HDM I-CEC簡介及其應(yīng)用

謝特輝

（廈華電子研發(fā)中心，福建 廈門 361006）

1 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展和市場的需求，消費電子設(shè)備越來越豐富，諸如DVD、數(shù)字平板電視、機(jī)頂盒、可錄制設(shè)備、數(shù)字功放和音響等各類視聽設(shè)備讓生活多姿多彩，但隨之而來的是，遙控器也越來越多。CEC（Consumer ElectronicsControl），即消費電子控制，是為所有通過HDMI線連接的家庭視聽設(shè)備提供高級控制功能的一種協(xié)議，用戶通過一個遙控器即可對這些連接的設(shè)備進(jìn)行控制。CEC總線的基本技術(shù)起源于歐洲的SCART接口。HDMI在SCART技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展為HDMI-CEC總線[1]，允許在系統(tǒng)內(nèi)的視聽產(chǎn)品之間進(jìn)行查詢和通信。CEC使得建立于現(xiàn)有的點對點E-DDC的“插入并播放（Plug&Play）”自動操作的全局控制成為可能，從而減少系統(tǒng)的遙控器數(shù)量，簡化基本操作所需的按鍵次數(shù)。

2 CEC簡介

CEC假定一個系統(tǒng)內(nèi)的所有音視頻信號源產(chǎn)品都直接或間接地連接到一個“根”顯示設(shè)備，通過HDMI線連接成一個自上而下的樹，顯示設(shè)備作為“根”，信號開關(guān)設(shè)備作為“枝”，不同的信號源產(chǎn)品作為“葉”節(jié)點，如圖1所示。

2.1 電氣特性

空閑時，CEC設(shè)備內(nèi)的上拉電阻將CEC總線的電壓提升到2.50～3.63 V，在發(fā)送位信號時將總線拉低為0～0.6 V。信號上升和下降的最大時間分別為250ms和50ms。為了防止設(shè)備干擾CEC總線，待機(jī)狀態(tài)下的最大漏電流限制為1.8μA。CEC總線可連接10個100 pF的設(shè)備和9個700 pF的信號線，所以最大的總線電容為7 200 pF。正常工作狀態(tài)下CEC總線的電氣特性如表1所示。

表1 正常工作狀態(tài)下CEC總線的電氣特性

2.2 設(shè)備物理地址

為了使CEC能夠?qū)ぶ芳翱刂茡碛刑囟ㄎ锢淼刂返脑O(shè)備，所有系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備必須擁有物理地址。通過DDC/EDID為CEC網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備（包括不兼容CEC協(xié)議的設(shè)備）分配物理地址，物理地址的分配方法如下：

1）在整個網(wǎng)絡(luò)中，必然存在著一個只有子設(shè)備沒有父設(shè)備的終端，該設(shè)備為root（通常為TV），也就是CEC網(wǎng)絡(luò)的根節(jié)點，此根節(jié)點可以將自己的物理地址設(shè)置成0.0.0.0。

2）根節(jié)點監(jiān)測到目前的HDMI輸入設(shè)備數(shù)量，在EDID中為其分配地址。

3）與根節(jié)點直接連接的設(shè)備可以讀取對應(yīng)父設(shè)備的EDID部分，從而獲知自己的物理地址，并且由此設(shè)置本設(shè)備的EDID部分。

4）CEC網(wǎng)絡(luò)中的其余子設(shè)備在連接時讀取其父設(shè)備的EDID，并將其父設(shè)備的物理地址中的第一個數(shù)字0的位置替換成一個非0數(shù)字，便成為該子設(shè)備的物理地址。例如，父設(shè)備地址為1.2.0.0，其子設(shè)備的物理地址范圍為 1.2.1.0～1.2.F.0。

當(dāng)一個CEC設(shè)備獲得一個新的物理地址時，需要配置邏輯地址并通過命令廣播其邏輯地址和物理地址的關(guān)聯(lián)性，使得CEC網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任一節(jié)點可以建立一個物理連接到邏輯地址的映射。

2.3 設(shè)備邏輯地址

每個連接到CEC控制總線上的設(shè)備都有一個唯一的邏輯地址，定義該設(shè)備的類型，同時，也是該設(shè)備的唯一標(biāo)識符。邏輯地址的定義如表2所示。

表2 CEC設(shè)備的邏輯地址

CEC設(shè)備的邏輯地址也是動態(tài)分配的，分配方式為：

1）根節(jié)點（通常為TV）直接設(shè)邏輯地址為0。

2）當(dāng)設(shè)備A插入后，該設(shè)備的類型是已知的，因此可以為該設(shè)備A預(yù)設(shè)一個邏輯地址（如DVD，其預(yù)設(shè)地址為 DVD1，即為 4），并通過廣播此地址。

3）當(dāng)該邏輯地址已經(jīng)被占用時，對應(yīng)的占用設(shè)備會應(yīng)答確認(rèn)信息。設(shè)備A收到確認(rèn)后，重設(shè)其他邏輯地址（如 DVD1->DVD2），并通過廣播。

