STB 上Linux软件系统解决方案


近年来,国内巨大的STB潜在市场,吸引了包括芯片厂商、CA厂商、中间件供应商、机顶盒生产厂商等厂家的热情,围绕STB的竞争全面展开。

  机顶盒是一种专用设备,包括软件模块和硬件模块。软件模块包括系统引导程序、嵌入式操作系统和应用软件。硬件模块根据CPU的不同,分为ASIC专用芯片 组、多媒体DSP、X86三种。低档机顶盒一般采用专用芯片组或多媒体DSP,只支持较少的几种媒体编解码标准,业务扩展能力较弱,价格比较低。高档机顶 盒大多基于X86硬件,使用WinCE或Linux操作系统,甚至配有硬盘,与PC机非常相似,业务功能丰富,当然,价格也不菲。

  事实上,随着IPTV的兴起,对机顶盒的性能要求也越来越高,采用X86硬件提升机顶盒的性能已是大势所趋。但是,在提供更丰富业务功能的同时,大幅降低 机顶盒成本,也是机顶盒技术发展的一个必然方向。本文将讲述基于兼容X86的STB上Linux软件系统解决方案,不涉及技术开发细节。主要将从以下方面 进行介绍:

  一、硬件环境介绍

  本机顶盒核心部件包括:STPC CPU,2M FLASH,64M DOM和32M RAM。

  其中FLASH中存放Bootloader代码,DOM中存放嵌入式Linux操作系统。当然,机顶盒需要一些外围硬件电路,比如网络接口、遥控器接口等等。

  二、Bootloader开发

  Bootloader是跟底层硬件关联性非常强的一层软件,也称为BSP。开发人员需要相当熟悉硬件结构,一般来说,可以由硬件人员完成,也可以由软硬件 人员共同协助完成。Bootloader除了初始化CPU,RAM和基本的串口输出等功能外,还需要一些扩展功能,比如实现通过网络接口或者串口烧录操作 系统等。u-boot是一个开源的面向多个目标平台(ppc, mips, arm, x86)的bootloader,并且功能强大,目前广泛应用在嵌入式系统开发中,只要根据硬件平台做有限的修改,就可以顺利实现。本篇不讲述u- boot的具体移植过程,移植细节可参见《u-boot在PowerPC 860上的移植》一文。

  三、嵌入式Linux裁减与移植

  嵌入式Linux我们选用Peewee Linux进行裁减,Peewee Linux的介绍和基本配置可参考《Embedded Linux 嵌入式系统原理与实务》一书。Peewee Linux的裁减仅仅是通过配置界面选择某些组件,但需要注意的是要保留X窗口,浏览器需要X窗口支持才能启动图形化浏览器。但是,通过Peewee Linux裁减的Linux系统通常比较大,还需要做更进一步的裁减。一般来说一个不带X窗口的嵌入式Linux可以小到4M,带有X窗口的Linux也 可以在30M以下构建出来。总之,裁减后的Linux系统不能过于庞大,否则加上浏览器程序极有可能超出DOM的64M空间,需要另加存储空间,增加成 本。

  另一方面,在移植Linux到STB上后,由于STB上很多硬件在Linux下缺少驱动程序支持,不能工作。为此,开发必要的驱动程序是必不可少的一步。 在Linux下开发一个驱动是相当容易的,一是因为Linux驱动程序的架构相对固定,二是有很多的源码可供参考。难点往往是调试过程,也更花时间,并且 经常需要改动某些代码,同时,驱动开发过程中也经常需要示波器、逻辑分析仪等设备的帮助。

  四、浏览器程序选择 (Embedded Mozilla)

  在Linux环境下有很多开源的浏览器,但综合比较来说,Mozilla功能强大,支持的协议也相对比较多,图形界面丰富。其次,Mozilla专门为嵌 入式系统开发了一个Embedded Mozilla项目,不加裁减的话,编译结果大概20M多,用户可以对其进行裁减,一般来说,裁减到14M左右是很轻而易举的事。并且该项目是提供源码 的,用户可以根据需要定制一些功能,比如用户界面等等。

