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嵌入式系统案例 —— 机顶盒

嵌入式系统案例 —— 机顶盒. 机顶盒需求分析 机顶盒设计 机顶盒功能实现 机顶盒性能调优. 机顶盒需求分析. 硬件： CPU 、网络接口（ ADSL Modem 、网卡等）、图像解压缩器、音频解压缩器、 NTSC/PAL/SECAM 解码器、 RGB 编码器、远程控制接口、只读存储器（ ROM ）、随机存储器（ RAM ）。 软件：配合硬件，尽可能挖掘硬件的处理能力，实现各个模块的功能，并给用户一个友好的操作界面。 目标：最佳性能价格比. 机顶盒网络视频点播功能要求. 视频格式为：

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  1. 嵌入式系统案例——机顶盒 • 机顶盒需求分析 • 机顶盒设计 • 机顶盒功能实现 • 机顶盒性能调优 嵌入式系统案例——机顶盒

  2. 机顶盒需求分析 • 硬件：CPU、网络接口（ADSL Modem、网卡等）、图像解压缩器、音频解压缩器、NTSC/PAL/SECAM解码器、RGB编码器、远程控制接口、只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）。 • 软件：配合硬件，尽可能挖掘硬件的处理能力，实现各个模块的功能，并给用户一个友好的操作界面。 • 目标：最佳性能价格比 嵌入式系统案例——机顶盒

  3. 机顶盒网络视频点播功能要求 • 视频格式为： Mpeg4 ISO/IEC 14496-2:1999 + Cor 1:2000 + Cor 2:2001 ; Simple Profile @ Level 1 ; Typical Visual Session Size is QCIF(176*144) Mpeg4 ISO/IEC 14496-2:1999 + Cor 1:2000 + Cor 2:2001 ; Advanced Simple Profile @ Level 3 ; Typical Visual Session Size is CIF(352*288) ; Maximum bitrate is 1.5 Mbps • 音频格式为： Mpeg-4 ISO/IEC 14496-3:1999 and AMD1 2000 ; High Quality Audio Profile @ Level 2 Up to 2 Channels Up to 48000Hz Sampling rate ; This profile contains both CELP and Low Complexity AAC • 传输标准为： ISMA（Internet Streaming Media Alliance Implementation Specification）标准 • 网络传输协议为： UDP或TCP 嵌入式系统案例——机顶盒

  4. 机顶盒网页浏览功能要求 • 网页格式标准： HTML 4.0 可以解析部分JavaScript • 支持快捷键浏览： 使用STB用户可以通过STB遥控器的简单按键来进行网页的浏览操作，如前进、后退、打开主页和关闭主页等。 嵌入式系统案例——机顶盒

  5. 机顶盒功能需求列表 嵌入式系统案例——机顶盒

  6. 设计时的考虑 • 是否需要操作系统支持 • 首先确定是否使用操作系统 • 其次确定使用哪个操作系统，精简的Linux、Win CE，或QNX • 视频播放支持 • 可以选择采用软件解码播放器如MPlayer，也可以使用解码芯片即硬件解码方式。 • 采用软件解码方式，升级方便，升级成本较低；必须有比较强的CPU支持，同时也一定要有一块支持TV out的显示卡，以及声卡芯片 • 采用硬件解码方式，CPU主频不需要很高，解码速度也有保证；但是解码子系统的升级可能性受限于芯片厂商提供的驱动程序 嵌入式系统案例——机顶盒

  7. 设计时的考虑 • 网页浏览支持 • 需要一个精简功能的网络浏览器，能够完全解析符合HTML4.0标准网页，同时对网页上的java script能够有一定的支持。 • 浏览器同采用的操作系统相关。如果是在Win CE中，我们可以直接采用IE浏览器。而在Linux下我们有更多的选择：Mozilla、Konqueror和Opera等 • 网络支持 为了能够进行网络点播和主页浏览，必须有网络的软硬件支持，基本上包括一个TCP/IP协议栈和相配合的网络硬件驱动程序。 嵌入式系统案例——机顶盒

