基于ST40GX1与STi5514网络交互式数字机顶盒硬件平台设计

　　从硬件发展上来看，交互式机顶盒、数字电视已从早期的由分立器件构成而发展到由现代单芯片解决。这是数字大规模集成电路制造工艺技术进步的结果，也是最大程度降低系统成本的必然要求。现代单芯片解决方案的机顶盒一般集成了ＣＰＵ、解复用、音频视频解码、二维图形处理、编码和外设端口等模块。为节省芯片面积，这些独立部分是通过总线方式连接在一起的。改进系统的性能，通常是从提高ＣＰＵ的速度、增强二维乃至三维图形的处理能力、增加外设端口的接口数目和类别等方面着手，从而从总体上提高系统的交互处理能力。但由于视频解复用器和音频视频解码器对存取数据总线实时性要求严格，增加了ＣＰＵ处理等待时间，形成了所谓的总线瓶颈。有关测试表明，总线瓶颈使得ＣＰＵ的执行指令等待时间达到了７６％，这种单纯依靠提高ＣＰＵ性能来克服处理能力的不足，并不能提高性价比。改善总线瓶颈可以通过改进或增加系统互连总线来完成，如松下公司的Ｃｒｏｓｓ Ｓｗｉｔｃｈ解决方法，使等待时间减小到５０％。但这些必将增加芯片制造中互连线的复杂度，从而增加成本。

　　除了总线瓶颈带来的问题外，随着用户对接入方式多样性以及图形图像处理要求的日益提高，通过电话线回传的交互式机顶盒、数字电视的窄带接入方式以及有限的计算能力也越来越不能满足人们的要求。随着有线ＨＦＣ网的双向改造以及它与电信网、互联网三网合一进程的加速，为用户添加Ｃａｂｌｅ ＭｏｄｅｍＣＭ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ等灵活可选的宽带接入方式以及增加高级２Ｄ乃至３Ｄ高级图形处理，便成为机顶盒应用的一个重要方面。

　　１ 基于ST40GX1与STi5514的双ＣＰＵ解决方案

　　为解决上面提出的问题，选择了ＳＴ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ 公司最近推出的基于ＳＴｉ５５１４单芯片解码器和ＳＴ４０ＧＸ１二维图形处理器的双处理器解决方案。该方案避免了外设模块倍增带来的总线拥挤以及解码实时性要求带来的等待延迟。ＳＴｉ５５１４和ＳＴ４０ＧＸ１内部都采用了高速的先进ＳＴＢｕｓ实现互联，前者负责实时性要求较高的硬件解复用、视频音频解码、与解码相关联的外围Ｉ／Ｏ设备控制等。后者负责宽带交互式应用以及高级图形处理。两者之间的高速数据通信通过ＭＰＸ（Ｍｅｍｏｒｙ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｅｘｃｈａｎｇｅ）总线以及存储映射的邮箱（Ｍａｉｌｂｏｘ）来进行。通过主频达１００ＭＨｚ的ＭＰＸ总线，ＳＴｉ５５１４能直接存取ＳＴ４０ＧＸ１上可高达２５６ＭＢ的ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ存储资源。

１．１ STi5514功能特点及接口

　　STi5514主要完成ＭＰＥＧ－２视频、音频信号的解压缩。其内部集成了一个ＭＰ＠ＭＬ标准清晰度的视频解码模块和一个杜比ＡＣ－３／ＡＡＣ／ＤＴＳ音频解码模块以及Ｖｉｄｅｏ Ｅｎｃｏｄｅｒ和Ａｕｄｉｏ ＤＡＣ模块等。内部３２位ＲＩＳＣ ＣＰＵ工作主频为１２０ＭＨｚ在外接Ｖ．９０的硬件Ｍｏｄｅｍ条件下，可以通过电话线进行窄带交互式应用，如进行基于电话线回传的视频点播、低速Ｉｎｔｅｒｎｅｔ浏览等。


　　与ＳＴ公司早先推出的单芯片解码器STi5512相比，除一般功能接口相同外，其突出特点是：指令和数据缓冲都增加了一倍，同时并发处理三路ＴＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｔｒｅａｍ）流输入，支持多种解扰模式（包括ＤＶＢ、ＤＥＳ、 ＩＣＭ、Ｆａｓｔ－Ｉ），直接支持杜比ＡＣ－３／ＡＡＣ／ＤＴＳ音频解码，提供ＡＴＡＰＩ硬盘电路接口，并直接支持Ｕｌｔｒａ－ＤＭＡ６６高速数据传送模式的硬盘以实现数字电视节目的实时录制，视频解码流可以以ＩＴＵ－Ｒ６０１＿６５６格式数据流输出或者以复合视频信号ＣＶＢＳ、分量信号ＲＧＢ和ＹＵＶ等不同模拟模式输出，支持Ｔｅｌｅｔｅｘｔ解码输出，同时提供对两路ＳＩＭ卡接口，利于扩展银行卡等高级应用。由于ＳＴｉ５５１４去掉了１３９４接口，故需外接１３９４控制器（如ＳＴＥ４２２等）来扩展基于１３９４的视频输入。

１．２ ST40GX1功能特点和结构

　　ST40GX1集成了ＳＨ－４ ３２位ＲＩＳＣ处理器内核，Ｇａｍｍａ ２Ｄ图像处理、混合模块以及其它视频电路接口逻辑。

　　ST40GX1是交互式应用的处理核心，包括系统设备和外设两个方面。