방송과통신을동시에지원하는 OpenCable Set-topBox기반 구현 ·...
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케이블 방송기술부분 디지털케이블네트워크 포함TV ( )
국문요약국문요약국문요약국문요약
디지털 케이블 방송의 국내 도입에 대해서 계속적으로 논의 되어 왔다 특히 케(Cable) .
이블 방송은 다른 방송매체 보다 양방향 및 고속대용량 전송에 있어 유리한 특성이 있․으므로 고품질의 양방향 서비스를 제공이 가능하게 될 뿐만 아니라 다가올 방송통신․융합의 서비스에 가장 적합한 매체가 될 것이라고 주목을 받고 있다 이러한 디지털 케이.
블 방송의 양방향성의 특징을 가능하게 해 주기 위해서는 케이블 셋탑박스(Set-top Box)
가 필요이다 하지만 셋탑박스는 방송을 통한 양방향성을 제공한다 만약 셋탑박스가 방송. .
의 양방향성 뿐만 아니라 통신까지 지원을 하게 된다면 앞으로 다가올 방송통신 융합․서비스에서 케이블 방송망은 다른 방송매체 보다 월등한 비교 우위에 놓이게 될것이다 또.
케이블 방송을 기반으로 하는 다른 부가적인 서비스 창출에도 활력소가 될 것이다.
논문에서는 지금까지의 디지털유선방송 셋탑박스가 가지고 있던 디지털방송 기능에서
나아가 통신의 기능을 동시에 지원하게 하는 기반 방송통신 동시 지원OpenCable ․디지털 셋탑박스 구현 방법을 제시하고 이를 바탕으로NIM(Network Interface Module)
구현을 하였으며 구현된 케이블 셋탑박스 의 성능을 검증하였다NIM .
셋탑박스 은 디지털 케이블 방송을 위해서 기반으로 채널 부분과NIM OpenCable
인터페이스를 통합 구현하고 통신을 가능하게 하기 위해서POD(Point of Deployment)
기반에서 디바이스 드라이브Docsis(Data Over Cable Service Interface Specification)1.1
를 구현하였다 그리고 셋탑박스에 적용 시 확장성을 높이기 위해서. PCI(Peripheral
Component Interconnect) 인터페이스 형태의 하드웨어와 이를 리눅스 기반에서 동작시키
기 위한 디바이스 드라이브를 구현하였다 구현된 하드웨어와 디바이스 드라이버를 바탕.
으로 기반 디지털 케이블 방송 기능과 기반 통신기능을 테스트를 하OpenCable DOCSIS
여 정상 동작을 확인하였다 성능 확인을 통해서 디지털 케이블 셋탑박스를 통해서 디지.
털 방송과 통신을 동시에 원활하게 지원할 수 있음을 확인할 수 있었다.
디지털 케이블 방송 셋탑박스에서 디지털 방송 기능과 통신을 하는 케이블모뎀의 기능
을 동시에 지원 된다면 디지털 케이블 방송의 부가 서비스로서 양방향 통신 서비스도 가,
능하기 때문에 앞으로의 케이블 방송 산업에 확대에 많은 기여를 할 것으로 예상된다 이.
러한 기능을 바탕으로 한 다양한 부가 서비스 창출이 예상되기 때문에 케이블 관련 서비
스의 활성화 시켜 기술 개발과 시장 기반조성에 기여 하게 될 것이다.
방송과 통신을 동시에 지원하는 기반방송과 통신을 동시에 지원하는 기반방송과 통신을 동시에 지원하는 기반방송과 통신을 동시에 지원하는 기반OpenCableOpenCableOpenCableOpenCable
구현구현구현구현Set-top BoxSet-top BoxSet-top BoxSet-top Box
김홍익김홍익김홍익김홍익****유재훈유재훈유재훈유재훈․․․․ ****김종숙김종숙김종숙김종숙․․․․ ****한영욱한영욱한영욱한영욱․․․․ ****신명곤신명곤신명곤신명곤․․․․ ****박승권박승권박승권박승권․․․․ ********1)1)1)1)
요 약요 약요 약요 약
논문에서는 다가올 방송통신 융합 서비스에 가장 주목을 받고 있는 케이블 방송 매체의 디지털․케이블 셋탑박스 가 가지고 있는 디지털 방송 기능과 케이블 모뎀이 가지고 있(Cable) (Set-top Box)
는 통신 기능을 동시에 지원하는 셋탑박스 의 구현 방법을 제시하NIM(Network Interface Module)
고 이를 바탕으로 구현했으며 구현된 셋탑박스 성능을 검증하였다 셋탑박스 은 디지털NIM . NIM
케이블 방송을 위해서 기반으로 채널 부분과 인터페이스를OpenCable POD(Point of Deployment)
통합 구현하고 통신을 가능하게 하기 위해서 Docsis(Data Over Cable Service Interface
기반에서 디바이스 드라이브를 구현하였다 셋탑박스에 적용 시 확장성을 높이기Specification)1.1 .
위해서 PCI(Peripheral Component Interconnect) 인터페이스형태로 하드웨어를 구현했고 이를 리눅,
스 기반에서 동작시키기 위한 디바이스 드라이브를 구현하였다 또한 구현된 이 디지털 방송과. NIM
통신을 동시 지원함을 확인하였다.
