История разгона dvb-карты SkyStar2 началась в конце 2005 г на форуме PlanetSky. Идеи изложенные K.TOD казались настолько нереальными, что его тема была помещена в раздел "Offtopic and humor" (там она и поныне - вопиющая несправедливость). Тем не менее, результаты его работы оказались ошеломляюще интересны и результативны, а главное повторяемы. За прошедешее время коллективной работой множества энтузиастов на форумах PlanetSky и Пирамида отработано несколько технологий разгона.
Автор сайта www.dushik.com, обобщил и собрал в своей статье, опубликованной в январе 2006 г, наиболее ценные идеи и технологии. Воспользовавшись его любезным разрешением, мы немного подкорректировали оригинальный текст и добавили к ней теоретическое введение и окончание.


Введение

Как известно, dvb-карта SkyStar2 является наиболее распространненной из всех моделей на рынке спутникового оборудования. Этому способствует и раскрученная с 2000 г. торговая марка SkyStar и отлаженные за это время драйвера. Потому, даже несмотря на некоторые огрехи (например проблемы с протоколом DiSEqC 1.2), карта популярна у многих пользователей спутникового интернет.
Однако в последнее время выснился еще один не очень приятный момент. Как оказалось, SkyStar2 плохо справляется с обработкой потока на высоких символьных скоростях. Отметим, проблемы вызваны именно обработкой, т.к. сигнал с высокими SR тюнер карты захватывает стабильно (даже на SR > 40000), не справляется именно узел обработки транспортного потока - демультиплексор.

Теоретические выкладки

Тем, кому теория не интересна, могут пропустить этот часть и перейти к практике.
Предистория

К 1999 г выросшие мощности персональных компьютеров позволили перенести часть операций (например декодирование MPEG-2) с аппаратуры на программное обеспечение. Практически одновременно прогресс электроники позволил создавать одночиповые решения по обработке DVB потока. Первым решением, появившимся на рынке был чип FlexCop II калифорнийской фирмы B2C2inc. Чип выполняет функции демультиплексирования потока (фильтрация по PID и MAC), общего управления узлами приемника и сопряжения с шиной PCI. По косвенной информации (архитектура чипа закрыта), основой его является ASIC-чип SPARTAN (архитектура FPGA ) от XILINX.
Одновременно был выпущен и референс-дизайн карты DVB-S приемника под условным названием Sky2PC. Так как B2C2, Inc сама не производит карт (fabless), то в Европе это делает ее партнер Technisat и продает ее под ее торговой маркой SkyStar2

По какой-то причине B2C2, Inc больше не сделала ничего нового. Был только выпущен варианты FlexCop III с USB интерфейсом и FlexCop IIB с числом аппаратных PID-фильтров увеличенным до 39. В 2003 году B2C2, Inc и вовсе отказалась от поддержки этих продуктов. Ушедший из фирмы John Jurrius - Director of Software Engineering основал компанию BBTI, для поддержки DVB-продуктов B2C2, Inc. В агусте 2003, BBTI установила стратегическое партнерство с компанией Technisat Data Services, для инженерной поддержки продуктов Technisat SkyStar2-PCI, CableStar-PCI и AirStar2-PCI, а также продаж этих продуктов в Северной и Южной Америках.
По сей день, все изменения в дизайне карты привели к появлению релизов 2.6B, 2.6C, 2.6D. Изменения коснулись только схемы питания LNB и используется новый тюнер производства Samsung. Даже планируемый к выходу в 2006 г. релиз 2.7 не изменит этой традиции. Ядро-же карты, выполняющую обработку потока остется прежним - чип FlexCop II, 7-летней давности.
SkyStar rev 2.6BSkyStar rev 2.3
Техника


В официальной спецификации на SkyStar2, взятой с сайта Technisat сказано:

