概述

電視發展到今天已經進入數字化的時代了，數字電視系統取代模擬電視系統的一大優勢在于實現了信息的數字化。電視節目信息實現數字化，所有的信息可以在數字世界里傳播、轉換、存儲和處理，從而使得廣播電視網能夠和計算機網絡相連接，大大提高了信息處理的能力。

TCP/IP是Internet網絡上傳輸數據 所必需的協議，這種網絡通信模式在PC機之間的實現已經完善， 但是由于體積、價格等因素限制了應用的范圍。因此，基于TCP/IP 協議與Ethernet的嵌入式系統網絡通信設計成為目前一個熱門的話題。 本 系統實現了在以TI公司的TMS320DM643為核心的嵌入式系統 中對數字電視傳輸流信號進行采集與在Ethernet中傳輸。利用本系統可輕松的實現在局域網中對數字電視傳輸流信號的傳輸、調度。數字電視傳輸流信號源是針對歐洲數字有線廣播系統標準（DVB-C）的數字有線電視信號。網 絡接入硬件是在以TI公司的TMS320DM643為核心的嵌入式系統中實現，網絡接入軟件采用了TI公司的針對C6000系列DSP推出的TCP/IP NDK（Network Developer‘s Kit）網絡開發包來實現。

系統的電路設計

電路部分主要由五部分組成。數字電視傳輸流網絡采集系統框圖如圖1所示。

主要功能是通過傳輸流接口模塊采集數字電視信號進入PLD（CYCLONE EP1C6Q240C8）芯片，進行必要的處理后，將信號發送到DSP（TMS320DM643）芯片儲存起來并進行算法處理。通過TMS320DM643芯片對BCM5221芯片進行必要的配置，將儲存在MS320DM643芯片內的數據通過BCM5221芯片傳送到局域網中，并通過計算機接收數據。

傳輸流（TS）接口模塊

傳輸流接口模塊由CY7B933輸入接口芯片及其電器接口電路組成。CY7B933輸入接口電路是點對點的傳輸模塊，可以通過光纖、同軸電纜和雙絞線進行高速的串行數據傳輸。輸入接口符合DVB-ASI的接口標準。輸入接口接收到串行位流后，通過內部PLL時鐘同步恢復數據的時鐘信息，并對位流進行串并轉換、解碼和傳輸檢錯等操作。這種輸入接口能靈活的實現把高速點對點串行數據轉變成并行數據，而且應用領域廣泛，包括各種服務器，存儲器和視頻傳輸的應用。

PLD控制模塊

在項目中，此部分硬件選用的是Altera公司的CYCLONE EP1C6Q240C8芯片。

此模塊主要的功能是實現與CY7B933接收芯片的接口，把數據從CY7B933接收進來，并緩存數據。這部分功能均由VHDL語言編寫的功能模塊實現。主要有兩個功能模塊：RECEIVE模塊與FIFO模塊。RECEIVE模塊主要負責從CY7B933接收芯片接收數據字段進來；FIFO模塊主要負責緩存數據。功能框圖如圖2所示，下面分別對RECEIVE模塊與FIFO模塊的功能進行介紹。

RECEIVE模塊

RECEIVE模塊的功能是實現與CY7B933接收芯片的接口，把數據從CY7B933接收進來。其工作方式是以一個傳輸流包為邊界接收數據的。

首先RECEIVE模塊會檢測傳輸流包的邊界，通過查找包頭字節（固定為0x47）間的字節數來確定。因為包中數據也可能含有0x47，所以要犧牲三個包的數據來檢查三次。當發現0x47這個字節的時候，就會觸發一個內部的計數器開始計數。當計數到188后，如果下一個字節又是0x47，說明傳輸流包屬于188個字節的包，那么計數器被清零；如果下一個字節又是0x47，說明傳輸流包屬于188個字節的包，那么計數器被清零，否則計數器清零并重新開始檢測邊界。

