神州机顶盒SHD-100(一)
新一代交互式嵌入式机顶盒系统设计
【神州机顶盒SHD-100】 摘要：本文采用意法半导体推出高集成度的有线互动高清录像机顶盒芯片STiH225，设计了一款嵌入式Linux操作系统的交互式机顶盒，对其硬件平台、软件平台和条件接受系统（CAS）的实现进行了讨论。系统方案对机顶盒在三网融合的应用具有较为重要的参考价值。 关键词：嵌入式 机顶盒 条件接受系统 STiH225
中图分类号：TN948.55 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0150-01
1 引言
随着三网融合技术的发展，以及嵌入式Internet技术的日益成熟和普及，芯片硬件成本不断降低，基于嵌入式芯片、专业编解码芯片和通用嵌入式Linux操作系统的这种便于升级和扩展的松散型解决方案应用也日益广泛。事实上，交互式机顶盒已逐步成为家庭的网络控制中心，成为三网融合的一个重要信息终端。
2 硬件结构设计
考虑硬件的专用性和平台化，这里选择了意法半导体（STMicroelectronics，简称ST）推出的高集成度的有线互动高清录像机顶盒芯片STiH225来作为主芯片，再选择Sharp的VA1T1ED6060高频头和ST的STV0370解调器，即可作为交互式有线电视机顶盒的硬件平台（图1）。STiH225芯片内置100Mbit/s宽带上网（内置有线调制解调器）以及复杂数字录像功能。这种硬件平台，再加上嵌入式Linux系统下，就成为了一种功能强大的典型的网络双向交互式机顶盒，符合嵌入式系统平台化设计趋势，也能满足三网融合的需求。
STiH225在软件功能上兼容Linux，硬件功能上整合了STi7141芯片，并配备了1个以太网物理层接口的STV0130三路输入模拟前端，其还集成双核处理器，以确保机顶盒和宽带上网功能最大化，并能充分发挥互联网协议V6的各项功能。通常基于STiH225，只需增加几个元器件，即可完成一个3路输入机顶盒设计。
高频头用来对同轴电缆的数字电视信号进行调谐，它将接收到的传输信号通过内部增益等电路转换为IF中频信号，然后送到单片全集成数字解调器STV0370，并经过A/D转换、QAM解调等信号处理，分离出包含音视频以及其他数据信息的传输流（TS）。
3 软件系统设计
软件嵌入式Linux系统通用的分层体系架构（图2），从下至上依次分为启动引导层（BSP）、硬件抽象层（HAL）、操作系统内核层、软件抽象层、应用系统层。其中硬件抽象层就是通常所指的设备驱动层，软件抽象层则包括各种接口函数库、中间件软件、虚拟机等，CAS系统的核心库是放在软件抽象层，而EPG显示、电子政务、股票信息等则放在应用层来实现。9600，1位开始位、8位数据位、1位停止位和1位偶校验位。
嵌入式Linux中提供了对ST40内核的支持，只需要做少许修改和设置即可实现对STIH225的支持。但一个重要工作就是要对嵌入式Linux内核进行裁减和优化设计，以适应机顶盒这种家用信息终端的需要。对于暂时不需网络、USB支持的机顶盒，一般只要编译一个能启动init进程的最小内核即可，这个编译后的内核体积大概400KB左右（2.6.2版的内核）。文件系统采用Ramdisk方式，让应用程序全在内存中运行，以加快应用程序的启动过程，提高系统速度性能。另外，需要通过输出重定向或者直接注释输出语句的方式来隐藏开机启动信息，并给出与运营商相对应的启动LOGO。
4 条件接受系统
CAS是用户收看数字电视等加扰保密节目信息的核心，其主要功能是要能提取传输流中与解扰、解密的有关信息，并通过串口与符合ISO7816协议的智能卡进行通讯，以获取密钥进行解密，从而进一步完成对电视节目的解扰。CAS的核心部分是加解密算法，主要是以函数库的形式存在于软件抽象层，并为应用程序提供编程调用接口。一个完整的条件接收系统，主要包括三个部分：智能卡读卡模块、CA解密模块、EPG信息显示模块。智能卡读卡模块的通信接口通常采用ISO7816接口协议，串行通讯方式；CA解密模块是CAS的核心部分，最终目的是对需要付费的加扰电视节目进行解扰；电子节目指南EPG包括节目的分类、节目的预告、内容简介以及节目预定等，提供给用户一个友好的人机操作界面。
5 结语
本文利用高性能嵌入式单芯片设计了一个交互式网络机顶盒，其基于嵌入式Linux解决方案，可扩展性和升级性好、功能强大，能充分发挥开源系统的优点，为集成更多的应用功能提供了良好的接口。本文的解决方案对希望进行多系列产品的平台化开发，以及三网融合的交互式嵌入式机顶盒设计，具有较重要的参考价值。
参考文献
[1]张慧鹏，孙彤，章明等.基于STi7105高清机顶盒实现视频通话[J].有线电视技术，2012（2）：32-34.
