多媒体系统的整合调试和功能验证分析,多媒体设计论文

多媒体系统的整合调试和功能验证分析,多媒体设计论文本篇论文目录导航：【题目】【第一章】【第二章】【第三章】【4.14.2】【4.3-4.5】【第五章】多媒体系统的整合调试和功能验证分析【结论/以下为参考文献】第5章系统的整合调试和功能验证分析在第二、三和第四章中，文章介绍了整个多媒体平台总体的设计思路和各个功能模块的详细设计，在本章中将要把上文中设计的各种控制器、NiosII软核处理器、自行设计的IP核以及Avalon总线都通过SOPCBuilder和硬件描绘叙述语言都集成到FPGA芯片上，同时将硬件系统和软件程序都下载到EP2C35芯片中，使得本系统能够软硬件协同工作，实现多媒体系统平台的功能。5.1多媒体系统的硬件调试首先，是要把第四章中各个功能模块的硬件整合在一起构成最终的多媒体系统硬件层。需要整合的硬件系统分为两部分，第一部分是利用SOPCBuilder构建的NiosII硬件系统，将多媒体各个模块需要的IP控制器集成到一起，包括NiosII软核、SDRAMControllerIP、SPIIP、Audio控制器等等，详细的在SOPCBuilder环境下整合好的硬件系统如此图5-1所示。接下来对上面的NiosII硬件系统进行整体的分配基地址和中断号，然后生成最终的NiosII硬件系统，其编译结果如此图5-2所示，前面部分是生成各个控制器成功的结果，每个控制器都会生成一个。v文件存在于工程目录下。最后的SYSTEMGENERATIONCOMPLETED讲明没有编译错误，系统生成成功。相应的会生成一个system_0.sopc文件在工程目录下，我们能够利用此文件将硬件系统移植到其他工程中使用。第二部分的硬件，是利用硬件描绘叙述语言编写的硬体控制器，主要包括LCM_Controller、CCD_Capture_Controller、RAW2RGB模块、4端口Sdram控制器和PLL模块。我们要将第一部分的NiosII硬件系统同这一部分的硬件全部整合到一起，是通过在QuartusII中编写一个顶层文件Muti_media.v,将各个模块例化在顶层文件中实现各个模块间接口的互联。这里，利用模块图的形式来展现，这样愈加的清楚明晰。由于整个系统过大，分别给出两部分的模块图。如此图5-3所示为硬件语言控制器部分的硬件顶层模块。NiosII硬件系统的顶层模块如此图5-4所示，这两部分硬件通过引脚例化构成互联，构成了一个完好的多媒体硬件系统。接下来导入引脚文件，成功导入后检查Assignment中的pin选项，假如每个引脚的表格被颜色全部填充，那么引脚全部被覆盖。其次，在工程中还要注意，综合和编译之前要对器件中个别参数进行设置，经太多次调试。假如这些参数不进行设置，固然编译通过，但下载后运行中不能够完成功能，将没用到的引脚设置为三态，把dual-purposepins中的nCEO的value改成useasregularI/O.硬件调试部分的最后一步就是编译和综合，图5-5为本系统逻辑编译结果图，从中能够看出，在经过QuartusII软件的综合调试、编译和优化之后，整个系统占用的逻辑资源仅仅占芯片的19%.另外利用QuartusII软件进行提供的时序分析工具，发现此系统工作频率最高能够运行在120Mhz,因而本嵌入式系统运行在100MHz是稳定工作的。至此系统硬件部分的调试就完成了，会成功生成一个。sof文件和。ptf文件在下面的调试和验证中会用到。5.2多媒体系统的软件调试软件部分的调试是在NiosIIIDE环境下进行的，首先是要开创建立一个基于C/OSII操作系统的NiosII工程，由于C/OSII已经被成功的移植到NiosII中，就能够直接在顶层对其进行配置，如此图5-6所示，这里要选择上一节中多媒体硬件系统生成的system_0.ptf文件，此文件包含了所有的硬件信息，另外配置系统的CPU,最后选择MiroC/OS-II作为软件编写的模板。配置、编译成功后，NiosIIIDE软件就与QuartusII建立了联络，此软件平台就成功的建立在上一节整合的多媒体硬件平台上了。接下来就是基于多媒体硬件层，进行软件部分的整合。首先，在进行软件整合前要完成的是将第四章中各模块软件控制中需要调用的文件放入工程目录下以便主程序进行调用，这些文件主要包括：对IO口定义的basic_io.h、图片软件解码用到的jpegdec.c和jpegdec.h的文件、控制LCD1602的LCD.h、LCD.c文件、定义数据类型的Int.h文件以及用来进行文件系统移植的fatfs文件和SD卡底层驱动代码SD_Driver文件等。