本文介紹了采用IXP425作為核心主控單元和3片DM642作為核心數(shù)據(jù)處理單元的會(huì)議電視多點(diǎn)控制單元的硬件設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法。主控制器IXP425模塊完成網(wǎng)絡(luò)發(fā)送／接收、數(shù)據(jù)調(diào)度、PCI控制等功能。數(shù)據(jù)處理DM642模塊完成音／視頻混合與切換等功能。IXP425和DM642之間采用PCI總線連接，各模塊之間數(shù)據(jù)傳輸速度快，提高了數(shù)據(jù)處理效率。

“會(huì)議電視系統(tǒng)”是指多個(gè)不同地方的人或者群體，通過(guò)通信線路以及多媒體通信設(shè)備，將聲音、影像以及文字資料互相傳送，實(shí)現(xiàn)即時(shí)和互動(dòng)的溝通，從而達(dá)到完成傳統(tǒng)的地點(diǎn)集中式會(huì)議目的的系統(tǒng)。采用會(huì)議電視的方式，可以使身處多個(gè)會(huì)場(chǎng)的與會(huì)者，既能聽(tīng)到其他會(huì)場(chǎng)人員的聲音，又能看到其他會(huì)場(chǎng)的圖像，與會(huì)人員可以通過(guò)音／視頻傳輸通信來(lái)發(fā)表意見(jiàn)、觀察對(duì)方形象，另外可出示實(shí)物、圖紙等增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)感，還可以通過(guò)傳真或共享電子白板等方式及時(shí)傳送相關(guān)文件、圖表或討論問(wèn)題等，縮短與會(huì)者之間的空間距離，改善會(huì)議氣氛，使與會(huì)者都能身臨其境，如同在一個(gè)地方開(kāi)會(huì)一樣。

會(huì)議電視系統(tǒng)主要由終端設(shè)備、傳輸通道（通信網(wǎng)）以及多點(diǎn)控制單元MCU（Multipoint Control Unit）組成。其中多點(diǎn)控制單元是會(huì)議電視系統(tǒng)的核心部分，它的作用相當(dāng)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)里的交換機(jī)。交換機(jī)將來(lái)自各會(huì)議場(chǎng)點(diǎn)的信息流，經(jīng)過(guò)同步分離后，抽取出音頻、視頻、數(shù)據(jù)等信息和信令，再將會(huì)議場(chǎng)所的信息和信令，送入各處理模塊，完成相應(yīng)的音／視頻混合或切換、數(shù)據(jù)廣播和路由選擇、定時(shí)和會(huì)議控制等過(guò)程，最后將會(huì)議地點(diǎn)所需的各種信息重新組合起來(lái)，送往各會(huì)議電視終端。本論文立足于設(shè)計(jì)一個(gè)成本較低、運(yùn)行較穩(wěn)定、功能較全、容量較大、運(yùn)算速度較快、兼容性好、安全性較好、操作簡(jiǎn)單、能在2M網(wǎng)絡(luò)帶寬下運(yùn)行的針對(duì)中小型用戶的嵌入式會(huì)議電視多點(diǎn)控制單元。

會(huì)議電視多點(diǎn)控制單元（MCU）的主要功能是：

①媒體控制、媒體處理：包括音視頻的提取，音頻和視頻的重新編碼、混合、切換等，數(shù)據(jù)的廣播和路由選擇，語(yǔ)音激勵(lì)的計(jì)算以及其他需要的媒體功能；

②可接收其他多點(diǎn)控制單元轉(zhuǎn)發(fā)的音視頻數(shù)據(jù)，重新進(jìn)行音／視頻切換或混合后發(fā)送到會(huì)議電視終端進(jìn)行解壓解碼，還原成聲音、影像和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)后進(jìn)行本地輸出；

③MCU和終端遵循協(xié)議（如H．323、SIP等）進(jìn)行連接；

④MCU和終端可接收對(duì)方發(fā)送的控制信號(hào)并進(jìn)行響應(yīng)；

⑤網(wǎng)絡(luò)接入功能；

⑥可通過(guò)RS232進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

1 方案設(shè)計(jì)

