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摘要
最近幾年，中國(guó)的液晶電視工業(yè)有了巨大的增長(zhǎng)。電子芯片產(chǎn)品制造商泰鼎多媒體技術(shù)(上海)有限公司（Trident Multimedia Technologies (Shanghai) Co., Ltd.）與瑞薩亞洲科技有限公司Renesas System Solution Asia Pte. Ltd.）合作，使用我們的M16C MCU加上泰鼎的視頻LSI開(kāi)發(fā)出了液晶電視。本文將介紹M16C平臺(tái)在先進(jìn)的數(shù)字液晶電視技術(shù)，以及硬件配置和軟件算法方面的作用。同時(shí)也將討論其他的LSI。

1.概述

瑞薩和泰鼎公司聯(lián)同我們一個(gè)位于深圳的的LCD制造商開(kāi)發(fā)了兩個(gè)項(xiàng)目。一個(gè)是北美市場(chǎng)的US-Model，另一個(gè)是在香港推出的HK-Model（圖1）。兩種類(lèi)型的規(guī)格是相類(lèi)似。顯示屏的尺寸為32英寸，長(zhǎng)寬比為16∶9，分辨率為1366×768，對(duì)比度為800∶1，亮度為1000cd/m2。接口采用HDMI、YpbPr、S-Video、Video、D-sub和DVI。這些項(xiàng)目是基于瑞薩M16C MCU, 以及泰鼎高度集成的單芯片系統(tǒng)器件為主，目標(biāo)是作為那些在視頻和數(shù)據(jù)處理方面有高精度要求的高清晰電視（HDTV）和備用PC液晶電視應(yīng)用。此外，它也是中國(guó)電視制造商用于26英寸或以上電視的主要解決方案。

圖1 液晶電視及其圖形OSD

2. 項(xiàng)目描述

2.1 MCU

主印刷電路板顯示了所有芯片的布局（圖2）。瑞薩的M16C系列是一個(gè)具有ROM高效率的多用途32和16位CISC微型機(jī)。它具有在高速度條件下的優(yōu)異噪聲免疫性和超低功耗處理能力。而其中一組M16C系列的MCU是M16C/62P,這器件可提供低成本開(kāi)發(fā)環(huán)境和能借著增加工作頻率運(yùn)行高達(dá)24MHz。而其他優(yōu)點(diǎn)是支持多工和獨(dú)立總線(xiàn)模式，可以連接外部存儲(chǔ)器和視頻處理器。我們的液晶電視解決方案中選擇了M30620SPGP，它是一個(gè)內(nèi)置10K RAM的無(wú)ROM的版本，可以在20MHz的PLL時(shí)鐘的微處理器模式工作。并使用了一個(gè)8位多工總線(xiàn)用于連接整個(gè)系統(tǒng)。

由于系統(tǒng)采用了不戴ROM的M16C MCU作為中央處理單元，以及視頻處理器需要顯示幀的緩沖器而運(yùn)行。所以系統(tǒng)需連接外置的ROM和作鍰沖器的RAM。外置ROM是一顆512K×8Bit的閃連存儲(chǔ)器W29C040, 而RAM是128Mbit的SDRAM。

圖2 主板上的芯片布局

2.2其他的LSI

現(xiàn)在，我們來(lái)看看視頻信號(hào)處理器。

表1    泰鼎的第五代集成視頻處理器

產(chǎn)品	封裝	模擬輸入	數(shù)字視頻輸入	顯示器接口	應(yīng)用
SVPTMEX52	256引腳QFP	CVBS, RGB, YPrPb	24位	LVDS	具有”第二代”解碼器和HDMI接收器 的高檔 LCD、PDP TV

這顆LSI的名稱(chēng)為SVPTMEX52，代表泰鼎的第五代的SVP EX系列集成視頻處理器。為高檔數(shù)字電視提供主要的解碼、處理、調(diào)節(jié)和顯示控制功能。它集成了用于CVBS/S-video/Component，以及HD-D1/D2/D3/D4模式的SD/HD模擬視頻輸入的10位ADC。高達(dá)108MHz的PC RGB輸入可支持SXGA/60Hz。隔行掃描刷新為60Hz到100Hz，而逐行掃描刷新為50Hz到75Hz。泰鼎圖形引擎可提供卓越的視頻圖像質(zhì)量。該技術(shù)集成了3D梳狀視頻解碼，并支持PAL、NTSC和SECAM格式、運(yùn)動(dòng)適應(yīng)解隔行掃描、數(shù)字噪聲消除、圖像調(diào)節(jié)、平均畫(huà)面水平控制、邊界消除和銳利度提升等。其內(nèi)部低電壓差分信號(hào)發(fā)送器LVDS用來(lái)連接LVDS面板。它還采用了一種用于LCD過(guò)驅(qū)動(dòng)的專(zhuān)有技術(shù)，可以改善主畫(huà)面（MP）和畫(huà)中畫(huà)（PIP）通道在LCD面板上的反應(yīng)時(shí)間。