[2]蒿琳，曹宝香，马兆丰等.面向机顶盒的数字版权管理模型[J].计算机工厂，2012（38）10：253-256.
[3]吴云.基于IPANEL3.0高清互动机顶盒测试浅析[J].中国有线电视，2013（3）：18-20.
[4]STiH225- Interactive HDTV Cable STB Processor With Integrated Front-end [S].ST Microelectronics，Inc.，2011.
神州机顶盒SHD-100(二)
户户通神州机顶盒电源电路分析、维修及改进
【摘要】户户通神州机顶盒开关电源故障率较高，本文根据电源实物测绘出电原理图并分析其工作原理，对易损件电源开关电路进行了改进，并对易发故障和个别元器件代换作了简要介绍。 【关键词】户户通设备;SD3842P开关电源;电路改进;元件代换
户户通神州机顶盒在社会上有一定拥有量，为我县2012-2013年户户通工程选定机型。根据维修情况统计，该机故障约有60%以上出自开关电源部分。由于该机未附电原理图，本人根据该机开关电源实物PCB板测绘还原出电原理图，并对电路易损元件及致损原因进行分析，对电源开关电路进行了改进，供大家维修时参考。
该机开关电源采用SD4842内置高压MOSFET电流模式PWM控制器，该电路具有待机功耗低，保护功能完善等特点。
图1
原理图如图1所示，交流220V通过插座P1输入，开关电源输入电路部分主要由保险管F1、热敏电阻R3、滤波线圈L1和由D1～D4组成的整流桥及滤波电容C1组成;热敏电阻R1是一个为阻值6Ω的负温度特性（NTC）电阻，主要作用是限制电路启动时的电流峰值，当冲击电流过后，该电阻的阻值会降得很小;压敏电阻MOV1用于过压保护，标称值电压为600V;滤波线圈L1和电容CX1、电阻R1、R2构成电源共模抑制滤波器，可将电源和电网的噪声进行隔离，防止电网污染;电容CX1用于滤除电网输电线之间的差模干扰，而CY1用于滤除初次级耦合产生的共模干扰。
电路中，市电通过噪声滤波器抑制电路后整流滤波获得约300V平滑直流电压，再经R7与R8串联后为C6充电，同时为IC1（SD4842P）3脚提供工作电压Vcc。当该电压充到12V，电路开始工作，电路正常工作以后或电路发生保护时，SD4842的供电由开关变压器辅助绕组通过R9和D6提供，Vcc开始降低，当Vcc低于8伏，控制电路整体关断，电路消耗的电流变小，又开始对Vcc脚的电容充电，启动电路重新工作，该方式可以有效地降低待机功耗。R4、R5、C3、D5组成缓冲保护电路，该电路又称尖峰吸收回路，主要用于吸收高频开关变压器T1漏感引起的尖峰电压，保护IC1内部功率输出电路。Z1为12V稳压管，用于保护IC1不会因误差信号输入端过载而损坏。
在开关变压器次级，IC2（TL431）为可调分流基准电压源，R17和R15为取样电阻，负责将输出电压取样（取自+5V电路）反馈到TL431，TL431将取样电压与内部2.5V带隙基准电压进行比较并在阴极上形成误差电压，使光耦合器件PC817中的LED工作电流产生相应的变化，再通过光耦合器件去改变PWM控制电路SD4872的 4脚FB控制端的电流大小，进而调节输出占空比，使输出电压保持不变，达到稳压目的。
