CN103297821A - 一种实现ip双向功能的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现IP双向功能的方法及系统，用于在单向机顶盒上实现IP双向业务功能，通过选择采用合适的单片机能够给单向机顶盒提供实现TCP/IP协议栈中的数据链路层和物理层，配合接收发送IP数据，选择的单片机的以太网控制器按功能分为两个层次，媒体访问控制器层和网络物理层，这两个层分别对应的是TCP/IP协议栈中的数据链路层和物理层，因此实现在单向机顶盒上实现IP双向功能，使得单向机顶盒用户能够方便的享受到互动电视带来的乐趣，另外，利用单向机顶盒本身的串口等已有装置来实现需求，改装的成本比较小。

Description

一种实现IP双向功能的方法及系统

技术领域

本发明涉及数字电视技术领域，更具体的说，是涉及一种实现IP双向功能的方法及系统。

背景技术

随着数字电视技术的大力发展以及目前各地有线电视整转过程的深入，越来越多的家庭接触到了数字电视业务，基于数字电视的增值业务也越来越被各地广电运营商所重视。但是增值业务大多基于双向交互模式，所以目前在老百姓家里数以千万的单向机顶盒就无法承载双向增值业务，如何能对现有的单向机顶盒进行低成本的技术改造使之能够实现双向功能，也是一个值得探讨的问题。

在当前的单向转双向的技术方案中，部分是通过在cable modem(电缆调制解调器)中加装蓝牙模块，使得带蓝牙功能的手持设备能够通过其与数字电视网络进行通信，进而与增值业务提供商服务器进行通信，其特征在于蓝牙手持设备发出服务请求信息，通过带蓝牙模块的cable modem，传输到广电网络中的业务服务器和增值业务提供商服务器上，业务服务器根据请求内容，将请求信息传输到指定的服务器接收设备上，同时蓝牙手持设备本身也是服务接收设备。这种方案需要加装带有蓝牙模块的cable modem，同时需要配合带有蓝牙功能的手持设备，所以对于目前的大多数家庭来说，改装的条件比较苛刻，成本较高。

单向机顶盒如果要实现IP数据传输，需要实现TCP/IP协议栈，其包括：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，单向机顶盒能够实现其中的应用层、传输层和网络层，但缺少数据链路层和物理层的支持，因此，我们需要找到一个能够提供数据链路层和物理层的设备，来实现IP双向功能，并且改装成本较低的装置和方法是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种实现IP双向功能的方法及系统，以克服现有技术中由于现有单向机顶盒不能实现IP双向功能，如要实现此功能需要在机顶盒上加装带有蓝牙模块的cable modem，同时也需要配合带有蓝牙功能的手持设备，造成的改装条件苛刻，成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种实现IP双向功能的方法，包括：

单片机异步收发模块接收单向机顶盒发送的数据并发往单片机处理器；

所述单片机处理器将所述异步收发模块发送的数据按照通信协议进行解析后并存储，提供给单片机以太网控制模块；

所述单片机以太网控制模块将所述处理器提供的数据传输给网络服务器；所述单片机以太网控制模块接收所述网络服务器发送的网络数据，并将所述网络数据提供给所述单片机处理器并存储在所述单片机存储器中；

所述单片机处理器按照串口通信协议将所述单片机以太网控制模块传输的网络数据进行打包，并提供给所述单片机异步收发模块；

所述单片机异步收发模块将接收到的打包后的网络数据发给所述单向机顶盒。

优选的，该方法还包括：在所述单片机异步收发模块和所述单向机顶盒之间设置通用输入输出口，实现所述单片机异步收发模块和所述单向机顶盒之间传输的数据流的控制。

优选的，该方法还包括：与所述单片机异步收发模块、所述单片机以太网控制模块、所述单片机通用输入输出口及所述单片机处理器相连，控制所述单片机异步收发模块、所述单片机以太网控制模块、所述单片机通用输入输出口及所述单片机处理器之间的数据传输。

优选的，在所述单片机异步收发模块接收单向机顶盒发送的数据并发往单片机处理器步骤之前，还包括：

所述单向机顶盒发送指令数据请求，进行初始化，建立双向连接。

优选的，所述单片机异步收发模块将接收到的打包后的网络数据发给所述单向机顶盒步骤之后，还包括：

所述单向机顶盒按照串口通信协议解析接收到打包后的网络数据，并进行校验所述数据包；

所述单向机顶盒将校验后的数据包发送给网络协议栈进行处理；

所述单向机顶盒展示网络数据页面。

一种实现IP双向功能的系统，该系统包括：单向机顶盒、单片机，主要借助于单片机的异步收发模块、以太网控制模块、处理器及存储器，其中：

所述单向机顶盒，用于接收用户发送的网络请求，并按照通信协议打包所述网络请求，将其通过串口发送给所述异步收发模块，接收所述异步收发器发送回来的网络数据，按照串口通信协议解析并校验所述网络数据，发送至网络协议栈处理并展示；