整個(gè)系統(tǒng)還加入了一個(gè)HDMI接收器Sil9011（高清晰度多媒體接口）。這個(gè)LSI與HDMI 1.1規(guī)范兼容。且后向兼容與DVI 1.0,這可使HDMI系統(tǒng)以一條電纜連接到現(xiàn)有的DVI 1.0主機(jī)（例如DVD播放器）。其所包含的單個(gè)Panel Link TMDS數(shù)碼內(nèi)核支持視頻信號(hào)圖素時(shí)鐘速率達(dá)165MHz, 覆蓋范圍至1080p（高清電視分辨率）或PC的UXGA (PC分辨率)。而且, 它具有高達(dá)192KHz的音頻信號(hào)的采樣率, 支持S/PIF及多路音頻輸出。這芯片所帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的I2S端口可與音頻DAC直接進(jìn)行連接。Sil9011還嵌入了一個(gè)HDCP（高清晰度內(nèi)容保護(hù)）解碼引擎連同預(yù)編程的HDCP鑰匙，用來(lái)接收受保護(hù)的音頻和視頻內(nèi)容，從而提供最高級(jí)別的安全性能。

至于音頻處理器使用了MSP34x0G系列, 可覆蓋全球所有模擬電視聲音系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，諸如自動(dòng)音量控制（AVC）、低音增強(qiáng)效果（BBE）和重低音輸出等基帶聲音處理也是在同一個(gè)單芯片中執(zhí)行。用于香港的電視系統(tǒng)是PAL I, NICAM聲音調(diào)制，所以HK-Model將MSP3410G與PAL/NTSC調(diào)諧器配合使用。美國(guó)的電視系統(tǒng)是NTSC M帶BTSC立體聲+SAP調(diào)制，所以US-Model使用的是MSP3420G+NTSC調(diào)諧器。MSP34x0G系列帶有一個(gè)只運(yùn)行在32KHz的內(nèi)置的I2S總線(xiàn)接口。所以, 它不適合直接連接Sil9011。因此，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)具有192KHz采樣率的D/A轉(zhuǎn)換器，以轉(zhuǎn)化音源到基帶的音頻才作為MSP3410G輸出。

3. 基本的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1硬件配置

基本的硬件配置如方框圖所示（圖3）。M16C/62P的第一組I2C總線(xiàn)連接到存儲(chǔ)初始值和電視數(shù)據(jù)的EEPROM。而另外一組用于器件之間的通信，例如SVPTMEX52、HDMI接收器、音頻處理器和調(diào)諧器。這個(gè)I2C總線(xiàn)也與一個(gè)PC平行端口連接。當(dāng)MCU程序進(jìn)入固件調(diào)試模式時(shí)，MCU釋放I2C總線(xiàn)控制。在PC上打開(kāi)泰鼎的工具應(yīng)用軟件（圖6）就能夠控制所有這些器件，這對(duì)我們的系統(tǒng)調(diào)試非常有用。視頻處理器支持I2C總線(xiàn)和平行接口的通信。不帶ROM的M30620SPGP工作在1M字節(jié)的微處理器摸式下以20MHz速率運(yùn)行, 這需要連接一個(gè)10MHz的晶振及設(shè)定內(nèi)置的PLL時(shí)鐘頻率兩倍,它們之間的通信采用一個(gè)多工總線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。MCU的映射定位于CS2區(qū)域的8000h的起始地址。相反程序進(jìn)入調(diào)試模式條件下，我們需要對(duì)SVPTMEX52內(nèi)部的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以控制I2C總線(xiàn)，并使這多工的平行接口失效。此外，M16C/62P的UART1能夠連接到PC串行端口。藉運(yùn)行嵌入在PC視窗操作系統(tǒng)中超級(jí)終端（Hyper Terminal），從而輸出信息并意味著MCU接受我們的遙控或本地鍵指令完成某些任務(wù),而程序在正常狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，PC和液晶電視之間也可持續(xù)進(jìn)行交互。這是監(jiān)控不確定性結(jié)果的一個(gè)強(qiáng)大的功能。