디지털 케이블 방송 셋탑박스에서 디지털 방송 기능과 통신을 하는 케이블모뎀의 기능을 동시에
지원함으로써 다양한 케이블 방송관련 부가 서비스가 예상되기 때문에 관련 기술 개발과 시장 기반
조성에 기여 하게 될 것이다.
본 논문에서는 방송통신 융합 환경에서 필요한 새로운 디지털 셋탑박스 구현 방법 제시와 이를․검증한 결과를 제시한다.
서론서론서론서론1.1.1.1.
디지털 방송시대의 개막은 컬러 방송 실시에 버금갈 정도로 관련사업에 미치는 파TV
급효과가 클 것으로 예상된다 이러한 파급효과는 디지털 방송이 지니고 있는 고화질 고.
음질의 방송 및 양방향 서비스 구현을 가능하게 하는 특성에서 비롯되고 있다 특히 가전.
분야의 경우 성숙기에 접어들어 성장률 및 수익률이 현저히 낮아진 방송 산업에 있어서
디지털 는 돌파구 역할을 충분히 해낼 것으로 기대되고 있다 이에 따라 고화질 및 고TV .
음질의 디지털방송 수신과 양방향 서비스를 구현하는데 핵심적인 역할을 하는 디지털 셋
탑박스 의 중요성이 점차 부각되고 있다(Set-top Box) .
셋탑박스란 방송 수신 및 다양한 부가기능 구현이 가능한 제어용 박스를 일컫는다 디.
한양대학교 전자통신전파대학원*
한양대학교 전자컴퓨터공학부 정교수**
지털방송이 본격화되기 전까지 셋탑박스는 특정 방송사업자로부터의 방송데이터 수신이
주된 기능이었다 하지만 셋탑박스의 디지털전환이 가속되면서 방송수신은 물론 통신기.
능 개인영상저장장치 기능 전자적 프로그램가이드, (PVR: Personal Video Recorder) , (EPG:
기능 등 다양한 부가기능을 구현하는 형태로 발전하고 있다Electronic Program Guard) .
국내 디지털 케이블 방송 표준으로 채택된 표준은 크게 하드웨어 및 소프트OpenCable
웨어 두 부분으로 나뉘어 진다 우선 하드웨어는 셋탑박스와 셋탑박스로부터 보안 기능. ,
및 수신제한 기능을 분리한 장치로 구성된다 셋탑박스와POD(Point of Deployment) .
의 분리는 특정업체의 솔루션에 종속되지 않는 셋탑박스 생산공급의 경쟁체제를POD ․구축하여 셋탑박스의 소비자구매 및 가격인하를 유도하는데 목적이 있다 미국의 경우.
년부터 의무적으로 가 분리 장착된 방식의 셋탑박스를 사용토록 하2005 POD OpenCable
고 있다 소프트웨어는 미들웨어인 표준이 핵심. OCAP(OpenCable Application Platform)
이다 은 케이블 방송에서의 양방향 서비스를 위한 애플리케이션 제작기반이 되는. OCAP
표준이다 은 케이블 방송에 웹 기반 서비스를 제공할 수 있게 되어 시청자들에게. OCAP ,
보다 진보된 양방향 서비스 지원이 가능하다 방식은 이라는 공통된 미. OpenCable OCAP
들웨어 플랫폼을 사용토록 하여 어플리케이션 소프트웨어 및 콘텐츠의 공유를 가능토록
하여 콘텐츠 산업의 활성화를 유도하고 있다.[1]
케이블모뎀 은 디지털 케이블 방송과 같은 네트워크를 이용하여(CableModem) CATV
데이터 통신 외에도 화상회의 초고속 인터넷통신 그 외 다양한 멀티미디어 응용 프로그, ,
램들을 가능케 하는 개념의 솔류션이다 국내 케이블 모뎀을 통한 통신을 위한 표준으로.
널리 사용되는 방식은 북미지역 등에서 널리 사용되는 DOCSIS(Data Over Cable
방식이다Service Interface Specification) .
네트워크 에서는 디지털방송과 데이터통신을 동시에 지원이 가능하므로 이들을CATV
통합해서 지원하는 서비스가 필요하다.
디지털 수요가 늘어남에 따라 디지털 셋탑박스에 필요한 디지털 튜너와 네트워크인TV
터페이스모듈 의 수요가 증가할 것이다 이란 외부(NIM: Network Interface Module) . NIM
방송신호를 수신하는 튜너와 아날로그신호와 디지털 데이터 신호를 분리하는 디모듈레이
터로 구성된 셋탑박스용 필수 부품으로 디지털 위성디지털 지상파디지털 케이블 방송용
셋탑박스 와 셋탑박스 기능이 포함된 디지털 에 필수적인 부품이다 이러한 기술의 발TV .
달과 더불어 과 셋탑박스 인터페이스의 중요성도 강조되고 있다 이는 셋탑박스의 기NIM .
능적 확장성을 도와줄 뿐만 아니라 성능에도 영향을 줄 수 있다 그리고 부가적인 서비스.
를 활성화 할 수 있는 기반이 될 수도 있는 것이다.
