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用NOR闪存推进机顶盒平台发展

机顶盒(STB)是数字电视(DTV)生态系统中不可或缺的组成部分,可以确保优质内容和服务得以通过各种广播媒介(卫星、有线、地面、IP)走进千家万户。消费者对于富媒体家庭娱乐的巨大需求,亟需具有更高级功能与服务的机顶盒,因此确保机顶盒具有更快速的性能、更出众的可扩展性和安全性成为这些系统的当务之急。本文概述了该系统中机顶盒架构的发展趋势,关键的安全机制,以及NOR闪存扮演的角色,并随后讨论了Spansion公司MirrorBit Eclipse GL-S NOR系列在机顶盒发展过程中扮演的重要角色。

机顶盒平台的发展

在数字电视系统中,机顶盒接收、滤波并处理电视观众可能接收到的所有内容和服务。多年来,机顶盒从简单的标清“遥控器”设备(仅可提供简单的电子节目指南(EPG)信息,并允许用户访问受限制的服务和内容)逐渐发展起来。新一代的机顶盒支持高清频道,具有多调谐器功能(允许同时观看并录制),以及广播电视+IPTV,按次付费,视频点播服务和互联网交互等功能。机顶盒也越来越多地承担了家庭网关或者家庭服务器设备的功能,不仅可以存储海量内容,还可以将内容发送到家中不同房间的电视、个人电脑和便携设备。

为满足这些要求,机顶盒需要更加合理的架构来获取非凡的性能和可扩展性,以提高用户体验并增强安全性,从而确保消费者和付费电视运营商,都能够完全信任机顶盒系统可以作为安全交易和内容保护的平台。

机顶盒的安全性

安全性对于高级数字电视系统尤为重要。随着新功能的不断涌现,关于保护付费电视运营商收入来源及消费者隐私的担心也随之而生。某个付费电视剽窃者可能会非法侵入未受保护的机顶盒,以实现以下一个或多个目标:与一组未授权的观众共享内容和内容密钥(转播加密内容);修改机顶盒,以便兼容某些竞争性服务;安装恶意软件,以方便盗版或者其他欺诈性活动;拒绝服务攻击;以及设计旨在破坏机顶盒的病毒或蠕虫。

衡量机顶盒安全性的关键指标由相关的条件接收系统(CAS)定义。相关内容从运营商传送至机顶盒时,CAS将确保消费者只能播放他们获得授权的内容。全部的用户授权过程由机顶盒中条件接收内核(CAK)和条件接收模块(通常位于智能卡内部)负责处理。

现代机顶盒的另一项安全措施则是DRM(数字版权管理)功能。DRM对内容保护非常重要,它存储在机顶盒内部或者通过WiFi等家庭网络与其他设备和用户实现共享。DRM技术一般由中间件软件处理,因此,它同样需要针对黑客的防护。

图1展示了一个简化的机顶盒系统,它包括:一枚MPEG芯片组,广播频道,智能卡和包含常规内容的NOR闪存。
 


图1:端到端CA系统基本原理

机顶盒通过调谐至众多输入媒介中的一个,来接收正确的广播电视信号。信号被解调成加扰MPEG流,包含音频、视频和其他与所选电视节目相关的信息,即EMM(授权管理信息)和ECM(授权控制信息),它们也均被加密。EMM携带一系列机顶盒授权观看的付费电视服务,而ECM则携带控制字,用于解扰广播内容。智能卡对EMM和ECM信息进行解密,并将解密密钥发布给MPEG芯片组,以便将广播信息解扰成视频和音频信号,传送给数字电视(图2)。简而言之,EMM用于授权指定的机顶盒,ECM则用于授权通过该机顶盒可以观看的指定广播内容。CAK通过CA调制,管理整个ECM和EMM的授权过程。

