?? ——基于8位微控制器控制硬盤進行hdtv碼流讀寫.htm

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            target=_blank><B>電子工程周刊：</B> <INPUT class=main 
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          <TD align=middle height=15>文章作者：于振生 冷高峰 張 巍 李燕青<BR>文章類型：設計應用 
            文章加入時間：2003年12月16日11:54</TD></TR>
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          <TD align=right><FONT color=#cc0000>文章出處：電子技術(shù)應用</FONT> </TD></TR>
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            <DIV id=Content><FONT face=宋體>&nbsp;&nbsp; 
            <B>摘要：</B></FONT>介紹用C8051F015微控制器控制硬盤進行HDTV碼流存取的高清碼流回放機的硬件設計和軟件編程。該系統(tǒng)作為解碼器的前端，可以實現(xiàn)HDTV碼流的適時回放。 

            <P class=MsoNormal><SPAN 
            style="FONT-FAMILY: 宋體; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
            <B>關(guān)鍵詞：</B></SPAN>HDTV 碼流 ATA/ATAPI-4標準 LBA模式 CPLD</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">隨著HDTV在全球的興起以及數(shù)字技術(shù)的日趨成熟，音/視頻產(chǎn)品數(shù)字化、高清晰度化已成為未來家電視聽產(chǎn)品的大趨勢。高清晰度電視HDTV（High-Definition 
            Television）采用了國際上流行的MPEG-2標準，MPEG-2規(guī)定了數(shù)字圖像的音視頻編解碼算法以及傳送的碼流應該符合的語法和語義，而其編解碼算法又參考了聽覺心理模型和視覺心理模型。HDTV的圖像格式為1920×1080I，傳輸碼率高達20Mbps，同時采用的視頻壓縮技術(shù)可使HDTV的每一幀包含更多的信息，大大提高圖像的清晰度。HDTV在音頻壓縮方面采用了數(shù)字音頻的編碼和壓縮技術(shù)，現(xiàn)有的數(shù)字音頻編碼壓縮方案有MPEG、Dolby 
            AC-3和美國AT&amp;T的MPAC以及歐洲的MIX。它們都能實現(xiàn)5.1聲道，其聲道數(shù)可以擴展到5.1，即三個前面的聲道（L、C、右聲道R）、兩個環(huán)繞聲道（左環(huán)繞聲道Ls、右環(huán)繞聲道Rs）和一個低音效果聲道LFE，使聲音效果可以達到家庭影院的音響效果。HDTV聲光效果上優(yōu)勢，注定它的發(fā)展有著技術(shù)和市場的雙重必然性。為了配合HDTV及相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的推廣，筆者開發(fā)了一個既可以作為MPEG解碼器信號源，又可以作為信道編碼/調(diào)制器信號源的碼流回放機，應用于數(shù)字電視產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)調(diào)試及展示宣傳。</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">HDTV節(jié)目有傳輸碼率高、節(jié)目信息最大的特點。為了研制出符合大容量高速率要求的碼流回放機，傳統(tǒng)的方法是用操作系統(tǒng)控制硬盤的讀寫操作。這樣做的好處在于：首先，PC機的主頻很高，用來作為控制碼流的時鐘信號在速度上不會有瓶頸問題；其次，對硬盤里HDTV節(jié)目的讀取是基于文件系統(tǒng)的，研發(fā)人員不用寫硬盤的驅(qū)動程序，軟件的工作量大大減小。但是，就碼流回放機本身而言，它是一個單任務設備，采用操作系統(tǒng)的方案無疑將造成CPU資源的極大浪費。因此，筆者設想用單片機或DSP控制硬盤的讀寫操作。只要所選微控制器上速度上滿足高清晰度電視的碼率要求，在技術(shù)上就能夠?qū)崿F(xiàn)預期的功能。與操作系統(tǒng)方案相比較，用微控制器無疑可以大大降低生產(chǎn)成本，同時也降低了硬件設計的難度。不過，在這種方式下，需要編寫硬盤的底層驅(qū)動程序。<B><BR><BR><A 
            href="http://www.21ic.com/info/images/aet/200307/3a.gif">圖1 
            C8051F015內(nèi)部結(jié)構(gòu)</A><BR><BR>1 總體方案</B></P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">華天HTTS 
            HDTV第III代碼流回放機可以播放數(shù)字高清晰度電視HDTV碼流。該碼泫回放機整體設計沒有采用在工控機上研發(fā)PCI卡驅(qū)動硬盤的方案，而是遵照AT 
            Attachment with Packet Interface 
            Extension(ATA/ATAPI-4)標準，用8位單片機C8051F015通過PIO方式按照LBA模式直接對硬盤進行物理級的讀寫操作。硬盤接收微控制器的命令后按照邏輯地址順序輸出HDTV碼流給兩片F(xiàn)IFO，硬盤輸出的16位數(shù)據(jù)通過兩片8位FIFO緩存后輸出給CPLD進行拆分以識別包同步和字節(jié)同步。經(jīng)CPLD解析后的數(shù)據(jù)流再經(jīng)過解碼器解碼及適當后處理，送顯示器、揚聲器以提供視頻、音頻信號。既可以作為MPEG解碼器的信號源，又可以作為信道編碼/調(diào)制器的信號源。</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 0px"><B>2 C8051F015內(nèi)部結(jié)構(gòu)</B></P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">C8051F015的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。