V:     調(diào)諧器/YprBr/模擬/VGA視頻源
D:     24位數(shù)字視頻總線(xiàn)接口
L:    LCD面板的單頻道LVDS發(fā)送器
F:     32位DDR存儲(chǔ)器接口
M:     視頻處理器平行總線(xiàn)接口
S:    外部ROM平行總線(xiàn)接口
TMDS:     轉(zhuǎn)換極低損耗微分信號(hào)

圖3 系統(tǒng)方框圖

3.2系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)包括由C語(yǔ)言編寫(xiě)的EX、TV API（泰鼎的應(yīng)用可編程接口）和應(yīng)用程序三個(gè)層次。我們利用EXSDK（泰鼎的開(kāi)發(fā)工具包）開(kāi)發(fā)了該程序，EXSDK提供了有效的工具和API。基于數(shù)據(jù)和編碼分開(kāi)的概念，數(shù)據(jù)包括寄存器表的設(shè)置、OSD（屏幕文字信息顯示）和用戶(hù)定義區(qū)域等，都可以按照泰鼎的資源編碼工具（圖5）進(jìn)行編輯。它能夠用來(lái)創(chuàng)建并維護(hù)這些作為資源的數(shù)據(jù)（圖4）。然后，每一歸類(lèi)的數(shù)據(jù)也看為某一指定的資源被插進(jìn)應(yīng)用程序中，例如視頻信號(hào)處理器SVPTMEX52中的數(shù)據(jù)表和不同LSI中的所有寄存器表等。

系統(tǒng)使用作為資源的數(shù)據(jù)
圖4 運(yùn)行流程圖

以下是一個(gè)重要和經(jīng)常用來(lái)處理寄存器表的API調(diào)用函數(shù)：

Void tdWriteRegTable(RPByte rpTable, Byte ucColume Num)

rpTable參數(shù)是一個(gè)指標(biāo)，它指向寄存器表這資源所插入生成的數(shù)據(jù)。ucColumnNum參數(shù)是對(duì)哪一列數(shù)據(jù)應(yīng)該寫(xiě)入的芯片進(jìn)行選擇。在其他實(shí)例中，如指向OSD所插入的是調(diào)色板、字體、字串、圖像、OSD數(shù)據(jù)和OSD項(xiàng)目。都是用TOE（泰鼎OSD引擎）開(kāi)發(fā)的所有這些資源都能夠如圖5所示在PC上進(jìn)行預(yù)覽，這也正是視頻菜單OSD設(shè)計(jì)的實(shí)例。

圖5 使用資源編碼工具所制作的視頻菜單OSD設(shè)計(jì)實(shí)例

至于TOE是一個(gè)位于高層的功能程序庫(kù)，叫做TOE.LIB。它可在電視中執(zhí)行如PC形式的圖形用戶(hù)介面，并支持兩個(gè)板面的4或8位元顏色OSD顯示。TOE的結(jié)構(gòu)是基于MVC（模型、視圖和控制器）的設(shè)計(jì)模式。它由三個(gè)部分組成，藉調(diào)用TOEAPI進(jìn)行編碼。OSD數(shù)據(jù)編輯器和OSD項(xiàng)目編輯器是用來(lái)組成OSD的布局設(shè)計(jì)和視覺(jué)結(jié)構(gòu)。TOE是用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言寫(xiě)成, 能支持跨平臺(tái)作業(yè), 所以TOE是沒(méi)有平臺(tái)限制。

而EXAPI是一個(gè)作為SVPTMEX52驅(qū)動(dòng)器的低層功能程序庫(kù)，它亦可以編譯在不同的開(kāi)發(fā)平臺(tái)包括PC Win32或許多不同的單片機(jī)平臺(tái)。EXAPI也如眾多程序庫(kù)文擋一樣, 都隱含著API所進(jìn)入已成為二進(jìn)制目標(biāo)碼的執(zhí)行細(xì)節(jié)。

TVAPI也封裝了了基本TV的邏輯處理。但如果系統(tǒng)有硬件改動(dòng)，例如是改換視頻解碼器，就需要修改TVAPI的源碼來(lái)配合, EXAPI 和 TVAPI是能夠被應(yīng)用層程序所調(diào)用。