所述单片机异步收发模块，用于接收所述处理器发送过来的网络数据，将所述网络数据发给单向机顶盒，以及，接收所述单向机顶盒发送的数据并发往所述处理器；

所述单片机以太网控制模块与以太网网络服务器协议适配，用于接收网络服务器发送的网络数据，将所述网络数据提供给所述处理器，以及，将所述处理器提供的数据传输给所述网络服务器；

所述单片机处理器设置于所述异步收发模块和以太网控制模块之间，用于将以太网传输的网络数据按照串口通信协议进行打包后提供给所述异步收发模块，并将所述异步收发模块发送的数据按照串口通信协议进行解析后提供给所述以太网控制模块；

所述单片机存储器与所述单片机处理器相连，用于存储数据。

优选的，上述系统，还包括：

设置于所述单片机异步收发模块和所述单向机顶盒之间的通用输入输出口，用于实现所述异步收发模块和所述单向机顶盒之间传输的数据流的控制。

优选的，上述系统，还包括：

单片机控制器，用于控制所述单片机异步收发模块、所述单片机以太网控制模块、所述单片机通用输入输出口与所述单片机处理器之间的数据传输。

优选的，所述单向机顶盒内包括：

发送指令单元，用于向所述单片机异步收发模块发送指令数据请求，进行初始化，建立双向连接。

优选的，所述单向机顶盒内还包括：

数据处理单元，用于按照串口通信协议解析接收到打包后的网络数据，并进行校验所述数据包，将校验后的数据包发送给网络协议栈进行处理并展示网络数据页面。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种实现IP双向功能的方法及系统，通过选择采用合适的单片机能够给单向机顶盒提供实现TCP/IP协议栈中的数据链路层和物理层，配合接收发送IP数据，选择的单片机的以太网控制器按功能分为两个层次，媒体访问控制器层和网络物理层，这两个层分别对应的是TCP/IP协议栈中的数据链路层和物理层，因此，可以在单向机顶盒上实现IP双向功能，使得单向机顶盒用户能够方便的享受到互动电视带来的乐趣，另外，利用单向机顶盒本身的串口等已有装置来实现需求，改装的成本比较小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种实现IP双向功能的方法的流程图；

图2为本发明实施例公开的一种实现IP双向功能的系统的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的另一种实现IP双向功能的系统的结构示意图；

图4为本发明实施例公开的一种实现IP双向功能的系统以单向机顶盒实现VOD双向点播功能的交互图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明结合成本和性能的综合考虑，采用了TI LM3S 9790单片机来提供数据链路层和物理层，配合接收发送IP数据，其中TI LM3S 9790单片机的原理及该装置包括：处理器、控制器、通用输入输出口，FLASH模块、SRAM模块，异步收发模块和以太网控制模块；

其中，通用输入输出口具有可编程控制的输入输出中断，通过设置中断属性，配置机顶盒的相关PIO口，实现TI LM3S 9790单片机和单向机顶盒串口数据收发的流控；异步收发模块将收到的网络数据发送到机顶盒端，并接收机顶盒端发亏回来的数据，作为通信的双方，TI LM3S 9790单片机只需将异步收发器的Rx、Tx信号线与单向机顶盒PCB板引出来的串口模块Rx、Tx信号线连接起来，设置好帧格式和波特率，就可以实现两端的通信；以太网控制模块将IP数据接收下来，并将反馈回传给网络，其按功能分为两个层次，媒体访问控制器层(MAC层)和网络物理层(PHY层)，这两个层分别对应着实现IP双向的TCP/IP模型的数据链路层和物理层，TI LM3S 9790单片机的处理器通过MAC层来访问以太网控制器，MAC层提供了以太网帧的发送和接收处理，MAC层还通过一个媒体独立接口(MII)给PHY层提供接口。

为了实现IP双向功能，还要解决以下三个问题：

传输协议的设计：在所述装置与单向机顶盒之间建立传输协议来确保两端传输的可靠性，在所述装置将收到的网络数据按照串口通信协议打包后再发送给单向机顶盒那端，同样单向机顶盒也是按照通信协议校验并接收串口发送过来的数据包，这样就可以确保串口通信过程的准确性。请参阅下表，为传输协议的定义：

