CN112235663A - 一种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统 - Google Patents

一种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统 Download PDF

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Abstract

本文公开了一种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统SoC，包括：无源光网络媒体访问控制模块，用于接收无源光网络PON数据帧，将所述PON数据帧转换为以太网数据帧，将所述以太网数据帧发送至包处理模块；包处理模块，用于对接收到的以太网数据帧进行路由处理：根据所述以太网数据帧中携带的标识信息将本地报文发送给应用处理模块；其中，所述本地报文包括：光网络单元ONU业务报文或机顶盒业务报文；应用处理模块，用于根据本地报文的类型进行相应的处理。本文的技术方案能够采用单一片上系统实现光网络单元和机顶盒功能的融合，减少了融合设备的体积、成本和功耗。

Description

一种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统
技术领域
本发明涉及光网络及机顶盒技术领域，尤其涉及的是一种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统。
背景技术
ONU(Optical Network Unit，光网络单元)是PON(Passive Optical Network，无源光网络)中负责光纤接入的终端设备，俗称光猫，一般放置在用户家里，为用户提供宽带数据接入业务。ONU设备的功能包括光接入功能、数据转发功能以及业务控制功能等，通常在一颗集成化系统芯片(SoC(System on Chip，片上系统))中完成。
STB(Set Top Box，机顶盒)是目前以IPTV(Internet Protocol Television，互联网协议电视)或者OTT(Over The Top)形式提供多媒体业务的设备。机顶盒的功能包括音视频解码、音视频输出、应用处理功能等，通常在一颗集成化系统芯片(SoC)上完成。
目前针对一些空间比较紧张的场所如酒店、教室、小商户等，很多运营商要求部署ONU和机顶盒合一的设备，称之为融合型ONU网关或融合型机顶盒。但目前的融合型设备(融合型ONU网关或融合型机顶盒)只是单板级的合一，比如将两套SoC芯片设计在一块PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)上，甚至是两块PCB的简单拼接，做成形式上合一的设备。其使用两个独立的SoC实现ONU和机顶盒的各自功能，因此其功耗，成本都比较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统，能够采用单一片上系统实现光网络单元和机顶盒功能的融合，减少了融合设备的体积、成本和功耗。
本发明实施例提供一种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统SoC，包括：
无源光网络媒体访问控制模块，用于接收无源光网络PON数据帧，将所述PON数据帧转换为以太网数据帧，将所述以太网数据帧发送至包处理模块；
包处理模块，用于对接收到的以太网数据帧进行路由处理：根据所述以太网数据帧中携带的标识信息将本地报文发送给应用处理模块；其中，所述本地报文包括：光网络单元ONU业务报文或机顶盒业务报文；
应用处理模块，用于根据本地报文的类型进行相应的处理。
与相关技术相比，本发明实施例提供的一种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统，片上系统SoC通过在报文转发时区分本地报文和透传报文，以及采用多核处理器同时分别处理光网络单元业务和机顶盒业务，实现了光网络单元业务和机顶盒业务的并行隔离处理。由于融合设备上只有一套SoC，从而节省了成本，降低了功耗，缩小了融合设备的面积和体积。
附图说明
图1为本发明实施例的第一种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统结构图；
图2为本发明实施例的第二种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统结构图；
图3为本发明实施例的第三种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统结构图；
图4为图3中媒体协处理模块的结构图；
图5为图3中音视频输出模块的结构图；
图6为本发明示例1的一种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统结构图；