그래서 디지털 케이블 셋탑박스 을 통해서 방송과 통신이 동시 구현을 지원할 수NIM
있게 구현하는 방법을 제시하고 검증 했으며 은 인터페이스를 통해서 연결이, NIM PCI
되도록 구성하도록 했다 이런 구성은 디지털 케이블 셋탑에 디지털 방송 기능과 통신 가.
능을 할 수 있게 한다 셋탑박스에 기존의 방송 기능에 케이블모뎀의 기능을 동시에 지원.
하여 케이블을 통한 서비스를 다양화 시킬 수 있을 것이다 또 이는 다가오는 방송통신. ․
융합 서비스에 필요한 케이블 기반 제품 모델이 될 수 있다.
기반 셋탑박스기반 셋탑박스기반 셋탑박스기반 셋탑박스2. OpenCable2. OpenCable2. OpenCable2. OpenCable
구성2.1 Hardware
망에서 기반의 방송과 통신을 동시에 지원하는 셋탑박스 을 구CATV OpenCable NIM
성하기 위해서 방송기능은 기반에서 디지털 방송과 부가기능이 가능하게 하, OpenCable
고 통신은 기반에서 구현하여 셋탑박스에서 방송과 통신이 동시에 지원 가능하DOCSIS ,
게 하였다.
방송과 통신을 동시에 지원하는 부품은 사에서 개발한 을 사용하였다LSI CL2151 .
은 양방향 케이블 송수신기서 방송 채널과 동시에CL2151 HFC(Hybrid Fiber Coaxial)
통신이 가능한 싱글칩 솔루션이다Down/Upstream (Single-Chip) . [2]
과의 연결을 위해서는 인터페이스를 사용한다STU(Set-top Unit) PCI . CAS
을 지원하기 위한 의 연결은(Conditional Access System) POD(Point of Deployment)
를 사용하였다 와 은 를 통해서 와 연결하게 하였다CIMaX . CIMaX CL2151 PLX PCI . STU
에서는 입력된 신호 즉 신호를 복조를 하여 방송을 지원하고 통신을 하고자IB(InBand)
하는 신호 즉 신호를 변조를 하여 송출을 할 수 있게 하는 역할을OOB(Out Of Band)
하게 하였다.
그림( 1 방송통신 동시 지원하는) NIM Block Diagram․
그림( 2 제작된 방송통신 동시 지원하는) NIM․
그림 은 기반 방송통신을 동시 지원하는 의 하드웨어적인 구성과1 OpenCable NIM․각각의 역할들을 으로 나타내었고 그림 는 실제 제작된 보드이다Block Diagram 2 NIM .
해드앤드 와 에서 송출되는 시그널이 의 입력으로 들어오면 양(Headend) CMTS RF NIM ,
방향 대역분리기 인 에서는 송신과 수신을 동시에 가능하게 한다(Diplexer Filter) EDF-2 .
입력된 신호는 의 고역통과기 를 통과하여 튜너 인EDF-2 (High Pass Filter) (Tuner)
로 들어 온다 에서는 출력신호를 저역통과기 를 통과하CD1516LI . EDF-2 (Low Pass Filter)
여 으로 내보내어진다 하나의 신호 즉 신호와 또 다른 신호인 신호는Upstream . , OOB IB
튜너를 통해 필터 된 후 증폭기를 통해 다시 신호가 증폭된다. [2]
이 신호는 에 입력된다 입력된 신호는 신호와 신호 가지가 입력되며CL2151 . IB OOB 2 IB
신호는 를 통해 에서 로 보내진 후 에서 암호화 되어CL2151 CIMaX POD POD (Encryption)
있는 신호를 풀게 된다 를 거친 신호는 다시 로 전달되고 제어 신호는. POD CIMaX PLX
를 통해 로 보내지게 된다 스트림은 별도의 인터페이스를 통하여 로STU . MPEG-2 STU
전송된다 신호는 사용 주체에 따라 처리가 달라진다 즉 모드. OOB . POD OpenCable STU
로 동작하게 되면 튜너에서 출력된 신호가 을 통해 로 전달되며 에서 처CL2151 POD , POD
리된 신호가 를 통하여 로 전달되게 된다 케이블모뎀 모드로 동작하게 되면CIMaX STU .
에서 데이터가 처리되고 를 통해 로 전달되게 된다CL2151 Shared Memory STU .
이때 모든 데이터의 송수신은 을 거쳐서 전송이 되고 이와 관련된 모든 프로세SDRAM
스는 이 관리를 한다CL2151 .
그림 은 기반 셋탑박스 블록다이어그램을 보여주고 그림 는 실제 구현된3 OpenCable 4
보드와 모듈을 보여준다 외부 방송신호와 데이터 신호를 동시에 송수신하NIM STU . ․기 위한 두개의 튜너와 아날로그신호와 디지털 데이터 신호를 분리하는 디모듈레이터
로 구성된 은 셋탑박스와 디지털 에서 필수적인 부품이다 이러한(Demodulator) NIM TV .
기능들을 통해서 셋탑박스 은 디지털 방송의 기능과 케이블 모뎀을 통한OpenCable NIM
통신기능을 동시에 지원할 수 있게 하였다.
