度和色度進(jìn)行調(diào)整。8）節(jié)目播放功能，主要實(shí)現(xiàn)音視頻服務(wù)的播放和停止功能。9）EPG功能，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)EIT表的數(shù)據(jù)收集、分析及處理，具體搜索運(yùn)營(yíng)商指定頻點(diǎn)Actual EIT和Other EIT搜索所有節(jié)目的EPG。10）升級(jí)功能，自動(dòng)檢測(cè)到新軟件，然后啟動(dòng)引導(dǎo)程序進(jìn)行軟件升級(jí)。

3.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.2.1 軟件程序結(jié)構(gòu)

圖4為軟件程序結(jié)構(gòu)框圖。

最底層是Kernel，采用Nucleus實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。再上一層是Zoran API和HAL（Hardware Abstraction Layer），主要目的是封裝了操作系統(tǒng)，給上層提供應(yīng)用接口，并通過HAL封裝硬件，提供應(yīng)用接口給上層應(yīng)用。Middleware層進(jìn)一步把Zoran API和HAL層封裝，使上層的功能應(yīng)用程序與硬件平臺(tái)無關(guān)，使上層功能程序能夠移植到其他的硬件平臺(tái)。

功能層（Playctrl，DBSE，DEMUX 以及 Front End）實(shí)際為中間層（Middleware）的功能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)的是流程控制、數(shù)據(jù)的分析、TS流的解復(fù)用以及面板控制。

功能層上面是業(yè)務(wù)層，具體實(shí)現(xiàn)CA，EPG，NVoD和FTA等業(yè)務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)[3]。

最上層是用戶界面層，直接面對(duì)用戶的UI，包括實(shí)現(xiàn)友好的用戶選單及遙控界面。

3.2.2 設(shè)計(jì)流程

ZR39235主體軟件設(shè)計(jì)思路是采用模塊化思想，主要包括FTA模塊、UI模塊、業(yè)務(wù)模塊以及第三方集成模塊，對(duì)底層模塊進(jìn)行封裝，盡量減小與應(yīng)用層代碼的耦合度，以便后期移植和擴(kuò)展。而在這些模塊中，UI模塊在機(jī)頂盒的控制軟件中負(fù)責(zé)整個(gè)機(jī)頂盒的流程控制、用戶管理和節(jié)目導(dǎo)航系統(tǒng)的呈現(xiàn)等，其布局與組織直接決定了機(jī)頂盒操作的方便性、界面的友好性。圖5顯示了UI模塊的設(shè)計(jì)流程。

4 小結(jié)

數(shù)字電視機(jī)頂盒是模擬電視向數(shù)字電視過渡的最佳解決方案，是家庭必備的多媒體信息終端，可以享受電視、數(shù)據(jù)、語音等全方位的信息服務(wù)。但隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，機(jī)頂盒廠家利潤(rùn)空間愈來愈小，對(duì)低成本的追求便成了廠家的目標(biāo)。筆者提出的ZR39235單芯片設(shè)計(jì)方案，可以滿足用戶的個(gè)性化需求，同時(shí)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，值得推廣。

[1]Zoran.SupraTV@235/236[EB/OL].[2010-05-05].http：//www.zoran.com/IMG/pdf/SupraTV235.pdf.

[2]LS.LGS-8913 DMB-TH信道解調(diào)芯片[EB/OL].[2010-05-05].http：//www.legendsilicon.com.cn/?t=2&m=3&v=，8.

[3]GY/Z 203-2004，數(shù)字電視廣播電子節(jié)目指南規(guī)范[S].2004.