基于嵌入式Linux的网络机顶盒设计与实现

刘海波，于鸿洋，张 萍

（电子科技大学 电子工程学院，四川 成都 610054）

1 引言

机顶盒分为数字卫星接收机顶盒（又称卫星集成接收解码器IRD）和数字有线电视机顶盒两大类，其中数字卫星接收STB是没有上行数据的，不具备交互式功能；而有线电视机顶盒的发展重点一方面是数字电视和VoD业务，另一方面是宽带接入因特网业务，也就是具备因特网浏览功能。笔者则提出了在Linux构架下[1]，基于STi7109硬件平台[2]具有VoD功能和网络浏览器功能的机顶盒。

2 硬件体系结构

网络机顶盒是在传统机顶盒功能的基础上，加入了网络模块，而新一代高清机顶盒/DVD芯片STi7109是一款单芯片高精度的视频解码器，支持VC-1，WMA9和H.264解码，266 MHz的ST40的CPU内核，支持嵌入式Linux，Windows CE和OS21的操作系统，硬件接口方面具有USB2.0主机控制器、DVI/HDMI输出接口、辅助音视频输入接口和SATA等。机顶盒硬件体系结构如图1所示。

3 网络体系结构

图1 机顶盒的硬件结构

网络系统由3层组成：直接存储总线（DMA）层、传输层接口（TLI）和媒体访问控制（MAC）层[3]。DMA 层是网络子系统的第一层，它通过应用接口实现系统内存和TLI层数据的交换，由应用程序控制DMA操作，可以访问DMA寄存器（DMA CSR）；TLI层由2个FIFO组成，一组动态阈值的传送FIFO和一组静态阈值的接收FIFO；与外部物理层交互的MAC接口是由以太网媒体接口（MII）实现，它处理所有用于全双工通信模式和半双工通信模式的网络协议请求，MAC还包含1个寄存器（MAC CSR），用来控制MAC帧的传送和接收。寄存器访问如图2所示。

图2 寄存器访问

Linux系统具有强大的网络功能，Socket实际上是网络通信端点的一种抽象，它提供了一种发送和接收数据的机制。网络通信，归根结底是网络端点间的通信，网络接口程序的实现就是借助Linux所提供的Socket库。Socket客户端实现流程如图3所示。

图3 Socket客户端实现流程

4 功能解析

有线数字电视系统发展的一个明显特点就是由传统的单向广播式向双向交互式发展，开展多功能交互业务作为新的收入增长点，为电视观众提供了增强电视、电子节目指南、付费电视、直接营销广告、个人电视记录和点播节目等互动业务。

4.1 VoD业务

在点播业务中，机顶盒作为客户端首先接收点播节目列表，然后通过网络层的编程接口sendto函数实现向服务器发送点播请求，需要获得点播返回信息才能知道本次点播是否成功，以及成功后对应服务传输的时间地址等信息。获取这些信息后，才能在指定的时间和指定的地址上接收相应的服务数据和通告数据。最后初始化显示设置和启动浏览器，进入点播业务，机顶盒的点播过程如图4所示。

图4 VoD点播原理图

VoD点播业务将调用以下的函数，然后进行播放与停止播放的操作：

ST_ErrorCode_t

PLAYREC_PlayInit （U32 PlayId，PLAYREC_PlayInit Params_t*PlayInitParams）；

ST_ErrorCode_t

PLAYREC_PlayStart （U32PlayId，PLAYREC_PlayStartParams_t*PlayStartParams）；

ST_ErrorCode_t

PLAYREC_PlayStop （U32PlayId，PLAYREC_PlayStop Params_t*PlayStopParams）；

视频点播的实验结果如图5所示。

图5 VoD点播界面

4.2 网络浏览器

网络浏览器完成的主要功能有浏览Web网页，下载音、视频和图形文件，机顶盒网络升级等[4-5]。

本方案在参考一般浏览器结构的基础上，采用开放源代码的Tops嵌入式浏览器，在Konqueror-Embedded浏览器的基础上，使用MiniGUI代替了QT窗口系统，优化HTML解析和图像解析模块，并添加了OS适配层和API层。基于硬件系统STi7109芯片所支持的软硬件资源，结合数字电视机顶盒的实际应用特点对原有模型进行了修改，最终保留4个主要的功能模块：网络模块，解析模块，布局模块和显示模块。

设计本方案时，浏览器最后的主要结构如图6所示。图7给出了该浏览器移植到机顶盒平台后访问网站的显示结果。

图6 浏览器的结构框图

图7 网络浏览器界面

5 小结

提出一种基于STi7109的网络数字机顶盒，融合多媒体技术、数据压缩技术、宽带网络技术等，简单介绍了机顶盒新型的VoD和网络浏览器功能，由于嵌入式Linux的开源性和强大的网络功能，新型的数字网络机顶盒必将成为引导三网融合的主流方向。

[1]HALLINAN C.Embedded Linux primer[EB/OL].[2009-12-16].http∶//blogimg.chinaunix.net/blog/upfile2/080518181757.pdf.

[2]ST.STI7109-Low-cost HDTV set-top box decoder for H.264 and Microsoft WMA9-STMicroelectronics[EB/OL].[2009-12-20].http∶//pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/192665/STMICROELECTRONICS/STI7109.html.

[3]STEVENS W R，FENNER B，RUDOFF A M.UNIX network programming[M].杨继张，译.北京：清华大学出版社，2005.

[4]庚锡昌.Tops嵌入式浏览器的设计与实现[D].广州：暨南大学，2007.

[5]刘撑乾，陈晓，王劲林.一种嵌入式浏览器在数字机顶盒中的实现[J].电视技术，2004（5）：52-54.