DVB-S機頂盒中自維護引導(dǎo)裝載系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王 薇，張春麗

（四川財經(jīng)職業(yè)學(xué)院 四川 成都 610101）

隨著國家數(shù)字電視工程的推廣與普及，數(shù)字電視機頂盒已成為其發(fā)展過程中必要的組成設(shè)備。為了提高機頂盒的性能，方便快捷地更新機頂盒的功能，在用戶使用過程中需要對機頂盒的軟件進行定期有計劃的升級?，F(xiàn)階段在數(shù)字電視機頂盒的設(shè)計中，Bootloader作為引導(dǎo)加載程序一般用于引導(dǎo)和啟動機頂盒，其功能比較單一，機頂盒在使用過程中的軟件維護與升級工作必須由專業(yè)人員來完成，這種設(shè)計方法給產(chǎn)品的后期維護帶來一定的不便。本文在基于衛(wèi)星的數(shù)字視頻廣播的DVB-S電視機頂盒產(chǎn)品開發(fā)過程中，針對一般Bootloader功能上的不足，提出一種方案對Bootloader功能進行了改進。新的Bootloader能自動對DVB-S電視機頂盒中的軟件進行維護和升級，從而提高系統(tǒng)的自維護性[1]。（4 M×8 bits）；NOR Flash 采用臺灣旺宏公司的 MX29LV160，其容量為2 MB，主要存儲系統(tǒng)的軟件部分（包括BootLoader、嵌入式Linux操作系統(tǒng)，根文件系統(tǒng)及應(yīng)用軟件）；各種接口主要有IrDA控制接口 （接收紅外鍵盤的遙控）、LED控制接口（輸出系統(tǒng)的基本狀態(tài)信息）、I2C控制接口（通過I2C讀寫24C01的E2PROM，并存放系統(tǒng)的某些配置參數(shù)，如音量，節(jié)目流的左右聲道等）、RS232串行口，及各種音視頻接口（SVideo，CVBS，VGA）等，其中 IrDA 控制接口、LED 控制接口及I2C控制接口的通信由6502微控制器進行輸入輸出處理[2]。整個系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示。

1 DVB-S機頂盒中自維護Bootloader的設(shè)計

1.1 DVB-S機頂盒的硬件結(jié)構(gòu)

該DVB-S電視機頂盒中，采用的CPU是臺灣凌陽公司生產(chǎn)的16/32位RISC微控制器SPHE1000，內(nèi)含一個MIPS架構(gòu)的RISC處理器核，最高主頻可達108 MHz，該芯片還集成有DSP處理器，主要用于衛(wèi)星電視的音視頻解碼等；此外，系統(tǒng)還集成有SAMSUNG公司的數(shù)字衛(wèi)星高頻頭（DVB-S Tuner），其主要任務(wù)是從衛(wèi)星信號中調(diào)制出TS流（Tranmit Stream，傳輸碼流），其中包括有電視節(jié)目流和廣播節(jié)目流；系統(tǒng)所用的SDRAM采用Samsung公司的4 MB的K4S561632D

圖1 DVB-S電視機頂盒的硬件組成框圖Fig.1 DVB-S TV set-top box hardware block diagram

1.2 自維護引導(dǎo)裝載系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)

自維護引導(dǎo)裝載系統(tǒng)是在一般引導(dǎo)裝載系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加了系統(tǒng)升級功能，系統(tǒng)在運行之中能夠根據(jù)實際情況，對Flash現(xiàn)有的軟件進行維護和更新。其軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 自維護Bootloader的軟件體系結(jié)構(gòu)Fig.2 Software architecture of the self-maintenance bootloader

在該Bootloader中，引導(dǎo)程序和裝載程序與一般的Bootloader作用一樣，其實現(xiàn)的功能是將系統(tǒng)硬件引導(dǎo)起來，并將內(nèi)核及應(yīng)用程序裝載入RAM后，啟動內(nèi)核[3]。

1.3 DVB-S機頂盒自維護引導(dǎo)裝載系統(tǒng)的實現(xiàn)

微控制器SPHE1000基于MIPS體系結(jié)構(gòu)的CPU，其內(nèi)存向量表是設(shè)置中很重要的一部分。在MIPS CPU中，有兩部分的地址是系統(tǒng)所固定的。一部分是系統(tǒng)內(nèi)存映射表，另一部分是系統(tǒng)異常發(fā)生后（包括中斷）的地址入口點，其地址分配別如表1和表2所示。