图7为本发明示例1中片上系统使用一套内存和FLASH的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供了一种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统SoC，包括：
无源光网络媒体访问控制模块10，用于接收无源光网络PON数据帧，将所述PON数据帧转换为以太网数据帧，将所述以太网数据帧发送至包处理模块；
包处理模块20，用于对接收到的以太网数据帧进行路由处理：根据所述以太网数据帧中携带的标识信息将本地报文发送给应用处理模块；其中，所述本地报文包括：光网络单元ONU业务报文或机顶盒业务报文；
应用处理模块30，用于根据本地报文的类型进行相应的处理；
在本实施例中，所述无源光网络PON数据帧是PON光模块通过上联口从无源光网络接收光信号并进行光电转换生成的电信号，所述电信号通过所述下联口发送至无源光网络媒体访问控制模块10；
在一种实施方式中，所述无源光网络媒体访问控制模块，还用于将包处理模块发送的以太网数据帧转换为PON数据帧，然后通过无源光网络PON光模块发送至所述无源光网络中；也即，所述PON光模块还可以通过下联口接收电信号并进行光电转换生成光信号，将光信号通过所述上联口发送至无源光网络；
在一种实施方式中，包处理模块，用于采用以下方式根据所述以太网数据帧中携带的标识信息将本地报文发送给应用处理模块：
如果所述以太网数据帧携带的目的MAC(Media Access Control，媒体访问控制)地址对应于所述片上系统的MAC地址，则判定所述以太网数据帧是本地报文；其中，所述片上系统配置一个MAC地址；
根据所述以太网数据帧携带的协议类型信息区分ONU业务报文和机顶盒业务报文。
其中，机顶盒业务报文对应的协议类型包括：RTSP(Real Time StreamingProtocol，实时流传输协议)流媒体协议；
在一种实施方式中，包处理模块，用于采用以下方式根据所述以太网数据帧中携带的标识信息将本地报文发送给应用处理模块：
如果所述以太网数据帧携带的目的MAC地址对应于所述片上系统的MAC地址，则判定所述以太网数据帧是本地报文；
根据所述以太网数据帧携带的目的MAC地址信息区分ONU业务报文和机顶盒业务报文；
其中，所述片上系统配置两个MAC地址，其中一个MAC地址对应于ONU业务报文，另一个MAC地址对应于机顶盒业务报文。
在一种实施方式中，包处理模块，用于采用以下方式根据所述以太网数据帧中携带的标识信息将本地报文发送给应用处理模块：
将ONU业务报文和机顶盒业务报文分别发送至不同的报文队列中，一个报文队列由所述应用处理模块的至少一个处理单元进行处理；
在一种实施方式中，所述应用处理模块包括多个处理内核，其中一个处理内核处理ONU业务报文，其他一个或多个处理内核处理机顶盒业务。
在一种实施方式中，不同的报文队列具有不同的处理优先级，所述ONU业务报文的处理优先级高于所述机顶盒业务的处理优先级。
其中，ONU业务报文对应的报文队列产生第一中断信号，机顶盒业务报文对应的报文队列产生第二中断信号，所述第一中断信号的中断优先级高于所述第二中断信号的中断优先级；
其中，采用多核处理器可以实现业务的并行处理，并且每一个处理内核可以单独控制，不同内核之间互不影响。由于机顶盒业务在待机时可以关闭，因此可以将机顶盒业务部署在多核处理器中除核0外的其它核上，除核0外的其它核在设备待机时可以关闭以节省功耗。
在一种实施方式中，所述应用处理模块，还用于向所述包处理模块发送以太网数据帧；
所述包处理模块，还用于接收到所述应用处理模块发送的以太网数据帧后，将所述以太网数据帧发送给所述无源光网络媒体访问控制模块；
所述无源光网络媒体访问控制模块，还用于将所述包处理模块发送的以太网数据帧转换为PON数据帧，并发送至所述无源光网络中。
在一种实施方式中，如图2所示，所述片上系统还包括以太网交换模块40；
所述包处理模块，还用于根据所述以太网数据帧中携带的标识信息将透传报文发送给以太网交换模块；
以太网交换模块，用于接收到透传报文后，对所述透传报文进行交换处理并通过以太网网口发送给下挂设备；
其中，透传报文是目的MAC地址为下挂设备MAC地址的报文；
在一种实施方式中，以太网交换模块，还用于接收到以太网网口下挂设备发送的以太网数据帧后，将所述以太网数据帧发送给包处理模块；
包处理模块，还用于接收到所述以太网交换模块发送的以太网数据帧后，将所述以太网数据帧发送给所述无源光网络媒体访问控制模块；
所述无源光网络媒体访问控制模块，还用于将所述包处理模块发送的以太网数据帧转换为PON数据帧，并发送至所述无源光网络中。
在一种实施方式中，如图3所示，所述片上系统还包括媒体协处理模块和音视频输出模块；
所述媒体协处理模块50，用于对机顶盒业务的图像数据进行处理；
所述音视频输出模块60，用于将机顶盒业务产生的音频帧数据和图像帧数据输出至对应的媒体输出接口。
在一种实施方式中，所述多核处理器可以是ARM Coretex-A53四核处理器。ONU业务报文可以由ARM Coretex-A53四核处理器的核0进行处理，机顶盒业务报文可以由ARMCoretex-A53四核处理器的核1、核2、核3中的一个或多个进行处理；