圖6 泰鼎片所提供的LSI的調(diào)試工具

3.3 模擬環(huán)境

微軟的Visual C++在PC中是一個(gè)強(qiáng)大的工具程式, 所編寫(xiě)的電視模擬器借著WIN32平臺(tái)通過(guò)I2C總線(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)操控, 并且程式也具備OSD模擬器用作預(yù)顯示, 這樣我們的OSD設(shè)計(jì)就能顯示在平面屏幕上。它可提供無(wú)可比擬的最便宜的調(diào)試和開(kāi)發(fā)環(huán)境。

3.4 仿真環(huán)境

而高質(zhì)量的軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)該通過(guò)USB電纜連接當(dāng)瑞薩的專(zhuān)業(yè)仿真器PC7501。探針M3062PT-EPB與仿真一起工作。這個(gè)探針是為了仿真M16C/62P這組別的MCU。同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在下列工具軟件上。

表2 軟件列表

編譯器	NC30WA V5.30版本1
IDE (整合開(kāi)發(fā)環(huán)境)	TM V3.20A
調(diào)試器	PD30F V2.20版本1

3.5 軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

應(yīng)用層程序基于下列流程圖。

主程序流程
圖7 主程序流程圖

系統(tǒng)從第一個(gè)模塊開(kāi)始進(jìn)行初始化和缺省設(shè)置。例如，函數(shù)Bool tdEEPROMCheckOnline（void）檢查如沒(méi)有返回標(biāo)記_EEPROM_IS_INITIALIZED_，應(yīng)用層軟件將使用缺省設(shè)置來(lái)初始化EEPROM。M30620SPGP MCU首先被初始化。然后，包括系統(tǒng)資源、藉資源工具ResBuilder生成的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)定時(shí)器、按鍵輸入、遙控輸入和I2C總線(xiàn)在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。借著用戶(hù)輸入包括按鍵或遙控輸入被轉(zhuǎn)換成以字節(jié)為單位的虛擬鍵數(shù)值, 以及對(duì)重復(fù)鍵的處理推進(jìn)到虛擬鍵值緩沖器中。而驅(qū)動(dòng)的API是：

Void tdInitKeyboard(Word wFirstDelay,Word wRepeatDelay);

Void tdInitRemoteEx(RPByte rpData, Word wFirstDelay, Word wRepeatDelay);


應(yīng)用層程式的主回路使用來(lái)自緩沖器, 調(diào)用Byte tdGetVirtualKey（void）函數(shù)就得到虛擬鍵值。如果緩沖器中沒(méi)有虛擬鍵，EXAPI將調(diào)用回函數(shù)Void tdCallBackIdle（Void），這要保證后臺(tái)工作的運(yùn)行, 甚至當(dāng)前工作正在處理OSD菜單期間, 也沒(méi)有影響。而所有處理后臺(tái)工作的模塊都按照其標(biāo)記變換而執(zhí)行的。并且所有這些標(biāo)記都可以根據(jù)用戶(hù)輸入、模式的切換和信號(hào)檢測(cè)進(jìn)行改變。后臺(tái)作業(yè)處理包括搜臺(tái)、聲音處理、頻道選擇和信號(hào)處理等。所有背景模塊的流程圖均顯示如下（圖8）：

圖8: 主要處理流程圖

EXAPI提供了兩種定時(shí)器回叫功能，這是可通過(guò)應(yīng)用層軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

Void tdCallBack1ms(Void);

Void tdCallBack20ms(Void);


而這些都是系統(tǒng)定時(shí)中斷程序，至于Void tdRemoteService（Void）功能是處理遙控輸入的中斷程序。系統(tǒng)在電源接通之后有許多種模式。在待機(jī)模式下，液晶電視僅等候接受控鍵或遙控輸入。但顯示器的其他部分關(guān)閉，并進(jìn)入節(jié)電模式。在正常的模式下，整機(jī)操作正常進(jìn)行，除非收到_VK-POWER_信號(hào), 它關(guān)閉系統(tǒng)并進(jìn)入待機(jī)模式。該程序也可以能夠進(jìn)入工廠(chǎng)模式。這個(gè)模式強(qiáng)迫液晶電視接受工廠(chǎng)設(shè)置或進(jìn)行系統(tǒng)老化測(cè)試，這會(huì)使電視面板重復(fù)地顯示出紅、藍(lán)、綠或白色屏幕。至于在多重視窗的狀態(tài)下, 可以在顯示層上產(chǎn)生九個(gè)視窗的排列, 每個(gè)小窗口一次顯示一個(gè)頻道并將其定格。然后，下一個(gè)頻道在下一個(gè)窗口上顯示，如此類(lèi)推。