帧起始标志：表示一个帧的开始，该域固定为两个字节长度，值为0x55AA。

长度域：表示帧主体部分(即命令域+标志域+数据域)的字节数。长度域固定为2个字节，其数据格式采用大端模式，即“高位在前，低位在后”。

命令域：表示通信的命令类型，例如：发送数据、设置MAC等。类型固定为1个字节。

标志域：作为辅助命令或数据表示的标志，具体含义请参考“帧主体部分及描述”。

数据域：表示通信时所传送的数据，这部分根据不同的命令有不同的含义。在传输网络数据包时，该域的长度为整个数据包的长度，为非定长的；而其他情况下，该域的长度固定为6个字节。

帧结束标志：表示一个帧的结束。该域固定为两个字节长度，值为0x33CC。

校验位：用于确保串口通信时帧的正确性，该域使用CRC16校验。

帧主体部分及描述，请参阅下表：

传输稳定性的设计：在单向转双向的过程中，串口通讯的稳定性需要着重考虑。设计程序平衡两边的速度，同时串口收发两端需要建立应答机制，也有利于串口转发以太网帧数据的稳定性。

下行数据通路数据量较大，所以单片机串口发送数据给机顶盒的时候建立应答机制，单片机发送一批次数据，需要等待机顶盒收到该批次数据的反馈，然后才发送下一批次数据。机顶盒PCB上有保留的PIO端口，同时单片机支持PIO端口的多种中断模式，所以可以通过PIO上产生上升沿的方式实现数据收发的应答。

在网口接收数据的过程中，特别在真实的网络环境下，网络数据帧下来的特别快，而与此同时，每个接收到的网络包需要经过处理打包，然后再经过串口发送给机顶盒，由于网口和串口收发数据速度有差距，所以会出现串口处理不过来得问题，这样建立环形缓冲器就解决了这个问题，网络上下来的数据先存放在环形缓冲区，而串口发送任务去取数据，处理完数据以后再取，过程中在加上对环形缓冲区的互斥保护就可以起到同步数据收发的作用。

传输速度的设计：采取一系列的措施将串口传输速度稍加优化，主要是针对数据压力比较大的下行数据通道，也就是网络传给单片机，再转发给盒子这一通道。

1.收取网络包的时候过滤ARP包，缓解下行数据压力。

2.优先级调整，处理下行数据的任务优先级调高。

3.关掉组播功能，不接收组播包数据。

上述是本发明选用TI LM3S 9790单片机来进行设计，能够给单向机顶盒提供实现TCP/IP协议栈中的数据链路层和物理层，配合接收发送IP数据，下面给出具体的实施进行详细说明。

本发明公开了一种实现IP双向功能的方法，请参阅附图1，为本发明公开的一种实现IP双向功能的方法的流程图，该方法包括：

步骤101：所述异步收发器接收单向机顶盒发送的数据并发往处理器；

步骤102：所述处理器将所述异步收发器发送的数据按照通信协议进行解析后并存储，提供给以太网控制器；

步骤103：所述以太网控制器将所述处理器提供的数据传输给网络服务器；所述以太网控制器接收所述网络服务器发送的网络数据，并将所述网络数据提供给所述处理器并存储在所述存储器中；

步骤104：所述处理器按照串口通信协议将以太网控制器传输的网络数据进行打包，并提供给所述异步收发器；

步骤105：所述异步收发器将接收到的打包后的网络数据发给所述单向机顶盒。

该方法还包括：在所述异步收发器和所述单向机顶盒之间设置通用输入输出口，实现所述异步收发器和所述单向机顶盒之间传输的数据流的控制；与所述异步收发器、所述以太网控制器、所述通用输入输出口及所述处理器相连，控制所述异步收发器、所述以太网控制器、所述通用输入输出口及所述处理器之间的数据传输。在所述异步收发器接收单向机顶盒发送的数据并发往处理器步骤之前，还包括：所述单向机顶盒发送指令数据请求，进行初始化，建立双向连接。所述异步收发器将接收到的打包后的网络数据发给所述单向机顶盒步骤之后，还包括：所述单向机顶盒按照串口通信协议解析接收到打包后的网络数据，并进行校验所述数据包；所述单向机顶盒将校验后的数据包发送给网络协议栈进行处理；所述单向机顶盒展示网络数据页面。