在一种实施方式中，所述包处理模块可以采用网络处理器或ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)芯片；所述包处理模块负责路由、协议转换(比如，NAT(Network Address Translation，网络地址转换))、QoS(Quality of Service，服务质量)控制等；
在一种实施方式中，如果本地报文是ONU业务报文，则应用处理模块根据ONU网管下发的配置信息进行配置和网络管理，实现ONU业务；
其中，所述网络管理比如CWMP(Customer Premise Equipment Wide AreaNetwork Management Protocol，客户终端设备广域网管理协议)管理。
其中，所述ONU业务比如VoIP(Voice over Internet Protocol，网络电话)业务，包括VoIP语音的编解码等。
在一种实施方式中，如果本地报文是机顶盒业务报文，则应用处理模块可以与媒体协处理模块分工进行流媒体解析、音频解码、字幕解码等。其中，应用处理模块可以对音频数据和字幕数据进行处理，媒体协处理模块可以对流媒体数据进行处理。
如图4所示，所述媒体协处理模块50可以包括：视频编解码单元501和图像后处理单元502；
视频编解码单元，用于进行图像数据的编解码处理；
图像后处理单元，用于对图像帧进行后处理，比如：旋转、缩放、去隔行；
如图5所示，所述音视频输出模块60可以包括：显示处理控制单元601、复合同步视频广播信号CVBS(Composite Video Broadcast Signal，复合同步视频广播信号)输出单元602和高清晰度多媒体接口HDMI(High Definition Multimedia Interface)输出单元603；
显示处理控制单元，用于对图形输出层和视频输出层进行控制，将各层缩放合并输出至CVBS输出单元和/或HDMI输出单元；
CVBS输出单元，用于输出复合同步视频广播信号；
HDMI输出单元，用于输出高清晰度多媒体接口信号。
在一种实施方式中，媒体输出接口包括以下至少一种：CVBS(Composite VideoBroadcast Signal，复合同步视频广播信号)接口、HDMI(High Definition MultimediaInterface，高清晰度多媒体接口)。
采用上述融合SoC的融合设备，只需要为所述SoC配置一套内存和闪存(Flash)，闪存中可以存放软件镜像、固件及配置数据等非易失数据。SoC上的各个模块可以通过系统总线访问所述内存和闪存。
本实施例中，实现光网络单元和机顶盒融合的融合设备采用融合片上系统SoC，片上系统SoC通过在报文转发时区分本地报文和透传报文，以及采用多核处理器同时分别处理光网络单元业务和机顶盒业务，实现了光网络单元业务和机顶盒业务的并行隔离处理。由于融合设备上只有一套SoC，因此，只需要为所述SoC部署一套内存和闪存，从而节省了成本，降低了功耗，缩小了融合设备的面积和体积。
下面通过示例1进一步说明本申请实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统。
如图6所示，实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统(SoC)包括：无源光网络媒体访问控制模块(PON MAC模块)10、包处理模块(PP(Packet Processer，包处理)模块)20、应用处理模块(AP(Application Processer，应用处理)模块)30，交换模块(Switch模块)40、媒体协处理模块50、和音视频输出模块60。其中，媒体协处理模块包括：视频编解码单元(Video Codec)501和图像后处理单元(PPU(Post Process Unit))502。音视频输出模块包括：显示处理控制单元(Display Process Controler)601，复合同步视频广播信号(CVBS(Composite Video Broadcast Signal))输出单元602，和高清晰度多媒体接口(HDMI(HighDefinition Multimedia Interface))输出单元603。
其中，CVBS输出单元用于模拟电视输出，包括CVBS_TX单元和CVBS_DA单元，CVBS_TX单元是CVBS发送控制器，CVBS_DA单元是将数字信号转换为模拟信号的数模转换单元。HDMI输出单元用于HDMI数字电视输出，包括HDMI_TX单元和HDMI_PHY单元，HDMI_TX单元是HDMI信号发送控制器，HDMI_PHY单元是将HDMI信号发送至物理层的适配器。
PON MAC模块，用于从PON光模块的下联口接收PON数据帧，将所述PON数据帧转换为以太网数据帧，将所述以太网数据帧发送至包处理模块；接收包处理模块发送的以太网数据帧，将所述以太网数据帧转换为PON数据帧，将所述PON数据帧发送至PON光模块的下联口；
