数字电视条件接收卡SoC SM1658的硬件结构及实现方法(上)

作者：谢文刚 深圳市国微技术有限公司 技术总监

数字电视从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术。由于数字电视广播具有频道利用率高，可适应各种数据传输、适应各类图像质量、可交互操作等方面的优势，被各国视为新世纪的战略技术。伴随着电视广播的全面数字化，传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信息、通信领域的其它手段相互融合，从而形成全新的、庞大的数字电视产业。

数字电视的条件接收系统(CAS)是用于对数字电视用户进行节目授权和管理的部分，是数字电视广播中的重要组成部分之一。而其中采用开放的机卡分离结构又是条件接收系统的未来重要发展趋势。机卡分离是通过在用户接收终端上定义了一个通用物理接口以及相关的接口通讯协议，将通用的适宜于大规模生产的电视接收系统与私有的CAS管理系统分离开来。目前，机卡分离模式在国际上通行的实现方法是：采用一种与便携电脑上的PCMCIA插口类似的物理接口来实现。欧洲的DVB组织发布的标准称之为DVB-CI，美国也有一个类似的标准称之为POD。事实上新的PCMCIA标准文档中已经将此两种接口的定义包含进去了。而这其中装载条件接收处理内容的PCMCIA卡简称为数字电视条件接收卡，可以简称为CAM(条件接收模块)。

事实上，建立了机卡分离标准，在电视机上开启了一个标准插口之后，其意义并不仅仅在于解决了公共收视与私有管理的难题，其巨大的意义还将体现在从此作为家用消费品的数字电视机有了升级性能和扩充功能的途径。就像PC机目前的发展规模，与PC机的ISA、PCI、APG等接口的标准化有着不可分割的关系。我们难以想象，如果计算机没有标准化的可扩充接口，其行业还能否取得这么大的成功。在数字电视领域中，机卡分离接口标准的制订以及数字电视机上的标准接口的开启，将会把数字电视引入到一个多姿多彩的发展领域中去。比如：对于不同的节目信号传送方式(无线广播、有线电缆、卫星、数字音频广播)，可以通过在CI接口(机卡分离通用接口)上插入不同形式的接收模块就可以了；对于我们在数码相机存储卡上保存的照片，可以通过一个通用存储卡读写器模块在电视机上浏览；通过宽带IP接收模块，可以在电视机上欣赏网上的各类流节目以及进行网络的双向传输；可以通过网关模块，将电视机与其他电器设备连接成一个家庭数字网络系统；通过带硬盘录象模块，用户可以录制有许可认证的节目等等。将来其发展的趋势和潜力更难以预计。
图1：机卡分离结构示意图。


CAM的结构一般可以是以一个高性能的32位SoC芯片为核心，配合智能卡接口、CI接口、专用的TS传输流处理引擎、DVB通用解扰等部分组成。CAM卡的体积空间非常有限，却要实现一个能处理高清电视节目流的高速32位嵌入式系统，所以其核心的SoC芯片的规模和性能就成了关键点。

我们通过对欧洲的DVB-CI标准的潜心研究，结合自身在嵌入式产品领域和集成电路领域的产品开发经验，对以ARM7TDMI为核心的SoC技术进行攻关，成功的开发出了性能和集成度在国际上领先的CAM芯片SM1658，同时大幅度降低了CAM的生产成本，消除了大规模推广机卡分离标准的价格瓶颈。

CAM结构及硬件体系

SM1658是一个典型的用于CAM系统的专用嵌入式微处理器，它集成了一个CAM的全部主要功能模块，以它为核心构成的CAM结构非常简单。

SM1658采用了广泛流行的32位的ARM7TDMI作为CPU核，除了集成一般的SoC芯片具有的存储器管理、中断控制器、定时器、看门狗、异步串口通讯、PLL等常用电路模块外，还在内部集成了256KB的高速SRAM、智能卡接口、PCMCIA(DVB-CI)接口、高速TS流解复用/过滤引擎和DVB通用解扰器等模块。其基本结构如图1所示，只需要一片外接的FLASH程序存储器芯片就可以构成一个高性能CAM卡。

SM1658的存储器管理模块可以总共支持4个存储器段，此存储器部分可以是内部、外部的SRAM或者外部的FLASH，每个存储器的数据线宽度、读写速度可以由软件初始化配置。每个存储器段的最大容量可以支持到4M字节，四个存储器段最大可以支持到16M字节的容量。其中，在芯片内部实现的存储器是256KB的高速内部SRAM，它可以无等待周期的速度高速执行系统的核心程序，大大提高芯片关键程序的处理能力。

SM1658的中断控制器可以提供32路的中断管理。每路中断可以选择优先级别、触发上/下边沿、脉冲/电平触发选择，提供了中断屏蔽、中断保留、软触发等丰富的中断管理特性。CI物理接口是PCMCIA标准中的一个子集。可以分为TS流通道和命令通道。我们的CI接口完全符合DVB-CI的接口标准，并且在硬件结构上提供了双向缓冲、CIS存储器和灵活的状态、控制寄存器。

芯片内部还提供3个16位的定时器，每个定时器都带有可选择的8位预分频器。芯片的看门狗是32位的，如果不需要看门狗，可以配置为一个32位的定时器使用。