Обратим внимание на параметр Aggregate throughput - 42 Mbps (Мбит/сек). Этот параметр характеризует пропускную способность демультплексора (MAC и PID фильтр) чипа FlexCopII, т.е. тот максимальный поток данных, который он может через себя пропустить. Многие путают его с параметром Symbol Rates - 2 - 45 MS/s - Мсимволов/сек. Указанный параметр, означает диапазон символьных скоростей, на которых может залочиться тюнер карты - засинхронизировать QPSK-демодулятор и провести все dvb-преобразования - декодирование Виттерби, Рида-Соломона, дерандомизацию. Дело тюнера - принять RF-поток, демодулировать его, преобразовать в поток данных и передавать его по 8-битной паралельной шине в демультиплексор чипа FlexCopII.
Как известно, скорость потока данных вычисляется по следущему алгоритму: IR ~= SR * 2 * (188 / 204) * FEC
где:
  • IR - информационная скорость.
  • 2 - индекс модуляции, M. Для QPSK M = 2, т.е. 2 бита за такт (символ)..
  • FEC - параметр свёрточного кодирования (Vitterbi), может принимать значения от 1/2 до 7/8
  • 188 / 204 - параметр кодирования Рида-Соломона
Таким образом, потокам с SR диапазона 2 - 45 MS/s, с параметрами от 2 MS/s - FEC 1/2 до 45 MS/s - FEC 7/8 будет соответствовать диапазон потоков данных 1,8 - 72 Мбит/сек.
Заметьте, заявленным в спецификации 42 Мбит/сек, далеко до максимальных 72 Мбит/сек.
Посчитаем обратно, какой dvb-поток соответствует потоку данных 42 Мбит/сек
  • 26 Ms/s при FEC 7/8 - ничего не напоминает?
  • 27 Ms/s при FEC 5/6
  • 30 Ms/s при FEC 3/4
  • 34 Ms/s при FEC 2/3
  • 45 Ms/s при FEC 1/2
Как видим, заветные 45 Ms/s достижимы, но лишь при FEC 1/2.
Где-же узкое место?
Известны примеры работы SkySTar2 на весьма высоких символьных скоростях. Например оператор SkyVision работает на SR 43407 при FEC 3/4 - т.е. поток данных 60 Мбит/сек. Там принята схема работы 1 MAC - 1 PID, т.е. индивидуальное выделение PID. Один из немногих SkyStar2, что там виден в потоке, тянет поток в всего 1 Мбит/сек.
Похоже беда именно не в способности демультиплексора принять высокий поток, а в том, что он не может выделить без пропусков из него один или несколько элементарных потоков (соответсвенно PID) с высокой суммарной полосой. Например принимая ТВ канал из пакетов с высокими SR (и IR соответсвенно), SkyStar2 легко справляется с выделением ТВ-потока, который, обычно не больше 6-8 Ms/s

Транспортный процессор чипа FlexCopII

Отметим, что многие операторы (SpaceGate и PlanetSky в их числе) давно поняли необходимость выделение для пользователей со SkyStar2 групповых PID с ограниченной скоростью передачи данных.

Поток SpaceGate на Экспресс АМ22. 03.03.06

Обратите внимание на структуру потока SpaceGate на спутнике Экспресс АМ22. Картинка получена программой TSReader. Видим суммарный поток транспондера с SR 29207 и FEC 7/8 составляет 47,7 Мбит/сек. Из них:
  • PID 8191 - пустые пакеты - 17,6% - 8,4 Мбит/сек
  • PID 7000 - основной поток SpaceGate - 55,5% - 26,5 Мбит/сек
  • PID 8000 - узкий поток для SkyStar2 - 6,7% - 3,2 Мбит/сек
  • остальное занимают еще куча PID, для наглядности не показаны.

Поток Классика на Ямал 201.
  • Суммарный поток - 53,1 Мбит/сек
  • PID 0x0064 - основной поток Классики - 88,1% - 46,8 Мбит/сек!!!!