當檢測到邊界以后，RECEIVE模塊開始接收數據包。計數器會從零開始計數，在接收數據的過程中使能wrreq輸出有效信號，同時把數據輸出到下一級。當計數到188，表示一個數據包接收完成。當一個包的數據接收完之后，計數器清零，并置ts188，保持高電平一個時鐘周期。下一個周期檢測數據是否為0x47，如果是說明是下一個數據包的邊界，否則說明出現了錯誤，并重新回到上一段所說的檢測數據包邊界的狀態。

此外，PLD模塊內會有一個專用計數器記錄空包數，當接收到數據包后會首先檢測此數據包是否空包，如果是空包PLD模塊會把這個空包刪除，并在計數器中加一。如果接收的不是空包就會把計數器的值加到這個數據包的私有字段中，并緩存到FIFO。然后計數器自動清零。這樣處理數據包的目的是為了減少網絡傳輸的數據流量，從而可以傳輸更多的傳輸流數據。把計數器的值加入私有字段是為了在計算機接收到數據后可以把原來的空包恢復出來，從而保證原傳輸流數據的完整性。

fifo模塊

fifo模塊的功能實現從RECEIVE模塊接收數據，并緩存起來。當RECEIVE模塊接收完一個完整的傳輸流的數據包之后，會發送ts188或ts204的中斷信號給DSP，DSP就會啟動EDMA功能從fifo模塊接收數據。DSP與fifo模塊是采用異步連接的方式，具體的接收操作在DSP部分說明中加以描述。

DSP（TMS320DM643）算法處理模塊

此模塊主要以TI公司的TMS320DM643為核心的嵌入式系統組成。主要實現從PLD模塊接收傳輸流數據包，把數據包打包成TCP/IP格式，并實現對網絡接口（BCM5221）控制模塊的初始化，然后把數據包傳送到網絡模塊。

為了實現上述功能，必須建立起一套以TMS320DM643為核心的基本系統。系統各個組成部分如圖3所示。

系統的具體配置

時鐘配置：EMIF內核時鐘ECLKIN是133MHz。此外，系統上外設總線、EDMA傳輸和L2存儲器的工作時鐘為CPU內核時鐘的1/2，即300MHz；片上定時器的工作時鐘為CPU內核時鐘的1/8，即75MHz。

中斷配置：TMS320DM643除了RESET和NMI引腳提供外部不可屏蔽中斷請求輸入以外，還有2個外部中斷引腳GP0［5］/EXT_INT5、GP0［7］/EXT_INT7提供可屏蔽的外部中斷請求輸入。系統中EXT_INT5外部中斷用作PLD模塊的請求接收數據信號，每當PLD模塊接收完一個傳輸流（TS）包就會發送一個外部中斷信號給DSP，通知DSP接收數據。此外，EDMA中斷用于當接收完一個包的數據后做后續處理。

系統對EMIF的使用情況：

系統在CE0空間擴展了4 Mx64-bit的S DRAM 存儲器（ MT48LC4M32BPG） ，用于存儲程序與數據。SDRAM的工作時鐘由T MS320DM643 的E CLKOUT1 提供，與E MIF 的工作時鐘頻率相同，本系統中默認為E CLKIN 為其時鐘源，即133MH z。

系統在CE1空間擴展了4Mx8-bit的Flash存儲器（Am29LV033C）。在對FLASH進行讀/寫訪問前，需要通過EMIF的CE1控制寄存器CE1CTL將CE1空間配置為8-bit異步存儲器接口，及讀/寫時序。

系統在CE2空間擴展了與PLD模塊的fifo模塊連接的接口。在DSP看來，fifo模塊可視為8-bit異步只讀存儲器。如圖2所示，fifo模塊的讀使能信號rdreq與TMS320DM643的CE2片選信號連接；fifo模塊的讀時鐘信號rdclk，與TMS320DM643的ARE讀使能信號連接。