方案1：參考文獻(xiàn)中提出了一種基于TCP／IP協(xié)議的桌面視頻會(huì)議系統(tǒng)中多點(diǎn)控制單元的實(shí)現(xiàn)方案，該方案采取純軟件式結(jié)構(gòu)，方案成本低，開(kāi)發(fā)周期短，但該方案處理音視頻路數(shù)有限，畫(huà)質(zhì)較差。

方案2：參考文獻(xiàn)中提出了一種基于DSP-642的會(huì)議電視硬件平臺(tái)方案，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于H．264協(xié)議的像素域多畫(huà)面合成的PCI通信模塊、視頻編解碼模塊，但容量只有4路，畫(huà)質(zhì)一般。

綜合比較以上2種方案，結(jié)合本會(huì)議電視多點(diǎn)控制單元MCU的具體情況，本文設(shè)計(jì)的會(huì)議電視多點(diǎn)控制單元MCU采用Intel嵌入式處理器IXP425作為主控制器，采用4片DM642芯片作為數(shù)據(jù)處理芯片，主控制器與數(shù)據(jù)處理模塊之間采用PCI總線進(jìn)行通信。這種方案開(kāi)發(fā)周期相對(duì)較短，TI、InteI等芯片廠商提供了完善的軟硬件開(kāi)發(fā)包，另外由于采用PCI總線連接主控制器模塊和數(shù)據(jù)處理器模塊，數(shù)據(jù)傳輸速度快，吞吐率高。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖和采用的功能芯片如圖1所示。系統(tǒng)主要由控制模塊和音／視頻處理模塊組成。

控制模塊由單板上的IXP425+CPLD組成。負(fù)責(zé)單板的資源和信息管理，把從業(yè)務(wù)單板發(fā)送過(guò)來(lái)的音／視頻信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的DM642處理。單板CPLD主要實(shí)現(xiàn)單板的復(fù)位、時(shí)鐘檢測(cè)、片選信號(hào)控制、寄存器讀寫(xiě)、單板信息等功能。音／視頻處理模塊由單板上4片DM642完成，是單板的核心模塊。決定音／視頻處理模塊性能的有兩個(gè)關(guān)鍵因素：音／視頻算法性能以及PCI總線的傳輸性能。

為了增強(qiáng)PCI總線的傳輸性能，可從如下兩個(gè)方面改善：提高PCI總線傳輸效率；PCI總線上任何一個(gè)器件都可以作為主器件發(fā)起傳輸，這樣DSP芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸不用通過(guò)IXP425轉(zhuǎn)發(fā)，節(jié)約總線帶寬。

2．1 IXP425模塊

IXP425模塊主要包含CPU最小系統(tǒng)、CPLD控制模塊、調(diào)試模塊、網(wǎng)絡(luò)管理模塊等?？驁D如圖2所示。

IXP425自身具有Expansion總線，能使flash、HPI總線設(shè)備、SDRAM等設(shè)備與內(nèi)部ASHB掛接，可兼容Intel／Motorola等制式接口，有cs［7：0］8個(gè)bank選擇，每個(gè)塊大小為16 MB，若采用WinCE操作系統(tǒng)，F(xiàn)lash空間則至少在20 MB以上，故最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)利用了cs0及cs1兩個(gè)bank作為系統(tǒng)存儲(chǔ)空間。為了給程序下載模式留下足夠的存儲(chǔ)空間，又增加了兩片16 MB的Flash。Flash連接如圖3所示。

由于IXP425內(nèi)置了專用的SDRAM控制器，根據(jù)其接口原則，同時(shí)考慮到平臺(tái)對(duì)運(yùn)算性能留有一定余量，最小系統(tǒng)中對(duì)SDRAM部分的設(shè)計(jì)選用了2片32 MB的SDRAM，硬件兼容128 MB的SDRAM設(shè)計(jì)。

2．2 網(wǎng)口設(shè)計(jì)

IXP425內(nèi)部有3個(gè)與XScale核并行工作的網(wǎng)絡(luò)處理機(jī)NPE，能對(duì)外部提供2個(gè)MII接口，并行工作的原理使得網(wǎng)絡(luò)處理性能較好，支持802．3協(xié)議內(nèi)容，標(biāo)準(zhǔn)的MII接口只需外接PHY物理接口芯片，平臺(tái)中采用了Intel的LXT972A，即能完成與外界數(shù)據(jù)的交互。當(dāng)然，變壓器的使用也是必須的，利用了HALO生產(chǎn)的TG110-S050N2與RJ45接口掛接，連接示意圖如圖4所示。由于IXP425內(nèi)置了MAC控制器，完善的MII接口使得平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用比較簡(jiǎn)單而具有針對(duì)性。

