HDMI-CEC简介及其应用

HDMI-CEC简介及其应用谢特辉（厦华电子研发中心，福建厦门361006）【摘要】简要介绍了HDMI接口系统中一种新的自动控制总线，即CEC（消费电子控制）总线，并以厦华LED电视为例说明了CEC总线在电视机上的设计应用。【关键词】HDMI；CEC；LED电视【中图分类号】TN919.3【文献标识码】ABriefIntroduction&ApplicationofHDMI-CECXieTeHui(R&DDepartment,XiamenOverseasChineseElectronicCo.Ltd.,XiamenFujian,361006)[Abstract]IntroducethebusforanewlevelofautomaticcontrolinHDMI-interfacedsystemswhichknownastheconsumerelectronicscontrol(CEC)bus.Andprovideanapplicationexample.[KeyWords]HDMI,CEC,LED-TV一．引言随着技术的发展和市场的需求，人们家庭、娱乐环境中的消费电子设备越来越丰富，诸如DVD、数字平板电视、机顶盒、可录制设备、数字功放和音响等各类视听设备让生活多姿多彩，但随之而来的是，遥控器也越来越多，当你想欣赏一部期待已久的影片时，不得不用不同的遥控器打开电视并选择到播放通道、打开DVD按下播放键、打开功放和音响，你是否期待：只要把碟片放进DVD，按下播放键就可以愉快的欣赏精彩的节目呢？HDMI-CEC总线可以满足这个“小小的”要求。CEC（ConsumerElectronicsControl），即消费电子控制，为用户环境中所有通过HDMI线连接的家庭视听设备提供高级控制功能的一种协议，用户通过一个遥控器即可对这些连接的设备进行控制。CEC总线的基本技术起源于欧洲的SCART接口。HDMI在SCART技术基础上进行借用并发展为HDIM-CEC总线，允许在系统内的AV产品之间进行查询和通讯。CEC使得建立于现有的点对点E-DDC的“插入并播放（Plug&Play）”自动操作的全局控制成为可能，从而减少系统的遥控器数量和简化基本操作所需的按键次数。二．CEC简析CEC假定一个系统内的所有音视频信号源产品都直接或间接的连接到一个“根”显示设备，通过HDMI线连接成一个自上而下的树，显示设备作为“根”，信号开关设备作为“枝”，不同的信号源产品作为“叶”节点，如图1所示。图1HDMICEC系统示意图1.电气特性空闲时，CEC设备内的上拉电阻将CEC总线的电压提升在2.5V到3.63V，在发送位信号时将总线拉低为0V到0.6V。信号上升和下降的最大时间分别为250ms和50ms。为了防止设备干扰CEC总线，待机状态下的最大漏电流限制为1.8μA。CEC总线可报考10个100pF的设备和9个700pF的信号线，所以最大的总线电容为7200pF。正常工作状态下CEC总线的电气特性如表1所示。表1正常工作状态下CEC总线的电气特性描述值说明逻辑‘0’的最大输出电压+0.6V逻辑‘0’的最小输出电压0V在逻辑‘1’到‘0’的转换过程中，一个最大电压300mV、最大宽度为150us的负脉冲是允许的逻辑‘1’的最大输出电压+3.63V逻辑‘1’的最小输出电压2.5V逻辑‘0’输入电压高到低的门限Vcecin(‘0’)≥+0.8V逻辑‘１’输入电压低到高的门限Vcecin(‘1’)≤+2.0V输入迟滞典型值+0.4V输入迟滞一般是由微处理器输入电路来提供：在这种情况下，外部迟滞电路就不需要了（10%到90%）的最大上升时间250μs（90%到10%）的最大下降时间50μs内部上拉27kohms±5%或集成时采用26kohms±10%2.设备物理地址为了使CEC能够寻址及控制拥有特定物理地址的设备，所有系统内的设备必须拥有物理地址。