Peaks-pro2的结构以及在蓝光刻录机上的应用

时间：2024-08-31

贾昊，张烨，崔忠政，徐曌，徐佳，杨扬

（1.大连科技学院电气工程学院，辽宁大连，116052；2.中国华录松下电子信息有限公司开发中心，辽宁大连，116000）

0 引言

随着蓝光BD（Blue-Rey）及数字广播技术的普及，蓝光播放与刻录一体的蓝光刻录机系列也应运而生，而最新一代主控芯片Peaks-pro2。Peaks-pro2是一款顶级蓝光刻录家庭AV用处理芯片，是基于UniPhier（Universal Platform for High-quality Image Enhancing Revolution）系统而开发的，尺寸35.00×5.00×2.48mm，集成了约2亿5千万个晶体管，应用45nm的制程，CMOS工艺，857管脚BGA封装。[1]

1 Peaks-pro2功能模块构成

Peaks-pro2集高品位AV、低功耗、实时、安全等于一体，其主要特点如下。

支持各种AV多媒体处理技术：采用MPEG-4 AVC/H.264压缩编码技术，实时、平滑对数据处理；原相同存储媒体可实现2倍时间的录画，可同时高性能的对2频道HD编码刻录及对其一频道实时解码。支持当前三大数字广播标准：美国的ATSC标准、日本的ISDB-T标准、欧洲的DVB-T标准。[2]

采用3D图形显示处理技术，为立体用户界面，同时提高了电子节目指南及数据放送的显示速度。低功耗，LED显示，门控时钟，不同电压分类驱动内部模块，双核CPU并行处理。支持SD、BD/DVD、HDD多媒体驱动技术。安全的保护技术，信道加密及著作版权保护等。完美实现与HDTV兼容的高品质AV，是与Peaks-pro2强大功能模块分不开的，其融合了整个家电行业的 AV 处理技术，由“UniPhier 处理器”、“CPU”、“数据流控制器 HSC”、“存储控制器”、“AVIO”、“周边接口”六个功能块构成。

其中“UniPhier处理器”是芯片的核心，是AV处理的控制中心。CPU是对Peaks-pro2系统的总控制与指挥；数据流控制器实现对多数据流选择流通、解加密及著作版权保护处理等，是AV解码的预处理；存储控制器负责与外围DDR2及NANDFLASH的物理层直接访问与读写；AVIO模块为对AV信号的包装与加工，实现与AV接口匹配的输入与输出；周边接口主要为规范Peaks-pro2支持的外围接口协议。

图1 Peaks-pro2功能模块框图

1.1 UniPhier 处理器

UniPhier处理器为Peaks-pro2核心，负责对AV各种多媒体机进行数字编解码处理，包含了整个家电行业中的各种媒体处理标准专用模式数据库。为直接对AV数据流处理，减少CPU的负担。由支持JAVA语言的2通道指令并行处理器IPP（Instruction Parallel Processor）、数据并行处理器DPP（Data Parallel Processor）及加速器硬件驱动构成。

图2 UniPhier处理器结构图

可实时的对AV多媒体数字信号编解码，支持MPEG-1/2,H.264，VC-1，Divx等编解码技术，且保证高画质、高清晰数字信号的平滑通信。

可同时并行对视频2通道解码，并对其一通道编码；对2通道音频可并行编解码。

1.2 AM34-2 SMP功能构成

在Peaks-pro2中使用了双核CPU AM34-2 SMP（Symmetric Multi Processor）,可超高速对数据进行并行处理；使用了源代码开放式的Linux操作系统；采用了简单的，面向对象的，性能优异，多线程的JAVA动态编程语言。AM34-2 SMP 每个CPU模块主要由FPU、AM34-2CPU、MMU组成。

图3 AM34-2 SMP功能构成图

浮点运算器FPU（Floating Point Unit）为专门执行浮点运算的处理器，是通过硬件电路来实现的。是数字处理的重要单元，特别是对3D图象和数字媒体的运算处理。

