多媒體系統(tǒng)的整合調(diào)試和功能驗(yàn)證分析,多媒體設(shè)計(jì)論文

多媒體系統(tǒng)的整合調(diào)試和功能驗(yàn)證分析,多媒體設(shè)計(jì)論文本篇論文目錄導(dǎo)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(tǒng)的整合調(diào)試和功能驗(yàn)證分析【結(jié)論/以下為參考文獻(xiàn)】第5章系統(tǒng)的整合調(diào)試和功能驗(yàn)證分析在第二、三和第四章中，文章介紹了整個(gè)多媒體平臺(tái)總體的設(shè)計(jì)思路和各個(gè)功能模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)，在本章中將要把上文中設(shè)計(jì)的各種控制器、NiosII軟核處理器、自行設(shè)計(jì)的IP核以及Avalon總線都通過(guò)SOPCBuilder和硬件描繪敘述語(yǔ)言都集成到FPGA芯片上，同時(shí)將硬件系統(tǒng)和軟件程序都下載到EP2C35芯片中，使得本系統(tǒng)能夠軟硬件協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)多媒體系統(tǒng)平臺(tái)的功能。5.1多媒體系統(tǒng)的硬件調(diào)試首先，是要把第四章中各個(gè)功能模塊的硬件整合在一起構(gòu)成最終的多媒體系統(tǒng)硬件層。需要整合的硬件系統(tǒng)分為兩部分，第一部分是利用SOPCBuilder構(gòu)建的NiosII硬件系統(tǒng)，將多媒體各個(gè)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(xì)的在SOPCBuilder環(huán)境下整合好的硬件系統(tǒng)如此圖5-1所示。接下來(lái)對(duì)上面的NiosII硬件系統(tǒng)進(jìn)行整體的分配基地址和中斷號(hào)，然后生成最終的NiosII硬件系統(tǒng)，其編譯結(jié)果如此圖5-2所示，前面部分是生成各個(gè)控制器成功的結(jié)果，每個(gè)控制器都會(huì)生成一個(gè)。v文件存在于工程目錄下。最后的SYSTEMGENERATIONCOMPLETED講明沒(méi)有編譯錯(cuò)誤，系統(tǒng)生成成功。相應(yīng)的會(huì)生成一個(gè)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(tǒng)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(yǔ)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(tǒng)同這一部分的硬件全部整合到一起，是通過(guò)在QuartusII中編寫一個(gè)頂層文件Muti_media.v,將各個(gè)模塊例化在頂層文件中實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊間接口的互聯(lián)。這里，利用模塊圖的形式來(lái)展現(xiàn)，這樣愈加的清楚明晰。由于整個(gè)系統(tǒng)過(guò)大，分別給出兩部分的模塊圖。如此圖5-3所示為硬件語(yǔ)言控制器部分的硬件頂層模塊。NiosII硬件系統(tǒng)的頂層模塊如此圖5-4所示，這兩部分硬件通過(guò)引腳例化構(gòu)成互聯(lián)，構(gòu)成了一個(gè)完好的多媒體硬件系統(tǒng)。接下來(lái)導(dǎo)入引腳文件，成功導(dǎo)入后檢查Assignment中的pin選項(xiàng)，假如每個(gè)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(duì)器件中個(gè)別參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，經(jīng)太多次調(diào)試。假如這些參數(shù)不進(jìn)行設(shè)置，固然編譯通過(guò)，但下載后運(yùn)行中不能夠完成功能，將沒(méi)用到的引腳設(shè)置為三態(tài)，把dual-purposepins中的nCEO的value改成useasregularI/O.硬件調(diào)試部分的最后一步就是編譯和綜合，圖5-5為本系統(tǒng)邏輯編譯結(jié)果圖，從中能夠看出，在經(jīng)過(guò)QuartusII軟件的綜合調(diào)試、編譯和優(yōu)化之后，整個(gè)系統(tǒng)占用的邏輯資源僅僅占芯片的19%.另外利用QuartusII軟件進(jìn)行提供的時(shí)序分析工具，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)工作頻率最高能夠運(yùn)行在120Mhz,因而本嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行在100MHz是穩(wěn)定工作的。至此系統(tǒng)硬件部分的調(diào)試就完成了，會(huì)成功生成一個(gè)。sof文件和。ptf文件在下面的調(diào)試和驗(yàn)證中會(huì)用到。5.2多媒體系統(tǒng)的軟件調(diào)試軟件部分的調(diào)試是在NiosIIIDE環(huán)境下進(jìn)行的，首先是要開創(chuàng)建立一個(gè)基于C/OSII操作系統(tǒng)的NiosII工程，由于C/OSII已經(jīng)被成功的移植到NiosII中，就能夠直接在頂層對(duì)其進(jìn)行配置，如此圖5-6所示，這里要選擇上一節(jié)中多媒體硬件系統(tǒng)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(tǒng)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(lián)絡(luò)，此軟件平臺(tái)就成功的建立在上一節(jié)整合的多媒體硬件平臺(tái)上了。接下來(lái)就是基于多媒體硬件層，進(jìn)行軟件部分的整合。首先，在進(jìn)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(diào)用的文件放入工程目錄下以便主程序進(jìn)行調(diào)用，這些文件主要包括：對(duì)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(shù)據(jù)類型的Int.h文件以及用來(lái)進(jìn)行文件系統(tǒng)移植的fatfs文件和SD卡底層驅(qū)動(dòng)代碼SD_Driver文件等。