- 智能手機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
- 智能手機(jī)平臺(tái)CMMB的硬件設(shè)計(jì)
- 智能手機(jī)平臺(tái)CMMB軟件設(shè)計(jì)接
- 利用CMMB調(diào)諧解調(diào)器SMS1180擴(kuò)展了手機(jī)電視功能
引言
中國(guó)移動(dòng)多媒體廣播電視(CMMB)標(biāo)準(zhǔn)作為中國(guó)自行研發(fā)、完全掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的移動(dòng)多媒體標(biāo)準(zhǔn),以其高速率、低功耗、高移動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn),在手機(jī)、PDA、MP3、MP4、數(shù)碼相機(jī)、筆記本式計(jì)算機(jī)等小屏幕便攜式終端中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前,CMMB手機(jī)電視功能的實(shí)現(xiàn)方案主要有以下幾種:1)采用解調(diào)器與第三方調(diào)諧器的分離式雙芯片方案,如創(chuàng)毅視訊的ADM3421等,因?yàn)轶w積大、成本高等缺點(diǎn)逐漸被棄用;2)采用解調(diào)器與調(diào)諧器的SIP 方案,如創(chuàng)毅視訊的F206,思亞諾的SMS1180等,因?yàn)檎加肞CB面積小、成本相對(duì)較低、與相應(yīng)的視音頻解碼芯片的組合自由度大等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用;3)單芯片的接收全集成方案,包括解調(diào)器、視音頻解碼器等,如展訊公司的SC6600V,集成度很高,但是應(yīng)用處理器的選擇受限,尤其對(duì)于已有AP的智能手機(jī)來(lái)說(shuō),并非最優(yōu)的選擇。筆者從體積、功耗、成本和需求等方面考慮,采用思亞諾的SMS1180解決方案,在智能手機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了CMMB手機(jī)電視功能。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
智能手機(jī)平臺(tái)采用基帶處理器+應(yīng)用處理器的雙處理器結(jié)構(gòu),主要由無(wú)線通信模塊、多媒體處理模塊、視音頻輸出模塊、CMMB接入模塊等部分組成,其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)呼叫/接聽、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然就ㄐ殴δ芎推渌鸚iFi、藍(lán)牙等無(wú)線功能,多媒體處理模塊則用于處理高負(fù)荷的多媒體應(yīng)用。
智能手機(jī)平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)
工作流程如下:天線接收到的CMMB信號(hào),經(jīng)過(guò)包含調(diào)諧器和解調(diào)器的SMS1180的調(diào)諧和解調(diào)處理后,輸出標(biāo)準(zhǔn)格式的TS流經(jīng)過(guò)SPI總線傳送到多媒體處理模塊,通過(guò)應(yīng)用處理器PXA310對(duì)H.264和ACC視音頻碼流解碼,在其控制下輸送數(shù)字格式的視頻信號(hào)到LCD液晶顯示屏上,播放出電視視頻圖像,同時(shí)輸出AC97格式的音頻信號(hào)到音頻解碼器,經(jīng)處理輸出的模擬聲音最終送到耳機(jī)或外放。
2 硬件設(shè)計(jì)
整個(gè)智能手機(jī)系統(tǒng)中涉及CMMB移動(dòng)電視功能的硬件主要包括CMMB接入模塊、多媒體處理模塊、視音頻輸出模塊和條件接收模塊4部分,本節(jié)將從以下幾個(gè)方面講述其中的關(guān)鍵接口設(shè)計(jì)。
2.1 CMMB接入模塊的射頻相關(guān)設(shè)計(jì)
CMMB接入模塊采用思亞諾的SMS1180,具有雙通道、低功耗、高靈敏度等特點(diǎn)。接口設(shè)計(jì)如圖2所示。
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智能手機(jī)平臺(tái)CMMB功能軟件架構(gòu)
天線設(shè)計(jì)考慮到攜帶的方便性,采用拉桿式。時(shí)鐘電路采用8~40 MHz的晶體振蕩器,串聯(lián)阻抗在0~60 Ω溫度穩(wěn)定性要求20 ppm(百萬(wàn)分之一),負(fù)載電容10 pF。
射頻接口電路在U波段增加帶通濾波器電路,S波段除了帶通濾波器電路外,還須設(shè)置巴倫電路。電源電路則分為兩組:一組1.2(1±0.05)V為內(nèi)核、ADC、PLL和時(shí)鐘電路供電;另一組1.8~3.3(1±0.1)V為數(shù)據(jù)接口電路供電,可根據(jù)連接的應(yīng)用處理器情況來(lái)確定,每一路電源需接1 μF電容濾波。
