Peaks-pro2的結(jié)構(gòu)以及在藍光刻錄機上的應用

賈昊，張燁，崔忠政，徐曌，徐佳，楊揚

（1.大連科技學院電氣工程學院，遼寧大連，116052；2.中國華錄松下電子信息有限公司開發(fā)中心，遼寧大連，116000）

0 引言

隨著藍光BD（Blue-Rey）及數(shù)字廣播技術的普及，藍光播放與刻錄一體的藍光刻錄機系列也應運而生，而最新一代主控芯片Peaks-pro2。Peaks-pro2是一款頂級藍光刻錄家庭AV用處理芯片，是基于UniPhier（Universal Platform for High-quality Image Enhancing Revolution）系統(tǒng)而開發(fā)的，尺寸35.00×5.00×2.48mm，集成了約2億5千萬個晶體管，應用45nm的制程，CMOS工藝，857管腳BGA封裝。[1]

1 Peaks-pro2功能模塊構(gòu)成

Peaks-pro2集高品位AV、低功耗、實時、安全等于一體，其主要特點如下。

支持各種AV多媒體處理技術：采用MPEG-4 AVC/H.264壓縮編碼技術，實時、平滑對數(shù)據(jù)處理；原相同存儲媒體可實現(xiàn)2倍時間的錄畫，可同時高性能的對2頻道HD編碼刻錄及對其一頻道實時解碼。支持當前三大數(shù)字廣播標準：美國的ATSC標準、日本的ISDB-T標準、歐洲的DVB-T標準。[2]

采用3D圖形顯示處理技術，為立體用戶界面，同時提高了電子節(jié)目指南及數(shù)據(jù)放送的顯示速度。低功耗，LED顯示，門控時鐘，不同電壓分類驅(qū)動內(nèi)部模塊，雙核CPU并行處理。支持SD、BD/DVD、HDD多媒體驅(qū)動技術。安全的保護技術，信道加密及著作版權保護等。完美實現(xiàn)與HDTV兼容的高品質(zhì)AV，是與Peaks-pro2強大功能模塊分不開的，其融合了整個家電行業(yè)的 AV 處理技術，由“UniPhier 處理器”、“CPU”、“數(shù)據(jù)流控制器 HSC”、“存儲控制器”、“AVIO”、“周邊接口”六個功能塊構(gòu)成。

其中“UniPhier處理器”是芯片的核心，是AV處理的控制中心。CPU是對Peaks-pro2系統(tǒng)的總控制與指揮；數(shù)據(jù)流控制器實現(xiàn)對多數(shù)據(jù)流選擇流通、解加密及著作版權保護處理等，是AV解碼的預處理；存儲控制器負責與外圍DDR2及NANDFLASH的物理層直接訪問與讀寫；AVIO模塊為對AV信號的包裝與加工，實現(xiàn)與AV接口匹配的輸入與輸出；周邊接口主要為規(guī)范Peaks-pro2支持的外圍接口協(xié)議。

圖1 Peaks-pro2功能模塊框圖

1.1 UniPhier 處理器

UniPhier處理器為Peaks-pro2核心，負責對AV各種多媒體機進行數(shù)字編解碼處理，包含了整個家電行業(yè)中的各種媒體處理標準專用模式數(shù)據(jù)庫。為直接對AV數(shù)據(jù)流處理，減少CPU的負擔。由支持JAVA語言的2通道指令并行處理器IPP（Instruction Parallel Processor）、數(shù)據(jù)并行處理器DPP（Data Parallel Processor）及加速器硬件驅(qū)動構(gòu)成。

圖2 UniPhier處理器結(jié)構(gòu)圖

可實時的對AV多媒體數(shù)字信號編解碼，支持MPEG-1/2,H.264，VC-1，Divx等編解碼技術，且保證高畫質(zhì)、高清晰數(shù)字信號的平滑通信。

可同時并行對視頻2通道解碼，并對其一通道編碼；對2通道音頻可并行編解碼。

1.2 AM34-2 SMP功能構(gòu)成

在Peaks-pro2中使用了雙核CPU AM34-2 SMP（Symmetric Multi Processor）,可超高速對數(shù)據(jù)進行并行處理；使用了源代碼開放式的Linux操作系統(tǒng)；采用了簡單的，面向?qū)ο蟮模阅軆?yōu)異，多線程的JAVA動態(tài)編程語言。AM34-2 SMP 每個CPU模塊主要由FPU、AM34-2CPU、MMU組成。

圖3 AM34-2 SMP功能構(gòu)成圖

浮點運算器FPU（Floating Point Unit）為專門執(zhí)行浮點運算的處理器，是通過硬件電路來實現(xiàn)的。是數(shù)字處理的重要單元，特別是對3D圖象和數(shù)字媒體的運算處理。

