多媒體系統的整合調試和功能驗證分析,多媒體設計論文本篇論文目錄導航：【題目】【第一章】【第二章】【第三章】【4.14.2】【4.3-4.5】【第五章】多媒體系統的整合調試和功能驗證分析【結論/以下為參考文獻】第5章系統的整合調試和功能驗證分析在第二、三和第四章中，文章介紹了整個多媒體平臺總體的設計思路和各個功能模塊的詳細設計，在本章中將要把上文中設計的各種控制器、NiosII軟核處理器、自行設計的IP核以及Avalon總線都通過SOPCBuilder和硬件描繪敘述語言都集成到FPGA芯片上，同時將硬件系統和軟件程序都下載到EP2C35芯片中，使得本系統能夠軟硬件協同工作，實現多媒體系統平臺的功能。5.1多媒體系統的硬件調試首先，是要把第四章中各個功能模塊的硬件整合在一起構成最終的多媒體系統硬件層。需要整合的硬件系統分為兩部分，第一部分是利用SOPCBuilder構建的NiosII硬件系統，將多媒體各個模塊需要的IP控制器集成到一起，包括NiosII軟核、SDRAMControllerIP、SPIIP、Audio控制器等等，詳細的在SOPCBuilder環境下整合好的硬件系統如此圖5-1所示。接下來對上面的NiosII硬件系統進行整體的分配基地址和中斷號，然后生成最終的NiosII硬件系統，其編譯結果如此圖5-2所示，前面部分是生成各個控制器成功的結果，每個控制器都會生成一個。v文件存在于工程目錄下。最后的SYSTEMGENERATIONCOMPLETED講明沒有編譯錯誤，系統生成成功。相應的會生成一個system_0.sopc文件在工程目錄下，我們能夠利用此文件將硬件系統移植到其他工程中使用。第二部分的硬件，是利用硬件描繪敘述語言編寫的硬體控制器，主要包括LCM_Controller、CCD_Capture_Controller、RAW2RGB模塊、4端口Sdram控制器和PLL模塊。我們要將第一部分的NiosII硬件系統同這一部分的硬件全部整合到一起，是通過在QuartusII中編寫一個頂層文件Muti_media.v,將各個模塊例化在頂層文件中實現各個模塊間接口的互聯。這里，利用模塊圖的形式來展現，這樣愈加的清楚明晰。由于整個系統過大，分別給出兩部分的模塊圖。如此圖5-3所示為硬件語言控制器部分的硬件頂層模塊。NiosII硬件系統的頂層模塊如此圖5-4所示，這兩部分硬件通過引腳例化構成互聯，構成了一個完好的多媒體硬件系統。接下來導入引腳文件，成功導入后檢查Assignment中的pin選項，假如每個引腳的表格被顏色全部填充，那么引腳全部被覆蓋。其次，在工程中還要注意，綜合和編譯之前要對器件中個別參數進行設置，經太多次調試。假如這些參數不進行設置，固然編譯通過，但下載后運行中不能夠完成功能，將沒用到的引腳設置為三態，把dual-purposepins中的nCEO的value改成useasregularI/O.硬件調試部分的最后一步就是編譯和綜合，圖5-5為本系統邏輯編譯結果圖，從中能夠看出，在經過QuartusII軟件的綜合調試、編譯和優化之后，整個系統占用的邏輯資源僅僅占芯片的19%.另外利用QuartusII軟件進行提供的時序分析工具，發現此系統工作頻率最高能夠運行在120Mhz,因而本嵌入式系統運行在100MHz是穩定工作的。至此系統硬件部分的調試就完成了，會成功生成一個。sof文件和。ptf文件在下面的調試和驗證中會用到。5.2多媒體系統的軟件調試軟件部分的調試是在NiosIIIDE環境下進行的，首先是要開創建立一個基于C/OSII操作系統的NiosII工程，由于C/OSII已經被成功的移植到NiosII中，就能夠直接在頂層對其進行配置，如此圖5-6所示，這里要選擇上一節中多媒體硬件系統生成的system_0.ptf文件，此文件包含了所有的硬件信息，另外配置系統的CPU,最后選擇MiroC/OS-II作為軟件編寫的模板。配置、編譯成功后，NiosIIIDE軟件就與QuartusII建立了聯絡，此軟件平臺就成功的建立在上一節整合的多媒體硬件平臺上了。接下來就是基于多媒體硬件層，進行軟件部分的整合。首先，在進行軟件整合前要完成的是將第四章中各模塊軟件控制中需要調用的文件放入工程目錄下以便主程序進行調用，這些文件主要包括：對IO口定義的basic_io.h、圖片軟件解碼用到的jpegdec.c和jpegdec.h的文件、控制LCD1602的LCD.h、LCD.c文件、定義數據類型的Int.h文件以及用來進行文件系統移植的fatfs文件和SD卡底層驅動代碼SD_Driver文件等。