基于FPGA-NIOS的多功能留言机设计

2011-08-19 13:55:18来源: 互联网
   随着科学技术的进步,当下人们生活中对于联络的需求越来越高。传统的留言机设计功能单一,灵活性和可靠性受到一定限制。为此考虑设计一款应用于家庭用户的多功能留言机,当来访者留下信息时,主人可以在第一时间获知,并可以回家时查看或者进行远程控制。FPGA由于其具有灵活的可配置性、成本低、速度快、体积小和拥有丰富的寄存器资源等特点而获得了广泛的应用。Altera公司为用户提供了创新的SOPC设计理念,其系统设计工具SOPC Builder,集成内嵌的NIOSII处理器,方便用户根据应用需求对NIOSII进行裁剪、定制。本设计采用基于FPGA的SOPC系统,充分利用软件设计的灵活性和硬件设计的高效性,具有以下功能:

  (1)留言提示:按下采集键时,可采集来访者的图像和语音留言,并把图片以彩信的方式发送。

  (2)时钟及手机号设定。

  (3)用户管理。

  (4)备忘留言。

  (5)真人语音报时。

  (6)自动待机及屏保。

  (7)Windows兼容的存储文件格式。

  1 系统设计概述

  系统分为语音采集存储播放、图像采集存储、图像压缩、彩信传输、触摸屏驱动及显示等几大部分。整体系统在架构上又可以分为软件及硬件设计两大部分。系统功能框图如图1所示。

  

 

  设计基于Terasic公司的DE2—70平台,采用Altera公司的Cyclone II系列的FPGA器件和Terasic公司提供的130万像素的CMOS摄像头、800 400分辨率的触摸屏以及PTW73型GPRS MODEM。图像采集采用纯硬件实现,以SDRAM作为缓存。NIOSII处理器从SDRAM中读取采集到的图像并进行JPEG压缩后由串口通过彩信猫发送出去。语音的采集存储播放由软件实现,使用Altera公司大学计划的IP核完成对音频芯片WM8731的配置。触摸屏利用用IP核进行图片和字符的显示控制。系统设计中的语音和图片等信息都存放于SD卡中。对以上功能采用了如下的一些处理技术或特点:

  (1)设计基于Avalon总线架构,充分利用现有的Altera公司提供的IP核资源,包括音频芯片的配置、VGA控制显示、存储器的控制等,并设计添加了针对系统时钟、采集端口、触摸屏端口的IP核。

  (2)对语音信息的采集和播放进行速度上的优化。由于CPU对SD卡的读写速度较SDRAM慢,故在采集和播放音频信息时,在SDRAM中单独开辟一个缓存区用以存放音频信息。

  (3)由于采集到的bmp图像容量较大,设计中采用静态图像压缩标准JPEG对图像进行压缩,以便于图片进行彩信传输。

  (4)彩信传输基于GPRS传输协议和AT指令集,通过RS232串口与主机进行连接。

  (5)系统中的实时时钟采用硬件方式实现,为CPU提供更多的时间做其他处理,提高了处理性能。

  (6)系统与用户的交互主要通过触摸屏实现。

  (7)设计中对一些耗时的部分算法进行了自定义指令加速,在一定程度上缩短了系统的处理时间。

    2 系统设计架构及流程

  系统基于Avalon总线,采用软硬件协同设计的方式。图像采集、对触摸屏的配置和系统时钟等采用硬件方式实现,其他模块利用SOPC进行定制,完成整个系统的搭建。系统架构图如图2所示。

  

 

  

 

  设计基于NIOSⅡ处理器,软件采集发送功能设计流程如图3所示。总体设计上,软件可以分为采集发送部分和系统主菜单,并且设计上充分考虑了用户的需求,增加了诸如语音报时、电子时钟、定时播放等功能。

[1] [2]

关键字:FPGA  NIOS  留言机

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0819/article_2426.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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