中國(guó)首部具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字接口內(nèi)容保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—《數(shù)字接口內(nèi)容保護(hù)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(簡(jiǎn)稱UCPS標(biāo)準(zhǔn))，已由國(guó)家工業(yè)和信息化部頒布并實(shí)施。UCPS標(biāo)準(zhǔn)是中國(guó)消費(fèi)電子行業(yè)第一個(gè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的內(nèi)容保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，也是第一個(gè)以企業(yè)為主導(dǎo)的自主技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本文介紹全球首款支持UCPS標(biāo)準(zhǔn)、符合HDMI1.3標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)送器SHC3201，并探討UCPS協(xié)議與HDMI的驗(yàn)證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
UCPS工作原理
識(shí)別管理單元(簡(jiǎn)稱為IMU)為一個(gè)獨(dú)立的軟件或者是硬件模塊，承擔(dān)內(nèi)部認(rèn)證、IMU間雙向認(rèn)證、信息收集以及系統(tǒng)完整性維護(hù)的功能。IMU與HDMI硬件接口通過(guò)I2C通道連接。發(fā)送端IMU與接收端IMU通過(guò)HDMI接口的DDC通道進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。IMU模塊由UCPS組織統(tǒng)一開發(fā)后提供給接口芯片廠商。
圖1所示，系統(tǒng)上電后，IMU首先與設(shè)備接口進(jìn)行認(rèn)證，之后是設(shè)備接口間的認(rèn)證，最后是IMU的之間的認(rèn)證。以上三種認(rèn)證通過(guò)后，發(fā)送端開始對(duì)被保護(hù)的內(nèi)容進(jìn)行加密并發(fā)送，而接收端則開始接收并解密還原被保護(hù)內(nèi)容。
圖1：UCPS內(nèi)容流向示意圖。
圖2是UCPS在HDMI系統(tǒng)中的具體通信示意圖。IMU與設(shè)備間的通信認(rèn)證是通過(guò)I2C接口，設(shè)備間的通信認(rèn)證是通過(guò)HDMI接口上DDC總線完成，兩個(gè)IMU的通信認(rèn)證則需要通過(guò)I2C和DDC兩個(gè)接口完成。
圖2：UCPS HDMI通信架構(gòu)示意圖。
UCPS協(xié)議主要包括以下內(nèi)容：
1) 設(shè)備認(rèn)證：包括IMU與設(shè)備接口間的認(rèn)證，設(shè)備接口間的認(rèn)證和IMU之間的認(rèn)證。
2) 協(xié)議消息交互機(jī)制：整個(gè)設(shè)備的認(rèn)證，通過(guò)一套完整的消息機(jī)制完成。
3) 密鑰機(jī)制和安全傳輸：包括密鑰激活和對(duì)受保護(hù)內(nèi)容加密傳輸。
4) 系統(tǒng)信息收集和完整性維護(hù)：包括公鑰吊銷，IMU有效性驗(yàn)證與更新。
2SHC3201芯片功能介紹：
SHC3201是全球首款支持UCPS標(biāo)準(zhǔn)、符合HDMI1.3標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)送器。SHC3201HDMI發(fā)送器主要功能特征包括
1) 支持UCPS1.0和HDCP1.2;
2) 225MHzHDMIv1.3支持36bits深色(DeepColor)應(yīng)用;
3) 在80MHz時(shí)功耗僅100mW左右，非常適用便攜式多媒體終端;
4) 待機(jī)功耗極低(小于30μA);
5) 顯示數(shù)據(jù)通道(DDC)支持;
6) 支持S/PDIF和8通道I2S音頻記錄格式并且以192kHz速率發(fā)送立體聲或7.1通道環(huán)繞聲。
UCPS驗(yàn)證具體實(shí)現(xiàn)方法
圖3所示，發(fā)送端系統(tǒng)工作方法：DVD的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)HDMI線到達(dá)HDMI接收器(無(wú)UCPS功能的HDMI接收器)，之后經(jīng)數(shù)據(jù)線到達(dá)SHC3201。SHC3201在通過(guò)UCPS驗(yàn)證后，將加密視頻數(shù)據(jù)，并將加密后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)HDMI線發(fā)送出去。
圖3：UCSP驗(yàn)證系統(tǒng)。
接收端系統(tǒng)工作方法：由于現(xiàn)還沒(méi)有UCPS的接收器，所以采用一種組合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)UCPS接收功能。首先由一個(gè)HDMI接收器(無(wú)UCPS功能的HDMI接收器)接收SHC3201發(fā)送過(guò)來(lái)的加密視頻數(shù)據(jù)，再將視頻數(shù)據(jù)送入FPGA中，F(xiàn)PGA板只做UCPS解密操作，F(xiàn)PGA解密后將視頻數(shù)據(jù)送入SHC3201(此處shc3201只是一個(gè)HDMI發(fā)送器，無(wú)UCPS功能)。SHC3201再將數(shù)據(jù)通過(guò)HDMI線送到DTV。整個(gè)系統(tǒng)工作結(jié)束。
如圖3所示，在進(jìn)行設(shè)備認(rèn)證的過(guò)程中，在發(fā)送端，所有的UCPS認(rèn)證工作，加密的啟動(dòng)，都是由SHC3201內(nèi)部的MCU發(fā)起，固件直接固化到SHC3201內(nèi)部ROM中。在接收系統(tǒng)中的FPGA板上也有一個(gè)MCU。在這兩個(gè)MCU將用來(lái)完成UCPS的認(rèn)證消息交互工作，加解密的控制。另外在發(fā)送系統(tǒng)和接收系統(tǒng)也各有一個(gè)MCU，用來(lái)作為整個(gè)系統(tǒng)的主控，包括HDMI接收器和SHC3201的初始化，驅(qū)動(dòng)HDMI接收器和SHC3201正常工作。需要說(shuō)明的是，在此套方案中，發(fā)送端的SHC3201內(nèi)部MCU通過(guò)DDC直接與接收端的FPGA板內(nèi)的MCU通信。在接收端FPGA板上的RAM掛接在DDC總線上，發(fā)送端SHC3201內(nèi)部MCU通過(guò)DDC訪問(wèn)它，而接收端FPGA中的MCU通過(guò)并行總線直接訪問(wèn)它。在此RAM中按照UCPS協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定如下寄存器。
在接收端FPGA板上增加兩個(gè)寄存器，可命名為：HDMI_TX_STATUS和HDMI_RX_STATUS。增加一個(gè)數(shù)據(jù)緩存器，緩存器大小為32字節(jié)。增加的寄存器和緩存器都要掛接在DDC總線上，讓發(fā)射端SHC3201可以通過(guò)DDC進(jìn)行讀寫操作，同時(shí)接收端FPGA內(nèi)部的MCU也可讀寫即可。
圖4