  具体可以参考主页:http://www.mozilla.org

  五、JVM移植

  针对目前很多网页是Java severlet的特点,使得浏览器能支持Java语言是一大趋势,Embedded Mozilla很容易实现对Java的支持,这也是为什么选择Embedded Mozilla的原因之一。只要以动态库的形式注册sun公司提供的JVM到该STB的系统库路径下,并在Embedded Mozilla中设置一下浏览器针对Java severlet的plug in功能,即可实现Embedded Mozilla对Java severlet的支持。

  JVM下载参考:http://www.sun.com

  六、其它应用开发扩展(EPG实现及EasySoap使用)

  该部分功能主要是为解决STB向PVR/DVR的扩展,当然如此扩展后需要添加大容量存储设备,以存储数据。EPG是PVR/DVR上不可或缺的软件之 一,预先提供节目给用户,用户通过预定的方式下“订单”,PVR/DVR根据用户的预定情况实现节目的自动录制功能。目前EPG功能比较流行的做法是:在 PC机上用Web Service实现服务端,在PVR/DVR上实现客户端,由于Web Service利用SOAP协议交互。为此,EasySoap浮出水面,利用该开源项目,可以很方便开发出Linux上的EPG客户端,实现与Web Service的交互。

  七、媒体播放软件实现

  该功能也可认为是STB的扩展,是PVR/DVR功能的一部分。媒体播放器我们选用功能强大的mplayer,这是Linux下又一个出色的开源软件,支 持格式众多,包括很多流媒体在内,移植mplayer也比较简单。参见网站:http://www.mplayerhq.hu/

  八、VOD实现

  VOD是STB交互功能的增强,因为我们已经移植了Embedded Mozilla以及mplayer,VOD功能可以利用这两个软件顺利实现,需要做的工作只是在Embedded Mozilla中如何判断当前的连接是一个媒体文件,以判断是否需要打开mplayer进行播放。

  九、软件远程更新问题

  虽然目前用户要在STB设备上实现软件远程更新的需求并不突出,但软件远程更新问题是降低维护费用一个强有力的手段。STB的远程软件更新可以采用主动或 被动的方式,主动的方式就是由用户手动去下载最新软件,实现升级;被动方式就是由STB开发商根据STB的信息主动提示用户更新,类似于window 2000/XP的升级程序。考虑到STB的特殊性,比如升级过程中可能发生意外,掉线等情况,建议采用由用户手动去下载软件进行升级的方式。

  具体实现方法是:在STB上开发专门用于软件升级的程序,该程序通过HTTP/FTP下载最新应用程序到本地,然后实现STB上软件的升级。由于系统上空 间通常比较紧张,一旦升级失败,极有可能造成系统不能启动的情况,解决办法往往是增加内存空间,先备份先前的系统,如果升级成功,再删除,如果失败,则恢 复先前系统。

  十、小结

  Linux由于其开源特性、出色的网络功能和众多的开源项目支持,正越来越成为嵌入式系统开发者关注的目标之一。相信越来越多的嵌入式开发者将加入到Linux这个行列中来。

  本文提出的仅仅是解决方案,实际开发中,从硬件设计到软件开发是一个相当漫长的过程,软硬件的协同设计、硬件的调试、软件的开发、软件的测试、系统的集成测试等过程都会遇到拦路虎,很多意想不到的问题会时不时地忽然冒出来。

  为此,在STB项目开发中,硬件的设计过程需要具有丰富经验的硬件工程师,以尽量缩短硬件设计与调试的时间。软件系统中上层应用的开发过程建议开发者采用 OO的思想,同时在开发中运用设计模式,以防开发过程各种意想不到的变化。另外,值得一提的是,很多项目中,开发人员认为只有硬件开发完成后才能进行软件 的开发,这是一种误解。事实上,软硬件开发的过程可以同步进行,在硬件开发阶段可以同时进行上层软件的开发,这样可以尽可能加快产品走向市场的步伐



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