1 引言

進入20世紀90年代以來，計算機多媒體技術和網絡技術飛速發展，基于流媒體的多媒體應用也被運用在多種領域，特別是在圖像監控系統和視頻點播系統中。目前在便攜式流媒體系統發展領域上，競爭的公司主要有三個：Microsoft、Real Networks、Apple，而相應的產品就是：Windows Media、Real Media、QuickTime[2]。本文提出設計的系統優點在于：使用高速低功耗的32位Intel PXA270嵌入式處理器，成本低，穩定性好，實時性好等特點，并對PXA270處理器的接口進行了改進，使系統支持PCI總線協議，具有很好的系統移植性。

2 系統總體結構

基于高速低功耗的32位RISC嵌入式處理器的流媒體攜帶式系統如圖1所示。

圖1 攜帶式流媒體系統總體結構圖

該系統有多個流媒體播放終端，這些播放終端通過無線接入點與計算機網絡連接;流媒體服務器通過其以太網接口與計算機網絡連接。流媒體服務器可以將從網絡上獲得的音視頻數據轉換為流格式的文件;攜帶式播放終端向流媒體服務器發送請求，流媒體服務器響應請求后，播放終端對服務器發送過來的流媒體數據進行解碼和播放，完成工作。

3 流媒體系統的硬件設計

3.1系統的硬件結構

流媒體攜帶式系統以Intel公司的嵌入式處理器PXA270為核心。Intel PXA270處理器是一個高性能、低價格、低功耗的32位ARM* V.5TE RISC處理器，它集成了I2S，SSP，AC97 等一系列多媒體處理模塊，非常適用于多媒體處理、手持設備、PDA等應用領域，是Intel Xscale 系列的第三代的實現。它有一個改進的LCD控制器，一個可擴展的插件接口，攝像采集接口，一個Intel核處理器以及更具保護性的電源管理功能部件等。這個核處理器通過添加MMX和SSE功能單元和附加的音視頻處理操作來擴展Intel Xscale微型結構的功能[4]。GEC2410開發板套件

該系統的播放終端需要運行嵌入式操作系統，接收從無線以太網(WLAN)傳輸過來的音視頻數據流，對音視頻數據流進行MPEG4解碼，輸出視頻數據和AC97格式的音頻數據，并集成觸摸屏/鍵盤輸入、USB主控、實時時鐘等功能。其硬件結構如圖2所示。

圖2 流媒體系統的硬件結構圖

3.2 PCI接口設計

在該流媒體系統設計過程中所使用的PXA270處理器本身并不支持PCI總線協議，為了使系統能夠支持PCI總線協議，需要對處理器的接口進行改進，在這里提出使用FPGA來設計PCI總線接口控制器。設計在ModelSim環境下對Verilog HDL源程序進行前仿真，在Xilinx ISE環境下進行邏輯綜合、布局布線后下載到Xilinx公司生產Spartan-3 FPGA XC3S200芯片內。GEC2410開發板套件

PCI接口控制器的設計中，核心設計部分有時序控制和配置空間兩部分。時序控制保證了PCI接口控制器能按正常的PCI時序工作。配置空間部分保證了板卡的即插即用功能。

3.2.1 PCI接口配置空間的實現

PCI總線定義了3種物理地址空間，分別是存儲器地址空間、I/O地址空間和配置地址空間。配置空間是PCI所特有的一種空間，其長度為256字節并且有特定記錄結構的地址空間，可以在系統自舉時訪問，也可在其他時間訪問[3]。其它一些寄存器配置如下：GEC2410開發板套件

廠商ID使用芯片最初的生產廠商ID值;設備ID可為除00000000H和0FFFFFFFFH中的任意值;命令寄存器中位1、6、8在本設計中均被設置為0;基地址寄存器用來映射設備的存儲器地址空間，與設備地址空間大小相應的低位被強制為0，故此在配置寫過程中，配置軟件通過對這個寄存器的所有位寫1，然后再讀出該寄存器的值來決定設備存儲器所占用的地址范圍，位0被設為低表示存儲器映射;類代碼寄存器：設置為018000H，即設備為大容量存儲控制器;首部類型寄存器：設置為0，表示其為單功能設備且首部類型為0。

3.2.2 時序控制的實現

在時序控制程序中采用狀態機模型來實現不同時序的轉換。各種命令，數據交換、控制均在狀態機的管理下進行工作。PCI總線上的信號是并行工作的，因此，對應每個狀態必須明確其執行的任務，這些任務用Verilog語言的進程語句來描述所發生的事件。GEC2410開發板套件

本設計中的狀態機共使用了6種狀態，如圖3所示，分別為空閑狀態(idle)，準備狀態(Ready)，DEVSEL# 和TRDY#均為高電平狀態(DevTrHi)，DEVSEL#為低電平且TRDY#為高電平狀態(DevLoTrHi)，DEVSEL#和TRDY#均為低電平狀態(DevTrLo)以及操作結束狀態(OprOver)。

圖3 PCI接口狀態機

注: state0表示pci_frame_i= ’1’ and pci_irdy_i =’1’, state 1表示pci_frame_i= ’1’ and pci_irdy_i=’0’ and irdy_i=’0’。

當系統接到復位信號后對系統進行復位，然后轉入空閑狀態。在空閑狀態中采樣總線，并根據總線的變化來決定下一個時鐘上升沿后狀態機轉人何種狀態，這些時序和程序中用到的信號都是基本且必須的，在進行開發時可以根據需要增添必要的狀態和信號。編寫完整的代碼，之后將代碼導入ModelSim完成仿真，用Xilinx公司自帶工具ISE進行綜合布線，生成bit文件下載到FPGA器件。GEC2410開發板套件

4 系統的軟件模塊設計

該流媒體攜帶式系統的軟件平臺采用小體積、高性能的嵌入式Linux操作系統，它由一個內核和一些可以定制的系統模塊組成，如文件系統模塊、內存驅動模塊等[5]。針對本應用，進行了重新剪裁和配置，只包含系統所需的模塊。

對于該攜帶式系統的播放終端，其軟件應用程序結構如圖4所示，分別是圖形用戶界面模塊、系統管理主控模塊和音視頻解碼器三部分。音視頻解碼器模塊可看作是系統管理主控模塊的插件(plug-in)，從主控模塊獲得編碼的音視頻數據并對其解碼，解碼后返發送給系統管理主控模塊。本文主要介紹系統管理主控模塊。