所有模式均有其自己的指令和OSD處理。例如，在正常模式下，按下菜單鍵顯示畫(huà)面設(shè)置菜單（圖9）。有四種畫(huà)面設(shè)定模式可以選擇——生動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)、柔和和自定義。接下一行OSD的顯示，我們控制對(duì)比度、亮度、飽和度、色調(diào)和銳利度等。與畫(huà)面設(shè)置摸式相似的是聲音處理菜單, 用來(lái)控制聲音和音量大?。▓D10）。至于設(shè)置菜單是為搜臺(tái)及設(shè)定電視系統(tǒng)而有的（圖13）。信號(hào)源輸入是藉著信源菜單來(lái)選擇的, 例如是對(duì)AV/SV/PC/HDTV/HDMI的切換。屏幕菜單是針對(duì)調(diào)整輸入RGB信號(hào)的通道, 控制其在電視屏幕的位置及顯示模式（圖11）。還有一個(gè)選擇菜單對(duì)系統(tǒng)語(yǔ)言、藍(lán)屏等進(jìn)行設(shè)置（圖12）。

圖9 視頻調(diào)整                        圖10 音頻調(diào)整

         圖11 RGB屏幕控制    圖12 選擇設(shè)置

圖13 電視頻道設(shè)置

另外只有HK-Model才有的時(shí)鐘菜單，用來(lái)設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘和電源開(kāi)關(guān)時(shí)間。而美國(guó)電視家長(zhǎng)指導(dǎo)系統(tǒng)連同美國(guó)電影協(xié)會(huì)分級(jí)系統(tǒng)就只在US-Model的家長(zhǎng)等級(jí)分類(lèi)控制菜單上操作。 

圖14和15顯示了這菜單（僅用于US-Model）。這系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)為電視節(jié)目劃分等級(jí)和類(lèi)別, 并且連同V-CHIP一起使用的。V-CHIP是一個(gè)通用術(shù)語(yǔ), 用于作為一個(gè)電視接收器的功能特征, 對(duì)其特定的節(jié)目?jī)?nèi)容進(jìn)行判別和管制。該功能旨在通過(guò)父母監(jiān)控他們的孩子所觀賞的電視節(jié)目。

圖14 家長(zhǎng)等級(jí)分類(lèi)控制圖15 等級(jí)分類(lèi)的設(shè)置

4.結(jié)論

在這快速日益增長(zhǎng)的液晶電視市場(chǎng)中，帶有泰鼎SVPTMEX52的M16C平臺(tái)是一個(gè)設(shè)計(jì)取勝的解決方案，其目標(biāo)是26英寸以上的液晶電視。

與其他解決方案相比，它采用了先進(jìn)的顯示技術(shù)，具有最好的畫(huà)面質(zhì)量。此外，M16C MCU在滿(mǎn)足消除EMI/EMS噪聲、高度有效的編碼和適當(dāng)?shù)膬r(jià)格等需求方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。這兩個(gè)液晶電視項(xiàng)目的規(guī)格如表3所示。

表3 當(dāng)前的液晶電視項(xiàng)目規(guī)格表

	HK-Model
面板系統(tǒng)	32英寸LCD面板
顯示器分辨率	垂直1366像素×水平768像素
對(duì)比度	800:1
亮度	1000 cd/m2
電視系統(tǒng)	PAL/NTSC
顏色數(shù)量	16.7百萬(wàn)
視角	170ﾟ/170ﾟ
輸入/輸出	AV1 AV2 AV3 AV4 AV5   音頻輸出 TV輸出	視頻輸入/音頻（L/R） S S-Video輸入/音頻（L/R） HDTV輸入/音頻（L和R） RGB輸入/音頻（L和R） HDMI輸入
揚(yáng)聲器輸出	8W X 2
電源	100~240V
尺寸	950mm(W) X 250mm(D) X 585.6mm(H)
重量（凈重）	48.9磅

目前，歐洲版本正在開(kāi)發(fā)當(dāng)中。是一個(gè)PAL/SECAM制式的新項(xiàng)目, 并支持圖文, 畫(huà)中畫(huà)及畫(huà)外畫(huà)等眾多功能。