| 1 引 言 1.1 數(shù)字家庭的廣泛應(yīng)用
數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展正不斷產(chǎn)生眾多的數(shù)碼產(chǎn)品,從個(gè)人電腦、手機(jī)、PDA到MP3、數(shù)字電視、DVD、DV/DC,數(shù)字家電產(chǎn)品已經(jīng)步入了人們的日常生活之中。同時(shí),寬帶通信與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及也極大地促進(jìn)了數(shù)字媒體內(nèi)容的發(fā)展。因此,構(gòu)建一個(gè)寬帶接入、內(nèi)部互聯(lián)、內(nèi)容共享的數(shù)字家庭媒體中心的需求也變得日益突出。
根據(jù)IDC的定義,數(shù)字家庭是指可以實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部所有設(shè)施控制并可得到反饋信息,聲音、文字、圖像信息可在不同家用設(shè)備上共享,并可隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)這些控制與信息共享\[1\] 。IDC的最新報(bào)告表明,至2008年數(shù)字家庭市場(chǎng)直接帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)、終端等相關(guān)軟/硬件的投資將超過(guò)100億美元,其中雙向機(jī)頂盒2008年約安裝3 300百萬(wàn)臺(tái),年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到311.7％,智能家庭網(wǎng)關(guān)由于其數(shù)字家庭高端解決方案的市場(chǎng)定位,2003～2008年的年復(fù)合增長(zhǎng)率將高達(dá)89.4％\[1\]。因此,數(shù)字家庭媒體中心的推廣必將會(huì)產(chǎn)生巨大的附加產(chǎn)值,帶來(lái)巨大的發(fā)展?jié)摿�。�?994年數(shù)字家庭概念的誕生,到今天數(shù)字家庭市場(chǎng)的正式啟動(dòng);從“維納斯”計(jì)劃的推出,到通用即插即用論壇（UPnP,Universal Plug and Play）、數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟（DLNA,Digital Life Network Alliance）的成立,經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展,數(shù)字化生活已進(jìn)入了真正的發(fā)展期。
1.2 ARM技術(shù)的發(fā)展
嵌入式系統(tǒng)源自80年代以來(lái)的8位單片機(jī)技術(shù)。在90年代后期,隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,人們的日常生活進(jìn)入了后PC時(shí)代,許多電子設(shè)備需要TCP/IP網(wǎng)絡(luò)功能和更智能、更強(qiáng)大的計(jì)算能力,如語(yǔ)音、音頻、視頻的數(shù)據(jù)采集、處理與傳輸,圖形界面和觸摸屏技術(shù),無(wú)線控制技術(shù)和相應(yīng)的軟件協(xié)議等。因此,對(duì)功能更強(qiáng)大的嵌入式處理器的需求也變得越來(lái)越突出。ARM作為嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的32位處理器體系結(jié)構(gòu),已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類(lèi)電子、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、無(wú)線通信、成像和安全等各類(lèi)應(yīng)用領(lǐng)域,并成為多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)CPU,ARM技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生活的各個(gè)方面。
采用ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）核的微處理器目前包括：ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列、StrongARM系列和XScale系列。它們的共同特點(diǎn)是：體積小,功耗低,成本低,性能高;支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集,能很好地兼容8/16位器件;大量使用寄存器,指令執(zhí)行速度更快;大部分?jǐn)?shù)據(jù)操作都在寄存器中完成;尋址方式靈活簡(jiǎn)單,執(zhí)行效率高;指令長(zhǎng)度固定。除了具有上述共同特點(diǎn)之外,每個(gè)系列還具有各自的特色和應(yīng)用領(lǐng)域。其中,ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10E為4個(gè)通用處理器系列,每個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求;SecurCore系列專(zhuān)門(mén)為安全性要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì),如電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)證系統(tǒng)等領(lǐng)域;Intel公司的StrongARM系列融合了Intel的設(shè)計(jì)和處理技術(shù)以及ARM體系結(jié)構(gòu)的電源效率,在軟件上兼容ARMv4體系結(jié)構(gòu),同時(shí)還采用了具有Intel自身優(yōu)點(diǎn)的技術(shù),適用于便攜式通信和消費(fèi)類(lèi)電子領(lǐng)域;Intel公司的XScale系列是基于ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)的解決方案,具有高性能、高性?xún)r(jià)比、低功耗等優(yōu)點(diǎn),適用于數(shù)字移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等領(lǐng)域。 