該設(shè)計(jì)中PCB的布局布線尤為重要,需注意:
1)從天線到SMS1180的UHF波段和S波段輸入端的射頻線要求50 Ω阻抗,輸入通道上的相關(guān)器件與SMS1180布局在同一面,從而保證器件間的布線可以盡可能的短,而且在同一層完成,而無(wú)需過(guò)孔,減少干擾;
2)為了減少寄生電容,在S波段的通路上,從巴倫電路到SMS1180輸入之間的地段需要挖空,相應(yīng)的內(nèi)層地也需要挖空,UHF波段通路的地段則根據(jù)阻抗控制來(lái)處理;
3)布線時(shí),相關(guān)的電源線至少需要0.4 mm.此外,層與層之間應(yīng)保留盡量多的地孔以減少接地點(diǎn)之間的阻抗。
2.2 CMMB接入模塊與多媒體處理模塊的接口設(shè)計(jì)
多媒體處理模塊的核心器件即為智能手機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用處理器。設(shè)計(jì)采用美滿公司基于第三代Intel XScale技術(shù)的PXA310,最高主頻624 MHz,可根據(jù)工作狀態(tài)調(diào)整頻率,而且融入了智能功耗管理技術(shù),最大限度地降低了系統(tǒng)功耗,延長(zhǎng)了電池壽命。在多媒體方面,提供VGA解析度的30 f/s(幀/秒)H.264播放效能,具有硬件視頻加速功能,大大提升視頻播放功能。SMS1180輸出標(biāo)準(zhǔn)格式的TS數(shù)據(jù)流至主處理器,數(shù)據(jù)傳輸接口可以為SPI、SDIO和USB等多種選擇,從傳輸速度和EMI等因素考慮設(shè)計(jì)選用PXA310 SPI接口與之配合,相關(guān)的復(fù)位、斷電和喚醒等控制信號(hào)則選用PXA310的GPIO進(jìn)行相關(guān)的功能和時(shí)序控制。無(wú)論選用SPI、SDIO和USB數(shù)據(jù)接口線,布局時(shí)都須將其布于多層板的內(nèi)層,遠(yuǎn)離敏感管腳和射頻區(qū)域。
2.3 多媒體處理模塊與視音頻輸出模塊的接口設(shè)計(jì)
視頻輸出設(shè)計(jì)由應(yīng)用處理器PXA310通過(guò)片內(nèi)LCD控制器直接控制LCD模塊,其控制器接口多通過(guò)連接器經(jīng)由FPC連接到LCD模塊,需要額外考慮信號(hào)的EMI處理,可在硬件設(shè)計(jì)采用LCD數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘控制線加RC電路或?qū)S玫亩嗤ǖ繣MI器件,選取相應(yīng)電路時(shí)需要注意并聯(lián)電容值大小。筆者調(diào)試過(guò)程中就曾遇到因選取容值過(guò)大器件影響到傳輸信號(hào)的質(zhì)量,從而導(dǎo)致畫面顏色顯示不正常的現(xiàn)象。另外,在FPC設(shè)計(jì)上也需要采用數(shù)據(jù)線間加地隔離等手段達(dá)到EMI效果。
音頻接口則由PXA310的AC97控制器控制音頻編解碼芯片WM9731來(lái)實(shí)現(xiàn)。WM9731采用雙CODEC操作結(jié)構(gòu),通過(guò)AC-link接口支持高保真立體聲CODEC功能,同時(shí)還通過(guò)一個(gè)PCM類型的同步串行端口(SSP)支持音頻CODEC功能。當(dāng)系統(tǒng)只處于語(yǔ)音通話狀態(tài)時(shí),WM7931工作在處理模擬音頻的通道上;當(dāng)CMMB電視模塊工作時(shí),則切換為AC97的輸入通道上。
2.4 CMMB接入模塊與條件接收模塊接口設(shè)計(jì)
針對(duì)目前加密電視節(jié)目的情況,需要在CMMB電視部分加入解密方案?,F(xiàn)在常用的解密方案有兩種:第1種是通過(guò)手機(jī)中常用的T-Flash卡來(lái)完成解密和解擾,輸出清晰節(jié)目給解碼芯片解碼;第2種是直接把解密芯片內(nèi)嵌入PCB,然后輸出1個(gè)私有的密鑰給解碼芯片。
前者需要占用手機(jī)平臺(tái)僅有的T-Flash插槽,而且用卡完成解密和解擾會(huì)有120 ms的延時(shí)。本設(shè)計(jì)采用第2種方案,P5CC072解密芯片通過(guò)符合ISO7816標(biāo)準(zhǔn)的接口與SMS1180的UART口直連[4],由應(yīng)用處理器將授權(quán)控制信息ECM、授權(quán)管理信息EMM輸入給解密芯片解密后,再將控制字輸回應(yīng)用處理器,然后根據(jù)控制字來(lái)做視音頻的解碼。
另外,在GSM/GPRS智能手機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)中需要尤為注意的是:由于CMMB接收模塊UHF頻段離GSM900非常近,最好在GSM部分的輸出部分插入一個(gè)濾波器,以衰減在UHF頻段產(chǎn)生的噪聲。