以太網（EMAC與MDIO）接口

TMS320DM643上集成有一個EMAC+MDIO片上外設，EMAC是Ethernet Media Access Controller的縮寫，即以太網媒體訪問控制器，MDIO是Management Data Input/Output的縮寫，即管理數據輸入/輸出模塊。EMAC+MDIO用于為以太網物理層（PHY）器件提供接口，其中EMAC為接口以太網PHY提供數據通路，MDIO為接口以太網PHY提供管理信息通路。以太網接口主要功能如下：符合IEEE 802.3協議；支持傳媒無關接口（MII）；八個獨立的發送與接收通路；同步的10/100Mbit的數據操作；廣播及多幀的傳送。

TMS320DM643的網絡接口的原理框圖如圖4所示。

圖 4描述了EMAC+MDIO與DSP中間有一個EMAC control module模塊。它主要包含一些必備的使EMAC更加有效的使用DSP的存儲空間，控制其復位、中斷的一些邏輯。這些寄存器的地址空間為：0x1C800000～0x1C803FFF。

網絡接口（BCM5221）控制模塊

本系統中用Broadcom公司的BCM5221作為10/100Base-TX以太網收發器，BCM5221的MII接口與TMS320DM643的MII接口對接。具體接口如圖5所示。RJ45連接器選用AMP公司的406549-1，其上帶兩個LED指示燈，右邊的LED為綠色，用作指示連接狀態。左邊的為黃色，正常情況下用來指示數據傳輸。

電源模塊

系統包括四組電源：系統外接穩壓電源，把220V的交流電源電壓轉換成5V直流電壓；PLD模塊電源有兩種電源供電，分別是3.3V和1.5V；TMS320DM643需要2種電源，分別為CPU核心和周邊的I/O接口供電。周邊I/O電壓要求3.3V，CPU核心電壓只要1.4V；網絡接口控制模塊采用3.3V電源供電。

系統的軟件設計

系統的軟件設計主要是通過TI公司推出的專門針對C6000系列的TCP/IP網絡開發包NDK（Network Developer’s Kit）來實現的。該開發包支持TCP/IP協議，并占用較少的系統資源。NDK僅用200~250KB程序空間和95KB數據空間即可支持常規的TCP/IP服務。所以，NDK很適合目前嵌入式系統的硬件環境，是實現DSP網絡開發的重要工具。

系統軟件的框圖如圖6所示。

具體流程：系統配置主要在初始化函數中完成，此初始化函數將在.cinit初始化后，并在DSP/BIOS初始化和main函數之前調用。系統配置需要開啟INT8中斷，也就是EDMA傳輸中斷，并設置GPIO7引腳為高電平，從而使PLD模塊始終處于初始狀態。TCP/IP協議配置在任務線程中完成，主要實現服務器IP地址和網關的配置。當其完成后，系統就會觸發一個軟件中斷，在軟件中斷程序中，服務器會產生一個用于偵聽的端口，并開始偵聽網絡上的請求。此時，服務器已經處于待命狀態，等待客戶機的傳輸請求。

當客戶機的傳輸請求到來時，系統首先會使GPIO7引腳變為低電平，PLD模塊開始發送數據。當其接收到一個完整的傳輸流數據包后就會發一個中斷給DSP，DSP啟動EDMA，用ping-pong的方式接收數據進入特定的存儲器，當接收完一個完整的傳輸流數據包后，會產生硬件EDMA中斷，中斷程序主要是設置特定的標志為1，然后退出硬件中斷，重新回到軟件中斷程序。當軟件中斷程序檢測到特定的標志為1時，就會開始向網絡中傳輸在存儲器中的傳輸流數據包給客戶機。當一個數據包傳輸完畢后，特定的標志會被置0，系統等待下一個數據包的到來。

當客戶機要求停止傳輸的請求到來時，系統會重新使GPIO引腳變為高電平，PLD模塊回到初試狀態。此時系統也會處于待命狀態，繼續偵聽網絡。

系統初始化

初始化配置主要包括了EMIF總線配置、中斷配置和底層網絡配置三個部分。初始化工作首先在DSP/BIOS的全局參數配置窗口進行設置，然后調用初始化函數進行配置。

在DSP/BIOS的全局配置窗口主要設置了DSP 的工作時鐘頻率為600MHz，選擇使用的片級支持庫CSL為 DM642的庫，選用小端訪問模式，片內256k的SRAM全部用于CACHE高速緩存，并調用初始化函數dm643_init（）。

