采用Nios II的多媒體廣告系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

引言
多媒體廣告是當(dāng)今企業(yè)與消費(fèi)者交流、展示自我形象的一個(gè)平臺(tái)，傳統(tǒng)形式的廣告業(yè)務(wù)制作成本高，周期長，內(nèi)容模式固化僵硬，相對于市場變化有很大滯后性。電子屏的出現(xiàn)，不僅可以使企業(yè)更全面的展示產(chǎn)品，推廣企業(yè)文化，而且可以滿足不同讀者的需求，改善城市環(huán)境，提升人民生活質(zhì)量，更重要的是廣告能夠更及時(shí)、更準(zhǔn)確、更全面的展示自己的新產(chǎn)品，第一時(shí)間與消費(fèi)者進(jìn)行溝通，贏得市場，獲取利潤，以及根據(jù)市場動(dòng)態(tài)更及時(shí)更全面的做出市場決策?；谝陨显?，我們采用Nios II軟核設(shè)計(jì)了能及時(shí)發(fā)布戶外廣告、電子公告的多媒體廣告系統(tǒng)。

1 多媒體廣告系統(tǒng)所用技術(shù)簡介
1．1 SOPC技術(shù)
SOPC是可編程片上系統(tǒng)(System On Programmablechip)的簡稱，是Altera公司提出的一種在可編程邏輯器件上靈活、高效實(shí)現(xiàn)SOC的解決方案。將處理器、存儲(chǔ)器、I/O、LVDS、CDR等系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊集成到一枚FPGA或者CPLD上，構(gòu)成一種可編程的片上系統(tǒng)。SOPC是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)：首先它是片上系統(tǒng)SOC；其次它是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁剪、擴(kuò)充、升級，并且具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。FPGA則是SOPC的高效設(shè)計(jì)平臺(tái)。本系統(tǒng)是在Altera公司的DE1上實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA采用的是Cyclone II EP2C20F484C7。伴隨著Nios的發(fā)展，Altera的SOPC概念逐漸為人們所接受，進(jìn)而又推出了第二代處理器軟核Nios II，提高了處理能力、減少了資源占用，并在價(jià)格上擁有相當(dāng)大的優(yōu)勢，進(jìn)一步推動(dòng)了SOPC的發(fā)展。系統(tǒng)模塊在SOPC中可方便集成為一個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)如圖1所示：

在Quartus II下搭建的系統(tǒng)如圖2所示：

設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)步驟：
整個(gè)設(shè)計(jì)采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)之初我們先描繪出整個(gè)設(shè)計(jì)所涉及的各個(gè)部件和功能模塊，然后在SOPC Builder中搭建各硬件模塊，各模塊通過Avalon總線有序的連接在一起。SOPC Builder的圖形可視化設(shè)計(jì)，大大的方便了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，尤其是Avalon總線的引入可以讓設(shè)計(jì)人員從繁瑣的細(xì)節(jié)問題和代碼編寫上解放出來，將精力集中與系統(tǒng)框架的整體設(shè)計(jì)和用戶程序的編寫之上。
1．2 Nios II軟核處理器
Nios II是一種擁有超過200DMIPS性能的32位RISC處理器IP核，其外設(shè)與處理器本身都是使用HDL編寫的，可以在Altera幾乎所有的FPGA中實(shí)現(xiàn)。由于處理器是軟核形式，可以根據(jù)應(yīng)用的需要自由定制，滿足成本和功能的要求，因此具有很大的靈活性。Nios II系列嵌入式處理器建立在第一代16位Nios處理器的基礎(chǔ)上，使用32位的指令集結(jié)構(gòu)(ISA)，定位于廣泛的嵌入式應(yīng)用。Nios II處理器系列包含3種內(nèi)核：快速型(Nios II／f)、經(jīng)濟(jì)型(NiosII／e)和標(biāo)準(zhǔn)型(Nios II／s)內(nèi)核。每一種內(nèi)核都針對資源和性能作了特定的優(yōu)化。由于多媒體信息的操作對系統(tǒng)處理器運(yùn)算速度有著較高的要求，所以采用了快速型的內(nèi)核?？焖傩蛢?nèi)核的處理速度最快可達(dá)到200DMIPS，工作頻率是135MHz，支持6級流水線，外部尋址空間為2GB。保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。使用Altera的Quartus II軟件、SOPC Bulilder工具以及Nios II集成開發(fā)環(huán)境(IDE)完成了基于Nios II的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

2 系統(tǒng)的構(gòu)成
多媒體廣告系統(tǒng)主要由上下位機(jī)通信模塊、嵌入FPGA的Nios II處理器、視頻音頻輸出模塊、下位機(jī)存儲(chǔ)模塊等組成。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示