그림( 3 셋탑박스) OpenCable Block Diagram
Legend
I2C
BUS
I/O
DEVICE
Tuner
TDA9819
CH-Decoder
-QAM
-QPSK Rx/Tx
(BCM3125)
MemoryMemoryMemoryMemory BusBusBusBus
CPU
(QED RM5231) Boot
ROM
Ethernet Controller
(CS8900A)
ST7011
MACH
(M4A3-128/64
-10ns)
I/O Interface
(M82C55A)
Micom
(Z86E30)
TS-Demux
/PCI Bridge
(TL810B)
I/O I/O I/O I/O BusBusBusBus
PCIPCIPCIPCI BusBusBusBus
Digital TV
Decoder
(TL850C)
Digital Video
Encoder
(SAA7120)
Dolby AC-3Decoder
(STI4600)
UARTTransceiver
(MAX3223)
Surround SoundCodec
(CS4226)
I/O I/O I/O I/O BusBusBusBus
Bus Driver
/Buffer
(74HC244D
X 3)
BluetoothModule
UARTTx/Rx
16-b16-b16-b
8-b
8-b8-b
8MB X 4
16MB X 2
CS
16MB X 4ANT
Ethernet (RJ-45 Jack)
Key
IR
HD-Video Output
-R/G/B/H/V(15P D-Sub)
-Y/Pb/Pr (RCA Jack)
SD-Video Output
-CVBS (RCA Jack)
-Y/C (S-Video Jack)
Audio Output
-Lt/Rt (RCA Jack)
Audio Output
-SPDIF (RCA Jack)
Front Panel
OP AMP
(MC3403)
OP AMP
(RC6333 X 3)
OP AMP
(RC6333)
OP AMP
(RC6333)
OP AMP
(MC3403) L/R
RF_Out
CVBS
RF_Out
●●●●
●●●●
24C16A24C16A
FLASH
(E28F128 X 2)
SDRAM
(K4S281632 X 4)
SDRAM
(K4S641632 X 4)
CTL
POD Module
I/O I/O I/O I/O BusBusBusBus
CACIMaX-TM
(TSSCAPMCI -CB)
Bidirectional
Transceiver
(74LVT245)
Transparent
Latch(16b)
(LVT16373)
Bus Driver
/Mux
(74HCT257)
Bus Driver
/Mux
(74HCT257)
Bus Driver
/Buffer
(74HCT244)
(74HCT02)
1394 Link
(TSB42AA4)
1394 PHY
(TSB41LV03A)
8-b
Transceiver
(74LVT16245)
NTSC Video
Decoder
(SAA7113)
(MSP3405D)
8-b
-System Clock
-PCI Bus Clock
80MHz
(OSC)
CY230533MHz
(OSC)
SYSCLK
TL810B-PCLK
TL850-HCLK
-Video/Audio Clock
Zero
Delay
Buffer
(CY2309)
TL850-CLKINMACHCIMAXSTI4600
TL810B
12.288MHz
(MK2722)74MHz
(CY2071A)
TL850-ACLK(Audio)
TL850-PCLK(Video)
27MHz
(OSC)
그림( 4 구현된 셋탑박스) OpenCable
튜너 로 들어오는 신호들은 분류를 통해서 디지털 방송신호인 신호와 통신(Tuner) RF IB
용으로 사용되는 신호로 구분한다 이들은 각각 디코더와 디모듈레이터를OOB . MPEG-2
거치게 되고 신호는 별도의 인터페이스를 통하여 에 전달되고 로부터MPEG-2 STU OOB
들어오는 제어 및 데이터 신호는 브릿지 기능을 하는 를 통해 로 전달된다 그PLX STU .
리고 양방향 통신을 위해서 에서 신호를 보내면 통신 신호가 들어오는 역방향으로STU
이동되며 이동경로 또한 가지로 분류된다 케이블모뎀 모드인 경우 에서 데이터2 . CL2151
를 처리하여 전송하는 반면 인 경우는 를 통한 후 을 통하여POD UpStream POD CL2151
전송되게 된다 를 통해서 외부 와 는 공유메모리를 통해서 데이터 이동. PLX CPU CL2151
및 접근을 하였고 그 위에 공유 메모리 초기화 및 로의 이미지 파일CL2151 (Image File)
다운로드를 가능 하게 하였다 에서 로 이미지 파일을 다운로드하고 리셋을. STU CL2151
하면 는 동작을 시작하게 되고 가 와의 초기화를 위해 서로 메시지CL2151 , CL2151 CMTS
를 주고받는다. [2, 10, 11, 12]
통신을 위해서는 케이블모뎀이 와 하는 동일한 기능인CMTS Link Establishment,
의 기능을 한 후 정상적인 동작이 가능하게 된다Cable Modem Setup, Baseline Privacy .
각 상태 마다 공유 메모리 를 통해서 에 알리고 또한(SHM : SHared Memory) STU STU
는 를 공유메모리를 통해서 에 알리게 된다ACK NIM . [2]
인터페이스 인터럽트 및 디바이스에 관한 메모리 및 베이스 어드레스는PCI EEPROM
으로부터 초기 정보를 읽은 후 브리지 를 초기화 한다 을 위한 메모리PCI PLX . CL2151
초기화와 마이크로 코드를 다운로드 한 후 코드가 을 초기화 하게 되면CL2151 CL2151
와 과 서로 통신을 할 수 있게 된다 이러한 통신을 기초로 는 의 상SDRAM . STU CL2151
태를 서로 알 수 있기 때문에 이것을 바탕으로 을 제어 하게 된다CL2151 .