软件通过DDC/EDID为CEC网络中的所有设备（包括不兼容CEC协议的设备）分配物理地址。物理地址的分配方法如下:a)在整个网络中，必然存在着一个只有子设备没有父设备的终端，该设备为root(通常为TV)，也就是CEC网络的根节点，此根节点可以将自己的物理地址设置成0.0.0.0。b)根节点监测到目前的HDMI输入设备数量，在EDID中为其分配地址。c)与根节点直接连接的设备可以读取对应父设备（即根设备）的EDID部分，从而获知自己的物理地址，并且由此设置本设备的EDID部分。d)CEC网络中的其余子设备在连接时读取其父设备的EDID，并将其父设备的物理地址中的第一个数字0的位置替换成一个非0数字，便为该子设备的物理地址。如：父设备地址为1.2.0.0，其子设备的物理地址范围为1.2.1.0-1.2.F.0。当一个CEC设备获得一个新的物理地址时，需要配置逻辑地址并通过ReportPhysicalAddress命令广播其逻辑地址和物理地址的关联性，使得CEC网络内的任一节点可以建立一个物理连接到逻辑地址的映射。3.设备逻辑地址每一个连接到CEC控制总线上的设备都拥有一个唯一的逻辑地址，定义该设备的类型，同时，也是该设备的唯一标识符。逻辑地址的定义如表2所示。表2CEC设备的逻辑地址地址设备地址设备0电视8回放设备21可录制设备1（如VCR）9可录制设备32可录制设备210高频头43高频头111回放设备34回放设备1（如DVD）12预留5音频系统13预留6高频头214未定义，任意设备7高频头315未注册（作为发起设备地址）；广播（作为目标设备地址）CEC设备的逻辑地址也是动态分配的，其分配方式如下：a)根节点(通常为TV)直接设逻辑地址：0。b)当设备A插入后，该设备的类型是已知的，因此可以为该设备A预设一个逻辑地址（如DVD，其预设地址为DVD1，既是4）并通过PollingMessage广播此地址。c)当该逻辑地址已经被占用时，对应的占用设备会应答确认信息。设备A收到确认后，重设其他逻辑地址（如：DVD1-DVD2），并广播PollingMessage。d)当检测到没有确认时，此逻辑地址可用，因此设备A占用此逻辑地址。e)占用后，发送广播ReportPhysicalAddress，其中包含了其物理地址和逻辑地址，声明对地址的占用。若询问一圈后，逻辑地址均被占用，则设备A的逻辑地址为15。4.通信协议通信总是在一个发起者和一个（或多个）接收者之间进行。发起者声明的位提供数据，而接收者声明的位提供应答。位通信的速率很慢：位速率小于500位/秒。消息以一个长的起始位开始并紧跟一些较短的数据位。起始位的时长为4.5ms且低电平的宽度为3.7ms，如图2所示。图2起始位时序数据位的时长为2.4ms，逻辑‘0’的低电平宽度为1.5ms，而逻辑‘1’的低电平宽度为0.6ms，如图3所示。图3数据位逻辑‘0’和‘1’时序每10位：8位数据、EOM（消息结束位）和ACK（应答位）组成一个引导或数据块。EOM位用来标识消息的最后一个块：‘0’表示后续还有数据块，‘1’则表示消息结束。ACK位是接收者用来对消息发起者进行应答的，消息发起者总是将此位设置为‘1’。对于点对点消息，与消息中的目标地址相同的设备将ACK位修改为‘0’，其它设备则不动作；对于广播消息，拒绝接收该消息的设备将ACK位修改为‘0’，其它设备则不动作。引导块包含发起者的4位逻辑地址和接收者的4位逻辑地址；数据块的8个信息位包含操作码或操作数等数据，两者的数据结构如图4所示。图4引导/数据块数据结构示意图HDMICEC消息是通过帧来发送的，帧结构如图5所示。