本发明公开的上述一种实现IP双向功能的方法，通过选择采用TI LM3S9790能够给单向机顶盒提供实现TCP/IP协议栈中的数据链路层和物理层，配合接收发送IP数据，TI LM3S 9790的以太网控制器按功能分为两个层次，媒体访问控制器层和网络物理层，这两个层分别对应的是TCP/IP协议栈中的数据链路层和物理层，因此，可以在单向机顶盒上实现IP双向功能，使得单向机顶盒用户能够方便的享受到互动电视带来的乐趣，另外，利用单向机顶盒本身的串口等已有装置来实现需求，改装的成本比较小。

在上述本发明公开的实施例的基础上，本发明还公开了一种实现IP双向功能的系统，请参阅附图2所示，为本发明公开的一种实现IP双向功能的系统的结构示意图，该系统包括：单向机顶盒205、异步收发模块201、以太网控制模块202、处理器203及存储器204，其中：单向机顶盒205，用于接收用户发送的网络请求，并按照通信协议打包网络请求，将其通过串口发送给异步收发模块201，接收异步收发模块201发送回来的网络数据，按照串口通信协议解析并校验网络数据，发送至网络协议栈处理并展示；异步收发模块201，用于接收处理器203发送过来的网络数据，将网络数据发给单向机顶盒205，以及，接收单向机顶盒205发送的数据并发往处理器203；以太网控制模块202与以太网网络服务器协议适配，用于接收网络服务器发送的网络数据，将网络数据提供给处理器203，以及，将处理器203提供的数据传输给网络服务器；处理器203设置于异步收发模块201和以太网控制模块202之间，用于将以太网传输的网络数据按照串口通信协议进行打包后提供给异步收发模块201，并将异步收发模块201发送的数据按照串口通信协议进行解析后提供给以太网控制模块202；存储器204与处理器203相连，用于存储数据。

基于上述所述的系统，本发明所提供的一种实现IP双向功能的系统，本发明提供了另一种实现IP双向功能的系统，请参阅附图3所示，为本发明公开的另一种实现IP双向功能的系统，具体还可以包括：设置于异步收发模块201和单向机顶盒205之间的通用输入输出口301，用于实现异步收发模块201和单向机顶盒205之间传输的数据流的控制；控制器302，用于控制异步收发模块201、以太网控制模块202、通用输入输出口301与处理器203之间的数据传输，承担外设与内存之间的数据传输任务，让处理器专注于数据的处理，可以充分的提升处理器处理数据的性能。此系统还包括：FLASH模块303和SRAM模块304，其中：FLASH模块303用作数据存储，主要是用作装置掉电后需要保存数据的存取；SRAM模块304用来存储即时处理的数据的存储和缓冲数据。其中，单向机顶盒内包括：发送指令单元，用于向所述异步收发模块发送指令数据请求，进行初始化，建立双向连接；数据处理单元，用于按照串口通信协议解析接收到打包后的网络数据，并进行校验所述数据包，将校验后的数据包发送给网络协议栈进行处理并展示网络数据页面。

通过该系统在单向机顶盒上实现IP双向业务功能，利用一种带有以太网模块的单片机来协助单向机顶盒进行IP数据的交换，单向机顶盒与该单片机通过串口进行数据的交换，该装置与网络服务器进行IP数据的交换，通过串口通信协议来保证单向机顶盒与该装置之间数据传输的正确性。本发明所提供的装置能够给单向机顶盒提供实现TCP/IP协议栈中的数据链路层和物理层，配合接收发送IP数据，该装置的以太网控制器按功能分为两个层次，媒体访问控制器层和网络物理层，这两个层分别对应的是TCP/IP协议栈中的数据链路层和物理层，因此实现在单向机顶盒上实现IP双向功能，另外，利用单向机顶盒本身的串口等已有装置来实现需求，改装的成本比较小。

