1 SPI信號(hào)結(jié)構(gòu)

并行傳輸系統(tǒng)SPI包括一位時(shí)鐘信號(hào)、8位數(shù)據(jù)信號(hào)、一位幀同步信號(hào)PSYNC和一位數(shù)據(jù)有效信號(hào)DVALID。幀同步信號(hào)對(duì)應(yīng)TS包的同步字節(jié)047H，DVALID信號(hào)用來(lái)區(qū)分TS包的長(zhǎng)度為188個(gè)字節(jié)或204個(gè)字節(jié)。當(dāng)TS包長(zhǎng)為188字節(jié)時(shí)，DVALID信號(hào)一直為高，同時(shí)所有信號(hào)都與時(shí)鐘信號(hào)保持同步。SPI數(shù)據(jù)格式如圖所示。              

2 ASI接口

ASI傳輸流可以有不同數(shù)據(jù)速率，但傳輸速率恒定，為270Mbps，因此ASI可以發(fā)送和接收不同速率的MPEG-2數(shù)據(jù)。ASI傳輸系統(tǒng)為分層結(jié)構(gòu)。最高層、第2層使用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 13818-（Systems），第0層和第1層是基于ISO/IEO CD 14165-1的FC纖維信道。FC支持多種物理傳輸媒介，本方案選用同軸電纜傳輸，圖2是基于同軸電纜的ASI傳輸系統(tǒng)框圖。

圖2 基于同軸電纜的ASI傳輸系統(tǒng)框圖

首先將包同步的MPEG-2傳送包的8－bit碼字轉(zhuǎn)換成10－bit碼字；接著在并／串轉(zhuǎn)換時(shí)，當(dāng)要求輸入一個(gè)新字、而數(shù)據(jù)源還沒(méi)有準(zhǔn)備好時(shí)，應(yīng)插入一個(gè)K28.5的同步字，以達(dá)到ASI的固定270Mbps傳輸速率。所形成的串行比特流將通過(guò)緩沖／驅(qū)動(dòng)電路和耦合網(wǎng)絡(luò)，送到同軸電纜連接器上。插入同步碼字可以有三種方法：傳輸碼流的單個(gè)字節(jié)前后不能都是同步字；傳輸碼流的單個(gè)字節(jié)前后必須都是同步字；或者是兩者的組合。

到達(dá)同軸電纜的接收數(shù)據(jù)，首先要經(jīng)過(guò)連接器和耦合網(wǎng)絡(luò)耦合到恢復(fù)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的電路上，然后進(jìn)行串／并變換；為了恢復(fù)字節(jié)同步，ASI解碼器必須先搜尋到K28.5同步字，一旦搜索到該同步字，即為隨后接收的數(shù)據(jù)標(biāo)定了邊界，從而建立了解碼器輸出字節(jié)的正確字節(jié)排列；最后進(jìn)行10/8－bit變換，恢復(fù)出包同步的MPEG-2 TS碼流數(shù)據(jù)。但是K28.5同步字不是有效數(shù)據(jù)，因此解碼時(shí)必須刪除。

3 ASI接口實(shí)現(xiàn)方案

在本方案中，MPEG-2 TS碼流由單片MPEG-2編碼器MB86390提供，它輸出符合SPI標(biāo)準(zhǔn)的并行11位信號(hào)，TS包長(zhǎng)度為188個(gè)字節(jié)。在SPI／ASI轉(zhuǎn)換方案中，主要選用CYPRESS公司cyb923／cyb933芯片、異步FIFO和邏輯編程器CPLD實(shí)現(xiàn)。

cyb923主要實(shí)現(xiàn)碼字的8/10bit轉(zhuǎn)換、插入同步字K28.5和并／串變換。ASI的傳輸速率恒定為270MHz，而輸入MPEG-2 TS碼率是不同的，所以要用FIFO實(shí)現(xiàn)速率匹配，需要對(duì)輸入的SPI數(shù)據(jù)、FIFO和cyb923之間的通信進(jìn)行邏輯控制。綜合性能、價(jià)格和程序復(fù)雜度的考慮，本方案采用xilinx公司的CPLD邏輯編程器XC95108;用VHDL編程實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的邏輯控制。ASI的解碼也是相似的過(guò)程，cyb933主要實(shí)現(xiàn)10/8bit轉(zhuǎn)換、去除同步字K28.5和串并變換。

