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gavin 发表于 2013-1-30 13:21 
这也太先进了……
对hdmi版本有要求吗？
家电遥控器大一统 HDMI CEC标准应运而生
新通讯 2010 年 6 月号 112 期《 封面故事 》
文．Del Jones/Hisaki Fujiwara
为减少家电产品遥控器数量，HDMI标准增加CEC功能，以期让消费者便于控制以HDMI连结的各项装置。不过由于CEC允许客制化设计，一旦各家厂商产品各自发展CEC架构，将导致产品间无法相容，因此厂商也渐渐释出其自有CEC设计，未来以单一遥控装置控制所有家电用品指日可待。
如果当有人想在家里以新的高解析度电视看电影时，通常得操作咖啡桌上的五支遥控器。现在高画质多媒体介面(HDMI)链结有一个新的功能，称为消费性电子产品控制(CEC)，就是为了让每一位家庭成员对家庭娱乐系统都能上手。本文将定义CEC，并解释其主要功能，详细描述实体介面，再设法解决一些重要的考量因素，包括系统阶层的硬体与软体。
图1 典型的全HDMI家庭剧院架构
即使一般大众可能不熟悉CEC这个术语，应该也听过一些消费电子业界领导厂商所推出的品牌，其中包括索尼(Sony)的“Bravia Link”、Panasonic的“Viera Link”和夏普(Sharp)的“Aquos Link”，虽然这些名称并不相同，但都支援HDMI标准中所提及的CEC功能。
CEC是一个单线、双向介面，用途为便于控制HDMI网路上的任何装置，图1为示意图，包含遥控器，或其他连接到网路上的任何装置上的控制按钮。CEC被定义成HDMI规格的选用功能，是以欧洲广播与电视接收器制造商协会(SCART)规格中所定义的AV链结功能为基础，表1介绍一些典型的终端用户CEC功能。
其中有许多终端用户功能，须透过CEC汇流排发送多个讯息，如目前片源与路由变化(此讯息可支援CEC的路由控制功能)。这个功能让装置开始播放影片，并藉由切换电视机的讯号源输入，而成为目前片源，若下这个命令时，电视机显示的是另一个片源，会将该片源设为待命模式，但须视实作方式而定，因此搞丢DVD放映机遥控器也毋须担心。现在只要推入DVD片，并按下放映机前面板上的播放键即可。只要对这个按钮一按，DVD放映机托盘即会关闭，接着电视机与影音接收机(Audio/Video Receiver, AVR)开机，且每个装置都会选到正确的HDMI埠与适合的影音模式，最后开始播放DVD。
图2 典型CEC HDMI系统方块图
一般人对现有具CEC功能的产品有一些误解。在最新的实作中，CEC命令只适用在单一品牌，所以除非整个系统都是由同一家制造商制造，否则若未设定电视遥控器，无法简单拿起电视遥控器就控制整个系统。所幸当前产业的趋势正导向这个方向，设备厂商开始协助开发人员，将其专有的命令与大家分享，且CEC规格允许客制化，制造商常利用这一点吸引终端用户，购买其自有品牌设备所建构出来的完整系统。
CEC以单线汇流排连接装置
图3 CEC开始位元时序
CEC介面包括一个单线汇流排，在使用HDMI的系统下连接所有装置。图2显示一个典型应用，任何装置在具有CEC功能的系统上，可启始一个CEC命令，启始装置在共用讯号线上发送讯息结构与资料，而网路上的每个装置在收到一个CEC讯息时，必须设定某些应答位元。
图4 CEC逻辑状态的时序图
CEC讯息以资讯框的型式发送，其中包括一个开始位元和资料位元。资料位元可以是资讯性的资料，如逻辑位址、CEC命令或控制位元，如讯息结束[EOM]或应答[ACK]。一个由高到低的转态后紧接着一个由低到高的转态，并遵循图3所示的时序，就表示一个开始条件，紧接在开始条件之后的资料须遵循分别为逻辑'0'与'1'的时序要求(图4)。
图5 CEC标头和资料段
CEC资讯框是由资料段组成，每段10位元。其中8位元携带资讯，而后两个位元是EOM位元和ACK位元。在标头段中，资讯位元包含启始装置的逻辑位址(四个高位元)和目标装置的逻辑位址(四个低位元)(图5)，若紧接着EOM是逻辑'0'，表示后面接着更多资料；若是逻辑'1'则表示讯息结束。