  8. 机顶盒的结构设计 • 低能耗嵌入式通用CPU • 廉价而功能强大的Linux操作系统 • 硬件音频/视频解码单元 引入了硬件解码芯片之后，对CPU性能的要求不必很高，只要够用就可以了。由此带来的好处是，外围电路和外围设备的规格档次可以随之降低。比如，因为简单的嵌入式处理器发热量小，散热装置在这种配置中就不是必需的。 • 低价的网络单元 • 输入设备采用USB界面 • 系统其他功能采用软件实现 嵌入式系统案例——机顶盒

  9. 机顶盒的硬件配置 • CPU：采用嵌入式CPU(SC1100)，主频为233MHz • 专用的视频解压芯片：SigmaDesign的EM8471 • 内存：64M SDRAM • 外存：64M Compact Flash（可以减到32M） 机顶盒用CF卡作为外部存储器，这样可以降低硬件成本，而且便于将来软件的升级。 不过，它仍然是硬件成本的瓶颈 • 外部接口：Ethernet、S-Video、USB (x2)、RCA for Composite video、RCA for analog stereo audio output (x2) • 遥控接收装置：遥控器 嵌入式系统案例——机顶盒

  10. Set Top Box for VOD over TCP/IP 嵌入式系统案例——机顶盒

  11. 嵌入式系统案例——机顶盒

  12. 机顶盒的软件组成 • Bootstrap，操作系统初始进程 • 具备内存管理、进程管理和定时器服务的内核 • 文件系统(或许放在ROM或RAM中) • 硬件的驱动程序 • TCP/IP 网络协议栈 • 图形化用户界面 • 因特网浏览器 • Web服务器 • MPEG4流媒体文件播放器 • 提供给流媒体codec驱动的底层库 嵌入式系统案例——机顶盒

  13. 机顶盒软件体系结构 嵌入式系统案例——机顶盒

  14. 嵌入式GUI比较 • framebuffer+Micro Windows+Mozilla • framebuffer+Micro Windows+ViewML(fltk) • framebuffer+QT/Embedded + Konqueror/Embedded • TinyX/其他微型X+微型窗口管理器+某种Web浏览器 • X11 +微型窗口管理器 + Web浏览器 嵌入式系统案例——机顶盒

  15. 嵌入式Web浏览器选择 • 作为机顶盒用户界面使用的Web浏览器，必须具有以下特性： • 支持HTML4标准 • 支持CSS • 支持JavaScript • 支持Cookies • 支持SSL • 支持中文网页显示 • 支持Flash 嵌入式系统案例——机顶盒

  16. 嵌入式Web浏览器速度比较 嵌入式系统案例——机顶盒

  17. 系统裁减和压缩 • 系统微型化 一种方案是从某个Linux发布版本的最小化安装开始由上向下裁减，另外一种是以某个小型化Linux发行版本作为基础，由底向上构建 • 文件系统压缩 JFFS2，Cloop和CramFS的比较 • 网络设计 机顶盒的网络连接是通过PPPoE来实现的 IP地址分配则有DHCP动态分配和静态IP分配两种方案 嵌入式系统案例——机顶盒

  18. 几款重要的嵌入式Linux 嵌入式系统案例——机顶盒

  19. 从LFS(Linux From Scratch)自底向上构建 嵌入式系统案例——机顶盒

  20. 从BusyBox/uClibc自上而下裁减 嵌入式系统案例——机顶盒

  21. 系统优化 • 提高系统启动速度 例如，在检测IDE接口时，内核一共做出了10次类似的尝试，它支持拥有10个IDE接口的系统。 • 系统定制，删除不需要的功能模块 当我们把系统裁减到32M，系统从开机到进入Konqueror/E图形界面所需要的时间由原来的55秒缩短为20秒 • 内核态PPPoE • DHCP进行用户身份认证和加密 嵌入式系统案例——机顶盒

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