电源次级共有三组电压输出，分别为：+24V经主板上的极化电路后为高频头供电，缺该组电压会出现“信号中断”;5V供主板解码电路及部分控制电路，缺该组电压则不能开机;+4V供定位模块和紧急喇叭功放，缺该组电压会出“定位模块异常1”。
维修过程中我们发现，因为电源机械开关损坏造成的故障占电源故障（不含雷击原因造成的电源损坏）的80%以上，究其原因，主要是该机电源开关+5V一路长期处在大电流工作状态，实测为600mA-820mA（+24V一路工作电流在110-120mA间），开关触点易发热变形，造成接触不良。从电路可知，该机电源初级未设开关，电源的通断是通过双刀单掷开关K1来分别通断+5V和+24V电压，而电源开关的损坏往往是因为+5V这路开关触点接触不良或簧片发生变形，造成开关电源不能正常工作，而产生的故障现象除了不能正常开机外，还有造成跳台，显示面板屏闪，甚至画面马赛克等奇特故障，皆因主板CPU受干扰或复位不正常造成工作紊乱所致。维护人员应急维修处理一般都是将两路电源直接用导线连通，但这样处理后用户只能通过插拨电源插头实现开关机，给用户造成使用不便，如简单地换同型开关，工作时间长后又容易“旧病复发”，不能从根本上解决此问题。
为此，在维修过程中，除了更换电源开关，本人还对电源开关电路进行了改进，主要是将双刀单掷改为单刀单掷，双刀变单刀，即将两路开关并联为一路，这样，让开关触点电流容量增加了一倍，延长了电源开关的使用寿命。改动时，在电原理路图中虚线框内打“×”处用美工刀将电路铜箔划断，再用导线（为防短路必要时可套上热缩管）将框内虚线部分连通，实物如图2。改动后，原机械开关对+5V电压实现通断，原24V极化电压则直接连通，由于+5V电压能正常开关，不影响原机功能。经用户实际使用，处理后的电源电路未再出现电源开关失灵故障。
图2
图3
由于保护功能完善，正常使用情况下，该机电源除了电源机械开关因为设计电流过小易出现损坏外，其他故障较少出现，但遇雷击损坏时，易造成保险管F1、热敏电阻R3、压敏电阻MOV1及整流管D1-D4击穿损坏，甚至电源控制电路IC1（SD4842P）及2脚（MOSFET地）限流电阻R6、光耦U1、保护稳压管Z1、误差取样电路IC2（TL431）也容易被击穿。原机使用的TL431为SOT-23贴片封装，如不易获得可用常见的TO-92封装TL431代换，对应脚见图3。若遇SD4842P损坏而手头无该元件，可用常见的VlPer22A代换，但外围元件应作相应改动，SD4842P③脚为供电端（Vcc），④脚为反馈端（FB），而VlPer22A 的③、④引脚正好与之相反，③、④脚外围电路也稍有差别，完全可以通过修改VlPer22A外围电路实现代换SD4842P。
参考文献
[1]士兰微SD4840/4841/4842/4843/4844规格书.士兰微电子公司.
作者简介：贺子宽（1971―），男，工程师，从事广电设备维修及计算机网络维护工作22年。
http://m.zhuodaoren.com/tuijian293552/
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