ACK位元处的逻辑意义取决于讯息的类型。一条讯息会紧接着一个特定位元，若是一个逻辑'0'，表示该装置已经收到讯息；若紧接着为'1'就表示是一个“无应答”或“什么也不做”的状态。CEC链结上的其他装置全都会回应逻辑'1'，若启始装置发送广播讯息给CEC链结上的所有装置，每个装置都会送出一个逻辑'1'到链结上以应答该讯息，这会让某个装置可将讯号线拉到逻辑'0'，以回绝该讯息。
相容性为CEC设计重点
图6 CEC命令架构
单一CEC讯息由一个开始命令、一个CEC标头及一个或多个资料段构成。单一CEC特征是以多个CEC的讯息所构成(图6)。在任何第一线的系统设计人员的设计专案中，CEC的互通性自始至终都是重点，以下三阶段测试有助于确保与其他CEC装置的相容性。
HDMI一致性测试是须完成的第一类测试。 HDMI相容测试规格(CTS)是HDMI规格的附件之一，提供待测装置得到HDMI认证前，通过必要测试所进行的详细程序，其中有几个CTS测试专门用以测试CEC，凡是宣称支援CEC的装置，须通过这些测试，以完成HDMI一致性测试的一部分，进而完成全部测试，以取得HDMI认证。
第二类测试是CEA 861/HDCP插拔大会(PlugFest)。该插拔大会每年举行两次，由消费性电子协会(CEA)与数位内容保护(DCP)共同赞助，并成立一个论坛，使HDMI设备制造商有一个可进行互通性测试的共享环境。每隔6个月生产具有CEC功能的装置制造商都会参加这个活动，且皆应参与这个活动，以作为其产品开发周期中，产品测试的一部分。
为求贯彻互通性测试，针对具有CEC功能的装置，消费性电子设备的设计人员可藉着使用CEC解决方案提供厂商的资源，补充前两个阶段的测试。如亚德诺(ADI)为客户提供其产品的HDMI Rx和Tx HDMI预认证测试，以及最新的HDMI 1.3测试设备，还有对一百多个HDMI讯号源和讯号槽所做的多品牌互通性测试，其中多具备CEC功能。无论是与CEC解决方案供应商合作，或可自行发展，建议消费性电子设备制造商发展自有流程以完成这类型的测试。
针对一个CEC解决方案，对多个产品品牌、型号、设备类型做互通性测试，是免不了的。由于大多数消费性电子设备的主要设备制造商使用多个HDMI解决方案，又为多个地区制造多种产品型号，因此，尽可能获得每个品牌产品的排列组合就很重要。AVR产品都须分别针对HDMI讯号源与讯号槽进行测试，再进一步增加必须完成的各种测试。
而使用三阶段的测试方法测试具有CEC功能的装置，为系统设计人员提供最全面的过程，并可进而发现问题，否则可能会导致与其他具有CEC功能的装置不相容的结果。
解读差异造成CEC相容性问题
由于CEC的采用率急速增加，因此有关CEC互通性即成为重点。隐藏在相容性问题背后的主要议题是使用专有的命令，以及对CEC规格的解读差异。虽然许多基本CEC功能的定义是明确的，然而，具有允许客制化CEC的特征和讯息的弹性，仍是规格的特性之一。每个供应商定义自己的供应商特定讯息，仅适用于同一个供应商生产的讯息发送装置与接收装置。这就导致互通性问题，因为这些讯息通常是专用的。目前普遍的态度是，专有命令在封闭的系统中是有效的，诸如许多供应商 都有销售的家庭剧院全配(Home Theatre in a Box)解决方案。本文并不建议使用专有命令，但对于有现成的系统组件的制造商而言，此种方式显然比期待多品牌的相容性实际。
尽管有明确的CEC规范与CEC的CTS，但即便是供应商不使用特定的讯息、没有解读的差异、甚至不窜改规格，这些装置还是有可能遇到互通性问题，“单键播放”功能就是一个例子。CEC规格定义电视机在收到从CEC启始装置(通常是一个视讯源)相应的讯息时，作为一个“单键播放”操作的一部分，应该从待机模式跳出来(即开机)。为确保是根据CEC规格，CEC CTS为这个操作定义测试 11.1.1-3，此CEC CTS项目只在系统设计人员在其能力申报表(CDF)中宣告电视机在收到适当的CEC讯息(Image View On)，可从待机模式跳出来时才有效。
当然，市场上最具备完整CEC功能的电视机，可使用该厂牌自己的遥控器从待机状态开机。就算制造商宣称能以CEC做到，但制造商并不须通过CEC CTS的项目，尽管如此，这些产品仍会被视为符合CEC规格。若制造商想支援自己的“山寨版单键播放”功能，亦即只在自有品牌的设备上能用，制造商可用自己的CEC讯息组合，或使用制造商特有的讯息达成，此为常见的做法。
