引 言

近年来，随着数字多媒体业务和In     te   rnet网络的迅速发展，新型数字机顶盒可以有效利用我国巨大的有线电视网络资源，完成视频点播、数字电视的接收及接入Internet等综合业务功能。

1 、数字机顶盒总体设计方案

数字机顶盒分为两个通道，下行通道接收来自     电缆   或     光纤   的有线电视信号，上行通道传输从客户端到服务器端的指令。

下行通道方案如图1所示，调谐器接收来自有线网的高频信号，通过QAM解调器完成信道解码，从载波中分离出包含音、视频和其他数据信息的传送流（TS）。传送流中一般包含多个音、视频流及一些数据信息。解复用器则用来区分不同的节目，提取相应的音、视频流和数据流，送入MPEG一2解码器和相应的解析软件，完成数字信息的还原。对于付费电视，条件接收模块对音、视频流实施解扰，并采用含有识别用户和进行记账功能的智能卡，保证合法用户正常收看。MPEG一2解码器完成音、视频信号的解压缩，经视频     编码器   和     音频   D/A变换，还原出模拟音、视频信号，在常规彩色电视机上显示高质量图像，并提供多声道立体声节目。

上行通道方案如图2所示，用户发送指令，然后经过编码符合网络通信协议，从     以太网接口   传输到调制器，再经物理信道传给终端服务器。

2 、LEON2处理器

嵌入式     CPU   是数字电视机顶盒的心脏，当数据完成信道解码以后，首先要解复用，把传输流分成视频、音频，使视频、音频和数据分离开。CPU是嵌入式操作系统的运行平台，它要与操作系统一起完成网络管理，显示管理、有条件接收管理、图文电视解码、数据解码、视频信号的上下变换等功能。

LEON系列32位     RISC   处理器核的第一个版本是LEONl，它是由欧洲航天局主持设计开发的。LEONl的设计初衷是为了使欧洲能够摆脱在航空航天高性能     嵌入式处理器   上对美国的严重依赖。以Jiri C     ai   sler为首的设计团队在完成LEONl后从欧洲航天局独立出来，成立了Gaisler Research公司，后来就推出了LE—ON2处理器。LEON2是一个可配置的微处理器核，使用SPARC V8指令集，它的源代码由可综合的VHDL代码构成。LEON2内部结构如图3所示。

LEON2的整数处理单元是5级流水线设计，采用SPARC V8（IEEE一1754）指令和体系结构，具有分离的数据Cache和指令Cache。LEON2的整数单元包括一个可选的16×16的MAC单元，能够完成基本的     DSP   运算，同时还提供了浮点运算单元（FPU）的     接口   和协处理器（CP）的接口，可以扩展浮点运算和DSP处理。LEON2选用了     ARM   公司的AMBA 2.0片上总线标准，用于连接内存控制器、     定时器   、中断控制器、     UART   接口、PCI接口、10/100 Mb/s     以太网   接口等模块。LEON2同时还提供1个调试支持单元和1个调试串口，用于支持片内调试。LEON2的一个非常重要的特点就是具有很好的可配置性。使用者根据自己的需要，通过一个用tcl/tk脚本编写的     图形   化界面，对LEON2内核的绝大多数模块进行配置，比如可以配置Cache的大小和访问方式，是否支持硬件乘/除法，是否需要内存。

Gaisler Research公司还提供了比较完善的基于LEON2的GNU软件开发环境。使用者可以使用TSIM或GRMON进行LEON内核的调试仿真。 LECCS是专门针对LEON的交叉编译系统，可以进行C/     C++   的编译和调试。SnapGear     Linux   是基于LClinux的实时Linux内核，它的LEON版提供了对LEON处理器的全面支持，可以支持MMU和NOM—MU等不同配置方案。

由以上描述可以看出，LEON2具有强大的硬件配置和完备的软件开发环境支持，可以承担数字机顶盒CPU要求的各种信号处理任务。

3、 在     FPGA   开发板上建立LEON2的SoC平台

3.1 硬件平台的建立

图4就是基于LEON2的平台的模块框图。LE—ON2处理器作为核心部分，片内     ROM   存放Monitor负责系统初始化和将程序拷贝到片外S     RAM   内的任务，片外RAM是FPGA开发板上Memory，用来存放程序和数据。设计的IP核通过AHB总线和LEON2相互交互。

FPGA开发板主要有以下资源：50 MHz有源     时钟   ;1块     Altera   公司的核心FPGA芯片EP2C20F484一C8，逻辑单元18 752个;2片512 KB的IS61LV25616一AL SRAM芯片组成32 b宽共1 MB容量，其中每片设计为可兼容1 MB，总共最大可扩充到2 MB;JTAG接口（通过JTAG接口可以从PC机上对EP2C20F484C8进行编程）;串口与     计算机   COMl相连，可以用于程序下载。

将配置好的LEON2的VHDL代码，加入设计的HDL代码，一起使用Synpl     if   y综合工具生成FPGA的网表文件;然后使用     Quartus   进行布局     布线   ，将LEON2核同片内ROM和片外SRAM连接，布局布线完成后生成相应的SOF文件;通过JTAG端口将SOF文件下载到片子上去，对FPGA硬件进行配置，最后占用FPGA资源是5 800个逻辑单元，可以达到的时钟频率最大为46 MHz。

3.2 软件设计

由于Quartus软件可以预先配置EP2C20F484C8片上ROM，所以可以在LEON2的片上ROM预先配置好的1 KB大小的Monitor软件。Monitor的主要作用是在LEON2系统reset初始化时首先对处理器初始化，对LEON2的     存储   配置     寄存器   进行配置;然后向UART口发送启动信息;等待UART信息。当软件部分使用交叉编译器LECCS在PC上编译完毕后，PC机通过UART口和FPGA开发板相互通信，就可以将编译好的srec文件下载到：FPGA开发板上，放置在片内ROM里面的Monitor程序就读入程序的内容以及程序的起始地址。开始Monitor将srec程序拷贝到SRAM程序区，等全部程序下载好以后，Monitor最后1条程序就会自动跳转到程序的起始位置，执行SRAM里的程序。这样就可以反复修改程序，反复下载程序，便于软件的开发和调试。

4 、结 语

通过将片上系统映射到FPGA，这样可以在接近运行速度的前提下，验证硬件和软件。这样不仅为软件部分能尽早地进行开发与调试工作提供了原型，同时也可以在实际运行中发现一些在系统设计中没有注意的地方。最终可以缩短设计周期，同时为     ASIC   设计一次成功提供了更大的把握。

在FPGA开发板上建立基于LEON2处理器的SoC平台后，使用这个原型系统，就可以很容易验证系统的性能，并且加速软件开发调试流程。

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