4）當(dāng)檢測到?jīng)]有確認(rèn)時，此邏輯地址可用，因此設(shè)備A占用此邏輯地址。

5）占用后，發(fā)送廣播，其中包含了其物理地址和邏輯地址，聲明對地址的占用。若詢問一圈后，邏輯地址均被占用，則設(shè)備A的邏輯地址為15。

2.4 通信協(xié)議

通信總是在一個發(fā)起者和一個（或多個）接收者之間進(jìn)行。發(fā)起者聲明的位提供數(shù)據(jù)，而接收者聲明的位提供應(yīng)答。位通信的速率很慢，位速率小于500位/s。消息以一個長的起始位開始并緊跟一些較短的數(shù)據(jù)位。起始位的時長為4.5ms，且低電平的寬度為3.7 ms，如圖2所示。

數(shù)據(jù)位的時長為2.4 ms，邏輯“0”的低電平寬度為1.5ms，而邏輯“1”的低電平寬度為0.6 ms，如圖3所示。

每10位∶8位數(shù)據(jù)、EOM（消息結(jié)束位）和ACK（應(yīng)答位）組成一個引導(dǎo)或數(shù)據(jù)塊。EOM位用來標(biāo)識消息的最后一個塊：“0”表示后續(xù)還有數(shù)據(jù)塊，“1”則表示消息結(jié)束。ACK位是接收者用來對消息發(fā)起者進(jìn)行應(yīng)答的，消息發(fā)起者總是將此位設(shè)置為“1”。對于點對點消息，與消息中的目標(biāo)地址相同的設(shè)備將ACK位修改為“0”，其他設(shè)備則不動作；對于廣播消息，拒絕接收該消息的設(shè)備將ACK位修改為“0”，其他設(shè)備則不動作。

引導(dǎo)塊包含發(fā)起者的4位邏輯地址和接收者的4位邏輯地址；數(shù)據(jù)塊的8個信息位包含操作碼和操作數(shù)等數(shù)據(jù)，兩者的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

HDMI-CEC消息是通過幀來發(fā)送的，幀結(jié)構(gòu)如圖5所示。

下面以一鍵播放功能為例，簡要說明消息的流程，如圖6所示。

假設(shè)TV的HDMI1接口 （EDID中設(shè)定的物理地址為1.0.0.0）連接一臺支持CEC功能的DVD（其邏輯地址為0x04），當(dāng)用戶按下DVD的Play鍵時，DVD通過CEC總線發(fā)送給TV，并廣播消息。當(dāng)TV接收到消息時，如果TV此時處于待機(jī)狀態(tài)，則TV將開機(jī)并進(jìn)入顯示圖像的工作狀態(tài)，如果TV已在工作狀態(tài)，則在收到消息后，將當(dāng)前通道切換到DVD連接的HDMI1通道。用QuantumData 882EA儀器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)如圖7所示。

3 CEC應(yīng)用實例

在廈華新發(fā)布的一款LED超薄機(jī)型上實現(xiàn)了一鍵播放、系統(tǒng)待機(jī)、系統(tǒng)信息、設(shè)備OSD名稱傳輸、遙控命令傳輸及路由控制等CEC功能特性。該機(jī)型是采用Broadcom公司的數(shù)字電視信號處理芯片BCM35143為核心平臺的ATSC/NTSC數(shù)模一體機(jī)，具有3個支持1 080p全高清信號的HDMI接口。BCM35143集成有支持HDMI1.3a標(biāo)準(zhǔn)的HDMI接收解碼器，支持HDMI-CEC協(xié)議。

3.1 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)框圖如圖8所示。在這個系統(tǒng)中，TV是CEC系統(tǒng)的根節(jié)點，物理地址為0.0.0.0，邏輯地址為0。3路HDMI信號通過一個HDMI切換開關(guān)選擇一路輸入到BCM35143，因此，HDMI切換開關(guān)的物理地址分配為1.0.0.0，而3個HDMI接口按照端口定義，通過EDID將其物理地址分別設(shè)置為1.1.0.0，1.2.0.0和1.3.0.0，邏輯地址在HDMI-CEC設(shè)備連接到相應(yīng)的接口時進(jìn)行動態(tài)分配。

3.2 用戶菜單設(shè)計

在用戶選單下，提供給用戶對HDMI-CEC功能進(jìn)行選擇、控制的選項如下：

1）XLink Control項，HDMI-CEC功能控制開關(guān)。設(shè)置為ON時，支持提供的各種CEC功能；設(shè)置為OFF時，不支持CEC功能。

2） Device Auto Power Off，HDMI-CEC 系統(tǒng)待機(jī)功能控制開關(guān)。設(shè)置為ON時，如果電視進(jìn)入待機(jī)，連接的HDMI-CEC設(shè)備也進(jìn)入待機(jī)；為OFF時，則不影響外接設(shè)備。

