采用Nios II的多媒體廣告系統原理設計

引言
多媒體廣告是當今企業(yè)與消費者交流、展示自我形象的一個(gè)平臺，傳統形式的廣告業(yè)務(wù)制作成本高，周期長(cháng)，內容模式固化僵硬，相對于市場(chǎng)變化有很大滯后性。電子屏的出現，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(mǎn)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)、更準確、更全面的展示自己的新產(chǎn)品，第一時(shí)間與消費者進(jìn)行溝通，贏(yíng)得市場(chǎng)，獲取利潤，以及根據市場(chǎng)動(dòng)態(tài)更及時(shí)更全面的做出市場(chǎng)決策?；谝陨显?，我們采用Nios II軟核設計了能及時(shí)發(fā)布戶(hù)外廣告、電子公告的多媒體廣告系統。

1 多媒體廣告系統所用技術(shù)簡(jiǎn)介
1．1 SOPC技術(shù)
SOPC是可編程片上系統(System On Programmablechip)的簡(jiǎn)稱(chēng)，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SOC的解決方案。將處理器、存儲器、I/O、LVDS、CDR等系統設計模塊集成到一枚FPGA或者CPLD上，構成一種可編程的片上系統。SOPC是一種特殊的嵌入式系統：首先它是片上系統SOC；其次它是可編程系統，具有靈活的設計方式，可裁剪、擴充、升級，并且具備軟硬件在系統可編程的功能。FPGA則是SOPC的高效設計平臺。本系統是在A(yíng)ltera公司的DE1上實(shí)現，FPGA采用的是Cyclone II EP2C20F484C7。伴隨著(zhù)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)格上擁有相當大的優(yōu)勢，進(jìn)一步推動(dòng)了SOPC的發(fā)展。系統模塊在SOPC中可方便集成為一個(gè)系統。系統如圖1所示：

在Quartus II下搭建的系統如圖2所示：

設計方法與實(shí)現步驟：
整個(gè)設計采用自頂向下的設計方法，在設計之初我們先描繪出整個(gè)設計所涉及的各個(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(guò)Avalon總線(xiàn)有序的連接在一起。SOPC Builder的圖形可視化設計，大大的方便了系統硬件的設計，尤其是Avalon總線(xiàn)的引入可以讓設計人員從繁瑣的細節問(wèn)題和代碼編寫(xiě)上解放出來(lái)，將精力集中與系統框架的整體設計和用戶(hù)程序的編寫(xiě)之上。
1．2 Nios II軟核處理器
Nios II是一種擁有超過(guò)200DMIPS性能的32位RISC處理器IP核，其外設與處理器本身都是使用HDL編寫(xiě)的，可以在A(yíng)ltera幾乎所有的FPGA中實(shí)現。由于處理器是軟核形式，可以根據應用的需要自由定制，滿(mǎn)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處理器的基礎上，使用32位的指令集結構(ISA)，定位于廣泛的嵌入式應用。Nios II處理器系列包含3種內核：快速型(Nios II／f)、經(jīng)濟型(NiosII／e)和標準型(Nios II／s)內核。每一種內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處理器運算速度有著(zhù)較高的要求，所以采用了快速型的內核?？焖傩蛢群说奶幚硭俣茸羁炜蛇_到200DMIPS，工作頻率是135MHz，支持6級流水線(xiàn)，外部尋址空間為2GB。保證了系統的實(shí)時(shí)性和穩定性。使用Altera的Quartus II軟件、SOPC Bulilder工具以及Nios II集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)完成了基于Nios II的嵌入式系統開(kāi)發(fā)。

2 系統的構成
多媒體廣告系統主要由上下位機通信模塊、嵌入FPGA的Nios II處理器、視頻音頻輸出模塊、下位機存儲模塊等組成。系統的硬件結構圖如圖3所示