第二步是主程序的设计，本系统是利用C/OSII完成对各个多媒体任务的调度，主程序也是基于此框架进行设计的，如此图5-7所示为主程序的整体构造图，通过操作系统对任务的堆栈和优先级进行分配，接着开创建立主任务，由主任务开创建立子任务，在这里框架下将前面任务模块中的软件程序移植到此框架下就构成了多媒体平台的任务管理系统软件。本设计的软件框架易于对任务进行扩展和移植，添加新的任务只需考虑对任务的优先级和等待时间这些问题重新分配，至于详细的任务功能实现无需做过大改动，这也具体表现出了，基于FPGA的多媒体系统灵敏、可裁剪和减少开发周期的优越性。整个主程序编写成功后，还要对systemlibrary进行显示和存储等配置，程序的读写和存储都是在SDRAM里面进行，内存和堆栈存储都是用SRAM,定时器的选择我们选的是在SOPCBuilder中设置过的timer_0,stdout、stdin和stderr是对程序途径的选择，一般都是通过jtag_uart,这里我们选择lcd_1602是为了进行GPS信息显示，能够通过lcd显示GPS的信息，配置的对话框如此图5-8所示。软件调试的最后一步就是将程序编译成可运行的文件，图5-9为最终编译成功Console窗口，最后一行中显示Buildcomplete表示编译成功。5.3配置文件下载在前面两个小结的硬件和软件都测试成功的基础上，就能够实际下载到芯片进行板级测试了，首先是下载5.1中生成的。sof文件，如此图5-10所示为使用JTAG配置方式下载到系统目的芯片，这样就完成了对FPGA的硬件配置，在FPGA中生成了多媒体系统的硬件平台。接下来要将IDE中的系统软件下载到SDRAM中运行，在Runas选项中选择NiosIIHardware,正常下载成功的界面如此图5-11所示，nios2-terminal显示已经连接上硬件，此时讲明软件跟之前配置的FPGA硬件能够匹配系统能够正常运行。5.4实验结果本文中搭建的多媒体平台，要实现的功能分别有：图像显示与采集、音乐播放和GPS信息接收显示。下面我们分别来给出这几项功能的实验结果。首先是音乐播放功能，这里牵涉到的外部设备就是，音频输出端进行播放的器件，这里我们直接用耳机接出来，这样更利于对音质的检验。图5-12为软件程序下载到SDRAM后，在console窗口观察到的实验结果，通过SD卡文件系统对其文件目录进行遍历，搜索到。wav格式的文件后进行播放。实验板的实际运行结果如此图5-13所示，左图中数码管显示的是播放时间，LED在音乐播放经过中进行闪烁。通过SW1控制音乐的暂停和开场，利用按键控制音乐的上一首和下一首播放，通过耳机检测播放的音乐音质较好。右图为从示波器上观察到的音频输出波形。第二是图像显示和采集功能，如此图5-14所示，为任务运行在console窗口中观察到的实验结果，同样遍历SD卡文件成功后，就是对图片的格式进行检查，接着进行JPEG图片的解码，最后开场图片显示。如此图5-15左图所示为通过LCM从SD卡显示图片，右图为通过摄像头采集到的图片。需要在下载程序前将外扩的一块SDRAM和D5M图像采集模块通过GPIO接入到系统，同时通过另一个GPIO外接LCM显示器。为了测试多媒体系统中文件读取的速率，利用系统中的定时器IP来记录实际运行时打开文件和读取文件成功两点的时间戳差为1.8S,系统时钟为100Mhz,时间戳差与系统时钟相除得到读取文件的时间为18ms,读取的文件为320*240大小为34K的JPG图像，由此能够得到，传输速率约为1888.9K/s.第三是GPS信息接收显示功能，图5-16为GPS接收模块收到的信息，包括时间、经度和纬度等等。上图中显示的信息包括不同种类格式的信息，经过软件控制进行挑选后，实际的板级的信息显示，如此图5-17所示，GPS信息通过LCD1602进行显示，由于信息较多，所以通过翻屏进行显示，利用按键能够控制信息暂留。至此就完成了对多媒体平台的功能测试，测试结果表示清楚在整个多媒体系统运行中，通过C/OSII的调度，各多媒体任务之间能够很好的实现多线程的工作形式，通过文件系统的移植，加快了文件读取速度，同时有较好的移植性，音频播放的音质和图像显示的稳定性都到达了较好的水平，由于是基于FPGA芯片的设计，从本章的硬件和软件整合中能够看出，此系统的软硬件能够很大程度上的协同工作，这一点在系统的响应速度和整体性能方面都有着很大的优势，同时本文的软硬件设计构造，都对系统的重构提供了很大的便利，