2 數(shù)字家庭媒體中心系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 隨著電子消費(fèi)類(lèi)設(shè)備需求的不斷增加（如數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、MP3播放器和高清DVD等設(shè)備）以及Internet數(shù)字媒體內(nèi)容的迅猛發(fā)展,家庭網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字媒體內(nèi)容開(kāi)始持續(xù)增長(zhǎng),人們更加迫切地需要增強(qiáng)對(duì)等通信與信息共享的能力。為了滿足數(shù)字媒體在家庭內(nèi)部以及外部Internet充分流通和共享的需求,我們開(kāi)發(fā)了一種高性?xún)r(jià)比的數(shù)字家庭媒體中心系統(tǒng)(DHMCS,Digital Home Media Center System)。該系統(tǒng)結(jié)合Intel的IXP網(wǎng)絡(luò)處理器和ESS多媒體解碼芯片,無(wú)縫地連接家庭內(nèi)部的個(gè)人電腦和家電,并通過(guò)以太網(wǎng)/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接家庭外的寬帶Internet,在家庭環(huán)境內(nèi)/外共享數(shù)字媒體內(nèi)容,能夠?qū)Χ喾N媒體格式進(jìn)行管理、存儲(chǔ)、顯示以及分配,提供集成的數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用以及自動(dòng)控制與遠(yuǎn)程管理等功能。
圖1描述了DHMCS系統(tǒng)的整體框架。它通過(guò)DHCP協(xié)議、PPPoE協(xié)議、UDP協(xié)議、FTP協(xié)議、HTTP協(xié)議、UPnP協(xié)議\[2\]以及USB接口,從家庭PC機(jī)、寬帶Internet連接的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)卡和DVD等設(shè)備中獲取多媒體數(shù)據(jù),并且將這些數(shù)字媒體內(nèi)容在電視機(jī)和音響設(shè)備上播放。同時(shí)還提供媒體文件的管理以及遠(yuǎn)程控制功能。 
圖1 DHMCS系統(tǒng)整體框架 2.1 DHMCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
DHMCS由兩個(gè)子系統(tǒng)組成：一個(gè)是由IXP 425（Intel XScale系列）網(wǎng)絡(luò)處理器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng);另一個(gè)是由ESS 6688 DVD解碼芯片構(gòu)成的數(shù)據(jù)解碼子系統(tǒng),以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“IXP子系統(tǒng)”和“ESS子系統(tǒng)”。IXP子系統(tǒng)通過(guò)UDP協(xié)議、FTP協(xié)議、HTTP協(xié)議和UPnP協(xié)議,從網(wǎng)絡(luò)上獲取媒體數(shù)據(jù);ESS子系統(tǒng)則對(duì)這些媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并進(jìn)行音頻/視頻輸出,同時(shí)也能對(duì)存儲(chǔ)卡和DVD上的播放資源進(jìn)行處理。IXP子系統(tǒng)和ESS子系統(tǒng)通過(guò)I2C總線和雙端口SRAM（DPRAM）連接起來(lái),其中： I2C總線主要負(fù)責(zé)控制命令和響應(yīng)的傳輸;而DPRAM則主要負(fù)責(zé)媒體數(shù)據(jù)的傳輸。本文的后續(xù)部分主要討論IXP子系統(tǒng),而ESS子系統(tǒng)則超出了本文的范圍。圖2詳細(xì)描述了DHMCS中IXP子系統(tǒng)和ESS子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 
圖2 DHMCS中IXP子系統(tǒng)和ESS子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) DHMCS完成一個(gè)用戶的請(qǐng)求涉及以下7個(gè)步驟：① ESS子系統(tǒng)將用戶請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)媒體文件的按鍵轉(zhuǎn)換為一個(gè)請(qǐng)求信息,并且按照一定格式寫(xiě)入DPRAM中,然后ESS子系統(tǒng)使能相應(yīng)的中斷,通知IXP子系統(tǒng)DPRAM中的數(shù)據(jù)就緒;② IXP子系統(tǒng)從DPRAM中讀取就緒的數(shù)據(jù),獲取用戶的請(qǐng)求信息;③ IXP子系統(tǒng)根據(jù)獲取的請(qǐng)求信息和指定的服務(wù)器,建立Ethernet/WiFi網(wǎng)絡(luò)連接;④ 服務(wù)器返回請(qǐng)求的媒體數(shù)據(jù)到IXP子系統(tǒng)中;⑤ IXP子系統(tǒng)將返回的數(shù)據(jù)通過(guò)相應(yīng)的應(yīng)用函數(shù)接口寫(xiě)入DPRAM;⑥ IXP子系統(tǒng)使能相應(yīng)的中斷,通知ESS子系統(tǒng)用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)已返回;⑦ ESS子系統(tǒng)解碼返回的媒體數(shù)據(jù),并通過(guò)音頻/視頻接口輸出。
為了實(shí)現(xiàn)DHMCS的網(wǎng)絡(luò)功能,將IXP子系統(tǒng)的軟件功能劃分為以下3層： 應(yīng)用層、操作系統(tǒng)層和驅(qū)動(dòng)層。應(yīng)用層主要提供網(wǎng)絡(luò)功能模塊以及和ESS子系統(tǒng)通信所需的模塊,具體來(lái)說(shuō),包括UPnP協(xié)議、DHCP協(xié)議、PPPoE客戶端、FTP客戶端、HTTP客戶端,以及通信協(xié)議模塊。操作系統(tǒng)層基于MontaVista v3.0的Linux內(nèi)核,具有內(nèi)存管理、進(jìn)程調(diào)度、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)、中斷處理和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等功能。驅(qū)動(dòng)層主要提供各種設(shè)備的驅(qū)動(dòng),包括以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)、無(wú) |
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