구성2.2 Software
디바이스 드라이버를 구성하기 위해서 크게 부분으로 나누어서 구성OpenCable NIM 3
을 했다 에서 와 인터페이스를 통한 를 연결해주는 부분인 디바. STU PCI PLX NIU PLX
이스 드라이버 부분 인터페이스를 위한 인터페이스 그리고, POD POD , STU NIU
가 서로 정상적으로 작동하기 위해서 가 작동시키는 디Headend(CMTS) CL2151 CL2151
바이스 드라이버 부분이다 이들 각각 부분에서 공통적으로 사용하는 부분들은 초기화를.
부분에서 한꺼번에 하였다Initialize . [2]
그림 는 디바이스 드라이브 블록다이어그램을 나타낸다 그림에도 보듯이 디바이5 . PLX
스 드라이버 디바이스 드라이버 디바이스 드라이버, POD , CL2151 (SHM queue data
포함 의 부분으로 나누어서 구성을 하였다processing ) .
우선 디바이스 드라이버 부분은 디바이스 검색을 통해서 디바이스를 검PLX PCI PCI
색해서 찾아내고 찾아진 디바이스와 디바이스를 초기화 한다 그리고 를PCI PLX . PLX
인터럽트를 통해서 활성화와 비활성화 시키는 함수도 생성시킨다 이렇게 초기화 되고 활.
성화된 상태에서 를 통한 입출력 드라이브와 를 통한 네트워크 드라이PLX PLX CL2151
브를 설정을 해주는 작업도 동시에 한다 이렇게 생성된 드라이브들은 를 통한 모든. STU
입출력에 사용된다 신호와 신호 모두 입출력 드라이브를 통해서 전달이 되고. IB OOB
의 물리적인 어드레스의 구분을 통해서 데이터들의 진행 방향들이 결정된다PLX .
그림( 5 디바이스 드라이버) Block Diagram
셋탑박스의 디바이스 드라이브를 구성하기 위해서는 디바이스 드라이브에 사용되는 함
수들을 초기화 하는 과정이 필요한데 여기서는 초기화 함수를 사용해서(Initialize) Timer,
등의 함수를 초기화 한Interrupt, Message Queue, Task, Semaphores, Memory, Buffer
다 디바이스 드라이브는 에 많은 영향을 받아 구성이 되는데 여. OS(Operating System)
기서 사용되는 함수들은 리눅스 커널 버젼 에서 작성되었다 디바이(Kernel) 2.4.18 . CL2151
스 드라이버는 초기화 하는 부분 부분 송수신 데이터 처리, shared memory processing ,
부분으로 구분되며 초기화 부분은 하드웨어의 작동을 위해서 사용되는 파라미터들을 하
드웨어와 디바이스 드라이간의 일치시키는 작업을 하고 이들을 활성화 시킨다 이때 디바.
이스 드라이브 하드웨어 초기화 하는 순서는 우선 를 하드웨어 인터럽트를 통한CL2151
리셋 을 해서 초기화 하고 다음에는 을 초기화 하는 작업을 한다 그 후(Reset) SDRAM .
에 이미지파일을다운로드시켜서 가정상적으로작동될수있도록한다CL2151 CL2151 . [2]
부분은 의 제어를 하게 된다 와Shared Memory Processing Shared Memory . NIU STU
간의 통신 제어신호 입출력은 모든 것이 을 통해서 이루어진다 그래서, , SDRAM .
의 초기화가 중요하다 미리 할당된 각 영역들을 이용해 와 는SDRAM . SDRAM NIU STU
움직이게 된다 그리고 이 을 와 가 서로 같이 사용한다고 해서. SDRAM NIU STU SHM
이라고 부른다.
부분은 의 상태에 따라SHM Queue Data Processing Command, Data, Debug, Optional
데이터를 의 상태에 따라 처리한다 이 기능에 따라서 모든 데이터들의SHM Queue NIM .
입출력이 이루어진다 각각의 상태에 따라서 과 는 인터럽트 신호를 주고받으며. NIM STU
통신이 가능하게 기능을 한다 인터럽트 신호는. Command, Data, Debug, Optional,
일 때 각각의 루틴에 따라서 일을 처리한 다음 이루어진다Message Send .
부분은 를 통해 송수신된 데이터를 처리하는 역할을Data Processing Shared Memory
담당한다 등 수신되는 데이터의 종류에. Debug Message, Control Message, Data Block
따라 동작은 달라지고 은 와 케이블모뎀의 데이터 인가에 따라 처리가, Data Block STU
달라진다.