AM34-2 CPU为32位，频率为350MHz的双核CPU,使用相同的地址/数据总线。

指令/数据内存管理单元MMU（Memory Management Unit），是CPU中用来管理指令/数据虚拟存储器、物理存储器的控制线路,同时也负责虚拟地址映射为物理地址,以及提供硬件机制的内存访问授权。由于指令/数据具有各自的MMU，特别适合对数字媒体和3D图像大容量的高速处理。[3]

指令/数据高速缓冲存储器Cache，16 Kbyte（4Kbyte×4），是实时的、高速处理数字图像必不可少的。

1.3 存储控制器功能构成

该芯片将 DDR2-SDRAM（Double Data Rate 2 SDRAM）物理层内置Peaks-pro2芯片中，与DDR2 SDRAM直接物理层通信。支持最大频率为800MHz，最佳工作频率为800/667MHz，不支持533MHz频率；数据总线为32bit×2ch，最大存储容量为64M×16bit×2路×2CH=4Gbit，每CH通道的2路外接存储容量大小需一致，不支持容量为128Mbit DDR2。[4]

1.4 高速数据流控制功能HSC模块构成

该HSC(High Stream Control)功能模块主要对多媒体数据流进行处理，包括数据流的选择、滤波，及对数据流的解密、加密，版权保护等，为AV信号解码前的数据流进行预处理。其由数据流控制、加密协议、版权保护处理三部分组成。

图4 HSC模块构成图

数据流控制器，支持各种数据流，如SATA/PATA/PCI/SDIO/DV1394/地面数字/卫星数字广播等各种数据流，为6CH通道数据传输，传输率为210Mbps以上，通过数据流选择开关对响应的数据流进行选择处理，数据流经过DIP/SECTION 滤波，及处理后，输出适合AV解码的数据流。

数据流加密处理，为了保证数据通信的安全，对通信信号的一种加密协议处理，该系统支持各种数据通信标准，如 DES、Multi2、DVB、AES等。其中 AES (Advanced Encryption Standard) 数字加密技术为高级加密标准，为目前国际上最先进的、最具保密性、最有效的数字数据传输的加密技术，为刻录机数字电视的接收付费及网络服务等提供了安全、放心保护。

版权保护，囊括了当前现阶段多媒体的各种版权保护协议，如CSS/CPPM/CPRM/LAN/BD+等各种版权保护等。

1.5 音视频AVIO处理模块

音视频AVIO处理模块，主要是对输入/输出各种制式接口的AV信号进行处理，并将OSD(On Screan Display)等辅助信息合成到视频中，并实现高性能的3D显示。由视频画像处理模块、音频Audio输入/输出模块、OSD处理、制图显示四部分构成。

图5 音视频AVIO处理模块

视频画像处理，主要是对UniPhier解码后的视频信号进行滤波处理，如NR、画面缩放处理等；实现对主影像、内部OSD、背景等信息的合成；最终通过IP变换处理技术、二画面处理技术、3DNR处理技术，输出适合不同端子接口协议的视频信号：Y/C信号、混合Y信号、HDMI各模式信号、D端子各模式信号等。

制图显示处理，主要是对位图的显示处理，使用了BitBlt及3D制图显示技术。

OSD处理技术，包括对主映像包装的内部OSD处理和对整机菜单显示的OSD处理。

Audio输入/输出处理，实现对各种端子模式的输入输出处理：如光纤、HDMI 7.1声道信号等。[5]

