摘要
“多媒体”是一种信息传输媒介的综合体，包括音频、图像和文本等表现形式。随着人们对信息渴望程度的膨胀，多媒体电子产品的需求量和更新换代速度大幅上涨。基于市场需求和更新速度这两方面的问题，本文提出了一种利基于 FPGA 技术构建多媒体平台的方法，实现了图像显示和采集、音乐播放、GPS 信息接收显示等功能。
基于 FPGA 芯片构建系统的方法，与传统的电子系统相比，它的灵活性好，复用性强，软硬件可编程，很大程度上缩短了开发和生产周期。FPGA芯片生产技术的不断提高也为这项技术打下了更坚实的基础。在构建基于 FPGA 的多媒体平台过程中，使用了软硬件协同的设计方法。
硬件层的设计主要利用 Quartus II 软件和 SOPC Builder 等工具辅以 verilog 硬件编程语言完成了图像显示采集模块、音频解码模块、串口传输模块、数据缓存模块等。软件设计上，在 Nios II IDE 环境下，利用 μ C/OS II 操作系统实现对多媒体任务的管理，基于此种框架的多任务软件设计提高了系统的实时性和扩展性。系统中 FATfs 文件系统的移植简化了文件的读写操作，加快了读写速度，增强了系统的可移植性。基于这两方面的优化，利用 C 和 C++语言完成了图片信息解码、SD 卡读写、音乐播放控制和 GPS 信息解析等子任务。
最后，在一块 FPGA 芯片中集成了系统硬件、操作系统、应用程序。这种方案不仅减少了器件数目，提高了系统的可靠性，而且具有易实现、易升级、易移植的特点，有较强的适应性和扩展性。
关键词 多媒体；片上系统；现场可编程逻辑门阵列；微 C 操作系统
Abstract
Multimedia is a complex of Information transmission, includes audio, imageand text. As the expansive desire of people to information, the demand andreplacement rate of multimedia products are greatly increased. Given the issue ofmarket demand and update speed we presents a method to realize the multimediaplatform with the function of image display and acquisition, audio play andreception and display of GPS information based on FPGA technology.
Compared with the traditional electronic system the method to constructsystem based on FPGA is hardware and software programmable and has goodflexibility and reusability so that the development cycle is shorted largely. Theimprovement technology of FPGA chip production lays a more solid foundationfor the FPGA technology.
We used the collaborative method of hardware and software to build themultimedia platform. For the hardware design we used the Quartus II and SOPCBuilder supplemented by the verilog language to complete the module design ofimage display and acquisition, audio decoding, serial transmission and data cache.
For the software design we used μ C/OS II to manage the multimedia task in theNios II IDE. This frame of multitask software design enhanced the real-time andexpansibility of system. And the FATfs was transplanted into the system whichaccelerated the reading and writing speed and enhanced the portability of thesystem. Then we used C and C++ language to complete the task of imageinformation decoding, driving SD card and analyzing the GPS information.
At last the hardware, operating system and application program areintegrated on one FPGA chip which reduced the number of chip and improved thereliability of the system. It is easy to realize, update and transplant and has strongadaptability and good extensibility.
Keywords Multimedia, SOPC, FPGA, μ C/OS II
目 录
摘 要
Abstract
第 1 章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.2 多媒体技术的简介
1.3 主流的多媒体实现技术
1.4 基于 FPGA 的 SOPC 技术
1.4.1 SOPC 系统的实现方式
1.4.2 SOPC 系统开发设计流程
1.5 本文主要研究内容
第 2 章 多媒体平台的总体方案
2.1 多媒体平台的系统构成
2.2 系统任务模块划分
2.3 主要模块的设计原理
2.3.1 图像解码
2.3.2 LCM 显示原理
2.3.3 音频解码
2.3.4 SD 卡驱动原理
2.4 本章小结
第 3 章 多媒体任务管理和 Fatfs 文件系统移植
3.1 μ C/OS II 系统
3.1.1 μ C/OS II 简介
3.1.2 μ C/OS II 在多媒体平台中的应用
3.2 FATfs 文件系统移植
3.2.1 FATfs 文件系统移植在多媒体平台中的必要性
3.2.2 FATfs 文件系统的结构和原理
3.2.3 FATfs 文件系统的移植
3.3 本章小结
第 4 章 多媒体平台主要模块的实现
4.1 时钟模块
4.2 图像显示和采集模块
4.2.1 LCM 主控制子模块
4.2.2 I2C 驱动子模块
4.2.3 图像采集模块
4.2.4 RAW2RGB 变换子模块
4.2.5 SDRAM 读写子模块
4.2.6 数据传输子模块
4.3 音乐播放模块
4.3.1 SD 卡控制子模块
4.3.2 Audio 控制器子模块
4.4 GPS 信息接收显示模块
4.4.1 信息传输子模块
4.4.2 信息处理子模块
4.5 本章小结
第 5 章 系统的整合调试和功能验证分析
5.1 多媒体系统的硬件调试
5.2 多媒体系统的软件调试
5.3 配置文件下载
5.4 实验结果
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