그리고 시그널 처리를 위해서 가 와 정상 작동을 할 수 있도QAM MPEG CIMaX POD
록 처리를 하고 를 통한 신호는 브릿지 어드레스를 통해 로 전달되도록 구성CIMaX STU
한다 를 정상 동작 시키고 와의 인터페이스를 위하여 디바이스 드라. CIMaX POD CIMaX
이버를 구동 시켜야 하며 디바이스 드라이버는 를 제어하는 부분과CIMax CIMax POD
모듈과 인터페이스하는 부분으로 나누어지게 된다 를 제어하는 부분은. CIMax 1) 방식I2C
을 사용하여 기본적인 인터페이스를 하게 되며 모듈은 를 통하게 된다, POD PLX .
초기화 부분은 를 위한 초기화를 설정하고 모듈과의 하드웨어 인CIMaX CIMaX POD
터페이스를 초기화하는 역할을 한다 모듈 인터페이스 부분은 모듈의 및. POD POD Inset
를 모니터링하고 시 모듈의 초기화 및 통신을 담당하게 된다 이 인터페Exact Insert POD .
이스 방법은 미국 규격을 따르고 있다OpenCable . [3, 4, 5, 6]
이들 기능이 정상적으로 동작을 하게 되면 셋탑박스의 하드웨어가 정상적으로 동작하
게 된다.
양방향 멀티미디어 셋탑박스양방향 멀티미디어 셋탑박스양방향 멀티미디어 셋탑박스양방향 멀티미디어 셋탑박스3. OpenCable NIM3. OpenCable NIM3. OpenCable NIM3. OpenCable NIM
시스템 구성3.1
그림 은 하드웨어와 소프트웨어 시스템 블록 다이어그램 이다 셋탑박스에서 방송의6 .
기능과 통신의 기능을 동시에 지원하는 시스템 구현을 위해서 하드웨어와 소프트웨어 설
계대로 구현하고 정상적으로 동작을 하는지 확인을 하였다 각각의 부분은. OpenCable
기반 셋탑박스 하드웨어를 정상적으로 구동하기 위한 블록 다이어그램이다NIM .
데이터 통신을 지원해야 하기 때문에 를 통한 데이터 입출력에 관한 부분뿐만 아니PCI
라 케이블모뎀 네트워크 드라이브를 구성하였다 인터페이스에서는 디바이스 검. PCI PCI
색을 하고 디바이스가 검색이 되면 브리지에 할당된 어드레스를 통해 데이터들이 입출력
될 수 있도록 한다 네트워크 드라이브는 에서 통신 기능이 가능하도록 했다. CL2151 .
와 은 을 통해서 데이터를 주고받고 은 에 있는 데이터를STU CL2151 SHM CL2151 SHM
네트워크를 통해 통신을 한다. [2]
1) 라고도 불리는 는 집적회로들 간의 통신 링크를 제공하는 두 가닥선의 양방향 직렬 버스이다Inter IC I2C .
그림( 6 셋탑박스 시스템) NIM Block Diagram
셋탑박스 의 하드웨어의 초기화를 하는 부분에서는 네트워크 파라미터들에 대한NIM
내용도 같이 초기화를 했다 그리고 의 구동을 위해서는 을 리셋을 한 후. CL2151 CL2151
이미지 파일을 에 다운로드 시켜 정상 작동을 하게 하였다 이 정CL2151 CL2151 . CL2151
상적으로 작동된 후에는 을 초기화 하고 레지스터와 메모리 어드레스를 정의 하SDRAM
고 각각의 부분을 정의 하였다.
에서는 큐 데이터 프로세스를 위해서 의 상태CL2151 Command, Data, Debug, Optional
에 따라 데이터를 처리를 해준다 디바이스 드라이브의 각 부분들은 인터럽트 통하여 상.
태변화와 제어를 한다 인터럽트 신호는. Command, Data, Debug, Optional, Message
일 때 각각의 루틴에 따라서 일을 처리한 다음 이루어진다Send .
그리고 시그널 처리를 위해서 가 와 정상 작동을 할 수 있도QAM MPEG CIMaX POD
록 처리를 하고 를 통한 신호는 브릿지 어드레스를 통해 로 전달되도록 구성CIMaX STU
한다 셋탑박스 은 기존 제작된 셋탑박스에서 의 옵션보드. OpenCable NIM STU (Option
로 사용 가능하게 구성이 된다 그래서 의 기본적인 방송의 기능을 하게 했고Board) . STU
이와 더불어 통신의 기능도 동시에 지원할 수 있게 구성을 하였다 제작된. OpenCable
의 장점은 다른 케이블 셋탑박스와 달리 방송과 통신을 동시에 지원할 수 있고 이식NIM ,
성이 높을 수 있도록 인터페이스를 사용하여 옵션보드가 될 수 있도록 했다PCI .
셋탑박스 동작3.2
셋탑박스를 동작을 확인하기 위하여 가지 시리얼 포트 를 사용했다 첫번2 (Serial Port) .
째는 의 동작상태를 확인하기 위한 과 연결되는 터미널에 연결되고 하나는CL2151 CL2151
의 상태를 확인하기 위해 시리얼 포트와 연결된 터미널에 연결했다 과STU CPU . CL2151
연결된 터미날은 현재 의 동작 상태 를 알 수 있으며 이를 통하여CL2151 (Status) CL2151
이 와 을 통하여 통신하는 것을 모니터링 했다 와 연결된 터미날은 실제STU SHM . STU
적인 를 사용할 수 있으며 의 상태를 확인했다Command STU .