第二步是主程序的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)是利用C/OSII完成對(duì)各個(gè)多媒體任務(wù)的調(diào)度，主程序也是基于此框架進(jìn)行設(shè)計(jì)的，如此圖5-7所示為主程序的整體構(gòu)造圖，通過(guò)操作系統(tǒng)對(duì)任務(wù)的堆棧和優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分配，接著開創(chuàng)建立主任務(wù)，由主任務(wù)開創(chuàng)建立子任務(wù)，在這里框架下將前面任務(wù)模塊中的軟件程序移植到此框架下就構(gòu)成了多媒體平臺(tái)的任務(wù)管理系統(tǒng)軟件。本設(shè)計(jì)的軟件框架易于對(duì)任務(wù)進(jìn)行擴(kuò)展和移植，添加新的任務(wù)只需考慮對(duì)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和等待時(shí)間這些問(wèn)題重新分配，至于詳細(xì)的任務(wù)功能實(shí)現(xiàn)無(wú)需做過(guò)大改動(dòng)，這也具體表現(xiàn)出了，基于FPGA的多媒體系統(tǒng)靈敏、可裁剪和減少開發(fā)周期的優(yōu)越性。整個(gè)主程序編寫成功后，還要對(duì)systemlibrary進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)等配置，程序的讀寫和存儲(chǔ)都是在SDRAM里面進(jìn)行，內(nèi)存和堆棧存儲(chǔ)都是用SRAM,定時(shí)器的選擇我們選的是在SOPCBuilder中設(shè)置過(guò)的timer_0,stdout、stdin和stderr是對(duì)程序途徑的選擇，一般都是通過(guò)jtag_uart,這里我們選擇lcd_1602是為了進(jìn)行GPS信息顯示，能夠通過(guò)lcd顯示GPS的信息，配置的對(duì)話框如此圖5-8所示。軟件調(diào)試的最后一步就是將程序編譯成可運(yùn)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(gè)小結(jié)的硬件和軟件都測(cè)試成功的基礎(chǔ)上，就能夠?qū)嶋H下載到芯片進(jìn)行板級(jí)測(cè)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(tǒng)目的芯片，這樣就完成了對(duì)FPGA的硬件配置，在FPGA中生成了多媒體系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。接下來(lái)要將IDE中的系統(tǒng)軟件下載到SDRAM中運(yùn)行，在Runas選項(xiàng)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(jīng)連接上硬件，此時(shí)講明軟件跟之前配置的FPGA硬件能夠匹配系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。5.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果本文中搭建的多媒體平臺(tái)，要實(shí)現(xiàn)的功能分別有：圖像顯示與采集、音樂(lè)播放和GPS信息接收顯示。下面我們分別來(lái)給出這幾項(xiàng)功能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。首先是音樂(lè)播放功能，這里牽涉到的外部設(shè)備就是，音頻輸出端進(jìn)行播放的器件，這里我們直接用耳機(jī)接出來(lái)，這樣更利于對(duì)音質(zhì)的檢驗(yàn)。圖5-12為軟件程序下載到SDRAM后，在console窗口觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)SD卡文件系統(tǒng)對(duì)其文件目錄進(jìn)行遍歷，搜索到。wav格式的文件后進(jìn)行播放。實(shí)驗(yàn)板的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果如此圖5-13所示，左圖中數(shù)碼管顯示的是播放時(shí)間，LED在音樂(lè)播放經(jīng)過(guò)中進(jìn)行閃爍。通過(guò)SW1控制音樂(lè)的暫停和開場(chǎng)，利用按鍵控制音樂(lè)的上一首和下一首播放，通過(guò)耳機(jī)檢測(cè)播放的音樂(lè)音質(zhì)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(wù)運(yùn)行在console窗口中觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同樣遍歷SD卡文件成功后，就是對(duì)圖片的格式進(jìn)行檢查，接著進(jìn)行JPEG圖片的解碼，最后開場(chǎng)圖片顯示。如此圖5-15左圖所示為通過(guò)LCM從SD卡顯示圖片，右圖為通過(guò)攝像頭采集到的圖片。需要在下載程序前將外擴(kuò)的一塊SDRAM和D5M圖像采集模塊通過(guò)GPIO接入到系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)另一個(gè)GPIO外接LCM顯示器。為了測(cè)試多媒體系統(tǒng)中文件讀取的速率，利用系統(tǒng)中的定時(shí)器IP來(lái)記錄實(shí)際運(yùn)行時(shí)打開文件和讀取文件成功兩點(diǎn)的時(shí)間戳差為1.8S,系統(tǒng)時(shí)鐘為100Mhz,時(shí)間戳差與系統(tǒng)時(shí)鐘相除得到讀取文件的時(shí)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(shí)間、經(jīng)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(jīng)過(guò)軟件控制進(jìn)行挑選后，實(shí)際的板級(jí)的信息顯示，如此圖5-17所示，GPS信息通過(guò)LCD1602進(jìn)行顯示，由于信息較多，所以通過(guò)翻屏進(jìn)行顯示，利用按鍵能夠控制信息暫留。至此就完成了對(duì)多媒體平臺(tái)的功能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表示清楚在整個(gè)多媒體系統(tǒng)運(yùn)行中，通過(guò)C/OSII的調(diào)度，各多媒體任務(wù)之間能夠很好的實(shí)現(xiàn)多線程的工作形式，通過(guò)文件系統(tǒng)的移植，加快了文件讀取速度，同時(shí)有較好的移植性，音頻播放的音質(zhì)和圖像顯示的穩(wěn)定性都到達(dá)了較好的水平，由于是基于FPGA芯片的設(shè)計(jì)，從本章的硬件和軟件整合中能夠看出，此系統(tǒng)的軟硬件能夠很大程度上的協(xié)同工作，這一點(diǎn)在系統(tǒng)的響應(yīng)速度和整體性能方面都有著很大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)本文的軟硬件設(shè)計(jì)構(gòu)造，都對(duì)系統(tǒng)的重構(gòu)提供了很大的便利，