3.1 ASI編碼

在ASI的編碼過(guò)程中，只需將MPEG-2 TS的八位數(shù)據(jù)和一位TS碼率傳輸時(shí)鐘輸入到CPLD。因?yàn)樵诒痉桨钢?，TS格式為188個(gè)字節(jié)，因此數(shù)據(jù)有效信號(hào)DVALID一直為高，CPLD忽略這個(gè)信號(hào)，只管接收TS碼流數(shù)據(jù)，而不用關(guān)心TS碼流的同步頭。PSYNC幀同步信號(hào)也一樣忽略。CPLD將接收到的數(shù)據(jù)以TS碼率時(shí)鐘寫入FIFO。當(dāng)FIFO半滿時(shí)，CPLD接收到FIFO的半滿信號(hào)，然后CPLD給cyb923發(fā)FIFO可讀信號(hào)，cyb923以27Mbps讀取FIFO中的數(shù)據(jù)；當(dāng)CPLD計(jì)數(shù)到cyb923讀取了一定數(shù)量的FIFO數(shù)據(jù)，CPLD則向cyb923發(fā)送FIFO不可讀信號(hào)，防止FIFO讀空。MPEG-2傳輸碼率的并行最大速度為27/8＝3.375Mbps，而讀FIFO速率為27Mbps，因此FIFO不會(huì)有溢出?？紤]到延時(shí)，本方案選用較小容量的FIFO7202。cyb923在FIFO不可讀時(shí)，向ASI碼流中填充K28.5以維持270Mbps的固定傳輸速率。最后串行數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)就可用同軸電纜傳送出去。本方案中，同步字K28.5的插入采用傳輸碼流的單個(gè)字節(jié)前后不能都是K28.5同步字的方式。這種方案相對(duì)其它兩種方案來(lái)說(shuō)，判斷和處理都相對(duì)簡(jiǎn)單。

3.2 ASI解碼

在ASI的接收端，輸入的ASI碼流經(jīng)過(guò)均衡后，輸入到cyb933芯片。它由內(nèi)部的時(shí)鐘鎖相環(huán)首先鎖定ASI碼流時(shí)鐘，檢測(cè)同步字K28.5；找到后即確定了ASI比特流順序，然后進(jìn)行串／并轉(zhuǎn)換。

由此可知，檢測(cè)到K28.5,即字節(jié)對(duì)齊是ASI解碼的重要前提，由此cyb933定義了一套檢測(cè)字節(jié)同步的方法。考慮到傳輸誤碼等原因可能造成假K28.5，因此cyb933采用雙字節(jié)確認(rèn)方法。即連續(xù)兩個(gè)字節(jié)都是K28.5，才確認(rèn)字節(jié)同步了，接著進(jìn)入正常的單字節(jié)解碼狀態(tài)。在解碼狀態(tài)，如果在64個(gè)解碼字節(jié)中,CPLD計(jì)數(shù)到有16個(gè)字節(jié)是錯(cuò)誤的，則CPLD必須向cyb933發(fā)送信息，要求cyb933重新進(jìn)行字節(jié)同步。        

字節(jié)同步后，因?yàn)镵28.5是cyb923插入的同步字節(jié)，不能作為有效數(shù)據(jù)輸出，cyb933自動(dòng)略除這些同步字節(jié)。當(dāng)cyb933檢測(cè)到有效數(shù)據(jù)時(shí)，cyb933將輸出一位當(dāng)前數(shù)據(jù)有效的指示，如果把這個(gè)信號(hào)當(dāng)作FIFO的寫有效，則FIFO中的數(shù)據(jù)一定都是有效數(shù)據(jù)了。當(dāng)FIFO半滿時(shí)，CPLD接收FIFO的半滿信號(hào)后，CPLD讀取FIFO中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)讀出的字節(jié)是否是047H來(lái)確定TS包的同步字節(jié)；如果找到TS包同步字，將恢復(fù)對(duì)應(yīng)的幀同步信號(hào)，此時(shí)CPLD計(jì)數(shù)188恢復(fù)出完整的TS包，接下來(lái)的字節(jié)如果不是047H，說(shuō)明輸入數(shù)據(jù)有誤，CPLD將丟棄這些數(shù)據(jù)直到找到047H同步字，在此期間CPLD輸出TS空包。重新包同步后，CPLD才又開(kāi)始計(jì)數(shù)輸出正確的188字節(jié)的MPEG-2 TS包，從而恢復(fù)出SPI正確的11位信號(hào)。同樣，當(dāng)FIFO數(shù)據(jù)不可讀時(shí)，CPLD也輸出TS空包，以維持輸出的MPEG-2碼率恒定。

在SPI轉(zhuǎn)ASI的設(shè)計(jì)中，直接對(duì)SPI數(shù)據(jù)進(jìn)行ASI編碼，而不考慮誤碼問(wèn)題。主要考慮SPI數(shù)據(jù)直接從MB390輸出，沒(méi)有經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離傳輸，因而降低了ASI編碼邏輯控制的復(fù)雜度。在ASI解碼過(guò)程中，ASI數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離傳輸，要考慮誤碼的因素，所以增加了字節(jié)和包的重同步設(shè)計(jì)，以增加抗干擾能力。本方案在實(shí)際應(yīng)用中很好地實(shí)現(xiàn)了SPI／ASI的相互轉(zhuǎn)換。