它使用了CYGNAL的專利——CIP-51微控制器內(nèi)核CIP-51。CIP-51與MCS-51的指令集完全兼容，可以使用標準803x/805x的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。同時，CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，70%的指令執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期，外部晶振最大可以到25MHz。8位HDTV輸出碼流的標準時鐘頻率為19MHz和25MHz。考慮到硬盤的輸出是16位，理論上采用這款MCU完全可以達到速度要求。這里，就系統(tǒng)的初始化問題有幾點說明：（1）內(nèi)外部晶振切換。在外部晶體振蕩器被允許時，系統(tǒng)晶體驅(qū)動器的輸出端XTAL2腳會出現(xiàn)一個瞬時脈沖，該脈沖足以在晶體實際啟動前，將OSCXCN寄存器中的XTLVLD位置1。在允許晶體振蕩器和檢查XTLVLD位之間引入1ms的延時，可以防止提前切換到外部晶振。（2）配置交叉開關(guān)。系統(tǒng)內(nèi)部交叉開關(guān)根據(jù)優(yōu)先權(quán)譯碼表將所選擇的內(nèi)部數(shù)字資源分配到I/O引腳，寄存器XBR0、XBR1、XBR2用于選擇內(nèi)部數(shù)字功能或讓I/O引腳默認為I/O端口。I/O引腳的輸出驅(qū)動器特性用端口配置寄存器PRT0CF、PRT1CF、PRT2CF和PRT3CF定義。每個端口輸出驅(qū)動器都可被配置為漏極開路或推挽方式。將配置寄存器的相應位配置為漏極開路，并在外部加1kΩ的上拉電阻，可用3.3V供電的C8051F015去驅(qū)動5V供電的硬盤。初始化程序：</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">void sysclk_init(void)</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">{WDTCH=0xde; //禁止看門狗定時器</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">WDTCN=0xad；</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">//啟動外部振蕩器</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">OSCXCN=0x67； //外接24MHz的晶振</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">//配置外部晶體</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">while((OSCXCN&amp;XTLVLD_BIT= =0)</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">{}</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">OSCICN=0x88； //選擇外部振蕩器作為系統(tǒng)時鐘，禁止內(nèi)部振蕩</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">}</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">//配置交叉開關(guān)</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">void xbar_init(void)</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">{XBR0=0x04； //RX TX連到兩個引腳</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">XBR1=0x04； //INT0連到斷口引腳</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">XBR2=0x40； //使能交叉開關(guān)和弱上拉</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">PRT0CF=0xff; //控制FIFO讀寫，使能</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">PRT1CF=0x07； //控制CPLD讀寫，使能</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">PRT2CF=0x00； （P0口的所有輸出為弱上拉（寫硬盤命令字）</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">PRT3CF=0x00； //控制硬盤讀寫，使能</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">}<B><BR><IMG height=324 hspace=10 
            src="——基于8位微控制器控制硬盤進行HDTV碼流讀寫.files/3b.gif" width=549 vspace=10 
            border=0><BR>3 ATA/ATAPI-4標準下的硬盤內(nèi)部寄存器和PIO讀時序關(guān)系</B></P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">3.1 硬盤內(nèi)部寄存器</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">目前，大部分計算機配置了兩個IDE接口，地址范圍分別為：0170～0117,0376～0376(對應PC機的Secondary 
            IDE Channel)和01F0～01F6,03F6～03F6(對應PC機的Primary IDE 
            Channel)。地址譯碼如表1所示。<BR><BR><B>表1 地址譯碼</B></P>
            <TABLE borderColorDark=#ffffff width="100%" borderColorLight=#000000 
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