嵌入式系统在IP-CATV/CATV-IP 网关的实现

中文摘要:

  给出基于嵌入式芯片MPC860 和嵌入式实时操作系统VxWorks 的系统网关模型,并且介绍其 在CATV 网络下行广播发送卡和接收卡中的应用。

英文摘要：

  In this article we provided a new model of IP-CATV or CAVT-IP gateway based on the MPC860T embedded chip and embedded RTOS Vxworks and also discussed the application of this system in the CATV channel which the IP data go down st ream through.

1 　引言
     随着多媒体信息技术和互联网的飞速发展,嵌入 式操作系统以其占用内存少、高性能、完全可伸缩性、 性能稳定等特点广泛应用于信息家电、移动通信、手持 信息设备以及工业控制等领域。目前到户的同轴电缆 频带宽度一般都达到或超过550 MHz ,去掉低端70 MHz 和频道间的间隔带宽,以64 QAM 方式调制数字 信号计算,可以传输的数字信号总速率超过25 Gb。 如果我们能够利用CATV 网络来传输IP 数据,这样 不仅节省了建设高带宽IP 网络的费用,而且还实现了 高带宽的IP 服务质量(QoS) 。下面介绍在HFC 网络 上传输IP 数据的IP-CATV或CATV-IP系统方案, 并给出该系统的硬件与软件的实现。
2 　MPC860T 特征介绍
     MPC860T 是为电信和网络而设计的集成通信微 处理器, 它包括3 个主要组成部分: 高速的嵌入式 PowerPC 内核、通信处理模块(CPM) 和10/ 100 Mbps 快速以太网控制器FEC ( Fast Ethernet Cont roller) 。 PowerPC 内核的工作频率可高达80 MHz 。CPM 分 担了PowerPC 内核的外围工作任务,可同时支持4 个 串行通信控制器(SCC) 、2 个串行管理控制器(SMC) 、 1 个串行外围接口(SPI) 和1 个I2C 接口。快速以太 网控制器FEC 包括完整的DMA (Direct Memory Access)。 由于MPC860T 独立实现了快速以太网模块, 它能提供高性能快速以太网连接,而且不会影响CPM 的运行, 这些特点使得MPC860T 在IP-CATV或CATV-IP 系统中得到很好的应用。
5 　系统硬件实现
     我们用MPC860T 的存储控制器控制连接在外部 总线上的SDRAM 和FlASH ,用MPC860T 的MAC 单 元控制外接的LXT970 10/ 100 M 以太网物理层芯片, 用独立DMA 通道控制接在外部总线上的FPGA ACEX1 K30 ,用串行接口单元控制外接的串口芯片 MAX3232 。图2 为整个IP-CATV或CATV-IP网关 的原理框图。 图2 中LXT970 是IP-CATV或CATV-IP网关 与以太网的接口芯片, 完成以太网物理层的工作。 ACEX1 K30 是IP-CATV或CATV-IP网关与QAM 调制解调器的接口芯片,它是FPGA ,我们根据时序上 的需要对其进行编程,这里它主要完成在MPC860T IDMA 控制信号的控制下从MPC86T 的外部总线接 收数据,并把它转换成QAM 调制解调器要求的时序。
6 　FPGA 的软件程序实现
     对于IP-CATV 网关和CATV-IP 网关来说, FPGA 所完成的功能是不同的。IP-CATV 网关中的 FPGA 从MPC860T 中接收TS 数据(MPC860T 中的 VxWorks 程序把从以太网上接收下来的不定长的IP 包转换成188 字节定长的TS 包,并通过驱动程序把 TS 包发送给FPGA) ,并且根据QAM 调制器要求的 带宽在TS 流中插入TS 空包,然后把满足带宽的TS 流送往QAM 调制器。CATV-IP 网关中的FPGA 从 QAM 解调器中接收恒定带宽的TS 流,把TS 流中的 TS 空包去掉, 然后把去掉空包后的TS 流送往 MPC860T 让其组成IP 包。图3 为IP-CATV 网关 和CATV-IP 网关的FPGA 功能模块图。 (1) 图3 中的IP 是指由不定长的IP 包转换成188 字节定长的TS 包, 因为此TS 包的头标识字节为 0xB8 ,而非MPEG- 2 标准中TS 包的0x47 ,所以此处 不用TS 表示。 (2) FPGA 从MPC860T 接收的188 字节的TS 包 的后两个字节为无效字节, FPGA 需要把此处的字节 变成该TS 包的CRC 校验字节,以确保接收端正确接 收TS 包。 (3) ROM 中存放的是MPEG-2 标准中的TS 空 包,当流控制模块发现FIFO 中无TS 包可输出时,它 就向TS 流中插入ROM 中存放的TS 空包以保证向 QAM 调制器输出恒定速率的TS 流。
9 　结束语
     本文给出一种应用嵌入式芯片MPC860T 和嵌入 式实时操作系统VxWorks 实现IP-CATV或CATV-IP 网关的方法,并将其应用在CATV 网络的IP 下行 广播中,充分利用现有的CATV 网络资源实现IP 网 络的高速传输,在实际应用中性能良好。