2．3 音／視頻處理模塊設(shè)計(jì)

2．3．1 PCI接口設(shè)計(jì)

IXP425 PCI控制器外部掛了4片DM642，總線為33MHz，連接示意圖如圖5所示。IXP425 PCI總線主要完成對(duì)DM642的啟動(dòng)加載、芯片配置管理、PCI總線仲裁和媒體流調(diào)度。DM642芯片組主要完成音／視頻媒體流的編碼、音／視頻合成的功能。目前的容量為4路音／視頻合成，視頻算法為H．264，語(yǔ)音算法為AAC、G．723．1等。

其中，DM642A占用IXP425的PCI時(shí)隙1，DM642B占用IXP425的PCI時(shí)隙2，DM642C占用IXP425的PCI時(shí)隙3，DM642D占用IXP425的PCI時(shí)隙4，其有差異的對(duì)應(yīng)引腳互連如下：DM642A與IXP425的PCI引腳對(duì)應(yīng)。PCI中斷控制信號(hào)由CPLD進(jìn)行會(huì)聚后上報(bào)給CPU，CPU通過(guò)讀取CPLD內(nèi)部的中斷寄存器來(lái)判斷外圍PCI設(shè)備的中斷事件。

2．3．2 音／視頻處理模塊最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

EMIFA允許無(wú)縫連接多種SDRAM，由于選用的SDRAM大小為64 MB，根據(jù)DM642 EMIFA的接口準(zhǔn)則，DM642最小系統(tǒng)如圖6所示。

芯片選擇由CE0完成，選用2片16MB大小的SDRAM進(jìn)行位擴(kuò)展后，最大尋址空間為32MB，行地址選通為A［3：10］，列地址選通為A［3：14］，塊選擇（bankselect）為A［15：16］，故使用DM642地址線A［3：16］。DM642內(nèi)核工作在50M×12 Hz的模式下，EMIF接口工作在25M x 5．33 Hz，PCI接口工作在33 MHz時(shí)鐘頻率下。

2．3．3 Flash設(shè)計(jì)

IXP425外掛一片F(xiàn)lash，存儲(chǔ)BOOT程序。芯片啟動(dòng)后，從大容量Flash中導(dǎo)入IXP425所需映像到內(nèi)存中。DSP的程序不單獨(dú)配置Flash存儲(chǔ)器，IXP425通過(guò)PCI總線把DSP的程序?qū)氲礁髯缘腞AM中運(yùn)行。IXP425是PCI總線的主器件，其他DSP芯片為從器件。

IXP425通過(guò)PCI總線啟動(dòng)DSP的過(guò)程如下：

①DSP的配置引腳設(shè)置為PCI BOOT模式（AEA［22：21］=01，［PCI_EN：TOUT0／MAC_EN］=10）

②IXP425通過(guò)CPLD釋放DM642的復(fù)位引腳，DM642進(jìn)入安裝狀態(tài)；

③IXP425通過(guò)PCI總線配置DM642的PCI寄存器；

④IXP425設(shè)置DM642的存儲(chǔ)器和I／O空間；

⑤IXP425把DM642的BOOT程序?qū)隓M642內(nèi)部RAM中，起始地址為0；

⑥IXP425訪問(wèn)DM642的存儲(chǔ)器空間，把程序?qū)懭隓M642的內(nèi)存中，DM642的頁(yè)寄存器（DSPP）可以使IXP425能夠訪問(wèn)DM642的所有空間；

⑦IXP425置DM642的HDCR寄存器的DSPINT位為1，把DM642從安裝狀態(tài)釋放；

⑧DM642從地址0處開(kāi)始運(yùn)行BOOT程序。

2．3．4 OPLD設(shè)計(jì)

單板CPLD完成的具體功能如下：?jiǎn)伟?a target="_blank">IC復(fù)位控制、中斷處理、時(shí)鐘檢測(cè)、時(shí)鐘分頻、時(shí)鐘計(jì)時(shí)（時(shí)鐘同步）、片選譯碼、I／O擴(kuò)展，單板采用一片CPLD，CPLD資源要求僅能使用到70％，預(yù)留日后升級(jí)使用和防止布線緊張。

