|
隨著信息技術的發展，電視信號的數字化編碼、數字化存儲、數字化處理已經越來越廣泛。新開發的數字有限電視廣播系統主要包括MPEG-2編碼器、數字傳輸復用器、數字調制器以及機頂盒。 復用器是該系統的重要組成部分，完成對多路符合MPEG-2系統層標準ITU-TREC.H.222.1|ISO/IEC13818-1的TS流（Transport Stream）的復用，經過64 QAM調制后，以便在1路6MHx的帶寬中傳送多路數字化節目。考慮到處理的實時性，我們使用美德州儀器公司（TI）的TMS320C5402（簡稱C5402）DSP作為主控芯片。本文首先介紹TS流的結構、C5402芯片、復有器的組成，然后重點介紹該芯片在復用器的應用，最后就利用CCS開發仿真器一經驗介紹。 1 TS流簡介 主要包括分組方法、程序特殊信息（PSI）表以及程序參考時鐘（PCR）的提取。 （1）分組方法 傳送流分組寬度固定為188字節，分組由分組首部及有效負載組成，如圖1所示。 （2）PSI PSI被分成4類表。如表1所示，每個表可被分成1段或多段置于傳送流中。這4類表是：程序關聯表PAT（Program Association Table）、程序映射表PMT（Program Map Table）、網絡信表NIT（Network Information Table）、條件訪問表CAT（Conditional Access Table）。這4類表中包含進行多路解調和顯示程序的必要和足夠的信息。 表1 程序特殊信息 系統層解復用，首先要獲取PAT表。PAT表中包含了該傳送流中所有程序的一個清單。通過PAT表，就可獲取該傳送中所包含每個程序的PMT表。 在每個程序的PMT表中，就有該程序中各個原始流的信息，包括PID、原始流類型以及該程序中包含有效PCR字段的傳送流中PID。通過PAT及PMT表，就可掌握傳送流中每個程序以及每個程序中各原始之間的關系。 （3）PCR 在傳送流中，解碼的同步實現是靠相應的程序參考時間PCR值。PCR是將比特流本身的時序編碼的時間標簽，它可以由同一道程序的視頻和音頻的PTS所用的共同時間基點推出。由于每道程序都有自己的時間基點，所以含有多道程序的傳送流的每一道程序都有獨立的PCR字段。 2 C5402介紹 C5402是TI公司1999年10月推出的性價比較高的定點數字信號處理器，其主要特點如下： *先進的改造型哈佛結構，操作速率可達100MIPS； *先進的多總線結構，3條16位數據存儲器總線和1條程序存儲器總線； *40位算術邏輯單元（ALU），包括1個40位桶形移位器和2個40位累加器； *1個17×17乘法器和1個40位專用加法器，允許16位帶（或不帶）符號的乘法； *8個輔助寄存器及1個軟件棧，允許使用業界最先進的定點DSP C語言編譯器； *數據/程序尋址空間1M×6bit，內置4K×16bit ROM和16K×16bit RAM。 *內置可編程等待狀態發生器、鎖相環時鐘產生器、2個多通道緩沖串行口、1個8位并行與外部處理器通信的HPI口、2個16位定時器以及6通道DMA控制器； *低功耗，工作電源有3V和1.8V（內核使用）。 3 復用器硬件框圖及流程 復用器硬件框圖如圖2所示。 （1）合成控制卡（主卡）流程 主卡流程：主要完成6塊卡處理的實施監控，生成PSI等信息并周期性發送。主卡的PSI信息：6個PMT的PID以及每個子卡輸入來的視頻、音頻、PCR的PID號是事先規定好的。 （2）單路TS流處理卡（子卡）流程 子卡流程：TS流進入FIFO緩存，由DSP進行PSI信息的提取和碼率的計算；將有關信息送入合成處理卡進行分析、綜合；根據需要從輸入的流中提取1路視頻、1路音頻和PCR包，并將它們的PID改為事先規定的。