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在各種測試工作中，碼流的傳輸是必不可少的，常用的接口有：異步串行接口（ASI）、串行數字接口（SDI）、同步并行接口（SPI）、同步串行接口（SSI）。其中，ASI與SDI接口因為連線簡單（只需一根同軸電纜線傳輸），傳輸距離長，抗干擾能力強，輸入反射損耗較小等原因被廣泛應用為碼流的傳輸接口。
PC機是各種測試過程中最常用的測試工具，作為PC機最常用的接口的通用串行總線USB，因為標準統一，支持熱插拔，可連接多個設備等優點，逐漸成為測試工具的常用接口，若能實現USB接口與傳輸碼流的ASI／SDI接口的連接，將給數字電視測試工作帶來極大便利。
設計ASI／SDI碼流播放器的目的是設計出手機大小的電路板，一端是USB接口，另一端是則ASI／SDI接口，通過FPGA、UB2．0等芯片實現ASI／SDI接口與USB接口之間的轉換，以達到TS流的錄制與播放和對碼流進行分析的目的。
1 碼流播放器的整體結構設計
目前，DVB-ASI接口的實現大多采用Cypress公司的CY78933和CY78923芯片與CPLD或FPGA相結合的方案，這種方法固然可以實現ASI信號的收發，但芯片費用和PCB面積的占用卻是數字電視前端設備追求低成本和微型化的障礙，針對這種情況，文中設計的ASI信號接收與發送系統采用同軸電纜作為其底層物理信道，用FPGA芯片完成了CY7B933和CY78923芯片的ASI信號的接收與發送功能，可有效節約成本，降低PCB的設計難度，并可用FPGA芯片完成其他功能。
國內外絕大多數是使用PCI或PCI-E接口，只能在臺式機或服務器上使用，隨著PC機的微型化，筆記本電腦的普及，PCI或PCI-E接口已經無法完全滿足數字電視測試工作的需求，所以本設計使用的是最通用的USB接口，大大降低數字電視測試工作的難度。
如圖1所示，ASI／SDI碼流播放器的設計是基于FPGA和USB2．0芯片來實現的，集成度高，方便輕巧，能在PC機上輕松實現碼流捕捉，分析，監控和播放ASI／SDI數字流，現場錄制和分析MPEG-2碼流，還可以作為便攜式的演示設備。
2 碼流播放器的硬件模塊設計
使用FPGA實現了CY7B933和CY7B923芯片的功能，節約了大量成本；同時，用Cypress公司的USB2．0芯片CY7C68013A替代PCI或PCI-E接口，因為傳輸的碼率較大，理論最大值為216 Mb，FPGA內部資源RAM資源無法滿足要求，添加一個SDRAM作為緩存，緩沖數據，以免丟數。
另外，由于選擇了低端的FPGA芯片，在編寫版本FPGA程序時發現，其內部邏輯資源較少，無法裝下實現ASI和SDI的全部功能程序，而且實際工程應用中并不需要同時實現ASI和SDI的功能，故添加了一個的CPLD，實現FPGA的PS模式的動態加載功能。
2．1 均衡器／驅動器
輸入前端均衡器（Equaliser）選用的GS9064是第二代的雙向性高速集成電路，均衡和恢復收到的信號（75Ω同軸電纜，速率從143 Mb／s到540 Mb／s），支持SMPTE 344 M和SMPTE 259 M標準，且270 Mb／s時性能最佳。具有自動檢測線長并根據信號強弱自動匹配均衡的功能，也可根據特定需要設置均衡參數。
Driver選擇CLC001驅動器，CLC001是集成高速電纜驅動器，可用來傳輸SMPTE 259M標準的串行數字視頻和ITU-TG．703標準的串行數字數據（75Ω傳輸線，速率高達622Mb／s）。CLC001輸出功耗小，十分適合長距離高速傳輸。
2．2 數據處理
輸入輸出信號都經由差分線進入FPGA，出于成本的考慮，選擇性價比較高的Altera公司生產的低端Cyclone I系列EP1C6F256C6。在FPGA內部實現ASI／SDI輸入輸出的控制，信號的串／并轉換，碼流分析，數據緩存（讀寫SDRAM），碼流傳輸等功能。
因為TS流數據量較大，同樣出于成本的考慮，選擇在FPGA上外掛一個SDRAM，作為緩存（如果使用高性能FPGA，就可以使用FPGA內部RAM資源，但是成本較高）。FPGA程序的編寫，尤其是控制SDRAM讀寫作為緩存的部分，是本設計的難點之一。
2．3 USB微控制器
FPGA控制的輸入輸出碼流都經由USB2．0芯片傳送至PC機。賽普拉斯半導體公司的EZ-USB FX2LP（CY7C68013A）是高集成、低功耗USB 2．0微控制器，將USB 2．0收發器、串行接口引擎（SIE）、增強型8051微控制器，以及可編程外設接口集成到一個芯片中，而且賽普拉斯研發出一個極具成本優勢的解決方案，不僅能在極短時間內完成從立項到投放市場的過程，而且其低功耗特點使得總線供電應用成為可能。
3 碼流播放器的軟件設計
碼流播放器軟件系統主要包括以下4個部分。
3．1 FPGA程序功能模塊
