基于ARM9的DVB-S2机顶盒方案研究

随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展，电视系统的数字化是一个必然的趋势。有媒体报道，美国将在2010年停播模拟电视而全面实现数字电视，虽然我国与其相比落后一些，但全面实现电视系统数字化也是一件为期不远的事[1]。目前，因为数字节目少、技术等原因，我国电视数字化进程还比较慢，这个时期也是我国电视系统数字化技术和资金积累时期。现在虽然市面上有数字电视机顶盒，但它们采用的都是一些企业完整的机顶盒方案，如菲利浦公司、意法半导体公司、富士通公司等机顶盒方案。这些机顶盒的功能简单，仅仅是完成将数字信号转换成模拟电视能接收的信号。论文设计了一款全新的基于ARM9的DVB-S2数字卫星机顶盒，充分利用Sti7109 CPU和PXA270 CPU的强大优势，不仅能完成现有机顶盒的所有功能，而且能完成电视节目的海量存储；连接互联网、游戏，从网上下载影片或音乐；和家用电脑连成局域网，实现资源共享等功能。

新的DVB-S2卫星传输标准，把卫星通信链路的容量在DVB-S基础上提高了30%，在理论上接近了卫星通信的性能极限，结合其它的新的编码方法和卫星技术，该标准有助于高效推广高数据速率的应用。

与DVB-S相比，DVB-S2可提供除QPSK外的多种具有更高频带利用率的调制方式，如8PSK、16APSK、32APSK。DVB-S2的16APSK和32APSK调制技术，减少了幅度变化，更能适应线性特性相对不好的卫星传输信道，使高位调制方式通过卫星信道传输成为可能。

DVB-S2采用的是功能更强大的前向系统，即BCH和LDPC(低密度校验码)码级联的信道编码方式，有效地降低了系统解调门限，距离理论的香农极限只有0.7～1dB的差距。

DVB-S2频谱成形中的升余弦滚降系数α可在0.35、0.25、0.2中选择，而不是DVB-S固定的0.35，自然α越小，可以获得下降更陡峭的载波波形，频谱利用率越高。

图1 ST公司数字卫星机顶盒方案

机顶盒的方案采用了三大模块，信号的接收及下变频模块，由STB6100完成；信号的解调模块，由STV0900完成；信号处理模块，由STi710x完成。

STB6100是ST公司新开发的能够满足DVB-S2解码要求的前端调谐器，主要包括低频噪声放大器、下变换混频器、低通基带滤波器、获取控制、低噪声锁相环等。STB6100支持8PSK/QPSK调制，输入的频率范围从950 MHz到2150MHz，输出差分I信号和Q信号，低功耗、大规模集成使得6100只需要很少的外部器件就可以完成调制和变换。

STV0900是ST公司的一款多标准高级双向的卫星数字电视和数据服务机顶盒解调器。0900具有高速前向功能每秒可处理180M位/通道，不仅能够解调DVBS的QPSK，还能解调DVB-S2的QPSK、8PSK、和16APSK。系统可通过I2C完成对0900的控制，可通过JTAG接口向0900写入新的数据。通过STV0900解调后可向STi710x输出传输流。

STi710x是新一代的高清机顶盒及DVD解码芯片，兼容ST40核，工作频率可达266MHz，支持Linux和Win CE及OS2嵌入式系统；提供ROM、Flash、SRAM接口，可外接只读存储器、闪存和随机存储器。芯片包括视窗多媒体9(WMV9)和H.264两类解码器；基于ST总线结构，这类单芯片结构向下兼容，可用于地面广播、卫星、电缆、DSL以及IP客户端的高清机顶盒；710x内置一个图像补偿模块和2D图形加速器，同时还包括一个数据流链接器，可将7个不同的传流合成处理流，输出多种格式的高清电视信号或RGB、YPbPr格式或HDMI以及CVBS格式。提供USB2.0 SATA接口及100BT互联网控制器，能外接SATA硬盘及接上互联网。

ST公司的数字卫星机顶盒方案完成了信道解码和信源解码，输出了多种格式高清晰数字电视信号。若只是用于接收和处理数字电视信号，该方案已经非常的完善了。但若是烧写嵌入式操作系统，连接互联网，与家里的另一台电脑构成局域网，实现电视节目的存储，游戏等功能，这种方案就有点力不从心了。所以下面将充分利用ARM9 PXA270的特点，设计一款新的基于PXA270的DVB-S2的卫星数字机顶盒方案。

ARM技术是ARM公司所有的RISC CPU技术，ARM公司作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从 ARM 公司购买其设计的 ARM 微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。目前，采用 ARM 技术核的微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于 ARM 技术的微处理器应用约占据了32 位 RISC 微处理器75%以上的市场份额，ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。

在众多的ARM核的生产厂家中，Intel生产的ARM9核的PXA270以其极高的运行速度、强大功能而在高端的嵌入式产品中使用的比较广泛，如个人数字助理PDA，智能手机，数字机顶盒等。 PXA270以其强大的功能作为本卫星数字机顶盒的主CPU。

(1)运行的速度相当的快，最高工作频率可达624MHz，而其它的ARM9的工作频率只有200MHz左右。

(2)7条到8条流水线使PXA270具有很高的速度和极低的功耗。

(3)32K的指令缓冲器和32K的数据缓冲器使PXA270的速度进一步的提升，而其它的ARM9的处理器只有16K的指令缓冲器和16K的数据缓冲器。

(4)PXA270采用Xscale微结构体系架构；具有Intel的无线多媒体扩展技术，能够流畅的运行三维游戏和播放高质量的多媒体视频文件。

(5)PXA270的Quick Capture技术使其能够拍摄高达400万像素的图片和视频，并支持低功耗，实时的回放处理，支持24位色的LCD显示，具有256K的片上SRAM帧缓冲，这和Quick Capture一起加速了图像的回放。

(6)支持Intel专用的无线SpeedStep动态电源管理技术，SpeedStep技术可以将PXA270的主频在26MHz~624MHz之间自由调节，在系统完全空闲时，PXA270可运行在26MHz的主频下，此时的功耗将低于0.1毫安。

(7)此外还有丰富的外围接口：三个串行口，分别是标准串行口，蓝牙和全功能串行口；红外线接口；I2C串行总路线接口；AC′97编码器接口；I2S音频编码器接口；USB主机接口和从接口；液晶接口，输入多种显示信号；MMC、SD卡、SDIO卡接口；键盘接口和测试接口等。

所以本文选PXA270作为DVB-S2标准的卫星数字机顶盒的另一CPU。