子卡的功能相當于一個簡易的碼流分析儀，而且可以提供1路單獨的TS流。 4 C5402的幾個典型應用 C5402在該系統中的應用：對輸入的TS流進行分析；對6路碼流進行均勻交織和PSI信息的重置；主卡與子卡之間通過C5402 HPI接口進行通信；利用C5402串口與計算機RS232串口相連。 4.1 輸入的TS流分析 DSP從FIFO中讀取TS流到內部RAM中去，如圖3所示，根據13位的PID號0x000找到PAT表，在PAT表中獲得PMT的ID號和NIT的ID號；根據PMT_PID獲得視頻、音頻、PCR的PID號以及其它私有信息的PID號；根據PCR_PID和pcr_flag，找到PCR包；根據公式計算出碼率： 其中i i、i i i為相鄰2個PCR包，求得多個碼率，然后求算術平均，獲得平均碼率。利用FIFO進行數據傳輸，速率在10～25MB/s之間。由于DSP處理能力為100MIPS，子卡中DSP傳輸數據量是大為2MB/s，約耦時0.1～0.2s，這樣處理時間足夠（0.8～0.9s）。子卡輸入FIFO采用8KB大小，在其半滿時，DSP等待時間最大為（188/10 000）×6=0.1128ms，期間FIFO的填充量為0.112 8×1=0.112 KB，遠不能輸入碼流將子卡的輸入FIFO填充滿而導致溢出。 4.2 碼流交織和PSI信息配置 為了將6塊子卡輸入的TS流復合成1路TS流，主卡DSP的功能就是將6路TS流均勻交織。主卡數據通過HPI送到主卡的DSP內部RAM中，再寫到外部FIFO中。由于各種碼流的PID叫可能相同，需要對各路TS流的ID號進行重新設置。主卡根據預先設置的所有PID生成新的PSI表，并按照一定時間間隔發送到外部的FIFO中去。主卡的CPU以100MHz運行，輸出FIFO的大小為8KB，以固定5MHz的碼率發送，子卡填寫的數據不會導致主卡上溢。當主卡的輸出FIFO沒有達半滿時，填充空包，使FIFO不會下溢。 在子卡中根據分析得到的PSI信息，可以提取1路或者多路的節目流，并將PID號改為事先規定的，通過HPI通信接口傳送到主卡。 4.3 HPI接口 HPI（Host Port Interface）接口可以方便地實現主卡與子卡之間的通信，而不需要額外的器件。C5402的HPI操作是8位的。當C5402運行在100MHz主頻時，通信速度可達到25MB/s。HPI接口具有3個16bit寄存器：HPIA（地址寄存器）、HPID（數據寄存器）、HPIC（控制寄存器）。主卡與子卡的DSP芯片之間的連接如圖4所示：HD0～HD7是8位數據線，直接接到主設備的數據線上；HCS為選通信號；HDS1～HDS2為數據鎖存信號，在主設備的存取周期控制數據的傳輸，一般連到設備的數據選通；HR/W是讀寫信號；HCNTL0/HCNL1用于主設備選擇存取HPI的哪一個寄存器和對寄存器的存取類型，連至主設備的地址線。由于HPI寄存器是16位的，而HPI與主設備僅以8位數據線相連，因而用HBIL決定當前存取的是1個字的第1個字節還是第2個字節，連到主設備地址線。 對HPI操作首先將控制字寫入HPIC，然后將要存取的地址寫入HPIA，最后豐取HPID，就可從HPI存儲塊或將數據寫入HPI存儲塊。此外，還可選擇HPIA自動增加方式，將初始地址寫入HPIA，可不再操作HPIA，每存取1次數據，地址都會自動加1，因而加快了存取速度。 4.4 主卡DSP與計算機接口 為了實現系統自檢、碼率以及節目信息提取、輸出，我們通過DSP的串口與計算機的串口進行通信。如圖5所示，采用的是異步通信方式。其中75C189和75C188為電平轉換芯片，C5402有2個McBSP（多通道緩沖串行口）。