基于ST40GX1与STi5514的网络交互式数字电视机顶盒硬件设计
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2020-03-04
10:01:39
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基于 ST40GX1 与 STi5514 的网络交互式数字电视机顶盒硬件设计
交互式机顶盒、数字电视已经从分立器件结构发展到单芯片解决方案，这是数字大规模集
成电路制造工艺技术进步的结果，也是最大限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有 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不足的方式，并不能提高性价比，而改善总线瓶颈可以
通过改进或增加系统互联总线来完成，但这必将增加芯片制造中互联线的复杂度，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象处理要求的日益提
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 网的双向改造以及与电信网、互联网三网合一进
程的加速，为用户加添 Cable Modem CM、Ethernet 等灵活可选的带宽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。
基于 ST40GX1 与 STi5514 的双 CPU 方案
为解决上面提出的问题，设计时可选择 ST 公司推出的基于 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。STi5541 和 ST40GX1 内部都采用高速先进的
STBus 来实现互联，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 Periheral Exchange）总线以及存储映射的邮箱（Mailbox）来
进行 ，通 过主频达 100M 赫 兹的 MPX 总线 ，STi5514 能 直接存取 ST40GX1 上可高达
256MB 的 DDR SDRAM 存储资源。
◇ STi5514 的功能特点及接口
STi5514 主要用于完成 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 120M 赫 兹在外 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 公司早期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
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