Спецификации


Проблема

На нижеописанные переделки толкнуло увеличение некоторыми спутниковыми провайдерами символьной скорости на транспондерах, причем до таких величин, с которыми SkyStar2 просто не справляется. Их можно понять, спутниковый интернет становится все более популярным, число пользователей растет, пропускной способности полосы не хватает, вывод - расширять полосу.
Еще в прошлом году оператор Классика Медиа Центр, вещающий в C-диапазоне на спутнике Ямал-201, 90E увеличил SR до 38000, затем в конце 2005 г. SpaceGate увеличил SR до 28572 при FEC 7/8, а PlanetSky на спутнике Экспресс АМ1, 40E увеличил SR до 29650 при FEC 7/8
SRFECIR380003/452530292077/847103296507/847818
У пользователей стали возникать проблемы - потеря пакетов, низкая скорость, особенно плохо было "рыбакам" - резко увеличилось число дисконтов. В течении года (еще на Классике) велись поиски решения проблемы - это модификация драйверов устройства, увеличение буфера, тонкая настройка компьютера и пр., но особого эффекта они не давали.
Что делать простым пользователям, имеющим старую DVB карту, которая не справляется даже с теми потоками, поддержка которых заявлена в документации на карту?
Решение же проблемы оказалось настолько простым и лежащим на поверхности, что это может сделать любой человек, державший хоть раз в жизни паяльник ;).

Идея

Чип FlexCopII тактируется четырехвыводным кварцевым генератором на 45МГц с TTL выходом (VCXO) модели KCH089C3 фирмы KONY. Было сделано предположение, что генератор задает скорость работы демультиплексора и увеличение этой частоты или разгон приведут к увеличению пропускной способности демультиплексора и устранению узких мест. И это предположение было взято «в проработку».


Кварцевый генератор повышенной частоты.

Превая воплощение идеи пришло самом собой. Для разгона нужно заменить штатный генартор на более высоклочастотный. В куче хлама под диваном был найден донор - плата от лазерного принтера. На ней стояло 3 генератора в таком же корпусе как и на SkyStar2 номиналами в 28.0, 48.0 и 66МГц (к сожалению, последний оказался неисправным).

Рис. 1 Донор.

Рис. 2. Слева новый генератор на 48Мгц, справа - оригинальный на 45Мгц.
48 МГц

Немного терпения и оригинальный генератор был удален с карты, и на его место был впаян генератор на 48Мгц.

Рис. 3. SkyStar2 с генератором на 48МГц.
После установки SkyStar2 в слот PCI и включения компьютера, карта успешно определилась BIOS, Win2k так же загрузилась нормально. Сигнал PlanetSky с транспондера 11.051, H, SR 29.650 на спутнике Экспресс АМ1 успешно «залочился» с таким же уровнем, что и до переделки - 55%.
Попытка захвата потока данных с PID 514 (один из самых загруженный PID-ов на тот момент) показала, что захват идет с заметно меньшими обрывами потока, чем со штатным кварцем на 45МГц! Вернее почти без обрывов (~5 в минуту). Хотя до переделки разрывы потока «сыпались» сотнями в секунду.
После разгона шины PCI до 37.5Мгц обрывы потока на одном только PID 514 исчезли совсем, при захватвате всегоь потока данных с траспордера наблюдались лишь редкие обрывы.
Из результатов этого эксперимента был сделан вывод, что DSP в SkyStar2 не хватает для корректной работы с SR=30.000 Мс/сек около 10% производительности. Во всяком случае, увеличение частоты на 6% оказалось (почти) достаточно для поддержки SR=29.650 Мс/сек.
53 МГц


Далее, на карту был установлен кварцевый генератор на 53Мгц. Весь поток данных с траспордера [11.051 H, SR 29.650] спутника Экспресс Экспресс АМ1 принимался без проблем, даже на очень слабом компьютере Celeron 550 без разгона шины PCI. Карта начала уверено держать SR=29.650 в часы максимальной загрузки. Нагрев чипа FlexCopII субъективно не изменился. Инструментальные измерения изменения температуры произвести так и не удалось в виду отсутствия необходимого оборудования.

66 МГц

Однако на достигнутом останвливаться не хотелось... В груде старых железок была найдена AGP видеокарта на чипе Intel 740.

Рис. 4. Видеокарта на Intel 740

Рис. 5. Кварцевый генератор на 66 Mhz крупным планом.

Рис. 6. Генератор на 66 Мгц установлен на плату SkyStar2

Карта без проблем запустилась и уверенно справлялась с приемом транспорного потока сервиса Классика на спутнике Ямал 201, 90E на транспондере 3980 L SR 38.000. При этом - многие из энтузиастов спутникового интернета знают - там всего один PID=100 со скоростью потока 38 Мбит/с. ТВ каналы шли в ProgDVB также без проблем и артефактов...
Позднее был произведен эксперимент с потоком провайдера SatGate на спутнике Intelsat 702, 54.8°E. SR 40.692. Использовался кварцевый генератором на 60 Мгц. Карта и здесь уверенно справлялась с потоком.
Где брать генераторы?

