HDM I-CEC簡介及其應用

謝特輝

（廈華電子研發中心，福建 廈門 361006）

1 引言

隨著技術的發展和市場的需求，消費電子設備越來越豐富，諸如DVD、數字平板電視、機頂盒、可錄制設備、數字功放和音響等各類視聽設備讓生活多姿多彩，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備提供高級控制功能的一種協議，用戶通過一個遙控器即可對這些連接的設備進行控制。CEC總線的基本技術起源于歐洲的SCART接口。HDMI在SCART技術基礎上發展為HDMI-CEC總線[1]，允許在系統內的視聽產品之間進行查詢和通信。CEC使得建立于現有的點對點E-DDC的“插入并播放（Plug&Play）”自動操作的全局控制成為可能，從而減少系統的遙控器數量，簡化基本操作所需的按鍵次數。

2 CEC簡介

CEC假定一個系統內的所有音視頻信號源產品都直接或間接地連接到一個“根”顯示設備，通過HDMI線連接成一個自上而下的樹，顯示設備作為“根”，信號開關設備作為“枝”，不同的信號源產品作為“葉”節點，如圖1所示。

2.1 電氣特性

空閑時，CEC設備內的上拉電阻將CEC總線的電壓提升到2.50～3.63 V，在發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。為了防止設備干擾CEC總線，待機狀態下的最大漏電流限制為1.8μA。CEC總線可連接10個100 pF的設備和9個700 pF的信號線，所以最大的總線電容為7 200 pF。正常工作狀態下CEC總線的電氣特性如表1所示。

表1 正常工作狀態下CEC總線的電氣特性

2.2 設備物理地址

為了使CEC能夠尋址及控制擁有特定物理地址的設備，所有系統內的設備必須擁有物理地址。通過DDC/EDID為CEC網絡中的所有設備（包括不兼容CEC協議的設備）分配物理地址，物理地址的分配方法如下：

1）在整個網絡中，必然存在著一個只有子設備沒有父設備的終端，該設備為root（通常為TV），也就是CEC網絡的根節點，此根節點可以將自己的物理地址設置成0.0.0.0。

2）根節點監測到目前的HDMI輸入設備數量，在EDID中為其分配地址。

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

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

當一個CEC設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聯性，使得CEC網絡內的任一節點可以建立一個物理連接到邏輯地址的映射。

2.3 設備邏輯地址

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

表2 CEC設備的邏輯地址

CEC設備的邏輯地址也是動態分配的，分配方式為：

1）根節點（通常為TV）直接設邏輯地址為0。

2）當設備A插入后，該設備的類型是已知的，因此可以為該設備A預設一個邏輯地址（如DVD，其預設地址為 DVD1，即為 4），并通過廣播此地址。

3）當該邏輯地址已經被占用時，對應的占用設備會應答確認信息。設備A收到確認后，重設其他邏輯地址（如 DVD1->DVD2），并通過廣播。

4）當檢測到沒有確認時，此邏輯地址可用，因此設備A占用此邏輯地址。

5）占用后，發送廣播，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，則設備A的邏輯地址為15。

2.4 通信協議

通信總是在一個發起者和一個（或多個）接收者之間進行。發起者聲明的位提供數據，而接收者聲明的位提供應答。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據位。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。

數據位的時長為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位數據、EOM（消息結束位）和ACK（應答位）組成一個引導或數據塊。EOM位用來標識消息的最后一個塊：“0”表示后續還有數據塊，“1”則表示消息結束。ACK位是接收者用來對消息發起者進行應答的，消息發起者總是將此位設置為“1”。對于點對點消息，與消息中的目標地址相同的設備將ACK位修改為“0”，其他設備則不動作；對于廣播消息，拒絕接收該消息的設備將ACK位修改為“0”，其他設備則不動作。

