基于NiosⅡ軟核的嵌入式多路視頻點(diǎn)播系統

　　Switch和SRAM控制器模塊主要負責在DMA傳輸過(guò)程中在兩片 SRAM間調度數據，從而實(shí)現數據的乒乓存取。Switch模塊用于完成兩塊RAM之間的切換及數據的分區存儲。它工作于兩個(gè)狀態(tài)：以Flag為標志位， Flag為0時(shí)做寫(xiě)RAMl的操作;Flag為1時(shí)做寫(xiě)RAM2的操作。在DMA方式下，一次DMA讀取硬盤(pán)一個(gè)扇區剛好寫(xiě)滿(mǎn)一片RAM，Switch模塊掛起數據寫(xiě)入，等待中斷。當另一片RAM中的數據被全部讀出后中斷發(fā)生，此時(shí)Switch模塊交換兩片內存的讀寫(xiě)端口地址。

　　2.1.2 RAM分區讀寫(xiě)

　　由于系統要提供多路視頻的播放，因此，在進(jìn)行DMA傳輸的過(guò)程中需實(shí)現各路視頻數據的分區讀寫(xiě)。在寫(xiě)內存時(shí)，采用雙時(shí)鐘控制機制。若要實(shí)現32路VOD系統，將一片512 k的RAM分為32個(gè)單元，每個(gè)單元長(cháng)度為16 k，定義RAM的地址為：wraddress2=wraddressl+wraddress

　　wraddressl為每個(gè)內存分區的基地址，它的取值分別是0 k，16 k，32 k，48 k，…，496 k，另外是一個(gè)偏移地址wraddress。內存分區方式如圖3所示。

　　定義時(shí)鐘C0為寫(xiě)內存分區時(shí)鐘，C1為寫(xiě)內存偏移時(shí)鐘，C0的頻率為寫(xiě)C1的32倍。當偏移地址為某一值時(shí)，權值地址的取值會(huì )從0 k～496 k遍歷一次，即每一內存單元讀寫(xiě)周期，寫(xiě)入每個(gè)分區的一個(gè)單元。

　　同樣，對內存中的數據也要分區讀出并送往相應端口。該模塊使用一種內存地址的計數方法：將地址線(xiàn)的長(cháng)度設置為10位，再將低5位的地址和高5位的地址互換，目的是從高5位開(kāi)始計數，計數滿(mǎn)了進(jìn)位到低5位。高5位表示分區地址，低5位為分區的偏移地址，地址從第6位開(kāi)始累加，剛好遍歷32個(gè)分區，完成高5 位的依次累加后，進(jìn)位到低5位的分區偏移地址，表示開(kāi)始讀下一輪分區的第2個(gè)內存單元。如此類(lèi)推。根據計算出的地址可實(shí)現對各分區的數據依次讀取。地址算法示意圖如圖4所示。

　　2.1.3 移位輸出模塊

　　該模塊主要實(shí)現的功能是：在分路時(shí)鐘的控制下，將從內存中讀出的多路數據移位輸出。該模塊定義了一組長(cháng)度為16位的移位寄存器。數據I/O讀寫(xiě)的時(shí)間和速度由video_clock確定，video_clock的頻率是12.5 MHz，負責控制SRAM_R控制器，移位輸出模塊和視頻解碼板的同步。模塊中還設置了一個(gè)累加計數器div3，工作頻率與video_clock相同。當SRAM_R控制器依次將各路視頻文件讀人一個(gè)寄存器后，每一個(gè)時(shí)鐘下降沿到來(lái)時(shí)移出1位，直至全部移出。若加大時(shí)鐘頻率和緩沖內存空間，可以增加移位寄存器的數目，從而增加視頻輸出端口的數量，實(shí)現系統點(diǎn)播路數的增加。

　　2.2 系統軟件工作流程

　　系統程序劃分為主機程序和點(diǎn)播終端兩大部分。主機程序主要實(shí)現3個(gè)功能：管理硬盤(pán)，提取簇鏈;播放節目，點(diǎn)播控制;響應請求，串口中斷。管理硬盤(pán)的方式主要是通過(guò)自定義的DMA控制模塊對硬盤(pán)的控制寄存器進(jìn)行操作，驅動(dòng)硬盤(pán)后訪(fǎng)問(wèn)FAT32文件系統下的相應扇區，追朔簇鏈，將簇鏈提取出來(lái)寫(xiě)入到Flash ROM中，為播放做準備。點(diǎn)播端程序則主要負責生成指令包。本系統軟件工作流程如圖5所示。

　　本系統要處理多路視頻數據，并且視頻信號數據量大，在點(diǎn)播過(guò)程中系統必須集中大部分處理器時(shí)間來(lái)處理各路視頻信號，而視頻文件的文件名和簇鏈結構必須通過(guò)相對低速的PIO操作來(lái)獲得。為了解決簇鏈讀取速度的瓶頸，本文設計了適合本系統應用的數據結構來(lái)優(yōu)化對數據的管理，加快讀取速度。定義的數據結構有：

　　客戶(hù)端的狀態(tài)和播放進(jìn)度也由專(zhuān)門(mén)的結構體來(lái)記錄和管理。定義的數據結構有：

　　3 結束語(yǔ)

　　SOPC =NiosⅡ軟核+FPGA這個(gè)創(chuàng )新的概念為嵌入式設計帶來(lái)的極大的便利和靈活性。利用強大的SOPC開(kāi)發(fā)平臺和豐富的IP資源，可大量縮短系統設計周期，而且系統的改進(jìn)也變得十分方便。本文提出的通過(guò)把用戶(hù)自定義的硬盤(pán)讀寫(xiě)模塊整合到SOPC平臺上，與NiosⅡ無(wú)縫接合，成功實(shí)現了多路視頻數據的并發(fā)點(diǎn)播。