PON MAC模块完成PON网络和以太网之间的帧转换。PON光模块位于片上系统之外，是光电器件构成的模组，通过上联口从无源光网络接收光信号并进行光电转换生成电信号，将电信号通过所述下联口发送至无源光网络媒体访问控制模块；所述PON光模块通过下联口接收电信号并进行光电转换生成光信号，将光信号通过所述上联口发送至无源光网络；
PP模块，用于对以太网数据帧进行路由、协议转换和报文处理，过滤出目的MAC地址是SoC的MAC地址的报文发送给所述AP模块，将目的MAC地址不是SoC的MAC地址的报文发送给Switch模块；PP模块还可以进行QoS控制；其中，ONU业务报文和机顶盒业务报文中携带的目的MAC地址是所述SoC的MAC地址；
Switch模块，上联口连接PP模块，下联口连接一个或多个以太网网口，用于实现以太网交换功能，从上联口接收到以太网数据帧后，对所述以太网数据帧进行交换处理并通过下联口发送至对应的以太网网口；从下联口接收到以太网数据帧后，对所述以太网数据帧进行交换处理并通过上联口发送至PP模块；
AP模块，用于针对ONU业务报文进行网管和业务实现；以及针对机顶盒业务报文进行编解码处理；
其中，AP模块根据ONU网管下发的配置信息进行配置和网络管理，并实现ONU业务；所述网络管理比如CWMP管理。所述ONU业务比如VoIP业务，包括VoIP语音的编解码等；
其中，AP模块可以与媒体协处理模块分工进行流媒体解析、音频解码、字幕解码等。其中，AP模块可以对音频数据和字幕数据进行处理，媒体协处理模块可以对流媒体数据进行处理。
Video Codec单元，用于进行图像数据的编解码处理；
Video Codec单元可以支持多种视频压缩格式的解码，比如可以支持H.264、H.265、VP9、VP8、VC1、MPEG(Moving Pictures Experts Group，动态图像专家组)4等视频压缩格式的解码。
PPU单元，用于进行图像后处理，包括对视频图像进行旋转、缩放、去隔行等处理；
DPC单元，用于对显示进行处理控制，包括对图形输出层和视频输出层进行控制，将各层缩放合并输出至CVBS输出单元和/或HDMI输出单元。其中，图形输出层用于输出UI(User Interface，用户界面)图形界面，视频输出层用于输出视频图像；
CVBS输出单元，用于输出CVBS信号(也即模拟电视信号)，包括CVBS_TX单元和CVBS_DA单元，CVBS_TX单元是CVBS发送控制器，CVBS_DA单元是将数字信号转换为模拟信号的数模转换单元。
HDMI输出单元，用于输出HDMI信号(也即，数字电视信号)，包括HDMI_TX单元和HDMI_PHY单元，HDMI_TX单元是HDMI信号发送控制器，HDMI_PHY单元是将HDMI信号发送至物理层的适配器。
本示例的融合片上系统SoC融合了ONU和机顶盒的功能，在应用处理模块(AP模块)中实现两种业务(ONU业务和机顶盒业务)的隔离处理。其中，AP模块可以采用多核处理器；如ARM Coretex A53Quad-core四核处理器。因为ONU业务优先级较高，且长时间在线，因此可以由四核处理器的核0运行ONU相关业务进程，其余核(核1、核2、核3)运行机顶盒相关业务进程，由软件在操作系统中通过绑定各自进程的CPU核来实现。机顶盒业务在待机时可以关闭，因此将机顶盒业务部署在其它核上，其它核可以关闭以节省功耗。
PP模块可以使用NP(Network Processor，网络处理器)或者ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)实现，用于路由、协议转换(比如NAT转换)、QoS处理、本地报文投送等功能。PP模块转发的报文分为两种：一种是需要透传给以太网网口下挂设备的报文，另一种是投送给AP的本地报文。如果报文的目的地址是SoC的MAC地址则本地投送给AP，否则透传给以太网网口下挂的设备。在ONU业务和机顶盒业务配置为双逻辑网口的情况下，根据目的MAC地址区分报文并送至不同的队列，如果目的地址为ONU业务对应的MAC，则送往队列A，如果为机顶盒业务对应的MAC的话，则送往队列B。在ONU业务和机顶盒业务配置为共享单逻辑网口的情况下，根据报文的协议类型区分报文并送至不同的队列，如果报文协议类型为流媒体相关协议如RTSP等，则送往队列B，如果为流媒体协议外的其它协议类型，则送往队列A。队列A占用中断X，队列B占用中断Y，中断X配置在核0进行处理，中断Y可配置在其余核(核1、核2、核3中的一个或多个)进行处理。无论SoC配置为单逻辑网口(单MAC)还是双逻辑网口(双MAC)，都保证了机顶盒的流媒体网络业务对核0的ONU业务不造成影响。