그림 은 위의 방법대로 연결한 것을 보여준다 개발 연결도는 구현 시 사용한 연7 . (a)
결방법이고 재생 연결도는 구현 완료 후 검증 단계에서 사용한 연결도이다, (b) .
SYSCLK: 0x06DDD000
CRR: 0x00000106
LOR: 0x00009C4E
Chip type: CL2151 BGA
Boot Start: SLAVE mode
Rev: @(#)0.6.0
Enable I and D cache
00800000
00200000
00134970
00800000
FC0F0E32
그림( 7 셋탑박스 구현 및 동작 확인을 위한 연결도)
개발 연결도(a) 재생 연결도(b)
그림 은 셋탑박스 이 정상적으로 동작을 할 때 의 터미날을 통한 구동화8 NIM CL2151
면이다 셋탑박스 하드웨어가 정상적으로 구현이 되고 디바이스 드라이브 작동을 하여.
이 정상상태가 되면 에서 그림 과 같은 화면이 나타나게 된다 이는 이NIM CL2151 8 . NIM
방송과 통신이 가능한 상태로 되어 있다는 것을 보여준다.
그림에서 볼 수 있듯이 이 정상적이고 표준을 만족하는SDRAM DOCSIS NIU(Network
으로 동작을 하고 에 이미지 파일이 정상적으로 다운로드가 되어Interface Unit) CL2151
정상적으로 동작하고 있음을 보여준다 에게도 셋탑박스가 정상적으로 동작하고 있. STU
음을 인터럽트를 통해서 알린다 또 이때 해드앤드 장비로부터 어드레스를 받기 위한. IP
동작을 한다. [2]
이 정상적으로 동작하게 되면 통신과 방송의 기능을 정상적으로 지원이 가능하CL2151
게 된다 이때 은 모뎀의 기능과 함께 와 의 신호처리를 하는 기능도 동시에. NIM IB OOB
지원을 한다. [2]
그림 는 연결된 터미널로부터 가 튜닝 주파수 를 수신하고 튜9 NIU (Tuning Frequency)
닝을 시도하는 화면을 보여준다.
그림 정상 구동 시 터미널을 통해서 나타나는 화면( 8) CL2151
SDRAM test done
0,NONE: freeHeapP deepest sp current sp deepest sp-freeHeapP
0,NONE: 0x002b0000 0x002ff2e0 0x002ffe58 0x0004f2e0(324320)
0,NONE: Entering main()
0,NONE: Board ID= 0x0000000c
0,NONE: ------------------------------------------------------------
0,NONE: @(#)DOCSIS NIU Runtime
0,NONE: Product: @(#)niubub21xx
0,NONE: Rev 0.6.0
0,NONE: Image size = 0x00134970; CRC of image = 0x8d1a3a46
0,NONE: CRR Reg= 0x00000106; CL2151-C1 BGA SLAVE MODE
0,NONE: SYSCLK=115200000 Hz
0,NONE: ------------------------------------------------------------
0,NONE: ShmPollInitComplete: Polling for Init Complete.
1,NONE: Sending BootAlive to STU
Debug Monitor [Jul 24 2002]
>
Cold Boot Init:
1010,NONE: Boot Alive Ack Received from STU
1011,NONE: CmdMsgHdr={ type=0x03; status=0x00; TID=0x01; len=0 }
1013,NONE: Sending RuntimeAlive to STU
CM_MAC_ADDRESS [0.2.3.4.5.82]
그림 튜닝 주파수를 수신하고 튜닝을 시도하는 화면( 9) NIU
000090D8: <135>Cablemodem[Correlant]: qamAcqDemodLocking: change DI to 3
00009128: <135>Cablemodem[Correlant]: qamAcqDemodLocking: change DI to 9
00009164:<135>Cablemodem[Correlant]: qamAcqDemodLocking: change DI to 1
4295,NONE: CmdChangeTransport
4296,NONE: CmdMsgHdr={ type=0x60; status=0x00; TID=0x21; len=12 }
4298,NONE: cable.freq= 2790000 symbolRate= 50569 fec=0x002f
4300,NONE: mod=0x000b spectral=0
0000E038: <135>Cablemodem[Correlant]: qamAcqDemodLocking: change DI to 1
0000E13C: <135>Cablemodem[Correlant]: qamAcqDemodLocking: change DI to 5
0000E150: <135>Cablemodem[Correlant]: qamAcqDemodLocking: change DI to 1
0000E1F0: <135>Cablemodem[Correlant]: qamAcqDemodLocking: change DI to 3
0000E218: <135>Cablemodem[Correlant]: qamAcqDemodLocking: change DI to 1
0000E36C: <135>Cablemodem[Correlant]: qamAcqDemodLocking: change DI to 9
0000E3A8: <135>Cablemodem[Correlant]: qamAcqDemodLocking: change DI to 3
그림 은 에 연결된 터미날에서 의 동작 상황을 보여준다 이 터미날을 통하10 STU STU .
여 동작을 제어 할 수 있게 된다STU .
