- 智能手機平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
- 智能手機平臺CMMB的硬件設(shè)計
- 智能手機平臺CMMB軟件設(shè)計接
- 利用CMMB調(diào)諧解調(diào)器SMS1180擴展了手機電視功能
引言
中國移動多媒體廣播電視（CMMB）標準作為中國自行研發(fā)、完全掌握自主知識產(chǎn)權(quán)的移動多媒體標準，以其高速率、低功耗、高移動性等優(yōu)點，在手機、PDA、MP3、MP4、數(shù)碼相機、筆記本式計算機等小屏幕便攜式終端中得到越來越廣泛的應用。目前，CMMB手機電視功能的實現(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，因為體積大、成本高等缺點逐漸被棄用；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，因為占用PCB面積小、成本相對較低、與相應的視音頻解碼芯片的組合自由度大等優(yōu)點被廣泛使用；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，但是應用處理器的選擇受限，尤其對于已有AP的智能手機來說，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，在智能手機平臺上實現(xiàn)了CMMB手機電視功能。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
智能手機平臺采用基帶處理器+應用處理器的雙處理器結(jié)構(gòu)，主要由無線通信模塊、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。其中無線通信模塊實現(xiàn)呼叫/接聽、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然就ㄐ殴δ芎推渌鸚iFi、藍牙等無線功能，多媒體處理模塊則用于處理高負荷的多媒體應用。
智能手機平臺總體結(jié)構(gòu)
工作流程如下：天線接收到的CMMB信號，經(jīng)過包含調(diào)諧器和解調(diào)器的SMS1180的調(diào)諧和解調(diào)處理后，輸出標準格式的TS流經(jīng)過SPI總線傳送到多媒體處理模塊，通過應用處理器PXA310對H.264和ACC視音頻碼流解碼，在其控制下輸送數(shù)字格式的視頻信號到LCD液晶顯示屏上，播放出電視視頻圖像，同時輸出AC97格式的音頻信號到音頻解碼器，經(jīng)處理輸出的模擬聲音最終送到耳機或外放。
2 硬件設(shè)計
整個智能手機系統(tǒng)中涉及CMMB移動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)將從以下幾個方面講述其中的關(guān)鍵接口設(shè)計。
2.1 CMMB接入模塊的射頻相關(guān)設(shè)計
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。接口設(shè)計如圖2所示。
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智能手機平臺CMMB功能軟件架構(gòu)
天線設(shè)計考慮到攜帶的方便性，采用拉桿式。時鐘電路采用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（百萬分之一），負載電容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)連接的應用處理器情況來確定，每一路電源需接1 μF電容濾波。
該設(shè)計中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，而無需過孔，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)阻抗控制來處理；
3）布線時，相關(guān)的電源線至少需要0.4 mm.此外，層與層之間應保留盡量多的地孔以減少接地點之間的阻抗。
2.2 CMMB接入模塊與多媒體處理模塊的接口設(shè)計
多媒體處理模塊的核心器件即為智能手機系統(tǒng)中的應用處理器。設(shè)計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輸出標準格式的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)計選用PXA310 SPI接口與之配合，相關(guān)的復位、斷電和喚醒等控制信號則選用PXA310的GPIO進行相關(guān)的功能和時序控制。無論選用SPI、SDIO和USB數(shù)據(jù)接口線，布局時都須將其布于多層板的內(nèi)層，遠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