如圖2所示，系統輸入時鐘為27 MHz，由兩個PLL鎖相環倍頻得到270 MHz，135 MHz和兩個相位差90度的337．5 MHz時鐘。其中270 MHz是為ASI Transmitter提供，其余3個均為ASI Receiver所需。
ASI Transmitter模塊的作用是，先進行8B10B編碼，再把并行的27 MHz數據按照標準協議轉成270 MHz的串行數據。
ASI Receiver模塊則是ASI Transmitter的逆過程，先進行串并轉換，用5倍時鐘采樣對數據進行校準，然后分析同步包頭等信息，再進行8B10B解碼，得到8位并行數據。
SDI部分與ASI十分相似，不重復介紹。
碼流播放器是全雙工設計，但是，因為FPGA與USB芯片之間的數據傳輸管腳是復用的，不能同時雙向傳輸。所以，在FPGA與USB芯片之間需要不停的快速切換讀和寫（1μs切換一次），即可實現“同時”發送和接收數據。
同時發送和接收數據時，受切換的影響，速率減半，且USB接口時鐘最大支持僅為48 MHz，所以當收發同時進行的時候，傳輸速度無法達到理論最大的216 Mbps。如果只是單向發送或者接受數據，系統會自動切換成接收或者發送模式，基本可以達到數據傳輸理論最大值的216 Mbps。
發送碼流時，可以在上位機軟件的操作界面上輸入發送速率（從0到216，000，000 bps），上位機通過USB芯片，把發送速率傳到FPGA，FPGA就可以按照所得速率，精確控制發送碼流的速度。
為了達到碼流收發的理論最大值，在FPGA上外掛一個RAM，通過對RAM的讀寫的控制，實現先入先出（FIFO）的緩存功能。FPGA對RAM的讀寫控制是編寫Verilog HDL的難點之一，為了節約成本，碼流播放器選擇價格低、體積小、速度快、容量大的SDRAM，給Verilog程序編寫增加了不少難度。相比控制簡單的SRAM，DRAM每隔一段時間必須自刷新和預充，且數據線與行列地址都是復用的，切換讀寫時極容易出現時序上的偏差，出現寫錯，讀錯，重復讀，丟數等等問題。
SDRAM上電復位后，計數器控制在200μs后，進行SDRAM初始化配置，對所有BANK進行預充，接著是多個Reflash，然后進入SDRAM工作模式設置。之后進入空閑狀態，執行讀寫數據和自刷新等任務。
由于USB程序設置為Slave-FIFO模式，將FIFO的空滿狀態發送到FPGA，而FPGA作為Master，需要根據USB內FIFO的空滿信號，綜合SDRAM的空滿狀態，對讀寫狀態進行判斷，并給出讀寫使能。
3．2 USB收發器及控制器固件程序
賽普拉斯公司提供了非常好的程序框架，免去了用戶自己編寫一些通用性比較強、模式化的程序。在框架的基礎上，用戶只需在相應的地方寫相應的代碼即可完成USB工作。
碼流傳輸因為數據量大，而且傳輸和接受數據上又沒有帶寬和間隔時間要求所以采用的是Bulk傳輸方式。
計算機和USB外設端點0（EP0）之間的傳輸是典型的控制傳輸，主要進行查詢配置和給USB設備發送通用的命令；控制傳輸是雙向傳輸，數據量通常較小，而且數據傳送是無損性的。
3．3 CPLD動態加載配置程序
CPLD通過USB芯片，接收上位機傳輸過來的FPGA配置文件（．rbf格式），然后按照固定的時序對FPGA進行配置。需要注意的是，在動態加載過程中，FPGA的模式選擇需配置為PS模式，不同的FPGA芯片之間配置模式略有不同，電位要求也不盡相同。
配置過程為：CPLD將nCONFIG置低再拉高來初始化配置；等待FPGA返回應答信號nSTATUS，檢測到nSTATUS變高后，將配置數據和移位時鐘分別送到DATA0和DCLK管腳；送完配置數據后，檢測CONF_DONE是否變高，若未變高，說明配置失敗，應該重新啟動配置過程。在檢測CONF_D ONE變高后，根據器件的定時參數再送一定數量（40個）的時鐘到DCLK管腳；待FPGA初始化完畢后進入用戶模式。
3．4 PC界面控制程序
由C#編寫的控制界面，主要實現與USB芯片間的碼流傳輸，發送控制命令，接收碼流分析結果等信息，如圖3所示。
4 結論
碼流播放器是USB供電，無需額外電源，輕巧方便攜帶；能輕松捕捉，播放，錄制和分析碼流；精確控制碼流發送速度；全雙工，同時進行碼流的發送和接收。
用戶界面簡單明了。發送時選擇發送文件，再輸入發送速度，點擊開始即可；接收時選擇存儲路徑和錄制內容，再選擇錄制方式，點擊開始。同時，用戶界面還能實時接收到FPGA分析得到的各種碼流參數信息。目前，本文所介紹的碼流播放器已進入穩定性測試階段，各項功能也在不斷完善和優化中。
碼流播放器的電路板僅為6 mm*9 mm，小巧輕便，方便攜帶；操作簡單，界面友好；因為設計時嚴格控制成本，價格低廉，性價比高，是數字電視專業人員理想的測試工具。
工商網監
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