第二步是主程序的設計，本系統是利用C/OSII完成對各個多媒體任務的調度，主程序也是基于此框架進行設計的，如此圖5-7所示為主程序的整體構造圖，通過操作系統對任務的堆棧和優先級進行分配，接著開創建立主任務，由主任務開創建立子任務，在這里框架下將前面任務模塊中的軟件程序移植到此框架下就構成了多媒體平臺的任務管理系統軟件。本設計的軟件框架易于對任務進行擴展和移植，添加新的任務只需考慮對任務的優先級和等待時間這些問題重新分配，至于詳細的任務功能實現無需做過大改動，這也具體表現出了，基于FPGA的多媒體系統靈敏、可裁剪和減少開發周期的優越性。整個主程序編寫成功后，還要對systemlibrary進行顯示和存儲等配置，程序的讀寫和存儲都是在SDRAM里面進行，內存和堆棧存儲都是用SRAM,定時器的選擇我們選的是在SOPCBuilder中設置過的timer_0,stdout、stdin和stderr是對程序途徑的選擇，一般都是通過jtag_uart,這里我們選擇lcd_1602是為了進行GPS信息顯示，能夠通過lcd顯示GPS的信息，配置的對話框如此圖5-8所示。軟件調試的最后一步就是將程序編譯成可運行的文件，圖5-9為最終編譯成功Console窗口，最后一行中顯示Buildcomplete表示編譯成功。5.3配置文件下載在前面兩個小結的硬件和軟件都測試成功的基礎上，就能夠實際下載到芯片進行板級測試了，首先是下載5.1中生成的。sof文件，如此圖5-10所示為使用JTAG配置方式下載到系統目的芯片，這樣就完成了對FPGA的硬件配置，在FPGA中生成了多媒體系統的硬件平臺。接下來要將IDE中的系統軟件下載到SDRAM中運行，在Runas選項中選擇NiosIIHardware,正常下載成功的界面如此圖5-11所示，nios2-terminal顯示已經連接上硬件，此時講明軟件跟之前配置的FPGA硬件能夠匹配系統能夠正常運行。5.4實驗結果本文中搭建的多媒體平臺，要實現的功能分別有：圖像顯示與采集、音樂播放和GPS信息接收顯示。下面我們分別來給出這幾項功能的實驗結果。首先是音樂播放功能，這里牽涉到的外部設備就是，音頻輸出端進行播放的器件，這里我們直接用耳機接出來，這樣更利于對音質的檢驗。圖5-12為軟件程序下載到SDRAM后，在console窗口觀察到的實驗結果，通過SD卡文件系統對其文件目錄進行遍歷，搜索到。wav格式的文件后進行播放。實驗板的實際運行結果如此圖5-13所示，左圖中數碼管顯示的是播放時間，LED在音樂播放經過中進行閃爍。通過SW1控制音樂的暫停和開場，利用按鍵控制音樂的上一首和下一首播放，通過耳機檢測播放的音樂音質較好。右圖為從示波器上觀察到的音頻輸出波形。第二是圖像顯示和采集功能，如此圖5-14所示，為任務運行在console窗口中觀察到的實驗結果，同樣遍歷SD卡文件成功后，就是對圖片的格式進行檢查，接著進行JPEG圖片的解碼，最后開場圖片顯示。如此圖5-15左圖所示為通過LCM從SD卡顯示圖片，右圖為通過攝像頭采集到的圖片。需要在下載程序前將外擴的一塊SDRAM和D5M圖像采集模塊通過GPIO接入到系統，同時通過另一個GPIO外接LCM顯示器。為了測試多媒體系統中文件讀取的速率，利用系統中的定時器IP來記錄實際運行時打開文件和讀取文件成功兩點的時間戳差為1.8S,系統時鐘為100Mhz,時間戳差與系統時鐘相除得到讀取文件的時間為18ms,讀取的文件為320*240大小為34K的JPG圖像，由此能夠得到，傳輸速率約為1888.9K/s.第三是GPS信息接收顯示功能，圖5-16為GPS接收模塊收到的信息，包括時間、經度和緯度等等。上圖中顯示的信息包括不同種類格式的信息，經過軟件控制進行挑選后，實際的板級的信息顯示，如此圖5-17所示，GPS信息通過LCD1602進行顯示，由于信息較多，所以通過翻屏進行顯示，利用按鍵能夠控制信息暫留。至此就完成了對多媒體平臺的功能測試，測試結果表示清楚在整個多媒體系統運行中，通過C/OSII的調度，各多媒體任務之間能夠很好的實現多線程的工作形式，通過文件系統的移植，加快了文件讀取速度，同時有較好的移植性，音頻播放的音質和圖像顯示的穩定性都到達了較好的水平，由于是基于FPGA芯片的設計，從本章的硬件和軟件整合中能夠看出，此系統的軟硬件能夠很大程度上的協同工作，這一點在系統的響應速度和整體性能方面都有著很大的優勢，同時本文的軟硬件設計構造，都對系統的重構提供了很大的便利，