TCP/IP協議配置

初始化程序dm643_init（）完成后，從現在起系統將進入各個線程。首先 ，系統會觸發任務線程TSK0，在TSK0任務線程中執行函數StackTest（）， 其 首先調用NC- SystemOpen（）函數完成協議棧及其所需內存的初始 化，然后新件一個系統配置句柄hCfg = CfgNew（），并實現服務器IP地址和網關的配置。在本系統中，IP地 址配 置為“192.168.0.2”；子網掩碼為“255.255.255.0”；網關地址為“192.168.0.1”。配置好之后，系統會觸發一個軟件中斷，并做好偵聽網絡的準備 。

網絡偵聽

前面在任務線程中已經配置了IP地址和網關，下面就要在軟件中斷中設置端口和進行偵聽。首先在開始使用報路之前，必須分配一個文 件環境fdOpenSession（ TaskSelf（） ）給這個報 路。接著就可以創建一個報路對象stcp = socket（AF_INET， SOCK_STREAM， IPPROTO_TCP），并設置端口sin1.sin_port =htons（1000），在這里我們設置端口號為1000，當然也可以設置其他的端口號。然后把端口號與報路對象綁定bind（ stcp， （PSA） &sin1，sizeof（sin1）。最后進入偵聽狀態listen（ stcp， 1）。

數據的接收

當客戶端要求傳輸數據的信號到來后，系統會使GPIO7引腳變為低電平，PLD模塊開始發送數據。DSP通過EDMA方式來接收數據。EDMA可以在沒有CPU參與的情況下，由EDMA控制器完成DSP存儲空間內的數據搬移。系統主要采用EDMA的ping-pong方式來連續的接收數據。用ping-pong的方式的目的是為了使接收操作和發送操作分開處理，爭強程序的操作性和可讀性。

網絡發送

接收完一幀的數據后會觸發硬件中斷，在硬件中斷函數中會把特定的標志置為1，然后從硬件中斷函數中返回，并進入軟件中斷函數。軟件中斷函數把剛剛接收到的數據發送到網絡中。

軟件中斷函數會一直偵聽是否有新的TCP/IP報路連接請求，當檢測到有新的報路連接請求，就會創建一個報路來連接到請求連接的應用程序。建立連接后，軟件中斷函數會等待客戶機的命令。客戶機此時會發送一個傳輸命令給服務器，服務器接收到這個命令后，軟件中斷函數就會準備發送數據。

軟件中斷函數會等待一幀傳輸流數據的到來，也就是等待特定的標志置1。當檢測到標志位置1后，軟件中斷函數就會把剛剛接收到的數據包發送出去。發送成功后，又會把標志位置0，重新等待下一個數據包的到來。如此循環的把數據包發送出去。

當收到結束連接的請求后，會清楚標志位，并設置GPIO7引腳為高電平，從而使PLD模塊回到初始狀態。然后關閉連接，并回到偵聽狀態。

結束語

本系統的硬件和軟件功能已經實現，網絡傳輸的速度為2Mbytes/s。按照 此速度，假設傳輸流中的空包百分比為40%計算，可以傳輸5 Mbytes/s的傳輸流數據，也就是50Mbit/s的傳輸流，至少可以傳輸2~3路的TS流節目。因此，可以證明本系統的設計方法合理、有效。

DSP（TMS320DM643）在數字信號處理方面具有的比其他芯片更為強大優勢，現在我們已經在DSP（TMS320DM643）系統中實現了數字電視傳輸流的網絡功能，日后可以在本系統中繼續增添新的數字信號處理，特別是視音頻處理模塊，從而實現更強大的功能。

編輯：jq