그림 에 연결된 터미널 화면( 10) STU
=========================================================================
| 1. reset 2. code download |
| 3. Dram Init 4. Tune |
| 5. lock status 6. menu |
=========================================================================
command======> 5
[NIU]Niu Driver Send Tune command
frequency= 2790000 symbolRate= 50569 fec= 0x002f
[NIU] Command Send Done!
=========================================================================
| 1. reset 2. code download |
| 3. Dram Init 4. Tune |
| 5. lock status 6. menu |
=========================================================================
command======>
의 기능이 정상적으로 동작하기 위해서는 과의 인터페이스가 중요한데 여기서POD NIM
는 를 사용하였다 는 으로부터 전송되는 디지털신호를 인증을 하기 위CIMaX . CIMaX NIM
한 인터페이스로 사용되었다.
구현된 셋탑박스가 정상적인 구동을 하는지 확인을 위해서는 우선 수신되는 와IB OOB
의 신호를 확인해야 한다.
그림 튜너를 지난 신호( 11) IB
그림 은 튜터를 통과한 신호를 보여 준다 그림에서 볼 수 있듯이 정상적인 방송11 IB .
신호가 수신되는 것을 알 수 있다. [12]
그림 수신된 신호( 12) OOB
그림 는 수신되는 신호를 보여 준다 그림에서 볼 수 있듯이 정상적인 데이터12 OOB .
신호가 수신되는 것을 확인 할 수 있다. [7, 8]
수신되는 신호가 정상적인 것을 확인 후에는 구현된 셋탑박스 테스트를 위해서NIM
디지털 방송 신호 발생기를 사용하여 테스트를 하였다.
그림 셋탑박스 테스트 하는 화면( 13) NIM
그림 은 디지털 방송 신호 발생기를 이용하여 셋탑박스 을 테스트 하여 신호를13 NIM
재생하고 있는 시스템을 보여준다 그림에서도 확인할 수 있듯이 정상적으로 동작하는 것.
을 확인할 수 있었다.
통신의 기능은 를 사용하여 기능을 확인하CMTS(Cable Modem Termination System)
였다 이때 방송신호는 아날로그 방송신호와 디지털 방송신호 두 가지 모두를 이용하였고.
방식의 신호를 이용하였다NTSC .
결론결론결론결론4.4.4.4.
본 논문에서는 다가올 방송통신 융합 디지털 케이블 방송 시대에 필요가 예상되는․디지털 케이블 셋탑박스를 구현하고 성능을 확인하였다 디지털 케이블 셋탑박스에 디지.
털 튜너와 네트워크인터페이스모듈 을 이용하여 방송과 통신을 동시에 지원 가능하(NIM)
도록 시스템을 구성하였다 구현된 시스템에서 를 통한 방송과 를 통한 데이터 서. IB OOB
비스가 가능하도록 디바이스 드라이버 리눅스 기반에서 구성하였다.
방송과 통신을 동시에 지원하는 기능을 하기 위해서 사의 를 사용하LSI Logic CL2151
였고 제작된 하드웨어가 옵션보드로 동작시키기 위해서 인터페이스를 통한 연결이PCI
가능하게 했다.
디바이스 드라이버는 제작된 하드웨어가 와 를 통한 기능이 지원이 가능하도록IB OOB
구성을 하였다 이를 통해서 방송과 통신의 기능을 지원한다 디바이스 드라이버는 리눅. .
스 상에서 동작하게 만들었으며 기존의 셋탑박스에서도 상호 호환성 있는 동작이 가능하
게 구성을 하였다.
제작된 의 장점은 다른 케이블 셋탑박스와 달리 방송과 통신을 동시에OpenCable NIM
지원할 수 있고 인터페이스를 통해서 확장과 이식성이 높다, PCI .
구현된 시스템은 다가올 디지털 케이블 방송 시대에서 방송통신을 융합한 다양한․응용 서비스들을 지원할 수 있게 될 것이다 또 이러한 기능을 바탕으로 다양한 부가 서.
비스 창출이 예상되기 때문에 케이블 관련 서비스 활성화 및 시장 조성에 기여 하게 될
것이다.
참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌
[1] "CFR-OCS-DBC-INT-03-000818, OpenCable set-top Terminal Core Functional
Requirements for Bi-directional Cable", OpenCable, August. 2000.
[2] "MultiLynx CL2151 HFC Interactive Cable Transceiver preliminary Data sheet",
LSI Logic, September. 2001.
[3] "DVS 321 POD/Host IP Flow Initialization and Management"
[4] "IS-POD-131-INT03-000714, OpenCable Host-Pod Interface Specification",
OpenCable, July. 2000.
[5] "IS-POD-CP-INT03-000714, OpenCable POD Copy Protection System", OpenCable,
July. 2000.
[6] "DVS 216r4, POD Extended Channel Specification"
[7] "DVS 167r2, Digital Broadband Delivery System: Out of Band Transport"
[8] "DVS 178r3, Digital Broadband Delivery System : Out of Band Transport"
[9] "DVS 194r2, Home Digital Network Interface Standard with Copy Protection"
[10] "DVS 258r3, Digital Video System Characteristics Standard for Cable Television"
[11] "DVS 313r3, Digital Cable Network Interface Standard"
[12] "ISO/IEC 13818-1 International Standard MPEG-2 Systems", November. 1994