3）TV Auto Power On，HDMI-CEC一鍵播放功能控制開關(guān)。設(shè)置為ON時，如果連接的HDMI-CEC設(shè)備開機(jī)或進(jìn)入播放狀態(tài)，如TV處于待機(jī)狀態(tài)，則自動開啟TV并切換到該設(shè)備連接的信號通道；為OFF時，則不支持這種開機(jī)方式。

4）XLink Device Lists，外接HDMI-CEC設(shè)備清單，供用戶查詢當(dāng)前連接的HDMI-CEC設(shè)備。

3.3 編程實現(xiàn)

為了便于消息的管理，CEC消息采用隊列來存儲。TV將所有要發(fā)送的消息通過進(jìn)隊操作存儲到消息發(fā)送隊列，而所有接收到的消息存儲到消息接收隊列。系統(tǒng)定時訪問消息隊列，按照先進(jìn)先出的原則獲取消息，進(jìn)行發(fā)送和接收處理。

CEC消息的結(jié)構(gòu)體定義如下：

CEC消息的操作碼和操作數(shù)（參數(shù)）的詳細(xì)信息參考HDMI-CEC規(guī)范。

消息隊列的結(jié)構(gòu)體定義如下：

CEC消息的發(fā)送流程如圖9所示。

在本機(jī)型的設(shè)計中，主要有以下情況需要發(fā)送相應(yīng)CEC消息：

1）通道切換。當(dāng)從HDMI通道切換到非HDMI通道時，需要發(fā)送消息；當(dāng)從非HDMI通道切換到HDMI通道或在HDMI通道間切換時，需要發(fā)送消息；

2）OSD語言切換。當(dāng)在用戶選單下改變選單語言時，需要廣播消息，以通知連接的設(shè)備修改選單語言；

3）系統(tǒng)待機(jī)。當(dāng)TV進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)時，需要廣播消息；

4）檢測到新接入設(shè)備時，需要發(fā)送消息，以查詢該設(shè)備的名稱，并用到相應(yīng)的OSD選單顯示中；

5）用戶操作指定的遙控傳遞按鍵時，需要發(fā)送和消息，將遙控按鍵傳遞給相應(yīng)的設(shè)備；

6）在接收到不支持的消息，或無法立即處理該消息（如頻道自動搜索過程中），或數(shù)據(jù)幀傳輸過程中高級協(xié)議層數(shù)據(jù)出錯時，需要發(fā)送消息。

而對于接收到的消息的處理，通過在主循環(huán)中調(diào)用消息處理函數(shù)來完成，該函數(shù)從CEC消息接收隊列中獲取消息的引導(dǎo)數(shù)據(jù)、操作碼、操作數(shù)等信息，然后按照規(guī)范所定義的消息功能，根據(jù)操作碼進(jìn)行相應(yīng)的功能控制。函數(shù)代碼示例如下：

消息的接收處理流程如圖10所示。

3.4 注意事項

1）在TV進(jìn)入Standby時，不要操作HDMI接口的Hot-plug腳，否則，在Device Auto Power Off項設(shè)置為Off（即TV關(guān)機(jī)時不廣播消息）時，TV進(jìn)入Standby后，會引起某些DVD，如三星藍(lán)光DVD BDP4600，重新發(fā)送消息而導(dǎo)致TV自動開機(jī)，出現(xiàn)TV不能進(jìn)入Standby的問題。

2）CEC消息通信時序?qū)EC通信是否成功影響很大。TV與HDMI設(shè)備CEC通信過程中，時序若出現(xiàn)錯誤（如爭搶的情況），將導(dǎo)致通信失敗，甚至?xí)筎V與HDMI設(shè)備雙方陷入死鎖的狀態(tài)。以三星藍(lán)光DVD 4600為例，TV在切換到其他通道后，若立即發(fā)送Request Active Source消息，該DVD有時會無法向CEC網(wǎng)絡(luò)成功發(fā)送Active Source等消息，最終將出現(xiàn)該DVD在TV切換到其他通道后時而不暫停的問題。

3）在TV的 HDMI-CEC認(rèn)證中，One Touch Play，Routing Control，Power Status，F(xiàn)eature Abort等功能特性是強(qiáng)制要求的。

4 小結(jié)

隨著CEC兼容性標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和CEC開發(fā)、測試設(shè)備的上市，消費電子產(chǎn)品供應(yīng)商開始在其具有HDMI接口的產(chǎn)品中添加CEC功能，一些知名電子公司更是對其進(jìn)行了包裝，如表3所示。

表3 一些公司的CEC功能

隨著消費者對CEC功能的逐漸熟悉，以及CEC總線本身的特性，CEC功能將成為具有HDMI接口的消費電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)功能配置。

[1]HDMI Licensing,LLC.HDMI Specification 1.3a[EB/OL].[2006-11-10].http：//bbs.dvbcn.com/showtopic-43236.html.