机顶盒内的I2C主控制器设计与I2C从设备集成方法

摘要

数字电视是数字化信息技术革命的产物。实现有线电视从模拟向数字整体转换，是大势所趋。有线电视从制作、播出到传输、覆盖都已基本实现数字化，但是，作为接收环节，用户家里电视机还是模拟的。现在最为有效的途径是大力推广和普及数字机顶盒，来实现由模拟向数字的整体转换。 本论文来源于单芯片数字机顶盒芯片设计。对于一般的机顶盒方案来说，通常会采用一块解码芯片与相应的解调芯片配合，来完成接收端的功能。这在灵活性上有一定的优势，但是成本比较高。为了实现单芯片方案，需要解决QPSK解调器与MPEG2解码器的集成问题。因为原来QPSK解调芯片采用的是I2C接口，所以希望在集成时兼容其I2C接口控制方式。 目前的研究状况为，已有一些一般的I2C主控制器的设计经验可以参考，但它们都只应用于对芯片外部的从设备（例如EEPROM）进行控制，如果贸然使用在本系统中，只进行输入输出端的简单连接，必然会引起主-从的控制冲突与通信协议问题。如果将QPSK模块改为芯片内部总线的接口，则所做的修改和风险比较大，时间成本也很高。也有一种办法是，使用一个I2C主控制器用来控制芯片外部的从设备，使用另外一个I2C主控制器用来控制芯片内部的QPSK解调器，理论上这种方法可行，但是2个主控制器的使用，同时牺牲了面积。 在本论文中，使用Verilog实现了一种单一I2C主控制器，并讨论集成QPSK解调器的一些问题和方法，并给出一种方法，在不做较大的改动情况下，使集成后I2C控制器可以控制芯片外部的I2C设备，同时又能够控制机顶盒内的QPSK解调器。它成功地为解码模块和解调模块的单芯片方案解决了一个难题，为集成类似I2C从设备是提供了一个可借鉴的参考，同时对SOC的集成过程提供了不少有用的经验。 本文完全基于作者以及作者所在的团队在DVB相关项目的实践和研究工作得到。作者在项目中负责多个模块的电路实现、集成、验证，同时负责全系统的集成的实施。对于IC设计整体流程从系统算法设计验证到最后的后端Layout，尤其是前端电路设计有着比较深刻的认识。综合作者具体的工作，文章的结构安排如下： 第一章，绪论，概述了本论文所处的背景，所要完成的工作，以及预期的结果。第二章，简单介绍了数字机顶盒产生的背景和它的一些主要技术。第三章，介绍了一下I2C协议。第四章，本论文的重点，I2C主控制器的设计过程，详细描述了它电路设计方面的各项细节。第五章，本论文的难点，讨论了一下I2C主控制器与QPSK解调器集成时的一些问题，以及完成后的控制方式，同时这也是本文的一些创新之处。第六章，记录了本实验在FPGA上的验证过程。第七章，总结和展望。