2．4 時(shí)鐘設(shè)計(jì)

（1）PCI時(shí)鐘

33 MHz晶振的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)BUF之后分出 8路：一路給CPLD作為檢測(cè)時(shí)鐘；一路給IXP425的OSC-IN作為芯片工作時(shí)鐘；一路給IXP425的EX_CLK引腳，作為Expansion總線時(shí)鐘；一路給IXP425的PCI，作為PCI的時(shí)鐘；剩下4路送給PCI時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器。

（2）以太網(wǎng)及SDRAM時(shí)鐘

50 MHz晶振作為CPLD的主時(shí)鐘，該時(shí)鐘經(jīng)過(guò)2分頻后送給各路以太網(wǎng)芯片作為各自芯片的主時(shí)鐘，各個(gè)時(shí)鐘沒(méi)有同步要求。DM642 SDRAM時(shí)鐘由ICS512倍頻獲取，而IXP425的SDCLK_OUT驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，直接驅(qū)動(dòng)4片SDRAM工作。

2．5 單板電源設(shè)計(jì)

電源框圖如圖7所示。

2．6 JTAG鏈接

單板CPU、CPLD的JTAG單獨(dú)成鏈，方便加載和調(diào)試，4片DM642連成一條菊花鏈，硬件兼容各個(gè)芯片單獨(dú)調(diào)試，菊花鏈框圖如圖8所示。

3 硬件調(diào)試

本多點(diǎn)控制單元的硬件部分主要進(jìn)行以下調(diào)試：

①電源、復(fù)位模塊調(diào)試：焊接電源模塊芯片及外圍電路，測(cè)試+5 V、3．3 V、1．4 V、1．3 V電壓輸出是否正常。電壓輸出正常后，焊接復(fù)位電路元件，上電后觀察復(fù)位電壓及延續(xù)時(shí)間是否滿足設(shè)計(jì)要求，用示波器測(cè)量復(fù)位信號(hào)的電平和持續(xù)時(shí)間等是否與設(shè)計(jì)相符。上電后注意各電壓轉(zhuǎn)換芯片是否燙手，不正常則立即斷開(kāi)電源進(jìn)行檢查。

②最小系統(tǒng)調(diào)試：在板上焊接IXP425芯片、DM642芯片、CPLD、SDRAM、Flash、JTAG接口及各模塊電路外圍元件。用放大器仔細(xì)檢查有無(wú)短路、斷路、虛焊、漏焊、假焊等情況。無(wú)問(wèn)題后上電，測(cè)量各芯片工作電壓是否正常，用示波器和頻率計(jì)測(cè)量各模塊的工作時(shí)鐘是否正常。利用JTAG口將硬件與計(jì)算機(jī)相連，配置好控制寄存器后，測(cè)試SDRAM讀寫(xiě)功能是否正常，F(xiàn)lash擦寫(xiě)功能是否正常。如果工作不正常，檢查時(shí)序信號(hào)、硬件連接等情況。

③PCI總線調(diào)試：測(cè)試各功能模塊之間數(shù)據(jù)傳送是否正常，如IXP425讀寫(xiě)4塊DM642，D642之間讀寫(xiě)數(shù)據(jù)等，需結(jié)合計(jì)算機(jī)、示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀等進(jìn)行測(cè)試。

④網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊調(diào)試：焊接LTX972A及外圍器件。檢測(cè)IXP425的MII接口與LTX972A芯片之間連接是否正常，通過(guò)Intel提供的LTX972A測(cè)試程序測(cè)試網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊是否能與本地PC機(jī)通過(guò)網(wǎng)口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

4 結(jié)論

本多點(diǎn)控制單元在設(shè)計(jì)上具有以下特點(diǎn)：

①非PC機(jī)的嵌入式會(huì)議電視多點(diǎn)控制單元設(shè)計(jì)；

②內(nèi)部采用PCI總線連接，解決會(huì)議電視多點(diǎn)控制單元內(nèi)部突發(fā)大數(shù)據(jù)量傳輸和各數(shù)據(jù)處理模塊的同步問(wèn)題；

③多并行數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)。