視頻輸出設(shè)計由應用處理器PXA310通過片內(nèi)LCD控制器直接控制LCD模塊，其控制器接口多通過連接器經(jīng)由FPC連接到LCD模塊，需要額外考慮信號的EMI處理，可在硬件設(shè)計采用LCD數(shù)據(jù)線和時鐘控制線加RC電路或?qū)Ｓ玫亩嗤ǖ繣MI器件，選取相應電路時需要注意并聯(lián)電容值大小。筆者調(diào)試過程中就曾遇到因選取容值過大器件影響到傳輸信號的質(zhì)量，從而導致畫面顏色顯示不正常的現(xiàn)象。另外，在FPC設(shè)計上也需要采用數(shù)據(jù)線間加地隔離等手段達到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來實現(xiàn)。WM9731采用雙CODEC操作結(jié)構(gòu)，通過AC-link接口支持高保真立體聲CODEC功能，同時還通過一個PCM類型的同步串行端口（SSP）支持音頻CODEC功能。當系統(tǒng)只處于語音通話狀態(tài)時，WM7931工作在處理模擬音頻的通道上；當CMMB電視模塊工作時，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
針對目前加密電視節(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種是通過手機中常用的T-Flash卡來完成解密和解擾，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個私有的密鑰給解碼芯片。
前者需要占用手機平臺僅有的T-Flash插槽，而且用卡完成解密和解擾會有120 ms的延時。本設(shè)計采用第2種方案，P5CC072解密芯片通過符合ISO7816標準的接口與SMS1180的UART口直連［4］，由應用處理器將授權(quán)控制信息ECM、授權(quán)管理信息EMM輸入給解密芯片解密后，再將控制字輸回應用處理器，然后根據(jù)控制字來做視音頻的解碼。
另外，在GSM/GPRS智能手機平臺設(shè)計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濾波器，以衰減在UHF頻段產(chǎn)生的噪聲。
3 軟件設(shè)計
3.1 軟件架構(gòu)
智能手機平臺CMMB部分的軟件結(jié)構(gòu)由下至上分為信號處理模塊、條件接收模塊和應用模塊。其中，信號處理模塊負責射頻接收、解調(diào)制、解復用及相關(guān)功能；條件接收模塊負責信號解擾、解密、用戶授權(quán)及相關(guān)功能；應用模塊負責電視廣播、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)動層位于整個軟件系統(tǒng)的最底層，直接對硬件進行操作，控制SMS1180工作，接收SMS1180傳送過來的傳輸流。在解調(diào)器正確輸出TS數(shù)據(jù)流后，就輸入到解復用模塊進行TS流的解析工作。解復用模塊是接收機的關(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)的預處理。最后CMMB應用程序?qū)鈴陀煤蟮臄?shù)據(jù)流進行處理，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
3.2.1 頻道搜索、切換與播放
軟件上設(shè)計兩種實現(xiàn)節(jié)目搜索的方式：自動搜索和手動搜索。前者通過枚舉的方式搜索出接收到的所有頻點的節(jié)目信息，后者則根據(jù)預先設(shè)置的頻點，系統(tǒng)只搜索設(shè)定頻點的節(jié)目信息。頻道切換遵循先關(guān)閉當前播放的節(jié)目，后關(guān)閉SMS1180接收模塊工作流程，播放時則先打開接收模塊再播放。
3.2.2 播放時的來電處理
在智能手機平臺系統(tǒng)中，軟件還必須處理手機電視播放時來電掛起的特殊情況。在軟件設(shè)計中，系統(tǒng)監(jiān)測預先設(shè)定的來電標志，標志置位則將播放電視節(jié)目任務(wù)掛起，切換到來電界面。當拒絕通話或通話結(jié)束掛斷時，設(shè)置的標志消失，系統(tǒng)監(jiān)測到標志消失，則運行播放電視節(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
應用處理器PXA310自身定義了多種電源狀態(tài)，不同的電源狀態(tài)對應不同的工作狀態(tài)，通過電源管理程序既滿足當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)計中針對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)機模式，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)隨時關(guān)閉不需要的外設(shè)。
4 測試及驗證
智能手機平臺系統(tǒng)測試，除了通信部分的基本指標外，對于手機電視而言，最關(guān)鍵的指標是各種模式下的功耗和接收靈敏度。測試平臺采用CMMB信號發(fā)生器、誤碼測試儀、萬用表和待測智能手機等組成，測試結(jié)果如表1、表2所示。
從測試結(jié)果可知，功耗結(jié)果滿足智能手機實際使用要求，在UHF的整個頻段，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)計在智能手機平臺上，利用CMMB調(diào)諧解調(diào)器SMS1180擴展了手機電視功能。該方法簡單實用，性價比較高，在目前便攜式智能終端的設(shè)計領(lǐng)域，具有較好的推廣價值。