引導塊包含發起者的4位邏輯地址和接收者的4位邏輯地址；數據塊的8個信息位包含操作碼和操作數等數據，兩者的數據結構如圖4所示。

HDMI-CEC消息是通過幀來發送的，幀結構如圖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TV的HDMI1接口 （EDID中設定的物理地址為1.0.0.0）連接一臺支持CEC功能的DVD（其邏輯地址為0x04），當用戶按下DVD的Play鍵時，DVD通過CEC總線發送給TV，并廣播消息。當TV接收到消息時，如果TV此時處于待機狀態，則TV將開機并進入顯示圖像的工作狀態，如果TV已在工作狀態，則在收到消息后，將當前通道切換到DVD連接的HDMI1通道。用QuantumData 882EA儀器監測到的數據如圖7所示。

3 CEC應用實例

在廈華新發布的一款LED超薄機型上實現了一鍵播放、系統待機、系統信息、設備OSD名稱傳輸、遙控命令傳輸及路由控制等CEC功能特性。該機型是采用Broadcom公司的數字電視信號處理芯片BCM35143為核心平臺的ATSC/NTSC數模一體機，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標準的HDMI接收解碼器，支持HDMI-CEC協議。

3.1 系統設計

系統框圖如圖8所示。在這個系統中，TV是CEC系統的根節點，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切換開關選擇一路輸入到BCM35143，因此，HDMI切換開關的物理地址分配為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置為1.1.0.0，1.2.0.0和1.3.0.0，邏輯地址在HDMI-CEC設備連接到相應的接口時進行動態分配。

3.2 用戶菜單設計

在用戶選單下，提供給用戶對HDMI-CEC功能進行選擇、控制的選項如下：

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

2） Device Auto Power Off，HDMI-CEC 系統待機功能控制開關。設置為ON時，如果電視進入待機，連接的HDMI-CEC設備也進入待機；為OFF時，則不影響外接設備。

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

4）XLink Device Lists，外接HDMI-CEC設備清單，供用戶查詢當前連接的HDMI-CEC設備。

3.3 編程實現

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

CEC消息的結構體定義如下：

CEC消息的操作碼和操作數（參數）的詳細信息參考HDMI-CEC規范。

消息隊列的結構體定義如下：

CEC消息的發送流程如圖9所示。

在本機型的設計中，主要有以下情況需要發送相應CEC消息：

1）通道切換。當從HDMI通道切換到非HDMI通道時，需要發送消息；當從非HDMI通道切換到HDMI通道或在HDMI通道間切換時，需要發送消息；

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

3）系統待機。當TV進入待機狀態時，需要廣播消息；

4）檢測到新接入設備時，需要發送消息，以查詢該設備的名稱，并用到相應的OSD選單顯示中；

5）用戶操作指定的遙控傳遞按鍵時，需要發送和消息，將遙控按鍵傳遞給相應的設備；

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），或數據幀傳輸過程中高級協議層數據出錯時，需要發送消息。

而對于接收到的消息的處理，通過在主循環中調用消息處理函數來完成，該函數從CEC消息接收隊列中獲取消息的引導數據、操作碼、操作數等信息，然后按照規范所定義的消息功能，根據操作碼進行相應的功能控制。函數代碼示例如下：

消息的接收處理流程如圖10所示。

3.4 注意事項

1）在TV進入Standby時，不要操作HDMI接口的Hot-plug腳，否則，在Device Auto Power Off項設置為Off（即TV關機時不廣播消息）時，TV進入Standby后，會引起某些DVD，如三星藍光DVD BDP4600，重新發送消息而導致TV自動開機，出現TV不能進入Standby的問題。

2）CEC消息通信時序對CEC通信是否成功影響很大。TV與HDMI設備CEC通信過程中，時序若出現錯誤（如爭搶的情況），將導致通信失敗，甚至會使TV與HDMI設備雙方陷入死鎖的狀態。以三星藍光DVD 4600為例，TV在切換到其他通道后，若立即發送Request Active Source消息，該DVD有時會無法向CEC網絡成功發送Active Source等消息，最終將出現該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認證中，One Touch Play，Routing Control，Power Status，Feature Abort等功能特性是強制要求的。

4 小結

隨著CEC兼容性標準的發布和CEC開發、測試設備的上市，消費電子產品供應商開始在其具有HDMI接口的產品中添加CEC功能，一些知名電子公司更是對其進行了包裝，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接口的消費電子產品的標準功能配置。

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