请参阅附图4，为本发明公开的一种实现IP双向功能的系统以单向机顶盒实现VOD双向点播功能的交互图，详述如下：

1.单向机顶盒按照串口通信协议打包各种指令数据(设置MAC地址，重启装置，获取当前的网络状态，设置过滤IP地址)。

2.单向机顶盒发送指令数据给装置，并初始化装置。

3.单片机发送各种反馈信息给单向机顶盒，报告给单向机顶盒设置MAC地址是否成功，网络是否连接。

4.发明装置与双向增值服务器建立双向连接。例如针对VOD双向点播，该服务器就是存放VOD点播页面的网络服务器。

5.用户发出VOD点播的页面请求，单向机顶盒按照通信协议打包该页面请求，发送给该装置。

6.该装置按照串口通信协议解析该串口发送来得数据包，符合通信协议的将网络数据帧打包发送给装置的网口发送缓冲中，不符合通信协议的数据包丢弃。

7.该装置将网口发动缓冲中的页面请求数据发送给双向增值服务器。

8.服务器收到页面请求后发送页面数据。

9.该装置网口接收以太网帧数据，过滤掉网络中的ARP包，放到网口接收缓冲中。

10.该装置从网口接收缓冲中取到以太网帧数据，并按照串口通信协议打包。

11.该装置发送打包后的页面数据给单向机顶盒。

12.机顶盒接收装置串口发送来得数据包，按照串口通信协议解析，校验数据包。

13.机顶盒将页面数据包发送给网络协议栈处理。

14.单向机顶盒展示VOD点播页面。

综上所述：本发明在不用更换单向机顶盒的情况下，就能够使目前的单向机顶盒承载基于IP的双向业务，使得单向机顶盒用户能够方便的享受到互动电视带来的乐趣，另外，利用了单向机顶盒本身的串口等已有装置来实现需求，改装的成本比较小。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种实现IP双向功能的方法，其特征在于，包括：

单片机异步收发模块接收单向机顶盒发送的数据并发往单片机处理器；

所述单片机处理器将所述异步收发模块发送的数据按照通信协议进行解析后并存储，提供给单片机以太网控制模块；

所述单片机以太网控制模块将所述处理器提供的数据传输给网络服务器；所述单片机以太网控制模块接收所述网络服务器发送的网络数据，并将所述网络数据提供给所述单片机处理器并存储在所述单片机存储器中；

所述单片机处理器按照串口通信协议将所述单片机以太网控制模块传输的网络数据进行打包，并提供给所述单片机异步收发模块；

所述单片机异步收发模块将接收到的打包后的网络数据发给所述单向机顶盒。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在所述单片机异步收发模块和所述单向机顶盒之间设置通用输入输出口，实现所述单片机异步收发模块和所述单向机顶盒之间传输的数据流的控制。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：与所述单片机异步收发模块、所述单片机以太网控制模块、所述单片机通用输入输出口及所述单片机处理器相连，控制所述单片机异步收发模块、所述单片机以太网控制模块、所述单片机通用输入输出口及所述单片机处理器之间的数据传输。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述单片机异步收发模块接收单向机顶盒发送的数据并发往单片机处理器步骤之前，还包括：

所述单向机顶盒发送指令数据请求，进行初始化，建立双向连接。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单片机异步收发模块将接收到的打包后的网络数据发给所述单向机顶盒步骤之后，还包括：

所述单向机顶盒按照串口通信协议解析接收到打包后的网络数据，并进行校验所述数据包；

所述单向机顶盒将校验后的数据包发送给网络协议栈进行处理；

所述单向机顶盒展示网络数据页面。

6.一种实现IP双向功能的系统，其特征在于，该系统包括：单向机顶盒、单片机，主要借助于单片机的异步收发模块、以太网控制模块、处理器及存储器，其中：

所述单向机顶盒，用于接收用户发送的网络请求，并按照通信协议打包所述网络请求，将其通过串口发送给所述异步收发模块，接收所述异步收发器发送回来的网络数据，按照串口通信协议解析并校验所述网络数据，发送至网络协议栈处理并展示；

所述单片机异步收发模块，用于接收所述处理器发送过来的网络数据，将所述网络数据发给单向机顶盒，以及，接收所述单向机顶盒发送的数据并发往所述处理器；

所述单片机以太网控制模块与以太网网络服务器协议适配，用于接收网络服务器发送的网络数据，将所述网络数据提供给所述处理器，以及，将所述处理器提供的数据传输给所述网络服务器；

所述单片机处理器设置于所述异步收发模块和以太网控制模块之间，用于将以太网传输的网络数据按照串口通信协议进行打包后提供给所述异步收发模块，并将所述异步收发模块发送的数据按照串口通信协议进行解析后提供给所述以太网控制模块；

所述单片机存储器与所述单片机处理器相连，用于存储数据。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：

设置于所述单片机异步收发模块和所述单向机顶盒之间的通用输入输出口，用于实现所述异步收发模块和所述单向机顶盒之间传输的数据流的控制。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：

单片机控制器，用于控制所述单片机异步收发模块、所述单片机以太网控制模块、所述单片机通用输入输出口与所述单片机处理器之间的数据传输。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述单向机顶盒内包括：

发送指令单元，用于向所述单片机异步收发模块发送指令数据请求，进行初始化，建立双向连接。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述单向机顶盒内还包括：

数据处理单元，用于按照串口通信协议解析接收到打包后的网络数据，并进行校验所述数据包，将校验后的数据包发送给网络协议栈进行处理并展示网络数据页面。

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