SoC設計方法學-報告二格式 - 副本

《sopc》課程報告之二《基于FFPGA的圖像壓縮傳輸與解碼系統(tǒng)》技術報告院系：電子工程學院微電子學系小組成員：郭從林朱潮勇楊歡程亭班級：電路1103班組長：郭從林學號：05116093日期：2014年11月3日《基于FFPGA的圖像壓縮傳輸與解碼系統(tǒng)》功能定義與開發(fā)計劃摘要本文介紹了基于SOPC的通用嵌入式圖像處理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其中敘述了SOPC及NIOSii嵌入式處理器的特點和使用。分別具體說明了系統(tǒng)的硬件結構設計和圖像處理算法的流程及軟件實現(xiàn)，采用此系統(tǒng)可以大大簡化圖像處理系統(tǒng)的硬件和軟件設計，優(yōu)化系統(tǒng)設計。關鍵字：SOPC（可編程片上系統(tǒng)）；嵌入式處理器；靜止圖像壓縮引言1）隨著計算機和多媒體技術的發(fā)展，圖像等多媒體信源的傳輸處理顯得日益重要，各種圖像壓縮處理的標準、協(xié)議也相繼出現(xiàn)，其中JPEG靜止圖像壓縮編碼是圖像壓縮的一項重要技術，也是圖像壓縮的一個基本指標?？删幊唐舷到y(tǒng)SOPC（SystemonaProgrammableChip）將處理器、存儲器、I/O等系統(tǒng)模塊集成到單片F(xiàn)PGA，完成系統(tǒng)的功能設計，使整個系統(tǒng)設計更加靈活，可擴充，可裁減，并且實現(xiàn)了軟硬件的可編程，因此本系統(tǒng)采用NiosⅡ嵌入式處理器實現(xiàn)一個通用嵌入式圖像處理系統(tǒng)。2） 通過UART傳輸圖像的壓縮信息，在sopc中解壓并傳輸?shù)絍GA顯示器顯示3）實現(xiàn)圖像壓縮傳輸，解壓縮，顯示。功能定義功能：定義所開發(fā)項目軟件與硬件功能；硬件設計部分1.使用FPGA普通端口作為GPIO使用。2.使用FPGA開發(fā)板的50MHZ時鐘分頻后25MHZ作為VGA輸出時鐘。3.時鐘頻率25MHZ完成行掃描信號計數(shù)。4.時鐘頻率25MHZ完成禎掃描信號計數(shù)，并完成禎計數(shù)。5.在行,場信號有效范圍內(nèi)進行VGA數(shù)據(jù)輸出。軟件設計部分1:用matlab取圖像的reb值，將取出的rgb值寫入文件。2：讀取rbg值，將十六進制數(shù)表示的rgb值轉(zhuǎn)化為以該asc||值對應的字符(減少信息傳輸量)，將轉(zhuǎn)化后的的字符寫入文件中。3:對轉(zhuǎn)化后的文件數(shù)據(jù)進行壓縮，發(fā)送目標文件格式為，文件頭信息，發(fā)送文件的起始信息，用來判定開始發(fā)送數(shù)據(jù)，用三個字節(jié)，信息數(shù)據(jù)為GCL,一個字節(jié)表示最后一個字節(jié)的有效位，最后一個字節(jié)有效位為0bit-8bit之間，一個字節(jié)表示文件中rgb的種類，0-255，四字節(jié)，表示整個壓縮文件的大小，其后數(shù)據(jù)格式為，字符及字符對應的出現(xiàn)次數(shù)，即字符頻度信息，字符頻度之后對應的是壓縮信息。性能指標：頻率、功耗等各種與系統(tǒng)相關性能指標；系統(tǒng)驗證方案描述系統(tǒng)級的驗證方案，要求測試案例覆蓋所設計系統(tǒng)的全部功能。測試案例1：驗證Huffman算法壓縮解壓縮可行性1:編寫最簡單的huffman樹，huffmancode,compresscode。2：顯示軟件統(tǒng)計字符及頻度與最小模型是否一樣。3:顯示軟件生成的huffmantab與最小模型huffmantab是否一樣。4：顯示軟件遞歸生成的huffmantabcode與最小模型huffmantabcode是否一樣。5顯示軟件遞歸生成compressecode與最小模型compresscode是否一樣。測試案例2：驗證UART傳輸?shù)恼_性利用串口由文件中讀取數(shù)據(jù)，nios接收收據(jù)后將數(shù)據(jù)返回并顯示，對比發(fā)送接收過程是否有數(shù)據(jù)丟失。確保數(shù)據(jù)正常的傳輸。軟件功能定義LCD完成數(shù)據(jù)的顯示。LCD的控制由8bit數(shù)據(jù)線，1bit的RS寄存器選擇端，1數(shù)據(jù)寄存器，0表示指令寄存器，EN為1bit的使能端，值由0到1發(fā)生跳變，液晶執(zhí)行指令，RW為1bit的讀寫信號線，高電平執(zhí)行讀的功能，低電平執(zhí)行寫的功能。lcd_on為電源端，lcd_blon為背光。軟件詳細設計1：LCD寫命令voidLCD_Write_Command(BooleanCommand){IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_DATA_ADDRESS,Command);//寫數(shù)IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_RS_ADDRESS,0);//指令IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_RW_ADDRESS,0);//寫入IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_EN_ADDRESS,1);//使能IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_EN_ADDRESS,0);//usleep(2000);//2ms/*延時*/}2：LCD寫數(shù)據(jù)voidLCD_Write_data(BooleanData){IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_DATA_ADDRESS,Data);//寫數(shù)據(jù)IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_RS_ADDRESS,1);//數(shù)據(jù)IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_RW_ADDRESS,0);//寫入IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_EN_ADDRESS,1);//使能/*延時150ns*/IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_EN_ADDRESS,0);//usleep(2000);//2ms/*延時*/}4：LCD初始化voidLCD_Write_Command(BooleanCommand){IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_DATA_ADDRESS,Command);//往數(shù)據(jù)IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_RS_ADDRESS,0);//指令IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_RW_ADDRESS,0);//寫入IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_EN_ADDRESS,1);//使能IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LCD_EN_ADDRESS,0);//usleep(2000);//2ms/*延時*/}開發(fā)資源介紹所用到FPGA開發(fā)板所用的資源，主要包括：板上資源：例如VGA、LCD等；片上資源：AlteraCycloneII2C70；系統(tǒng)開發(fā)計劃1.系統(tǒng)需求分析、功能定義與驗證方案2.硬件詳細設計與驗證方案1.VGA接口模塊詳細設計1）.每個子模塊的功能一，vga_640x480模塊，進行計時，來控制顯示二，vga_stripes模塊這樣每隔16行顏色交替為紅色和綠色（且在vidon=1時顯示）三，clkdiv模塊：進行時鐘分頻，得到該實驗需要的25MHZ的時鐘；四，vga_stripes_top模塊：為主調(diào)用函數(shù)五，test_vga模塊：激勵模塊.每個子模塊的輸入輸出redmclkvga_stripesvga_640x480clkdivvga_stripes_topredmclkvga_stripesvga_640x480clkdivvga_stripes_topmclkmclkgreenClk25greenClk25VidonhcvcClk25VidonhcvcClk253軟件詳細設計與驗證方案1.哈弗曼解壓縮模塊設計1）子程序功能定義將接收到的壓縮數(shù)據(jù)進行解壓縮子程序輸入輸出說明輸入為abc_code.txt-------編碼文件；輸出為abc_dcode.txt------譯碼文件。4.FPGA后端調(diào)試與測試5．撰寫報告開發(fā)環(huán)境Quartusii8.0NIOSiiIDEDE2-70開發(fā)板人員分配小組成員任務完成質(zhì)量郭從林Huffman算法編解碼實現(xiàn)朱潮勇VGA接口實現(xiàn)，sdram調(diào)度程婷文件傳輸系統(tǒng)及接口實現(xiàn)楊歡LCD測試結束語1）對技術報告進行總結；本文主要研究JPEG靜態(tài)圖象壓縮編碼解碼技術，并在Nios系統(tǒng)中完成了圖像壓縮系統(tǒng)。主要工作在于:(1)設計基于SOPC技術的Huffman編碼解碼系統(tǒng)使用FPGA和一些比較通用的器件設計并實現(xiàn)了圖像壓縮系統(tǒng)，該壓縮系統(tǒng)在一塊FPGA上實現(xiàn)了vga接口處理器。(2)完成了圖像壓縮解碼系統(tǒng)的編程主要介紹了Huffman的解碼原理和NiosIDE實現(xiàn)了該算法。在軟件設計中配置完成了Nios操作系統(tǒng)，并完成了系統(tǒng)軟件和一些外圍硬件的驅(qū)動。并且結合Huffman算法原理和FPGA的硬件平臺和嵌入式編程環(huán)境，較好地實現(xiàn)了Huffman算法的編碼解碼。參考書1.呂鳳軍.數(shù)字圖像處理編程入門，清華大學出版社，1999,287312.2.林福宗.多媒體技術基礎，清華大學出版社，2000,178200.BHASKARAN,V.,KONSTANTINIDES,K.((ImageandVideoCompressionStandardsAlgorithmsandArchitectures一SecondEdition)).KluwerAcademicPublishers,USA,1999.3.汪宇.JPEG高速編碼芯片的設計及其性