4. 高度靈活的智能卡接口

　　在SM1658的功能中，還包括一個高度靈活的智能卡接口。它是為了保證CA公司可以通過智能卡對用戶收看節目進行授權和管理。

　　一般來講，國際上大多數智能卡接口都是按照ISO7816標準來實現互連互通的。在很多的SoC芯片設計中，大家都采用了一個外部的智能卡接口芯片，例如TDA8004就是一個比較常用的智能卡接口芯片。但是采用一個外接的芯片，其系統的可靠性會降低而成本會比較高，我們希望設計一個成本和性能最優的系統，通過電路設計完全省略掉此外部接口芯片。

　　首先，我們在此接口模塊的設計中，按照ISO7816的標準，將全部的狀態和控制方式都完成。比如，針對A類、B類智能卡卡的不同電源電氣指標要求的設計;針對T0通訊協議與其他通訊協議不同的錯誤處理的設計;還有針對某些私有的智能卡的特殊協議要求等。這些都可以通過在芯片的驅動軟件上進行配置，配合少量的簡單外部器件來完成。其次，針對智能卡接口要求的ESD要求和不同使用環境中的差別，我們設計了不同的外部電路來配合芯片的內部控制。同時，我們對芯片的各個接口管腳的邏輯特性進行了不同條件下的獨立配置，可以最大程度地減小對外部電路的要求。

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　　圖3：智能卡模塊系統軟件功能框圖。

　　在標準的使用情況下，SM1658芯片可以不需要任何外部有源器件就完成智能卡接口的功能，而且抗ESD的能力可以保證大于4,000V。

　　5. 內嵌高速DVB通用解擾算法

　　通用加擾算法是DVB標準組織推薦的對于TS流的標準加擾算法。目前，在歐洲的數字廣播節目中普遍采用了這個算法。我國目前商業化的CA中，TS節目的加擾也基本上是采用的這個算法。因此，我們向DVB組織申請了此算法的授權，并以固核的模式嵌入到了我們的SM1658芯片中。

　　在此固核的設計中充分考慮到了芯片對將來可能出現的多路高清節目的適應能力，將此解擾模塊的處理能力設計到了175Mbps，可以滿足同時處理2路高清節目流或4路標清節目流的水平。

　　6.高性能的TS流處理引擎

　　在SM1658中，我們還設計了一套TS流處理引擎，用來對CI接口傳送過來的TS流進行整形、過濾、提取特定數據、回送解擾后的節目流等。在此引擎中，我們設計了64個PID過濾器和16個SECTION過濾器，根據不同的配置狀態，此引擎可以完成對TS流7種不同的路由功能。

　　SM1658性能指標

　　1. 最高工作時鐘頻率

　　SM1658芯片采用了中芯國際的0.18um的標準邏輯CMOS工藝生產。在SM1658的芯片設計中，我們采用了ARTISAN的0.18um工藝庫和MC編譯器，采用了SYNOPSYS的DC綜合工具進行綜合，并采用最新的CADENCE的后端設計工具ENCOUNTER進行布局布線和SI分析，通過對芯片內部總線、存儲器和關鍵路徑模塊進行優化，使芯片的時序基本上達到了ARM7TDMI IP核手冊上測試的標準性能。

　　我們完成流片后對芯片進行了最高時鐘頻率的測試。常溫下以1.8V的核心電壓和3.3V的IO口電壓條件，SM1658可以工作在125MHz~135MHz的頻率下，這可能是已經商用化的ARM7TDMI類芯片的最高工作頻率了。

　　由于我們對芯片的總線、內部存儲器進行了優化，為了證實此優化效果。我們對于芯片的最高運算能力進行了基準測試。我們的測試程序使用的是ARM公司提供的參考測試程序Dhrystone2.1(C語言編寫)，以性能最優的方式進行編譯。該測試程序在芯片的內部SRAM中運行。下表是我們的測試結果以及與軟件仿真測試結果的比較。可以看到，我們的芯片在最高性能時的執行效率已經基本達到了ARM7TDMI的最好的指標，這也說明，我們的設計是非常優化的。

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　　表1：SM1658的最高運算能力基準測試結果。

　　2. 電流消耗

　　由于芯片內部嵌入了一個大容量的SRAM和高速PLL，芯片在工作中的主要電流消耗將由其產生。在設計中也充分考慮到了其電源消耗的狀態，將SRAM的分解成多個獨立的部分，保證同時只有一個部分的SRAM在工作。通過電路管理和優化，芯片全速運行程序時的平均電源消耗如下表：

　　軟件體系簡單介紹

　　對于任何一個SoC芯片，其軟件的設計、開發和應用體系是其商用化不可缺少的重要部分。我們從一開始設計SM1658芯片的同時，就在項目內組織了一個軟件開發團隊對SM1658的軟件進行開發。在芯片的設計過程中，軟件組同步進行設計，在芯片完成設計流片出來后，我們的軟件底層、應用開發平臺和部分應用軟件就已經基本完成了。

　　這里簡單介紹一下SM1658的軟件體系結構。SM1658的軟件體系可以分為兩個大的部分：API庫(應用程序接口)和應用程序。API類似WINDOWS下的API庫，它完成了與芯片硬件相關的所有驅動和上層軟件開發需要的一些基本和專用的函數庫(包括OS系統的基本功能函數)，用戶在API庫的基礎上可以比較方便地建立起用戶應用程序。

　　API庫又可以分為底層硬件驅動函數庫、基本應用服務函數庫和高級應用服務函數庫。SM1658的底層驅動程序包括基本設備如定時器、看門狗、存儲器管理、中斷管理、串口等設備的驅動之外，還包括專用的智能卡接口、機卡分離CI接口、TS流處理引擎驅動等特定設備的物理驅動。底層驅動的功能是完成設備的初始化配置、工作狀態的變換、基本數據包的發送接收校驗、與其他設備的握手、錯誤狀態的處理等與硬件密切相關的基本處理工作。

　　基本應用服務包括TS流處理狀態的管理、CI命令通道數據的管理、智能卡的底層協議實現等功能，包括OS系統的底層管理功能。它提供了一些比較底層的函數，用戶可以通過這些函數的調用，比較深入仔細地控制芯片的一些工作狀態。也可以針對應用中的一些特殊情況，優化某些應用任務的性能。

　　高級應用服務實現具體的各個設備的資源管理、用戶顯示界面MMI管理、CAT和EMM數據的管理、智能卡的應用接口以及OS系統的高層管理功能。它提供了一些比較上層或抽象的函數調用。用戶通過對這些函數的調用，可以比較簡單地完成一些任務和功能，讓用戶專注于建立應用體系的內容。

　　在本軟件體系的API庫中還比較完整地實現了兩套通訊協議接口，它們分別是DVB-CI協議和智能卡的7816協議。用戶直接使用這些協議的上層函數，可以大大簡化在進行CAM卡應用設計時的軟件開發工作量。

　　在操作系統方面，我們采用了非常靈活的ECOS作為此嵌入系統的操作系統。ECOS系統功能強大，但是又有非常方便的可訂制的配置模式，特別適合本系統及將來擴充模式的需要。由于當前的CAM既不需要文件管理，又沒有GUI界面，所以在ECOS針對此芯片進行配置后，其OS核心代碼只有50KB左右。

　　本文結論

　　作為數字電視傳播環節中一個部分，CAM還有一個重要的特色是內容保護和拷貝管理(CPCM)功能。由于機卡分離導致的透明節目流在接口上面出現，不利于節目產品的版權保護，所以，必須要在機頂盒與CAM之間加入一種防拷貝機制。