AM34-2 CPU為32位，頻率為350MHz的雙核CPU,使用相同的地址/數(shù)據(jù)總線。

指令/數(shù)據(jù)內(nèi)存管理單元MMU（Memory Management Unit），是CPU中用來管理指令/數(shù)據(jù)虛擬存儲器、物理存儲器的控制線路,同時也負責虛擬地址映射為物理地址,以及提供硬件機制的內(nèi)存訪問授權。由于指令/數(shù)據(jù)具有各自的MMU，特別適合對數(shù)字媒體和3D圖像大容量的高速處理。[3]

指令/數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器Cache，16 Kbyte（4Kbyte×4），是實時的、高速處理數(shù)字圖像必不可少的。

1.3 存儲控制器功能構(gòu)成

該芯片將 DDR2-SDRAM（Double Data Rate 2 SDRAM）物理層內(nèi)置Peaks-pro2芯片中，與DDR2 SDRAM直接物理層通信。支持最大頻率為800MHz，最佳工作頻率為800/667MHz，不支持533MHz頻率；數(shù)據(jù)總線為32bit×2ch，最大存儲容量為64M×16bit×2路×2CH=4Gbit，每CH通道的2路外接存儲容量大小需一致，不支持容量為128Mbit DDR2。[4]

1.4 高速數(shù)據(jù)流控制功能HSC模塊構(gòu)成

該HSC(High Stream Control)功能模塊主要對多媒體數(shù)據(jù)流進行處理，包括數(shù)據(jù)流的選擇、濾波，及對數(shù)據(jù)流的解密、加密，版權保護等，為AV信號解碼前的數(shù)據(jù)流進行預處理。其由數(shù)據(jù)流控制、加密協(xié)議、版權保護處理三部分組成。

圖4 HSC模塊構(gòu)成圖

數(shù)據(jù)流控制器，支持各種數(shù)據(jù)流，如SATA/PATA/PCI/SDIO/DV1394/地面數(shù)字/衛(wèi)星數(shù)字廣播等各種數(shù)據(jù)流，為6CH通道數(shù)據(jù)傳輸，傳輸率為210Mbps以上，通過數(shù)據(jù)流選擇開關對響應的數(shù)據(jù)流進行選擇處理，數(shù)據(jù)流經(jīng)過DIP/SECTION 濾波，及處理后，輸出適合AV解碼的數(shù)據(jù)流。

數(shù)據(jù)流加密處理，為了保證數(shù)據(jù)通信的安全，對通信信號的一種加密協(xié)議處理，該系統(tǒng)支持各種數(shù)據(jù)通信標準，如 DES、Multi2、DVB、AES等。其 中 AES (Advanced Encryption Standard) 數(shù)字加密技術為高級加密標準，為目前國際上最先進的、最具保密性、最有效的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用芗夹g，為刻錄機數(shù)字電視的接收付費及網(wǎng)絡服務等提供了安全、放心保護。

版權保護，囊括了當前現(xiàn)階段多媒體的各種版權保護協(xié)議，如CSS/CPPM/CPRM/LAN/BD+等各種版權保護等。

1.5 音視頻AVIO處理模塊

音視頻AVIO處理模塊，主要是對輸入/輸出各種制式接口的AV信號進行處理，并將OSD(On Screan Display)等輔助信息合成到視頻中，并實現(xiàn)高性能的3D顯示。由視頻畫像處理模塊、音頻Audio輸入/輸出模塊、OSD處理、制圖顯示四部分構(gòu)成。

圖5 音視頻AVIO處理模塊

視頻畫像處理，主要是對UniPhier解碼后的視頻信號進行濾波處理，如NR、畫面縮放處理等；實現(xiàn)對主影像、內(nèi)部OSD、背景等信息的合成；最終通過IP變換處理技術、二畫面處理技術、3DNR處理技術，輸出適合不同端子接口協(xié)議的視頻信號：Y/C信號、混合Y信號、HDMI各模式信號、D端子各模式信號等。

制圖顯示處理，主要是對位圖的顯示處理，使用了BitBlt及3D制圖顯示技術。

OSD處理技術，包括對主映像包裝的內(nèi)部OSD處理和對整機菜單顯示的OSD處理。

Audio輸入/輸出處理，實現(xiàn)對各種端子模式的輸入輸出處理：如光纖、HDMI 7.1聲道信號等。[5]