  • Видеокарты на Intel 740
  • Материнские платы i386
  • приставки игровые SEGA
Выскажись

Здесь вы можете рассказать о своих успехах.
Мегадевайс или генератор с умножением

Дальнейшее продвижение остановило отсутствие кварцевого генератора на более высокие частоты. Однако ничто не остановит пытливую мысль! Была собрана простая схема на основе микросхемы CY25814 компании Cypress (генератор с умножением частоты на 4 и SpreadSpectrum) c кварцевым резонатором на 14.7 МГц с результирующей частотой 58.8 МГц.

Рис. 7. Схема «мегадевайса»
Установив в этой схеме резонатор на 20МГц, удалось запустить карту на 80 МГц.

Рис. 8. «Мегадевайс» в работе
Спецификации

Замена кварцевого резонатора

После появилась идея установки кварцевого резонатора нужного номинала в схему оригинального кварцевого генератора от SkyStar2 - на тот случай если удастся найти не генератор, а кварцевый резонатор. Для этого генератор был выпаян и вскрыта его крышка. Самый простой способ это сделать это спилить места завальцовки корпуса.

Рис. 9. Вскрытый генератор.
Далее снимается пластина на пружинках, и припаивается подходящий кварц.

Рис. 10.Вот это "чудо" в собраном виде
Впаян советский резонатор на 60МГц.

Еще варианты

Подключение к тактовой частоте шины AGP

Что делать, если вам не удалось найти кварцевый генератор или резонатор нужного номинала? Только не отчаиваться!
Идея пришла совершенно неожиданно - AGP шина работает по умолчанию на частоте 66 MГц, что если воспользоваться тактовым генератором материнской платы ? Т.е. подключить SkyStar2 к тактовому генератору AGP шины.

Рис. 11. Стандартный 132 pin-овый AGP слот.
Нам необходимо подключиться к PIN - B7 (CLK) - для этого нам понадобится всего один проводок. Один его конец можно припаять к 7-ому PIN-у видеокарты.

Рис. 12. Провод припаян к CLK на видеокарте.

Либо вставить штырек в отверстие слота и к нему припаять провод

Обратите внимание на разницу расположения перегородки на слотах AGP2x/4х и новом AGP8x

Рис. 13. Штырь в слоте AGP 2x/4x

Рис. 14. Штырь в слоте AGP 8x

Другой конец проводка припаивается к дорожке, идущей от кварцевого генератора к чипу FlecCopII. Дорожка перерезается, провод припаивается к части дорожки, ведущей к чипу FlecCopII. Если этого не сделать, получится "каша" из двух сигналов.- КГ и шины AGP. К чему это приведет, объяснять не надо.

Рис. 15. Провод на SkyStar2.
Отметим, что этот способ подключения вызвал споры о его корректности со схемотехнической точки зрения, но он работает. Не исключено влияние подключенной SkyStar2 на стабильность работы шины AGP и компьютера в целом. Самое любопытное, при таком подходе – это возможность менять частоту SkyStar2 прямо настройками BIOS материнской платы.