1.6 周边接口协议

支持ATA接口技术，配备2个PATA（Parallel ATA）和1个SATA(Serial ATA)接口。

支持2通道，32bit，频率可在63MHz/31.5MHz之间进行切换的PCI 2.3规格技术。

支持1系统最大容量为2GB，数据传输最大频率为22MB/S SD接口；配备2个8bit NANDFlash接口。

支持IEE1394a-2000接口协议,含有1个LAN 10BASET/100BASE-TX系及1个电话回线V.22bis系统。

2 Peaks-pro2基本系统构成

其多功能的融合，决定了Peaks-pro2可完美的实现蓝光刻录机多功能化，并使产品的开发趋向于简单化、明晰化。Peaks-pro2对整个刻录机系统的控制主要是通过4条I2C(Inter-Integrated Circuit)总线实现的：I2C0实现与EEPROM的数据的通信；I2C1实现与数字广播之间的通信；I2C2实现与AV输入/输出选择模块及Audio DAC的通信；I2C3实现与HDMI功能模块及VIDEO AIOF的通信。另外与外围有3个Serial接口，实现与Timer Micro及PC等设备之间的通信。

2.1 Peaks-pro2 的外围接口的系统

ATA接口：通过40PIN的PATA接口与BD媒体播放/刻录驱动连接；经由7PIN 的SATA接口与硬盘HDD驱动连接。

TS数据流接口：2通道的TS数据流接口，实现对地上波及卫星信号数据流的处理。

MODEM接口：实现对电话信号的调制解调处理。

SD存储接口：实现对SD存储媒体的播放/刻录。

BCAS接口：实现对数字信号/卫星信号的有偿收费的授权解码。

PCI接口：通过PCIbus总线实现与Ethernet之间网络通信。

Timer接口：实现与Timer(Time Micro)之间通信与控制。

2.2 Peaks-pro2 存储器系统

DDR2-SDRAM存储器：通过16bit×4的数据线实现最大容量为4Gbit的存储，工作频率为800MHz。

NANDFROM存储器（NAND FLASH MEMORY）：容量为512Mbit,与Peaks-pro2之间通过EXBUS总线实时的对BOOT程序及其它相关程序的读写。

2.3 Peaks-pro2 AV输入系统模块

音频输入部：通过4通道AUDIO选择ADC转换IC,将模式信号转换成数字信号，进行编解码。

视频输入部：将视频信号通过AIOF IC将模拟视频信号转换成Y/C分离的6位并行信号，进行编解码处理。

2.4 Peaks-pro2 AV输出系统模块

音频输出部：Peaks-pro2 Audio 1输出数字混合信号通过音频DAC 放大IC转换为模拟信号，输出到相应接口；Peaks-pro2 Audio 2输出4位 7.1声道数字音频信号，输出到HDMI处理芯片，产生具有7.1CH声道效果的立体声。

视频输出部：Peaks-pro2通过内部VDAC模块，将数字视频转换为5通道的视频模拟信号，如色差CY/CB/CR、S信号（Y/C信号）、混合视频Y信号；或直接将初级VEDIO信号输送到HDMI芯片中处理，生成高清的1080I HDMI信号。

3 Peaks-pro2的应用

Peaks-pro2作为一款专门对应蓝光刻录机家庭用AV而开发的产品，实现了数字广播、网络通信、BD播放机及多种存储媒体的功能一体化，完美的，无障碍、无缝隙的，简单、安全的将当前数字家电的多功能融合在一起。通过芯片及相应的外围电路，可快时间的开发出，满足任何仕向地的、功能需求不同的产品。

以Peaks-pro2为核心而开发的一款蓝光刻录机，可以集SD、BD(兼DVD)、HDD三驱动系统为一体；具有支持地上A/D、卫星BS/CS的双调谐器功能，可以同时刻录播放；含有LAN及电话MODEM接口，可以实现网络通信及电视节目互动等功能；支持高清1080I HDMI接口和D4模式的D端子接口；一对线性输入/输出接口，含光纤输出接口。支持AVCREC、AVCHD等压缩格式，立体的OSD对应，LCD显示，采用1.8V/1.2V/3.3V分模块电压控制，低功耗，最低待机功率为0.1W。