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 軟件架構(gòu)
智能手機(jī)平臺(tái)CMMB部分的軟件結(jié)構(gòu)由下至上分為信號(hào)處理模塊、條件接收模塊和應(yīng)用模塊。其中,信號(hào)處理模塊負(fù)責(zé)射頻接收、解調(diào)制、解復(fù)用及相關(guān)功能;條件接收模塊負(fù)責(zé)信號(hào)解擾、解密、用戶授權(quán)及相關(guān)功能;應(yīng)用模塊負(fù)責(zé)電視廣播、聲音廣播、電子業(yè)務(wù)指南、緊急廣播和數(shù)據(jù)廣播等業(yè)務(wù)的處理。整體架構(gòu)如圖2所示。
其中,調(diào)諧解調(diào)器SMS1180驅(qū)動(dòng)層位于整個(gè)軟件系統(tǒng)的最底層,直接對(duì)硬件進(jìn)行操作,控制SMS1180工作,接收SMS1180傳送過(guò)來(lái)的傳輸流。在解調(diào)器正確輸出TS數(shù)據(jù)流后,就輸入到解復(fù)用模塊進(jìn)行TS流的解析工作。解復(fù)用模塊是接收機(jī)的關(guān)鍵模塊,處于調(diào)諧解調(diào)器與解碼器之間,用于解碼數(shù)據(jù)的預(yù)處理。最后CMMB應(yīng)用程序?qū)鈴?fù)用后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理,包括視音頻解碼播放、電子業(yè)務(wù)指南解析和其他信息處理。
3.2 關(guān)鍵設(shè)計(jì)
3.2.1 頻道搜索、切換與播放
軟件上設(shè)計(jì)兩種實(shí)現(xiàn)節(jié)目搜索的方式:自動(dòng)搜索和手動(dòng)搜索。前者通過(guò)枚舉的方式搜索出接收到的所有頻點(diǎn)的節(jié)目信息,后者則根據(jù)預(yù)先設(shè)置的頻點(diǎn),系統(tǒng)只搜索設(shè)定頻點(diǎn)的節(jié)目信息。頻道切換遵循先關(guān)閉當(dāng)前播放的節(jié)目,后關(guān)閉SMS1180接收模塊工作流程,播放時(shí)則先打開接收模塊再播放。
3.2.2 播放時(shí)的來(lái)電處理
在智能手機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)中,軟件還必須處理手機(jī)電視播放時(shí)來(lái)電掛起的特殊情況。在軟件設(shè)計(jì)中,系統(tǒng)監(jiān)測(cè)預(yù)先設(shè)定的來(lái)電標(biāo)志,標(biāo)志置位則將播放電視節(jié)目任務(wù)掛起,切換到來(lái)電界面。當(dāng)拒絕通話或通話結(jié)束掛斷時(shí),設(shè)置的標(biāo)志消失,系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到標(biāo)志消失,則運(yùn)行播放電視節(jié)目任務(wù),繼續(xù)播放上次的節(jié)目頻道。
3.2.3 節(jié)電設(shè)計(jì)
應(yīng)用處理器PXA310自身定義了多種電源狀態(tài),不同的電源狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的工作狀態(tài),通過(guò)電源管理程序既滿足當(dāng)前工作需要的處理速度又保證最小的功率消耗。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中針對(duì)CMMB接收模塊也定義了3種不同的工作模式,即播放模式、睡眠模式和關(guān)機(jī)模式,根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)關(guān)閉不需要的外設(shè)。
4 測(cè)試及驗(yàn)證
智能手機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)測(cè)試,除了通信部分的基本指標(biāo)外,對(duì)于手機(jī)電視而言,最關(guān)鍵的指標(biāo)是各種模式下的功耗和接收靈敏度。測(cè)試平臺(tái)采用CMMB信號(hào)發(fā)生器、誤碼測(cè)試儀、萬(wàn)用表和待測(cè)智能手機(jī)等組成,測(cè)試結(jié)果如表1、表2所示。
從測(cè)試結(jié)果可知,功耗結(jié)果滿足智能手機(jī)實(shí)際使用要求,在UHF的整個(gè)頻段,CMMB電視接收模塊的靈敏度都要優(yōu)于規(guī)范要求的-95 dBm.
5 小結(jié)
本設(shè)計(jì)在智能手機(jī)平臺(tái)上,利用CMMB調(diào)諧解調(diào)器SMS1180擴(kuò)展了手機(jī)電視功能。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用,性價(jià)比較高,在目前便攜式智能終端的設(shè)計(jì)領(lǐng)域,具有較好的推廣價(jià)值。