用IXP网络处理器设计的数字家庭媒体中心系统

1 引 言

1.1 数字家庭的广泛应用
数字技术和计算机技术的飞速发展正不断产生众多的数码产品，从个人电脑、手机、PDA到MP3、数字电视、DVD、DV/DC，数字家电产品已经步入了人们的日常生活之中。同时，宽带通信与互联网应用的普及也极大地促进了数字媒体内容的发展。因此，构建一个宽带接入、内部互联、内容共享的数字家庭媒体中心的需求也变得日益突出。
根据IDC的定义，数字家庭是指可以实现家庭内部所有设施控制并可得到反馈信息，声音、文字、图像信息可在不同家用设备上共享，并可随时随地实现这些控制与信息共享[1]。IDC的最新报告表明，至2008年数字家庭市场直接带来的网络、终端等相关软/硬件的投资将超过100亿美元，其中双向机顶盒2008年约安装3 300百万台，年复合增长率将达到311.7％，智能家庭网关由于其数字家庭高端解决方案的市场定位，2003～2008年的年复合增长率将高达89.4％[1]。因此，数字家庭媒体中心的推广必将会产生巨大的附加产值，带来巨大的发展潜力。从1994年数字家庭概念的诞生，到今天数字家庭市场的正式启动；从"维纳斯"计划的推出，到通用即插即用论坛（UPnP|0">UPnP，Universal Plug and Play）、数字生活网络联盟（DLNA，Digital Life Network Alliance）的成立，经过十余年的发展，数字化生活已进入了真正的发展期。
1.2 ARM技术的发展
嵌入式系统源自80年代以来的8位单片机技术。在90年代后期，随着网络技术的飞速发展，人们的日常生活进入了后PC时代，许多电子设备需要TCP/IP网络功能和更智能、更强大的计算能力，如语音、音频、视频的数据采集、处理与传输，图形界面和触摸屏技术，无线控制技术和相应的软件协议等。因此，对功能更强大的嵌入式处理器的需求也变得越来越突出。ARM作为嵌入式系统领域中应用最广泛的32位处理器体系结构，已遍及工业控制、消费类电子、通信系统、网络应用、无线通信、成像和安全等各类应用领域，并成为多个应用领域的标准CPU，ARM技术已经渗透到人们生活的各个方面。
采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器目前包括：ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列、StrongARM系列和XScale系列。它们的共同特点是：体积小，功耗低，成本低，性能高；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好地兼容8/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大部分数据操作都在寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。除了具有上述共同特点之外，每个系列还具有各自的特色和应用领域。其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10E为4个通用处理器系列，每个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求；SecurCore系列专门为安全性要求较高的应用而设计，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域；Intel公司的StrongARM系列融合了Intel的设计和处理技术以及ARM体系结构的电源效率，在软件上兼容ARMv4体系结构，同时还采用了具有Intel自身优点的技术，适用于便携式通信和消费类电子领域；Intel公司的XScale系列是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，具有高性能、高性价比、低功耗等优点，适用于数字移动电话、个人数字助理和网络产品等领域。

2 数字家庭媒体中心系统的设计

随着电子消费类设备需求的不断增加（如数码相机、数字摄像机、MP3播放器和高清DVD等设备）以及Internet数字媒体内容的迅猛发展，家庭网络中的数字媒体内容开始持续增长，人们更加迫切地需要增强对等通信与信息共享的能力。为了满足数字媒体在家庭内部以及外部Internet充分流通和共享的需求，我们开发了一种高性价比的数字家庭媒体中心系统(DHMCS，Digital Home Media Center System)。该系统结合Intel的IXP网络处理器和ESS多媒体解码芯片，无缝地连接家庭内部的个人电脑和家电，并通过以太网/无线网络连接家庭外的宽带Internet，在家庭环境内/外共享数字媒体内容，能够对多种媒体格式进行管理、存储、显示以及分配，提供集成的数据、多媒体应用以及自动控制与远程管理等功能。
图1描述了DHMCS系统的整体框架。它通过DHCP协议、PPPoE协议、UDP协议、FTP协议、HTTP协议、UPnP协议[2]以及USB接口，从家庭PC机、宽带Internet连接的网络、存储卡和DVD等设备中获取多媒体数据，并且将这些数字媒体内容在电视机和音响设备上播放。同时还提供媒体文件的管理以及远程控制功能。

图1 DHMCS系统整体框架

2.1 DHMCS的系统结构
DHMCS由两个子系统组成：一个是由IXP 425（Intel XScale系列）网络处理器构成的网络子系统；另一个是由ESS 6688 DVD解码芯片构成的数据解码子系统，以下简称为"IXP子系统"和"ESS子系统"。IXP子系统通过UDP协议、FTP协议、HTTP协议和UPnP协议，从网络上获取媒体数据；ESS子系统则对这些媒体数据进行解码并进行音频/视频输出，同时也能对存储卡和DVD上的播放资源进行处理。IXP子系统和ESS子系统通过I2C总线和双端口SRAM（DPRAM）连接起来，其中： I2C总线主要负责控制命令和响应的传输；而DPRAM则主要负责媒体数据的传输。本文的后续部分主要讨论IXP子系统，而ESS子系统则超出了本文的范围。图2详细描述了DHMCS中IXP子系统和ESS子系统的结构。