表1 系統(tǒng)固定使用的地址表Tab.1 Fixed address table of the system

表2 系統(tǒng)異常地址入口點Tab.2 System exception entry point address

系統(tǒng)的程序入口點為ROM cached地址，CPU運行點為Boot UP地址。系統(tǒng)的一般異?；蛑袛喟l(fā)生時的入口點為General Exception。

在DVB-S機頂盒系統(tǒng)中，CPU加電后，將會由0xBFC00000地址跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)異常處理向量表的第一項 （reset）處執(zhí)行CPU指令，該地址也是系統(tǒng)ROM/Flash的虛擬地址。其初始化過程中涉及幾個主要文件，依次為：init0.s--＞crt0.s--＞main.c--＞upgradeflash.c。 加 電 后 ，SEPH1000 首 先 執(zhí) 行0xBFC00000處的中斷向量表起始處的跳轉(zhuǎn)命令b__romstart，跳到了init0.s和crt0.s中，完成了系統(tǒng)的大部分初始化工作，如設(shè)置寄存器、SDRAM、Flash等。在完成以上基本硬件初始化后，系統(tǒng)將會進入Bootloader升級程序[4]。

Bootloader升級程序主要完成的功能是通過Bootloader程序?qū)Υ娣旁贔lash中的軟件 （Flash中的軟件一般由bootloader、嵌入式linux內(nèi)核、根文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序組成，本文中Flash軟件是指除bootloader以外的其它幾部分）進行升級。Bootloader在引導(dǎo)程序執(zhí)行完成后，可以通過條件判斷程序，如Flash中軟件CRC校驗是否有錯、Bootloader是否能夠成功啟動系統(tǒng)、Flash中軟件版本是否太低等，使程序進入升級過程[5]。其升級流程如圖3所示。

圖3 自維護Bootloader系統(tǒng)的升級流程圖Fig.3 Flow chart self-maintenance bootloader upgrade the system

2 自維護引導(dǎo)裝載系統(tǒng)的特點

該DVB-S機頂盒中使用自維護Bootloader相對一般的Bootloader系統(tǒng)具有以下一些特點：

1）采用自維護Bootloader的嵌入式系統(tǒng)，能夠在使用過程中自動維護數(shù)據(jù)的完整性。

嵌入式系統(tǒng)在運行過程中，因其軟件部分存放在ROM/Flash等不揮發(fā)介質(zhì)，數(shù)據(jù)相對比較穩(wěn)定，但當(dāng)嵌入式系統(tǒng)使用時間過長或長期運行于惡劣環(huán)境時，其軟件部分可能會出現(xiàn)一些錯誤，這時，系統(tǒng)的運行將會導(dǎo)致不可預(yù)料的失敗。自維護Bootloader可以通過對Flash中軟件的CRC校驗來檢查數(shù)據(jù)的完整性，或通過引入硬件watchdog機制來記錄Bootloader的上次執(zhí)行情況，并自動維護有錯誤的Flash軟件。

2）采用自維護Bootloader的嵌入式系統(tǒng)，能夠根據(jù)系統(tǒng)的版本號自動更新系統(tǒng)的軟件，從而使嵌入式系統(tǒng)的升級維護變得更加容易和方便。自維護Bootloader會定期地檢查系統(tǒng)的軟件版本，比較軟件的版本號來決定是否更新Flash中的軟件[6]。

當(dāng)然，以上兩點都必須有外部數(shù)據(jù)的支撐，這需要根據(jù)實際硬件情況，從USB設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)或硬盤中獲取到用于升級的外部數(shù)據(jù)。在數(shù)字電視機頂盒中，自維護Bootloader能夠從Tuner接收到的TS流中獲取到相應(yīng)的軟件內(nèi)容，并對Flash的軟件升級或更新，從而提高系統(tǒng)的自維護能力。下面將會具體分析這種自維護Bootloader在DVB-S電視機頂盒中的應(yīng)用。

3 結(jié)束語

通過在DVB-S電視機頂盒中設(shè)計一種自維護的嵌入式Bootloader系統(tǒng)，保證了機頂盒flash中數(shù)據(jù)的完整性，從而使機頂盒在運行過程中具有較強的健壯性，同時這種方案也大大地提高了機頂盒軟件的自動維護和恢復(fù)功能。當(dāng)然，這種設(shè)計方案是延長了機頂盒的啟動時間的，但經(jīng)實驗測試其啟動時間大約延長1 s，對于DVB-S電視機頂盒來說，這種設(shè)計導(dǎo)致的延遲是可以容忍的。

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