图5CEC帧结构下面以一键播放功能为例简要说明消息的流程，如图6所示：图6一键播放消息流程示意图假设TV的HDMI1接口（EDID中设定的物理地址为1.0.0.0）连接一台支持CEC功能的DVD（其逻辑地址为0x04），当用户按下DVD的Play键时，DVD通过CEC总线发送ImageViewOn给TV并广播ActiveSource消息，当TV接收到ImageViewOn消息时，如TV此时处于待机状态，则TV将开机并进入显示图像的工作状态，如TV已在工作状态，则在收到ActiveSource消息后，将当前通道切换到DVD连接的HDMI1通道，用QuantumData882EA仪器监测到的数据如图7所示。图7QuantumData882EA监测到的一键播放消息三．CEC应用实例在厦华新发布的LED超薄机型上实现了一键播放、系统待机、系统信息、设备OSD名称传输、遥控命令传输及路由控制等CEC功能特性。该机型是采用美国Broadcom公司最新的数字电视信号处理芯片BCM35143为核心平台的ATSC/NTSC数模一体机，具有3个支持1080P全高清信号的HDMI接口。BCM35143集成有支持HDMI1.3a标准的HDMI接收解码器，支持HDMI-CEC协议。1.系统设计系统框图如图8所示。在这个系统中，TV是CEC系统的根节点，物理地址为0.0.0.0，逻辑地址为0；3路HDMI信号通过一个HDMI切换开关选择一路输入到BCM35143，因此，HDMI切换开关的物理地址分配为1.0.0.0，而3个HDMI接口按照端口定义，通过EDID将其物理地址分别设置为1.1.0.0、1.2.0.0和1.3.0.0，逻辑地址在HDMI-CEC设备连接到相应的接口时进行动态分配。图8系统框图2.用户菜单设计在电视的用户菜单下，提供了给用户对HDMI-CEC功能进行选择、控制的菜单如下：XLinkControl项：HDMI-CEC功能控制开关，设置为ON时，支持提供的各种CEC功能；设置为OFF时，则不支持CEC功能；DeviceAutoPowerOff：HDMI-CEC系统待机功能控制开关，为ON时，当电视进入待机时，连接的HDMI-CEC设备也进入待机；为OFF时，则不影响外接设备；TVAutoPowerOn：HDMI-CEC一键播放功能控制开关，为ON时，当连接的HDMI-CEC设备开机或进入播放状态时，如TV处于待机状态，则自动开启TV并切换到该设备连接的信号通道；为OFF时，则不支持这种开机方式；XLinkDeviceLists：外接HDMI-CEC设备清单，供用户查询当前连接的HDMI-CEC设备。3.编程实现为了便于消息的管理，CEC消息采用队列来存储。TV将所有要发送的消息通过进队操作存储到消息发送队列，而所有接收到的消息则存储到消息接收队列。系统定时访问消息队列，按照先进先出的原则获取消息，进行发送和接收处理。CEC消息的结构体定义如下：typedefstruct_CECMSG{UnsignedcharucHandle;UnsignedcharucHeader;//消息头CEC_MSGLISTenOpcode;//操作码UnsignedcharucOperand[14];//操作数（参数）UnsignedcharucLen;//长度}CECMSG;CEC消息的操作码和操作数（参数）的详细信息请参考HDMI-CEC规范。消息队列的结构体定义如下：typedefstruct_CECMSGQUEUE{CECMSGstCecMsgQ[CEC_MSG_QUEUE_SIZE];//CEC消息unsignedcharucCecMsgQIndexStart;//CEC消息队列头unsignedcharucCecMsgQIndexEnd;//CEC消息队列尾}CECMSGQUEUE;CEC消息的发送流程如图9。图9消息发送处理流程在本机型的设计中，主要有以下情况需要发送相应CEC消息：通道切换：当从HDMI通道切换到非HDMI通道时，需要发送ActiveSource消息；当从非HDMI通道切换到HDMI通道或在HDMI通道间切换时，需要发送RoutingChange消息；OSD语言切换：当在用户菜单下改变菜单语言时，需要广播SetMenuLanguage消息，以通