基于FPGA和RTOS的嵌入式码流分析设计方案

基于FPGA和RTOS的嵌入式码流分析设计方案

　这些功能将满足运营环境的现场监测要求。实际应用中这些分析的结果需要以某种方式提交给用户观察。因此，以下的信息显示是必须的。

　　1．基本信息：主要向用户提供关于TS流的最基本的信息，如TS流的传输速率、同步错误、TS包长度、视音频比例、PSI表的简要信息等。

　　2．实时监测：本界面按照DVB ETR290标准规定的3级检错内容而设计。

　　3．节目信息：显示描述一个节目内容的PMT、SDT和EIT的具体信息。

　　4．带宽信息：基于PID的带宽统计信息。

　　5．复用结构：TS流中最基本的节目复用信息。

　　6．PSI/SI信息：将2进制形式的PSI/SI信息翻译成文字，以树的形式显示，TS流的层次结构一目了然。

　　7．PCR分析：分析PCR传送的间隔和抖动。

　　硬件结构

　　如图2所示，本设计方案选用Altera公司的FPGA――根据实际的设计容量可以选择具体的型号和系列。这里我们将讨论输入输出、过滤逻辑和控制系统的设计思想。

　　FPGA与TS接口连接的2个数据总线接口TS IN 和TS OUT都是标准的DVB_SPI(EN 50083-9)接口。TS IN 接收外部的TS码流，送入码流过滤逻辑系统做进一步处理。TS OUT接口将从TS IN收到的码流环出，这样在进行码流分析的同时就不会对传输码流造成任何影响。DVB_SPI接口是LVDS电平信号，可在FPGA上直接接入(参考ALTERA的硬件手册)。

　　如果采用DVB_ASI接口，也可以通过Altera提供的IP核来实现串/并和并/串转换。所以，原则上除去传输变压器和保护电路无需其他接口逻辑芯片。DVB标准的输入接口有ASI和SPI两种，两者的定义和标准不尽相同。针对输入接口的不同需要对输入信号进行调整和统一。要从ASI接口的信息中提取TS码流同步信号，调整信号脉冲的占空比使ASI的输出接口信号和SPI的相类似。另外，ASI接口输出有平滑和突发2种数据串数模式。为了满足突发模式的工作需要，可以将FPGA?片内的RAM BLOCK定义成FIFO进行高速缓存，使接口满足不同速率的突发输入，最高应该可以满足27MHz并行突发方式(ASI接口216MHz)的输入要求。

　　在FPGA的码流过滤逻辑单元部分需要设计一些重要的硬件控制模块。MPEG2标准规定了各压缩级别TS码流的速率。经过TS码流复用后实际应用中传输的串行码流速率可能>200MHz。因此考虑到NIOS的工作主频和加载操作系统后的实际工作效率，我们需要将输入码流降低后输入分析系统。故而硬件中设计多种硬件触发机制和硬件过滤器来满足这种需求。

　　根据ETR290的标准定义，码流分析功能不是并行处理的模式，而是有先后次序的相对关系。根据不同的优先级，先完成同步和连续性的分析，然后提取PSI信息，最后根据解析后的PSI信息对不同PID的节目TS流进行解码，分析详细的PES流信息。输入信息量的控制可以通过软件控制的方式实现。FPGA过滤逻辑设计了各种TS流的PID过滤器，将这些丰富的PID过滤器有机地组合在一起。控制模块可以通过写入命令来控制这些PID过滤器的工作方式和组合结构。

　　根据分析流程控制要求，当分析不同的信息部分时控制模块可以按需要发送命令改变硬件组合，保证输入的码流只与当前分析工作有关。这样可以完成对输入码流流量的控制而不影响完成设计要求。当然，这样设计是以牺牲分析实时性为代价的平衡措施，但是获得的好处也是可预见的。

　　Altera公司的FPGA上提供了纯软件设计的CPU内核NIOS模块。针对该内核Altera同时提供了相应的编译器和调试工具。在NIOS内核上我们可以移植一个小的操作系统。在这个实时操作系统上实现多任务调度和复杂的计算。该公司还提供用于FPGA设计的其他功能模块如：UART、TIMER等。软件支持方面提供了在NIOS内核上工作的TCP/IP协议等。

　　这些资源很方便的满足了设计要求，利用它们实现分析结果的输出要求。我们可以根据不同的应用场合选择采用不同的通讯接口如RS232/RS485、以太网等。同时，我们可以进一步在操作系统上设计SNMP协议，使码流分析模块能够在网络环境和现有的管理系统进行连接。这有利于网络管理和控制。同样，在操作系统上设计简单的WEB SERVER功能也是可行的。用户通过浏览器可以马上得到分析结果而无需安装任何分析软件。这些功能设计为用户的实际应用提供了方便，用户可以根据不同的现场环境选择不同的控制方法。