1.6 周邊接口協(xié)議

支持ATA接口技術，配備2個PATA（Parallel ATA）和1個SATA(Serial ATA)接口。

支持2通道，32bit，頻率可在63MHz/31.5MHz之間進行切換的PCI 2.3規(guī)格技術。

支持1系統(tǒng)最大容量為2GB，數(shù)據(jù)傳輸最大頻率為22MB/S SD接口；配備2個8bit NANDFlash接口。

支持IEE1394a-2000接口協(xié)議,含有1個LAN 10BASET/100BASE-TX系及1個電話回線V.22bis系統(tǒng)。

2 Peaks-pro2基本系統(tǒng)構(gòu)成

其多功能的融合，決定了Peaks-pro2可完美的實現(xiàn)藍光刻錄機多功能化，并使產(chǎn)品的開發(fā)趨向于簡單化、明晰化。Peaks-pro2對整個刻錄機系統(tǒng)的控制主要是通過4條I2C(Inter-Integrated Circuit)總線實現(xiàn)的：I2C0實現(xiàn)與EEPROM的數(shù)據(jù)的通信；I2C1實現(xiàn)與數(shù)字廣播之間的通信；I2C2實現(xiàn)與AV輸入/輸出選擇模塊及Audio DAC的通信；I2C3實現(xiàn)與HDMI功能模塊及VIDEO AIOF的通信。另外與外圍有3個Serial接口，實現(xiàn)與Timer Micro及PC等設備之間的通信。

2.1 Peaks-pro2 的外圍接口的系統(tǒng)

ATA接口：通過40PIN的PATA接口與BD媒體播放/刻錄驅(qū)動連接；經(jīng)由7PIN 的SATA接口與硬盤HDD驅(qū)動連接。

TS數(shù)據(jù)流接口：2通道的TS數(shù)據(jù)流接口，實現(xiàn)對地上波及衛(wèi)星信號數(shù)據(jù)流的處理。

MODEM接口：實現(xiàn)對電話信號的調(diào)制解調(diào)處理。

SD存儲接口：實現(xiàn)對SD存儲媒體的播放/刻錄。

BCAS接口：實現(xiàn)對數(shù)字信號/衛(wèi)星信號的有償收費的授權解碼。

PCI接口：通過PCIbus總線實現(xiàn)與Ethernet之間網(wǎng)絡通信。

Timer接口：實現(xiàn)與Timer(Time Micro)之間通信與控制。

2.2 Peaks-pro2 存儲器系統(tǒng)

DDR2-SDRAM存儲器：通過16bit×4的數(shù)據(jù)線實現(xiàn)最大容量為4Gbit的存儲，工作頻率為800MHz。

NANDFROM存 儲 器（NAND FLASH MEMORY）：容 量 為512Mbit,與Peaks-pro2之間通過EXBUS總線實時的對BOOT程序及其它相關程序的讀寫。

2.3 Peaks-pro2 AV輸入系統(tǒng)模塊

音頻輸入部：通過4通道AUDIO選擇ADC轉(zhuǎn)換IC,將模式信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進行編解碼。

視頻輸入部：將視頻信號通過AIOF IC將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成Y/C分離的6位并行信號，進行編解碼處理。

2.4 Peaks-pro2 AV輸出系統(tǒng)模塊

音頻輸出部：Peaks-pro2 Audio 1輸出數(shù)字混合信號通過音頻DAC 放大IC轉(zhuǎn)換為模擬信號，輸出到相應接口；Peaks-pro2 Audio 2輸出4位 7.1聲道數(shù)字音頻信號，輸出到HDMI處理芯片，產(chǎn)生具有7.1CH聲道效果的立體聲。

視頻輸出部：Peaks-pro2通過內(nèi)部VDAC模塊，將數(shù)字視頻轉(zhuǎn)換為5通道的視頻模擬信號，如色差CY/CB/CR、S信號（Y/C信號）、混合視頻Y信號；或直接將初級VEDIO信號輸送到HDMI芯片中處理，生成高清的1080I HDMI信號。

3 Peaks-pro2的應用

Peaks-pro2作為一款專門對應藍光刻錄機家庭用AV而開發(fā)的產(chǎn)品，實現(xiàn)了數(shù)字廣播、網(wǎng)絡通信、BD播放機及多種存儲媒體的功能一體化，完美的，無障礙、無縫隙的，簡單、安全的將當前數(shù)字家電的多功能融合在一起。通過芯片及相應的外圍電路，可快時間的開發(fā)出，滿足任何仕向地的、功能需求不同的產(chǎn)品。

以Peaks-pro2為核心而開發(fā)的一款藍光刻錄機，可以集SD、BD(兼DVD)、HDD三驅(qū)動系統(tǒng)為一體；具有支持地上A/D、衛(wèi)星BS/CS的雙調(diào)諧器功能，可以同時刻錄播放；含有LAN及電話MODEM接口，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡通信及電視節(jié)目互動等功能；支持高清1080I HDMI接口和D4模式的D端子接口；一對線性輸入/輸出接口，含光纖輸出接口。支持AVCREC、AVCHD等壓縮格式，立體的OSD對應，LCD顯示，采用1.8V/1.2V/3.3V分模塊電壓控制，低功耗，最低待機功率為0.1W。

4 結(jié)束語

Peaks-pro2產(chǎn)品開發(fā)模式，已成為開發(fā)家庭AV產(chǎn)品的一種開發(fā)模式。其采用了源代碼開放式的Linux操作系統(tǒng)，故該芯片Peaks-pro2也必將成為整個家庭AV產(chǎn)品開發(fā)中不可或缺的主控芯片。