基于NiosII傳真通信規程的分析與設計實(shí)現
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2.1 傳真系統設計
系統開(kāi)發(fā)工具選擇QuartusII和NiosII IDE環(huán)境，結合SoPC技術(shù)，軟硬件協(xié)同設計開(kāi)發(fā)。器件選擇Altera公司的Cyclone系列EPEC20F400C開(kāi)發(fā)板，使用QuartusII中SoPC Builder對硬件系統進(jìn)行定義，完成硬核開(kāi)發(fā)的集成過(guò)程。根據設計需要對CPU進(jìn)行定制，包括CPU的數據和指令緩存的大小、CPU寄存器數量等[4]。除了NiosII之外,還需要將外圍設備的IP添加進(jìn)來(lái)。本設計就是將在前面提到的各種NiosII自帶的各種IP核(UART控制器、定時(shí)器等)添加進(jìn)來(lái)，其余自定義的邏輯器件接口同CPU的連接只需在SoPC Builder中將對應的接口模塊添加進(jìn)來(lái)即可。
NiosII核與調制解調器通信是通過(guò)UART控制器實(shí)現的。原來(lái)的UART直接選用Altera公司提供的標準UART組件，通信時(shí)通過(guò)寄存器單字節收發(fā)，每個(gè)字節都會(huì )有中斷觸發(fā)。為了方便軟件編程，Altera提供硬件抽象層HAL(Hardware Abstract Level)系統庫驅動(dòng)程序，該驅動(dòng)程序是一個(gè)集成到HAL系統中的HAL字符模式設備驅動(dòng)程序，代替訪(fǎng)問(wèn)UART寄存器，編程者直接使用HAL的API和ANSI C標準庫函數訪(fǎng)問(wèn)UART。此時(shí)，UART相當于字符設備文件，可以像打開(kāi)文件、讀寫(xiě)文件一樣操作UART設備。
對UART的操作與對文件的操作一樣。打開(kāi)UART設備后，向調制解調器發(fā)送的AT指令和HDLC幀數據以寫(xiě)文件的方式寫(xiě)入UART設備，UART把數據發(fā)送至調制解調器的串口，命令執行對應的操作。調制解調器通過(guò)串口把結果值和HDLC幀數據返回到UART設備，程序以讀文件的方式從UART設備讀取數據，并判斷執行下一步對應的操作。系統框圖如圖4所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/157722.htm
2.2 程序流程設計
傳真發(fā)送過(guò)程就是對Modem不斷操作的過(guò)程，通過(guò)Modem完成數據的收發(fā)及信號的握手。DTE向調制解調器發(fā)送命令，調制解調器DCE對命令做出響應，完成該命令的操作，并返回命令執行的結果碼。
對調制解調器發(fā)送的命令是AT指令，命令形式化為“AT+命令值”，例如“AT+FRH=3”，表示命令Modem準備以300 b/s的速率接收數據。根據T.30建議書(shū)的要求，發(fā)送的TCF信號是連續1.5 s的“0”序列，設計過(guò)程中通過(guò)反復實(shí)驗，用軟件連續發(fā)送一定的字節內比特位為0的數據，可達到通信要求。在接收TCF信號時(shí)，把接收到的0比特數據存入緩沖區，然后判斷是否滿(mǎn)足在當前通信速率下的連續0比特數據量。在報文傳輸階段，發(fā)送的數據為處理后(掃描、二值化、編碼)二進(jìn)制數據，根據ITU-T T.4標準，傳輸的數據可以采用MH/MR/MMR編碼，并且每行的編碼數據發(fā)送時(shí)間不能少于20 ms[5]。所以編碼數據傳輸時(shí)要對數據量小的一行編碼進(jìn)行0 bit填充，這部分在軟件設計時(shí)實(shí)現。報文數據以字節為單位將8 bit數據高低位順序顛倒，再傳送給UART。報文數據傳送完之后需添加發(fā)送結束標記DLE>ETX>，告訴Modem報文數據結束。
同樣，接收傳真時(shí)，T.30建議書(shū)對判斷連續1.5 s的“0”沒(méi)有具體要求，這里采用緩沖區數據判斷，把接收的“0”存入緩沖單元，判斷“0”的個(gè)數來(lái)決定當前的通信速率是否滿(mǎn)足。在接收到報文數據后，需要把結束標記從數據中濾出，存入緩沖區，再傳送給譯碼打印系統或存儲Tiff文件。限于篇幅，僅給出如圖5所示的發(fā)送單頁(yè)傳真樣張軟件實(shí)現流程圖。
3 驗證與調試
在NiosII IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境下完成設計代碼，將Nios硬核和軟件程序下載到FPGA開(kāi)發(fā)板上，在線(xiàn)調試。最后在開(kāi)發(fā)板上運行該程序，實(shí)現與遠端普通傳真機的傳真業(yè)務(wù)通信。所選擇的遠端普通傳真機為光電傳真機OEF319系列傳真機和Pansonnic系列傳真機。測試主要內容為：
(1)發(fā)送傳真。在PC機上將符合ITU標準的測試樣張Tiff文件中的傳真數據存儲到文件，運行NiosII環(huán)境時(shí)暫存到緩沖區，執行傳真通信，將傳真數據發(fā)送出去。遠端傳真機打印出數據和樣張對比，文字清晰可讀。
(2)接收傳真。和遠端傳真機通信，接收對方發(fā)來(lái)的傳真數據并緩存。由于沒(méi)有打印設備，不能有效對比接收數據和樣張。把本次接收的數據緩存，作為發(fā)送傳真的測試數據，基本保證了傳真測試。采用這樣的測試策略，接收傳真的功能基本實(shí)現。在后面深入研究中，可以將打印設備添加到FPGA開(kāi)發(fā)板的系統中，這樣就完善了傳真系統。
經(jīng)測試對比分析，傳真流程合理，與商用傳真機正常通信。但傳真附加功能和整個(gè)傳真系統還有待于進(jìn)一步完善。本文深入分析了T.30傳真通信建議書(shū)，基于NiosII軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境實(shí)現了傳真通信規程，并將軟件下載到Altera公司系列開(kāi)發(fā)板上。通過(guò)測試驗證，實(shí)現了和普通商用傳真機的傳真通信。基于NiosII軟核的傳真通信規程的實(shí)現，為嵌入式傳真機提供了一種新的設計開(kāi)發(fā)策略，為傳真機產(chǎn)品升級和提高性能提供了參考；對打破國外傳真機芯片及產(chǎn)品的壟斷，實(shí)現中國傳真機自主知識產(chǎn)權及產(chǎn)業(yè)化，都具有重要的現實(shí)意義。
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