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SoPC技术在图像采集和处理系统中的应用设计
发布时间:2018-07-20 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]
本系统中数据的存储是通过设计FIFO存储器电路实现的。FIFO存储器电路主要由一个双口RAM模块(Dual-Port RAM)和状态机模块(State Machine Table)组成，通过先进先出(FIFO)堆栈把数据存储在双口RAM中。其设计是在Matlab环境下利用Altera DSP Builder设计工具实现的。
电路设计完成并仿真验证成功后，应用DSP Builder中的signal Compiler进行编译分析，经signal Compiler转换后可以变成VHDL语言的程序。同时，在Quartus II中，可以将VHDL语言程序转换成电路符号，便于应用原理图的方法设计硬件系统。由FIFO存储器的VHDL程序生成的电路符号如图3所示。在设计过程中，需要用到Quartus II软件和其内嵌的IP Toolbench。按照本系统的要求设置FFT的参数为：点数为1 024点，数据宽度为12 bit。最后设计生成FFT的MegaCore Function模块，包含一些VHDL程序及其他相关的文件。由VHDL程序生成的FFT模块电路符号如图4所示。
2 系统软件设计
系统软件部分包括实时操作系统μC/OS-II和数据采集与处理部分的应用程序。在Nios II IDE中将软件开发分为两大部分，一部分是底层系统软件的开发，主要完成BSP（板级支持包）的功能；另一部分则是用户应用软件的开发（包括用户硬件驱动及用户上层应用软件）。整个用户软件的开发及调试工作都可以在Nios II IDE中完成。
2.1 实时操作系统μC/OS-II在Nios上的移植
在本课题中使用的是μC/OS-II的v2.83版本，源码可以从Micrium的网站上获得。同时还要从网站上获得μC/OS-II在EDK扁平型电感中使用的配置文件μCOS-II_v2_1_0.mld和μCOS-II_v2_1_0.tcl。将这两个文件放到EDK能找到的路径下，这样在EDK中才能配置使用μC/OS-II。在EDK中通过菜单Software->Software Platform Settings打开配置窗口，在OS中选择μC/OS-II，OS Version中选择 v2.83a，然后进入OS & Library对μC/OS-II进行配置。
在Nios II IDE中，可以对μC/OS-II的源码位置、BSP包源码位置、移植程序文件位置、应用程序文件位置进行修改，同时还可对μC/OS-II进行剪裁配置，如是否使用事件、互斥信号量、消息邮箱及任务是否可删除等。
2.2 实时操作系统下的软件设计
μC/OS-II在ALTERA的Nios微处理器上移植并测试完成后，建立了基于μC/OS-II实时多任务内核的硬件开发平台，但μC/OS-II仅是一个有源码的内核，在实际应用中，对外设的操作需要自行编写底层的代码。在此平台下进一步开发，实现数据采集功能，需要建立相关的应用程序，也就是要根据整个系统的要求，划分不同的任务，这些任务交由实时内核来调度管理。一般一个任务对应于一段独立的主程序，它一体成型电感器可能调用各种子程序，并使用各种系统资源，以完成某种特定的功能，并且实时内核允许多个任务并行运行。采用实时操作系统，使应用程序的编写简单且易于调试。
主程序用C语言编写，其主要程序如下：
void main()
{sys_initialize()；//系统初始化
while(1)
{ad_fft_ctl()；//数据采集及FFT计算子程序
case collection_order： //图像采集命令
image_collection()；//图像采集
image_process()；//图像处理
image_save()；//图像保存
mps_decoder()；//调用相应的解码算法
case rs232_transfer：//传输数据命令
lcd_display(p1，p2，p3)；//LCD液晶显示子程序
}
}
3 系统调试与应用实例
调试包括硬件和软件调试。硬件调试分析电路的设计合理性及焊接工艺的可靠性，以保证所设计的各个模块合理，重点放在调试自己所设计的IP核和硬件逻辑的可靠性与适用性。共模电感器软件调试主要是集中在系统内核的应用程序，以保证各个功能都成功实现。这是一个相当复杂的过程。
3.1 系统硬件调试
为了验证FPGA能否正常工作，把CMOS图像传感器的输出连接到Nios II开发板的扩展插座上，编写VHDL程序，读取CMOS图像传感器的输出并存储到FPGA的内部RAM中，利用Quartus II的工具In-System Memory Content Editor，读取内部RAM的值。
要设计用户逻辑或者外设，除了要编写实现特定功能的逻辑之外，还要编写与Avalon总线的接口，这就要求对Avalon总线的规范很熟悉。测试结果表明，程序能够通过JTAG接口成功下载到FPGA上，显示在LCD上的运行结果也正确。这说明FPGA、JTAG接口、电源、晶振和LCD电感器q值显示等电路均能正常工作。利用电荷泵降低白光LED背光驱动器的成本和体积在手机和其他移动设备中，白光LED能为小尺寸彩屏提供完美的背光效果。但大部分手机使用单节锂电池供电，而单节锂电池很难直接驱动白光LED。通常锂电池的工作电压范围为3～4.2V，而白光LED的导通压降是
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