图2:智能卡保护广播内容

机顶盒中的NOR闪存

虽然机顶盒中许多系统元器件都有助于提高性能、可扩展性和安全性,但NOR闪存在解决这些问题方面却扮演着特殊关键角色。

如图1所示,NOR闪存器件包含:启动代码,CA内核,操作系统内核,设备驱动程序,中间件和EPG。启动代码和操作系统代码需要器件具有出色的随机读取性能和数据保持性能,这令NOR闪存成为了理想的非易失性存储器解决方案。在系统启动时,NOR闪存将CA内核加载到MPEG芯片,并将操作系统、应用程序和EPG映射到系统内存,用于系统运行。NOR闪存内容可完整保存,因此,在系统停止运行或出现电力故障事件时,系统可以重新启动。

改善系统启动和系统内软件升级,是机顶盒的重要功能,因为这将直接影响到观看体验。在上述两种情况中,消费者都希望获得近乎“瞬间启动”的体验,以便能够快速收看到自己想看的节目。机顶盒从电力故障中恢复的情况同样如此,EPG信息可快速从闪存加载,而无需花费大量时间从网络上获取。NOR闪存器件杰出的访问速度,有助于提高这些系统的性能指标。

高密度NOR闪存已被高级机顶盒指定用于支持网关和家庭服务器功能。付费电视运营商必须定期升级驻留在闪存上的软件代码,这是因为机顶盒不同于其他消费电子系统,在提供给消费者之后,运营商仍需主动对它进行管理。因此,许多机顶盒设计都为NOR闪存指定了较现有软件所需空间更高的存储密度,以便为系统将来增加软件或软件升级预留空间。

因为CAK、OS和中间件代码是关键的安全隐患,所以NOR闪存器件必须具有安全功能,例如:可永久锁定区域,可以永久防止黑客和盗版者在该区域写入或擦除内容。对于启动加载程序和CAK来说,这一点尤为重要,因为这两者直接影响到EMM/ECM的授权过程。NOR闪存同样需要支持一次性可编程(OTP)区域,以便将加密密钥和唯一ID等极其敏感数据保存起来。

用于高级机顶盒设计的Spansion GL-S

Spasion公司65nm MirrorBit Eclipse GL系列产品提供了一系列功能,完全可以满足机顶盒对于性能、可扩展性和总体拥有成本等方面的需求。GL-S系列是Spansion多年来在机顶盒市场享誉盛名的GL系列NOR闪存的最新一代产品。

GL-S系列拥有业内领先的性能。它具有高达98.5MB/s的读吞吐量,与上一代器件相比,页面读取速度提升了70%。这为观众在机顶盒系统启动或是从节电模式唤醒时,获得“瞬间启动”体验起到了重要作用。GL-S产品还提供了比上一代产品快出11倍以上高达1.5MB/s的编程速度,这使闪存器件的软件更新能在尽可能不影响观众体验的情况下快速完成。

GL-S系列提供的密度范围为128Mb~1Gb。由于机顶盒系统使用寿命通常超过五年,采用1Gb器件的机顶盒系统,可以利用闪存中的“额外”空间,增加各种可以通过系统内闪存更新,编程到闪存中的附加功能,例如:扩展EPG。因此,随着付费电视运营商提供越来越多的功能,我们推荐使用高密度的NOR闪存,以便机顶盒升级。

GL-S系列具有广泛的安全功能,可以满足任何条件接收技术的要求。其安全版本提供一个1024字节的OTP区域,并可永久锁定器件中的每个或者任何一个区域,从而阻止对序列号、私有密钥、启动加载程序和CA内核等关键参数的任何修改。该产品还具有Spansion高级分区保护机制,以保护闪存阵列的全部内容。因此,操作系统、中间件和EPG也可获得永久或者暂时保护。

除了上述特性,与Spansion上一代在机顶盒生态系统中成功推广的GL系列产品相同,Spansion GL-S产品还通过一流品质、可靠性和寿命的产品支持,为机顶盒供应链提供最优的总体拥有成本。

本文小结

消费者对多媒体内容和交互性的需求,亟需具备出色特性、可扩展性和安全性的高级机顶盒设计。NOR闪存是机顶盒架构中的重要器件之一,并且Spansion GL-S产品提供的最佳性能、存储密度和安全功能,完全能够满足机顶盒设计当前和未来的需求。

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