测试规格可解决相容性问题
由于经销通路与终端用户的反弹，对CEC设备供应商施加越来越多的压力，要求解决这些互通性问题。系统设计人员应采取减少上述问题的方法，其一为设计和测试都要紧贴着CEC测试规格。这个信条对所有制造商在宣称其具有CEC功能的系统能够做到HDMI相容之前，应该永远摆在第一位。其二为严格的与多个产品品牌和型号，以及具有CEC功能的设备进行过互通性测试(包括参与插拔大会)。设计人员和CEC解决方案供应商使用此测试并不仅为了改善具有CEC功能的装置，还有助于改善系统在真实世界的环境中，对容许度变化的承受能力。
如前所述，由于压力越来越大，许多当前消费电子设备制造商在签署保密协议(NDA)的条件下，已有意愿分享其某些专有的CEC讯息定义，建议厂商可与这些供应商合作，以得到最高的互通性水准。
控制器响应时间为设计重点
大多数纳入HDMI的系统本来就有一个系统控制器。要确定控制器是否有足够的工作能力加入CEC系统软体，系统设计人员须考虑最低要求，包括一个可用的I2C主控端、一个可用的中断输入接脚、一个计时器功能与一个高阶8位元或标准的16位元控制器。
对于CEC的整合解决方案，控制器用于HDMI介面等功能，如EDID读取/解析与HDCP控制，都是很容易处理的CEC系统功能。以一般的准则而言，控制器具有更快的响应时间会比具有更强的计算能力重要，如果目前使用的控制器速度太慢，或者没有可用的中断输入脚，也许应该将控制器升级到接脚相容或软体相容的版本。
由于CEC的讯息与系统的时序非同步，因此最好使用一个能实作时序功能的控制器，这个功能是必须在两个时域间传递CEC讯息，且不会拖住系统控制器。推荐用一个即时作业系统(RTOS)或具有内部定时器的系统来执行这项工作，尤其是当使用HDMI的装置具有整合的CEC控制器。在不使用即时作业系统或计时器的系统中，垂直同步(Vsync)讯号也可用来触发该函式呼叫CEC软体。这种方法也够用，但比起即时作业系统或其他计时功能的系统而言，实作起来较为不易。
本文不建议使用系统的主控制器处理CEC讯息，CEC的时序相较于系统而言是缓慢(400Hz)而非同步，且须不断监测。这种函式对系统控制器而言过于繁琐，对控制与监测系统其余部分的效能受到限制，只要一个小而廉价的控制器就可处理CEC的讯号与时序。这颗控制器及相关软体可作为系统控制器的从控制器，并且处理CEC的讯息与同步。
在这种配置中，从CEC控制器及相关软体负责所有基本的电气操作与位元时序等，并处理传输错误和排定错误资讯框的重新传输，而系统控制器和软体负责媒体存取控制(MAC)层功能、命令到行动的转译与逻辑位址生成。也有很多理由可考虑使用一个与HDMI硬体和软体整合的CEC控制器与软体解决方案，包括元件较少可降低成本、使用的板面积更小、进入门槛更低，特别在软体为内建的情况，由于是HDMI相关软体与CEC相关软体之间很自然的“契合”，因此可缩短开发时间。
执行CEC应用软体所需的记忆体与软体驱动程序或堆叠所需的大致相同。CEC堆叠保守估计需要约20K位元组的唯读储存记忆体(ROM)和1K位元组的随机存取记忆体(RAM)，一个最佳化的解决方案需要的记忆体还会少很多。
多方考量硬体设计
HDMI网路的实体连接很直截了当。依照CEC规格，HDMI连接器的CEC接脚应藉由一颗27K欧姆(Ω)的电阻拉到3.3伏特电源，但是当该消费性电子设备关掉时，这颗提升电阻应该断开。为了减少电阻，即二极体电路两端的I-R压降，建议使用低漏电的二极体。
印刷电路板(PCB)布局则是让HDMI与CEC元件到HDMI连接器间的距离越小越好。另外，也建议将易散出杂讯的数位电路走线与HDMI连接器的讯号走线间切开。请注意，差动HDMI讯号的差动阻抗应为100±15欧姆。本文以厂商推出的整合CEC之HDMI发送器(U6)为例，R2与D13构成CEC的二极体/电阻网路；D2到D12是HDMI介面所用的超低电容静电放电(ESD)二极体；U1是一个12MHz的振荡器，提供CEC时脉；J2是小型化的“C型”HDMI连接器，用于可携式设备。在系统中有多个HDMI埠(输入与/或输出)，CEC汇流排将所有埠连接在一个单一网路上。
CEC整合解决方案具优势