如图7所示，融合设备中还设置有为所述融合片上系统SoC服务的内存和闪存(FLASH)。其中，内存可以采用DDR(Double Data Rate SDRAM，双倍速率SDRAM)，FLASH可以采用EMMC(Embedded Multi Media Card，嵌入式多媒体卡)或NAND闪存。融合片上系统SoC中的各个模块可以通过系统总线访问内存和FLASH。其中，系统总线可以包括以下任意一种：AXI(Advanced Extensible Interface，高级可扩展接口)、AHB(Advanced HighPerformance Bus，高级高性能总线)、APB(Advanced Peripheral Bus，高级外围总线)。FLASH中可以存放软件镜像、固件及配置数据等非易失数据。
本示例中，实现光网络单元和机顶盒融合的融合设备采用融合片上系统SoC，片上系统SoC通过在报文转发时区分本地报文和透传报文，以及采用多核处理器同时分别处理光网络单元业务和机顶盒业务，实现了光网络单元业务和机顶盒业务的并行隔离处理。由于融合设备上只有一套SoC，因此，只需要为所述SoC部署一套内存和闪存，从而节省了成本，降低了功耗，缩小了融合设备的面积和体积。
需要说明的是，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种实现光网络单元和机顶盒融合的片上系统SoC，包括：
无源光网络媒体访问控制模块，用于接收无源光网络PON数据帧，将所述PON数据帧转换为以太网数据帧，将所述以太网数据帧发送至包处理模块；
包处理模块，用于对接收到的以太网数据帧进行路由处理：根据所述以太网数据帧中携带的标识信息将本地报文发送给应用处理模块；其中，所述本地报文包括：光网络单元ONU业务报文或机顶盒业务报文；
应用处理模块，用于根据本地报文的类型进行相应的处理。
2.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于：
所述包处理模块，用于采用以下方式根据所述以太网数据帧中携带的标识信息将本地报文发送给应用处理模块：
如果所述以太网数据帧携带的目的媒体访问控制MAC地址对应于所述片上系统的MAC地址，则判定所述以太网数据帧是本地报文；其中，所述片上系统配置一个MAC地址；
根据所述以太网数据帧携带的协议类型信息区分ONU业务报文和机顶盒业务报文。
3.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于：
所述包处理模块，用于采用以下方式根据所述以太网数据帧中携带的标识信息将本地报文发送给应用处理模块：
如果所述以太网数据帧携带的目的MAC地址对应于所述片上系统的MAC地址，则判定所述以太网数据帧是本地报文；
根据所述以太网数据帧携带的目的MAC地址信息区分ONU业务报文和机顶盒业务报文；
其中，所述片上系统配置两个MAC地址，其中一个MAC地址对应于ONU业务报文，另一个MAC地址对应于机顶盒业务报文。
4.如权利要求1或2或3所述的片上系统，其特征在于：
所述包处理模块，用于采用以下方式根据所述以太网数据帧中携带的标识信息将本地报文发送给应用处理模块：
将ONU业务报文和机顶盒业务报文分别发送至不同的报文队列中，一个报文队列由所述应用处理模块的至少一个处理单元进行处理。
5.如权利要求4所述的片上系统，其特征在于：
所述应用处理模块包括多个处理内核，其中一个处理内核处理ONU业务报文，其他一个或多个处理内核处理机顶盒业务。
6.如权利要求5所述的片上系统，其特征在于：
不同的报文队列具有不同的处理优先级，所述ONU业务报文的处理优先级高于所述机顶盒业务的处理优先级。
7.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述片上系统还包括以太网交换模块；
所述包处理模块，还用于根据所述以太网数据帧中携带的标识信息将透传报文发送给以太网交换模块；
所述以太网交换模块，用于接收到透传报文后，对所述透传报文进行交换处理并通过以太网网口发送给下挂设备。
8.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于，所述片上系统还包括媒体协处理模块和音视频输出模块；
所述媒体协处理模块，用于对机顶盒业务的图像数据进行处理；
所述音视频输出模块，用于将机顶盒业务产生的音频帧数据和图像帧数据输出至对应的媒体输出接口。
9.如权利要求1所述的片上系统，其特征在于：
所述应用处理模块，还用于向所述包处理模块发送以太网数据帧；
所述包处理模块，还用于接收到所述应用处理模块发送的以太网数据帧后，将所述以太网数据帧发送给所述无源光网络媒体访问控制模块；
所述无源光网络媒体访问控制模块，还用于将所述包处理模块发送的以太网数据帧转换为PON数据帧，并发送至所述无源光网络中。
10.如权利要求7所述的片上系统，其特征在于：
所述以太网交换模块，还用于接收到以太网网口下挂设备发送的以太网数据帧后，将所述以太网数据帧发送给包处理模块；
所述包处理模块，还用于接收到所述以太网交换模块发送的以太网数据帧后，将所述以太网数据帧发送给所述无源光网络媒体访问控制模块；
所述无源光网络媒体访问控制模块，还用于将所述包处理模块发送的以太网数据帧转换为PON数据帧，并发送至所述无源光网络中。
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