McBSP提供了全雙工的通信制以及雙緩存的發送寄存器和三級存的接收寄存器，允許連續的數據流傳輸，數據長度可以為8、12、16、20、24、32；同時還提供了A-律和μ-律壓擴，多達128個通道的發送和接收。數據經McBSP與外設的通信通過DR和DX引腳相連。控制信號則由CLKX、CLKR、FSX、FSR四條引腳來實現。 4.5 DSP程序BOOTL0ADER的實現 BOOTLOADER是為了在上電時，將用戶代碼從外部加載到內部的存儲器以加快運行速度。我們使用C5402外部8位并行I/O口實現BOOTLOADER程序。C5402讀I/O口0xffff，這里面存放著外部存儲器的首地址（數據區）。若在這個首地址內讀到了關鍵字08 AA，就進行8位加載；若是10AA則表示16位加載。硬件系統就是加了1片3.3V的Flash，程序用編程器燒入Flash。 5 C5402的軟件編程體會 （1）C語言與匯編混合編程 在運算能力不是十分緊張的情況下，用C語言開發DSP程序不僅使DSP開發的速度大大加快，而且開發出來的DSP程序的可讀性和可移植性大大加強，程序修改也極為方便。采用C編譯器的優化功能可以增加C代碼的效率。 一般情況下，采用C語言和匯編混合編程方法有3種：①獨立編寫C程序和匯編程序；②直接在C語言程序的相應位置嵌入匯編語句；③對C程序進行編譯生成相應匯編程序，然后對匯編程序進行手工優化和修改。可以從C程序中訪問匯編程序的變量和常量，也可以在匯編程序中訪問C程序變量。 （2）預防流水線沖突 流水線操作是DSP實現高速度、高效率的關鍵技術之一。在TMS320C54X中采用了深度與6級的流水線操作，因此流水線沖突不可避免的。一般情況下，當發生流水線沖突時，由DSP自動插入延遲解剖沖突問題，但有時需要程序員通過調整程序語句的次序或在程序中插入一定量的NOP來解決。例如： STLM A，BRC NOP RPTB LOOP 語句 LOOP （3）存儲空間要正確分配 C5402總共有192K字大小存儲空間，64K字的程序區、64K字的數據區和64K字的I/O區。當寄存器PMST的OVLY=0時，片內RAM在數據區內可訪問，在程序區不可訪問；當OVLY=1時，片內RAM映射到程序區和數據區，但數據頁（地址從0H～7FH）不映射到程序空間。我們在程序編程中選用后種模式。程序和數據同一塊片內RAM，在編寫CMD文件時程序和數據區間不能發生重疊。 （4）指令的使用 ①TMS320C54X的匯編有算術指令和程序指令，2種指令可以互換。當外部端口操作時使用端口指令PORTW和PORTR。 ②利用DADST和DSADT指令，可以同時在1個累加器中進行2次運算。 ③利用DADD和DSUB可實現32的加減法。 ④利用CMPS、SACCD、SRCCD、STRCD四個條件存儲指令，以減少條件判斷指令的開銷；利用MAX、MIN、FIRS、LMS可以減少運算所需的指令周期；利用C54的并行指令可以省去多次數據存儲，提高編程的效率。 ⑤充分利用*(IK)尋址（在數據區內指明所要訪問的地址），可以減少輔助寄存器的使用。 （5）少用函數和子程序調用 雖然結構化程序給軟件和調試帶來方便，但一個函數和子程序的調用和返回都將使C5402產生1次流水線刷新，增加了指令周期，因而在存儲空間足夠時，應多使用宏結構；但在編程時又必須考慮程序的大小，所以在對設備處理速度影響不大的情況下，也可以使用函數和子程序。 （6）關于中斷服務程序的編寫 中斷有軟中斷和硬中斷。在編寫中斷服務程序時，最重要的是將中斷向量表放置正確。首先在PMST寄存中設置IPTR，然后把INT放到規定的位置，將中斷模式INTM=0；將中斷使能寄存器的對應位置1。 |