Спецификации

Советы AudiON

1. В случае, если после разгона плата работает нестабильно, срывается при работе или виснет (зависает тяжелая рыбалка на 8192 пиде, телевидение или другие приложения) - на 99% это плохой контакт при пайке/обжиме/другом соединении. Разгон (особенно, когда 66 Мгц передается по такой НЕИДЕАЛЬНОЙ линии) и слабый контакт - несовместимы!
2. Было исследовано поведение карты при рыбалке на операторе SG при пиде 8192, а также всех текущих пидах на транспортном потоке (1299,1300,1380,1390,1395,2022,4100,4120,4130,4140,4150,4160,4170,4190,4197,4220,4320,4321 ,4325,4330,4340,4345,4350,4440,7000,8000) - стабильность рыбалки устанавливается при частоте AGP=47,5 Мгц. Ни больше, ни меньше. Если не планируете рыбалить на других местах - 50 Мгц за глаза хватит. НО, при такой частоте AGP на чипах nForce2 автоматически понижается скорость PCI до 23,75 Мгц - соответственнос скорость работы винчестера раза в полтора НИЖЕ.
3. Исследован также очень жирнючий провайдер на 53Е - KB Impuls (#tuner=11154000,H,18356000,A #pids=8192), благодаря тому, что свыше 70000 тредов набираются за считанные минуты, а пид всего фактически ОДИН (4147 вроде) - дисконты бегут примерно раз в 5 секунд, независимо от частоты (ставил 80 Мгц - безрезультатно). НО! Файлы все складываются на винт без единой ошибки, ни одного Incomplete! Причем дисконты то сыпятся пачками, то отсчитываются как метроном - но файлы идут ровненько в папку ОК. Стало быть, аналогичный эффект наблюдается и на Классике - только там и символьная скорость выше и пид всего один, поэтому дисконты больше сыпятся при целых файлах.
4. Не думаю, что таким образом можно сжечь материнскую плату. В моем случае видеокарта на базе FX5200 вообще не берет с вывода B7 ничего - дорожка просто не разведена. А вольтаж в 1,5В - больше проблема стабильности SS2, нежели материнской платы.

Резервы разгона.


К настоящему времени, потолок разгона SkyStar2 составляет 80 МГц, или более 177% от штатной частоты. Не каждый процессор или видеокарта могут похвастаться таким потенциалом. Что может ограничивать разгон?
Фактически всего два компонента - сам чип FlexCopII и буферная память 61LV256 (ISSI). Это статическая оперативная память с организацией 32К*8, временем выборки 15 ns.
Если дальнейший разгон ограничивается быстродействием памяти, то возможно поднять планку заменив память на более быстродействующую. Микросхемы 61LV256 выпускаются с быстродействием 15, 12, 10 и 8 нс. Как видим, на SkyStar2 установлен самый медленный вариант.
Если-же дальнейший разгон ограничивается частотным потенциалом чип FlexCopII, то на помощь может прийти хорошо знакомый на по разгону CPU и видеокарт метод повышения напряжения питания - вольтмоддинг. Как известно, с повышением напряжения питания микросхем (в пределах допустимых значений) растет их быстродействие. Oднако дается это резким увеличением выделяемого тепла. Поэтому волтмоддинг - для опытных и аккуратных. Разумеется придется обеспечивать надежный теплоотвод, возможно клеить на термоклее радиатор. Волтмоддинг поможет поднять и быстродействие памяти.
Надо учесть то, что на SkyStar2 от напряжения +3,3В питаются все три корневых компонента - тюнер, чип FlexCopII и буферная память. Тюнер разгонять не надо от и без того сильно греется. Вероятно придется делать для него отдельное питание +3,3В.
На SkyStar2 rev 2.3 питание +3,3В формирует маленький чип U6 (AS1117-3,3). На SkyStar2 rev 2.6 установлен более мощный прибор - Sipex SPX1587 AT. Его максимальный выходной ток - 3,2 А против 1.0 А AS1117-3,3.

Отметим, что оба способа до сих пор никем не применялись и этот абзац никак не может считаться рекомендацией. Это, скорее, информация для опытных энтузиастов.

Спецификации


Обсуждения и информация на форумах


Какие еще DVB-карты можно разогнать?

Стремление разогнать, все что потребялет электроэнергию и имеет тактовый генератор должно иметь разумные пределы. В частности нет смысла гнать то, что гнать бессмысленно. К такой категории относятся бюджетные dvb-карты - SkyStar3, все клоны TwinHan и ряд других. Эти карты никаой обработки потока не производят - на борту они имеют только тюнер, схему питания LNB и PCI-мост. Данные передаются из тюнера прямо в шину PCI без обработки.
С другой стороны, потенциальными объектами для разгона могут явиться карты с аппартными демультплексорами:
  • SkyStar1 (TT Premium)
  • Pent@Net
  • Pent@Office
  • SkyMedia200D
SkyStar1




(C) 2006 K.TOD, DUSHiK, SORRY, TAURUS, AUDION, а также все кто принимал в этом участие...


03-03-2006
Алексей Силяков