一颗具有整合CEC控制器的HDMI元件，可降低系统设计人员的进入门槛，图7显示CEC子系统使用外部控制器与内建控制器的比较。厂商推出CEC硬体的增强实体(PHY)层介面，会自动生成传送CEC讯息时所需的低到高与高到低的讯号时序，并量测低电位脉波的时间与高电位脉波的时间，以接收CEC讯息。这种自动位元讯号功能，消除即时响应的要求，让系统微处理器可用轮询模式操作，比起中断驱动模式，将不再需要专用的CEC微控制器。
图7 CEC方块图比较
实作不同的机板或系统时，可能会导致不同的时间延迟和电容负载条件，这会影响CEC介面的时序。一个整合的CEC介面须有能力调整最短与最长脉波时间，以适应各种不同的机板和系统设计，这样的弹性为具有CEC功能的产品提供一个高水准的容许度，但该产品未必完全相容于HDMI规格。
整合CEC介面还应该包括一个自动的讯息重传模式，这让系统设计人员可以设定CEC硬体尝试重新传输每个输出讯息的次数。若CEC硬体在传送讯息时，检测到一个意外的情况，就会自动终止讯息交谈，并重新启动相同的讯息；如果情况持续，CEC硬体将持续重传到设计人员设定的限制次数，而这个重传系统应自动化，不需系统微控制器的介入。
能源问题日益受到关切，使用电池供电的视频装置也日益流行，这都致使低功耗逐渐成为关注的焦点，整合CEC解决方案可藉由多阶电源关闭模式，降低系统功耗。即使CEC硬体整合进HDMI的硬体，具备独立的电源关闭模式仍可使其独立供电，但为接收或传送讯息，CEC子系统甚至在系统的其他部分处于睡眠模式时，都必须持续保持清醒。这个独立的电源关闭模式可在如电视机、DVD放映机等设备处于待机模式时，让系统关闭HDMI装置的其他部分，此功能可降低系统待机时的功率消耗，并让CEC硬体保持警觉，以接收任何传入的CEC讯息(图8)。
图8 当系统处于待命模式时的CEC子系统
为进一步降低系统的待机功率消耗，CEC硬体可用程式设定为当热插拔检测(HPD)讯号未出现时，会自动进入睡眠模式，若系统设计人员在HPD讯号不生效的期间，选择不接收CEC讯息时，就有可能办到。
一个完整的整合CEC解决方案应包括系统软体驱动程式，且提供C编码或其他可携格式。结构功能的整合到系统级编码可使用任何处理器或编译器。CEC软体也须应对无法预知的位元组顺序，如可高位在后(Big-endian)或低位在后(Little-endian)的格式传递资料，以及处理器汇流排宽度(16、32和64位元都可接受)，这些特性使系统设计人员能灵活选择使用的嵌入式微控制器设计。
软体驱动程式应可用RTOS或简单的回圈结构环境执行。在RTOS环境下，CEC软体的执行就像没有时序限制的任务，对于用同样方法建构的软体驱动程式而言，中断服务常式(ISR)并没有特殊处置要求。这一切需要的是一个单一的应用程式介面(API)内的ISR。该API的一部分，应包括CEC软体包，而且不会干扰系统层软体的其他功能，如ISR对硬体资源的存取。
命令/讯息层API作用不同
多层API应可提供具弹性的CEC软体，可让系统设计人员选择自己想要的介面层级。若设计工程师选择讯息层级的API，所有CEC软体与系统软体之间的交换应该包括CEC讯息，这也让系统设计人员灵活地实现终端用户功能，并以最适合用户的系统支援功能。然而，某些系统设计人员可能希望用更高层的介面，以降低系统软体的复杂性，在这种情况下，可使用命令层的API，其使用额外功能实作终端用户与支援CEC规格中所定义的功能。因此，与其呼叫讯息层的API多次以请求特殊的讯息，不如简单呼叫单一API请求一个特定的CEC功能，如CEC的终端用户功能“单键播放”需要二到三个CEC的讯息，并可能需要两次以上，其中一次还取决于后续的回应，并取决于电视机的实作方式，导致这个单一功能变得非常复杂，不过，透过使用命令层的API，并呼叫CEC软体与整合的硬体，就可处理其余部分。
从设定数位录放影机，到找出正确的遥控器，所有家庭娱乐系统的用户皆渴望使用单纯化，若采用CEC，就可提供所需要的单纯化工具。未来，无论是索尼、山叶(Yamaha)、Panasonic的组件，都可平和地共存于同一HDMI网路。 |
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